Kühltürme werden verwendet, um Wärme aus Klimaanlagen oder industriellen Prozesssystemen abzuführen. Viele der derzeit verwendeten Klimaanlagen arbeiten nur während der kühlen Sommersaison, aber es gibt zahlreiche Klimaanlagen und Prozesssysteme, die ganzjährig gekühlt werden müssen. In einigen Fällen muss das gesamte Kühlsystem im Winter betrieben werden. Der Kühlturm muss das gleiche 85° F (30° C) oder kältere Wasser wie im Sommer für das System bereitstellen, jedoch bei niedrigeren Umgebungstemperaturen. Es gibt jedoch einige Anwendungen, die darauf ausgelegt sind, den Kühlturm für „gratis Erfrischung“. Freie Kühlung bedeutet, dass gekühltes Wasser durch Kühlturmwasser durch den Einsatz von Wärmetauschern ohne den Einsatz von Kältemittelkompressoren gekühlt wird. Freie Kühlung kann erreicht werden, wenn die Umgebungsbedingungen es dem Kühlturm erlauben, „kühles Wasser“ für das System.
Wenn der Kühlturm das System mit „gekühltem Wasser“ versorgt, gibt es Zeiträume, in denen er bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt betrieben werden muss. Während dieser Perioden, wenn der Turm sehr kalten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, besteht ein größeres Potenzial zur Eisbildung im Kühlturm oder anderswo im System. Wenn ein ungeeignetes Kühlturmdesign gewählt wird oder wenn das Gerät nicht ordnungsgemäß betrieben oder winterfest gemacht wird, können sich übermäßige Eismengen im Gerät bilden, was zu einer verringerten Kapazität, Betriebsschwierigkeiten und potenziellen Schäden am Turm führen kann.
Die Kühlturmleistung in Freikühlanwendungen hängt sowohl vom System als auch vom Kühlturmdesign ab. Die auf das Kühlsystem angewendeten Steuersequenzen müssen berücksichtigt werden Management sowohl der Luft- als auch der Wasserseite des Kühlturms. Es ist wichtig, dass während der freien Kühlung die richtigen Steuersequenzen angewendet werden, um einen angemessenen Betrieb des Kühlturms bei niedrigen Umgebungsbedingungen sicherzustellen.
Wenn für ein Projekt mit Kühltürmen eine Anforderung an freie Kühlung festgelegt wird, müssen von Beginn der Projektplanung an bestimmte Überlegungen angestellt werden.
Erste, muss bei der Auslegung der Kühltürme besondere Sorgfalt walten, um eine Rezirkulation aufgrund der schlechten Turmposition und der vorherrschenden Winde zu verhindern. Wenn ein starker vorherrschender Wind vorhanden ist, sollte das Hinzufügen von „Windwänden“ zu einem Saugzugturm in Betracht gezogen werden.
Zweite, sollte der Kühlturm mit grundlegenden Optionen wie Beckenheizungen, elektrischer Wasserstandsregelung und Vibrationsschaltern ausgestattet sein, um Betriebsprobleme aufgrund des Einfrierens des Beckens zu vermeiden, wenn ein entfernter Sumpf nicht möglich ist.
zuletzt, muss auch die Leistungsregelung sorgfältig überlegt werden, insbesondere wenn die Winterkühllast deutlich geringer ist als die Sommerlast. Das Abschalten einzelner Zellen eines Kühlturms mit mehreren Zellen oder der Einsatz eines Kopfstücks mit niedrigem Durchfluss an einer einzelnen Zelle sollte genutzt werden. Eine minimale Austrittswassertemperatur von 45 °F muss jederzeit aufrechterhalten werden.
In einem Gegenstromkühlturm ist die Füllung vollständig umschlossen und vor äußeren Elementen wie Wind geschützt, die bei niedrigen Umgebungsbedingungen ein Einfrieren der Füllungspackung verursachen können. Zusätzlich wird das Füllpaket von unten gestützt, um ein Durchhängen zu verhindern, falls es aufgrund eines Systemungleichgewichts zu einem Einfrieren kommen sollte. Die Ventilatoren, Ventilatormotoren und Antriebssysteme der Evapco-Gegenstromkühltürme sind auch für einen sicheren Rückwärtslauf mit bis zu 50 % der normalen Ventilatorgeschwindigkeit ausgelegt. Beim Betrieb eines Gegenstromkühlturms im Freikühlmodus sind jedoch einige Punkte zu beachten.
Dieses technische Bulletin untersucht die Überlegungen zum Kühlturmdesign sowohl für Zwangs- als auch Saugzugeinheiten und ordnungsgemäße Wartungsverfahren, um einen erfolgreichen Betrieb des Kühlturms während der freien Kühlung sicherzustellen.
