Cooling towers are used to dissipate heat from air conditioning or industrial process systems. Many of the air conditioning systems currently in use only operate during the summer cooling season, but there are numerous air conditioning and process systems that require cooling year-round. In some cases, the entire cooling system is required to operate during the winter. The cooling tower is required to provide the same 85° F (30° C) or colder water to the system as it does in the summer, but it does so at lower ambient temperatures. However, there are some applications designed to use the cooling tower for “gratis erfrischungFreie Kühlung liegt vor, wenn gekühltes Wasser durch Kühlturmwasser mithilfe von Wärmetauschern ohne Verwendung von Kältemittelkompressoren gekühlt wird. Freie Kühlung kann erreicht werden, wenn die Umgebungsbedingungen es dem Kühlturm ermöglichen, „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 Zeiträume, in denen der Turm sehr kalten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, besteht ein größeres Potenzial für die Bildung von Eis im Kühlturm oder anderswo im System. Wenn eine ungeeignete Kühlturmkonstruktion gewählt wird oder das Gerät nicht ordnungsgemäß betrieben oder winterfest gemacht wird, kann sich im Gerät übermäßig viel Eis bilden, was zu einer verringerten Kapazität, Betriebsschwierigkeiten und möglichen Schäden am Turm führt.
Die Kühlturmleistung bei Freikühlungsanwendungen 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 Freikühlung die richtigen Steuersequenzen angewendet werden, um einen angemessenen Betrieb des Kühlturms bei niedrigen Umgebungsbedingungen sicherzustellen.
Wenn für ein Projekt mit Kühltürmen die Anforderung einer freien Kühlung festgelegt wird, müssen bereits zu Beginn des Projektentwurfs bestimmte Überlegungen angestellt werden.
ErsteBei der auslegung der kühltürme ist besondere vorsicht geboten, um eine rezirkulation aufgrund der schlechten turmlage und der vorherrschenden winde zu verhindern. wenn Ein starker vorherrschender wind vorhanden ist, sollte der Anbau von „Windwänden“ an einen saugzugturm in betracht gezogen werden.
Zweite, sollte der Kühlturm mit grundlegenden Optionen wie Beckenheizungen, elektrischer Wasserstandskontrolle und Vibrationsschaltern ausgestattet sein, um Betriebsprobleme aufgrund des Einfrierens des Beckens zu verhindern, wenn ein entfernter Sumpf nicht möglich ist.
ZuletztAuch die Leistungssteuerung muss sorgfältig bedacht werden, insbesondere wenn die Kühllast im Winter deutlich geringer ist als die Kühllast im Sommer. Das Abschalten einzelner Zellen eines Kühlturms mit mehreren Zellen oder der Einsatz eines Sammelrohrs mit geringem Durchfluss an einer einzelnen Zelle sollte genutzt werden. Eine Mindestaustrittswassertemperatur von 45 °F muss stets eingehalten werden.
In einem Gegenstromkühlturm ist die Füllung vollständig umschlossen und vor äußeren Einflüssen wie Wind geschützt, die bei niedrigen Umgebungsbedingungen zum Einfrieren der Füllung führen können. Darüber hinaus wird das Füllpaket von unten gestützt, um ein Durchhängen zu verhindern, falls es aufgrund eines Systemungleichgewichts zum Einfrieren kommen sollte. Die Lüfter, Lüftermotoren und Antriebssysteme der Evapco-Gegenstromkühltürme sind auch für den sicheren Rückwärtslauf mit bis zu 50 % der normalen Lüftergeschwindigkeit ausgelegt. Beim Betrieb eines Gegenstromkühlturms im Freikühlmodus sind jedoch mehrere Punkte zu beachten.
In diesem technischen Bulletin wird das untersucht überlegungen zur Kühlturmkonstruktion sowohl für Zwangs- als auch für Saugzugeinheiten sowie 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 Sommerkühlsaison beginnen. Das in Abbildung 1 dargestellte Schema zeigt detailliert den Betrieb des Kühlsystems unter typischen Sommerbedingungen. Der Kühler ist betriebsbereit 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. Anschließend wird es im Verdampfergehäuse des Kühlers abgekühlt, bevor es bei 45 °F in den klimatisierten Raum zurückgeschickt wird. Unter diesen Bedingungen sind der Kühler und der Kühlturm in Betrieb, während der gezeigte Wärmetauscher vom System isoliert und nicht in den Systembetrieb einbezogen ist.
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 gelangt mit einer Temperatur von 95 °F in den Kühlturm. Das heiße Wasser wird dann auf 85 °F abgekühlt und dann zurück zum Kondensatormantel des Kühlers geleitet, um den Wärmeübertragungsprozess fortzusetzen.
Betrieb mit freier Kühlung
Während der freien Kühlung ist der Kühler nicht in Betrieb. Der Kühlturm nimmt die Wärmelast des Gebäudes auf und gibt sie an die Atmosphäre ab. Während des Freikühlbetriebs muss der Kühlturm die Kompressionswärme nicht abführen, da der Kühler nicht in Betrieb ist. Der Kühler ist isoliert und das Wasser aus dem Kühlturm und dem klimatisierten Raum wird zum Wärmetauscher geleitet. Bei niedrigen Umgebungsbedingungen kann der Kühlturm „gekühltes Wasser“ mit Temperaturen von bis zu 45 °F an die Primärseite des Wärmetauschers liefern, wo es die Wärmelast des Gebäudes aufnimmt, bevor es zum Kühlturm zurückgeführt wird. Im Wärmetauscher kann eine Temperatur von 2 °F erreicht werden, indem auf der Sekundärseite Wasser mit einer Temperatur von 47 °F für die Kühlung des Gebäudes sorgt. Da im Winter die Kühllasten und der Bedarf zur Abführung der Feuchtigkeit aus dem Gebäude geringer sind, können die Kaltwassertemperaturen der „Freien Kühlung“ höher sein als im Sommerbetrieb.