Normale Operation
Eine Untersuchung der freien Kühlung sollte mit einer Überprüfung des normalen Betriebs des Kühlturms während der sommerlichen Kühlsaison beginnen. Das in Abbildung 1 gezeigte Schema zeigt den Betrieb des Kühlsystems bei typischen Sommerbedingungen. Der Kühler ist in Betrieb und kühlt das gekühlte Wasser des Systems. In einem herkömmlichen System kehrt das gekühlte Wasser mit 55 °F aus dem klimatisierten Raum zurück, wo es die Wärme aus dem klimatisierten Raum absorbiert hat. Es wird dann im Verdampfergehäuse des Kühlers gekühlt, bevor es bei 45 °F in den klimatisierten Raum zurückgeschickt wird. Für diese Bedingungen arbeiten der Kühler und der Kühlturm, während der gezeigte Wärmetauscher vom System isoliert und nicht enthalten ist im Systembetrieb.
Gleichzeitig nimmt der Kühlturm die Gebäudelast und die Kompressionswärme auf. Der Kühlturm gibt diese Wärmelast dann an die Atmosphäre ab. In einer typischen Klimaanlage verlässt das Wasser den Kondensatormantel des Kühlers und tritt mit 95 °F in den Kühlturm ein. Das heiße Wasser wird dann auf 85 °F gekühlt und dann zurück zum Kondensatormantel des Kühlers geleitet, um fortzufahren Wärmeübertragungsprozess.
Betrieb mit freier Kühlung
Während der freien Kühlung ist die Kältemaschine nicht in Betrieb. Der Kühlturm nimmt die Wärmelast des Gebäudes auf und gibt sie an die Atmosphäre ab. Während des Free-Cooling-Betriebs muss der Kühlturm keine Kompressionswärme abführen, da die Kältemaschine nicht in Betrieb ist. Der Kühler ist isoliert und das Wasser aus dem Kühlturm und dem klimatisierten Raum wird zum Wärmetauscher umgeleitet. Niedrige Umgebungsbedingungen ermöglichen es dem Kühlturm, „gekühltes Wasser“ mit einer Temperatur von bis zu 45 °F an die Primärseite des Wärmetauschers zu liefern, wo es die Gebäudewärmelast absorbiert, bevor es zum Kühlturm zurückgeführt wird. Im Wärmetauscher kann ein Ansatz von 2 °F erreicht werden, wo 47 °F Wasser auf der Sekundärseite das Gebäude kühlt. Da im Winter die Kühllasten und die Anforderung, die Feuchtigkeit aus dem Gebäude abzuführen, reduziert werden, können die Kaltwassertemperaturen der „freien Kühlung“ höher sein als im Sommerbetrieb.
Die im Schema gezeigten Temperaturen sind typisch, hängen jedoch von Systemlasten, winterlichen Auslegungsbedingungen und gewünschten Gebäudetemperaturen ab. Der Konstrukteur ist für die Definition der Systemparameter verantwortlich, die es Ihnen ermöglichen, einen geeigneten Kühlturm für den Betrieb mit freier Kühlung auszuwählen.
Freie Kühlung: Überlegungen zum Systemdesign
Wenn Sie eine Freikühlanwendung in Betracht ziehen, ist es wichtig, das Design des Kühlturmsystems richtig zu planen. Die folgenden Punkte sollten während der Entwurfsphase eines Projekts berücksichtigt werden:
- Kühlturmauswahl
- Einheitslayout
- Kühlturmverrohrung
- Zubehör für Kühltürme
- Übergang von Freier Kühlung zu Mechanischer Kühlung
Kühlturmauswahl
Der erste Punkt, der bei der Auslegung eines Kühlturmsystems zu berücksichtigen ist, ist die primäre Auslegungsbedingung – Sommerbedingungen oder Winterbedingungen (freie Kühlung). Diese Konstruktionsbedingung bestimmt die Einheitenauswahl. Wenn die Winterbedingungen die Geräteauswahl bestimmen, ist ein größeres Gerät erforderlich, als normalerweise nur für den Sommerbetrieb ausgewählt würde. Dies tritt auf, weil es für den Kühlturm schwieriger ist, Wärme bei niedrigen Umgebungsbedingungen abzugeben.
Obwohl eine Einzelzelleneinheit die Sommer- und Winterauslegungsbedingungen erfüllen kann, kann ferner eine Mehrzelleneinheit die bessere Wahl für den Winterbetrieb sein. Da die Wasserdurchflussrate für den Winterbetrieb geringer sein kann als die Sommerdurchflussrate, kann es in weniger Zellen konzentriert werden, wodurch die Durchflussrate pro Zelle hoch bleiben kann, wodurch das Potenzial für Eisbildung im Inneren des Turms verringert wird. Mehrere Zelleneinheiten bieten auch Backup-Kapazität, wenn eine in Betrieb befindliche Zelle abgetaut werden muss oder ausfallen sollte.
Einheitslayout
Der richtige Standort und die richtige Anordnung des/der Kühlturms/Kühltürme muss bei jedem Projekt sorgfältig geprüft werden. Sowohl für den Einlass als auch für den Auslass des Geräts muss für einen ausreichenden ungehinderten Luftstrom gesorgt werden. Es ist Imperativ für Kühltürme, die zur freien Kühlung verwendet werden Das Gerätelayout minimiert das Potenzial für Rezirkulation.
Während des Sommerbetriebs kann die Umwälzung die Kühlturmkapazität drastisch reduzieren, während sie im Winterbetrieb zum Gefrieren des Kondensats an den Einlasslamellen, Lüftern, Lüfterschächten und Lüftergittern führen kann. Die Ansammlung von Eis in diesen Bereichen kann den Luftstrom zum Gerät beeinträchtigen oder in schwerwiegenderen Fällen zum Ausfall dieser Komponenten führen. Hersteller- und Beratungsunternehmen raten dringend zur Verwendung eines Vibrationsschalters bei Geräten, die für den Winterbetrieb verwendet werden sollen.
Siehe Abbildung 3 für korrekte und falsche Installationen für Zwangs- und Saugzugeinheiten. Die Leistung des Kühlturms kann durch vorherrschende Winde beeinträchtigt werden. Starke Winde können Vereisungsbedingungen an den Einlasslamellen und Lüftergittern erzeugen und den Luftstrom zum Turm beeinträchtigen.
Darüber hinaus können die vorherrschenden Winde in schlechten Geräteanordnungen einen nach unten gerichteten Luftstrom der feuchtigkeitsbeladenen Abluft verursachen, die auf den Geräteoberflächen kondensieren und schnell gefrieren kann. Dieses Phänomen fördert die Eisbildung an den Einlassjalousien von Saugzugeinheiten und an den Ventilatoren von Zwangszugeinheiten.
Kühlturmverrohrung
Bei der Konstruktion eines Kühlturmsystems für Anwendungen mit freier Kühlung sollten mehrere Rohrleitungsdetails berücksichtigt werden, um einen ordnungsgemäßen Winterbetrieb des Geräts sicherzustellen. Ein Kühlturm-Bypass muss in das Systemdesign integriert werden, damit das Wasser das Wasserverteilungssystem des Turms „umgehen“ kann, als Mittel zur Kapazitätssteuerung bei Niedriglastbedingungen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Systemverrohrung so zu gestalten, dass sie den Kühlturm-Bypass aufnehmen kann.
Es wird empfohlen, den Kühlturm-Bypass im Verflüssiger-Wasserleitungssystem zu installieren. Ein auf diese Weise installierter Bypass erfordert einen Rohrabschnitt zwischen der Wasserzufuhr und dem Rücklauf des Kondensators, der zum und vom Kühlturm führt.
Das Umleiten des Kühlturmwassers direkt in das Kaltwasserbecken ist eine weitere Methode eines Kühlturmbypasses. Bei beiden Bypass-Methoden (in der Systemleitung oder im Turmsumpf) empfiehlt es sich, das Bypassventil unterhalb des Kaltwasserbeckenniveaus zu installieren, um einen guten Kopfdruck am Ventil sicherzustellen.
Unabhängig davon, welche Art von Bypass-Anordnung verwendet wird, wird empfohlen, dass nur a VOLLSTROM-BYPASS während des Free-Cooling-Betriebs verwendet werden. Das bedeutet, dass der gesamte Durchfluss zum Turm entweder zum Wasserverteilungssystem geleitet oder umgangen werden muss.
OBWOHL DIE VERWENDUNG EINES TEILWEISEN BYPASSES WÄHREND DES SOMMERS AKZEPTIEREN KANN, VERWENDEN SIE NIEMALS EINEN TEILWEISEN KÜHLTURM-BYPASS WÄHREND DES FREIEN KÜHLBETRIEBES!
Ein reduzierter Durchfluss über den Turm kann zu einem ungleichmäßigen Wasserfluss über den Wärmeübertragungsmedien (Füllung) führen, was im Sommerbetrieb zu Ablagerungen und im Winterbetrieb zu Eisbildung führen kann.
Frostschutz
Eine weitere wichtige Überlegung bei der Planung von Freikühlsystemen besteht darin, sicherzustellen, dass die erforderlichen Rohrleitungen und Zubehörteile mit Begleitheizung und Isolierung versehen sind. Das gesamte Wasser im Kühlturm läuft (durch Schwerkraft) in das Kaltwasserbecken ab – es sind keine zusätzlichen Vorkehrungen im Kühlturm erforderlich. Alle externen Rohrleitungen, die nicht abfließen (Zusatzwasserleitungen, Ausgleichs- und Steigleitungen), müssen jedoch mit Begleitheizungen versehen und isoliert werden, um sicherzustellen, dass sie nicht einfrieren. Systemrohrzubehör (Zusatzwasser- und Regelventile, Wasserumwälzpumpen und Wasserstandsregelungspakete) erfordern ebenfalls eine Begleitheizung und Isolierung. Wenn eines dieser Teile nicht mit Begleitheizung und Isolierung versehen ist, kann die daraus resultierende Eisbildung in diesen Komponenten zu einem Ausfall führen, der eine Abschaltung des/der Kühlturms/Kühltürme verursacht.