Die im Schaltplan angezeigten Temperaturen sind typisch, hängen jedoch von der Systemlast, den winterlichen Auslegungsbedingungen und den gewünschten Gebäudetemperaturen ab. Der Konstrukteur ist für die Definition der Systemparameter verantwortlich, die es Ihnen ermöglichen, einen geeigneten Kühlturm für den Freikühlbetrieb auszuwählen.
Freie Kühlung: Überlegungen Zum Systemdesign
Wenn Sie eine Freikühlungsanwendung 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 der freien Kühlung zur mechanischen Kühlung
Kühlturmauswahl
The first item to consider when designing a cooling tower system is the primary design condition – summer conditions or winter (free cooling) conditions. This design condition will drive the unit selection. If the winter condition is driving the unit selection, a larger unit will be required than would be normally selected for summer only operation. This occurs because it is more difficult for the cooling tower to reject heat at low ambient operating conditions.
Obwohl eine Einzelzelleneinheit die Auslegungsbedingungen für Sommer und Winter erfüllen kann, kann eine Mehrzelleneinheit für den Winterbetrieb die bessere Wahl sein. Da die Wasserdurchflussrate im Winterbetrieb möglicherweise geringer ist als die Sommerdurchflussrate, kann sie in weniger Zellen konzentriert werden, wodurch die Durchflussrate pro Zelle hoch bleibt und somit die Gefahr einer Eisbildung im Turminneren verringert wird. Mehrere Zelleneinheiten bieten auch Backup-Kapazität, wenn eine in Betrieb befindliche Zelle abgetaut werden muss oder ausfällt.
Einheitslayout
Careful consideration must be given to the proper location and layout of the cooling tower(s) on every project. Adequate unobstructed air flow must be provided for both the intake and discharge of the unit. It is imperativ für Kühltürme, die der freien Kühlung dienen durch die Anordnung der Geräte wird die Gefahr einer Rezirkulation minimiert.
Während des Sommerbetriebs kann die Umwälzung die Kühlturmkapazität drastisch reduzieren, während sie im Winterbetrieb dazu führen kann, dass Kondensat an den Einlassjalousien, Ventilatoren, Ventilatorwellen und Ventilatorschirmen gefriert. Die Bildung von Eis in diesen Bereichen kann den Luftstrom zum Gerät beeinträchtigen oder in schwerwiegenderen Fällen zum Ausfall dieser Komponenten führen. Hersteller- und Beratungsunternehmen empfehlen dringend den Einsatz eines Vibrationsschalters an Geräten, die für den Winterbetrieb vorgesehen sind.
Siehe Abbildung 3 für korrekte und falsche Installationen von Zwangs- und Saugzuggeräten. Die Leistung des Kühlturms kann durch vorherrschende Winde beeinträchtigt werden. Bei starkem Wind kann es zu Vereisungen an den Einlasslamellen und Lüftergittern kommen, die sich negativ auf den Luftstrom zum Turm auswirken.
Darüber hinaus können die vorherrschenden Winde bei schlechten Gerätelayouts zu einem nach unten gerichteten Luftstrom der feuchtigkeitsbeladenen Abluft führen, die auf den Geräteoberflächen kondensieren und schnell gefrieren kann. Dieses Phänomen begünstigt die Eisbildung an den Einlasslamellen von Saugzuggeräten und an den Ventilatoren von Zwangszuggeräten.
Kühlturmverrohrung
Beim Entwurf eines Kühlturmsystems für Freikühlungsanwendungen 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, um die Kapazität bei niedrigen Lastbedingungen zu steuern. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Systemverrohrung so zu gestalten, dass sie den Kühlturm-Bypass unterbringt.
Es wird empfohlen, den Kühlturmbypass in das Wasserleitungssystem des Kondensators einzubauen. Ein auf diese Weise installierter Bypass erfordert einen Rohrabschnitt zwischen dem Kondensatorwasservorlauf und dem Rücklauf, der zum und vom Kühlturm führt.
Bypassing the cooling tower water directly into the cold water basin is another method of a cooling tower bypass. In either method of bypass (in the system piping or tower sump), it is good practice to install the bypass valve below the cold water basin level to assure good head pressure on the valve.
Unabhängig davon, welche Art von Bypass-Anordnung verwendet wird, wird empfohlen, nur a VOLLSTROM-BYPASS im Freikühlbetrieb verwendet werden. Das bedeutet, dass der Gesamtdurchfluss zum Turm entweder zum Wasserverteilungssystem geleitet oder umgangen werden muss.
Obwohl es akzeptabel sein kann, im Sommer einen teilweisen Bypass zu verwenden, verwenden Sie niemals einen teilweisen Kühlturm-Bypass während des freien Kühlbetriebs!
Reduced flow over the tower can result in uneven water flow over the heat transfer media (fill) which can cause scaling during summer operation and ice formation during winter operation.
Frostschutz
Another important consideration during free cooling system design is to ensure that the necessary piping and accessories are heat traced and insulated. All water inside the cooling tower drains (by gravity) to the cold water basin – no additional provisions are required within the cooling tower. However, all external piping that does not drain (makeup water lines, equalizers, and riser piping) must be heat traced and insulated to ensure that they do not freeze. System piping accessories (makeup water and control valves, water circulation pumps, and water level control packages) also require heat tracing and insulation. If any of these items are not heat traced and insulated, the ensuing ice formation in these components may result in failure causing a shutdown of the cooling tower(s).
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