Um eine gewisse Redundanz im HVAC-Design bereitzustellen, benötigen die meisten Konstrukteure zwei oder mehr Kühler. Mehrere Kühler bieten auch die Möglichkeit, die Teillastleistung des Gesamtsystems zu verbessern und
Energieverbrauch reduzieren. Parallel-Kälteanlagen sind einfach zu konstruieren und lassen sich leicht für einen variablen Primärfluss modifizieren.
Grundbetrieb
Die folgende Abbildung zeigt eine parallele wassergekühlte Kälteanlage. Kühlwasser wird von der Kühlwasser- oder Primärpumpe durch beide Kühler zur Last und zurück zu den Kühlern zirkuliert. Der gekühlte Wasserkreislauf kann
entweder konstanter Fluss oder variabler Fluss sein. Systeme mit variablem Durchfluss erhöhen die Komplexität, bieten jedoch erhebliche Einsparungen bei der Pumpenarbeit. Sie lösen auch das Problem der Kühlersequenzierung, das bei parallelen Kühlern mit konstantem Durchfluss auftritt.
Systeme mit variablem Durchfluss werden in Primär-/Sekundärsysteme und Konstruktion mit variablem Primärdurchfluss behandelt. Für wassergekühlte Kältemaschinen ist ein Verflüssigerkreislauf erforderlich. Dazu gehören eine Kondensatorpumpe, Rohrleitungen und ein Kühlturm oder Kühler mit geschlossenem Kreislauf. Der Kondensatorkreislauf ist immer dann in Betrieb, wenn die Kühler in Betrieb sind.
Bei Systemen mit konstantem Durchfluss variiert der Kaltwassertemperaturbereich direkt mit der Last. Abhängig von der Lastvielfalt ist der Auslegungstemperaturbereich des Kühlers geringer als der Temperaturbereich, der bei jeder Last zu sehen ist. In diesem Fall beträgt der Kühlertemperaturbereich 8 °F, während der Kühlschlangenbereich 10 °F beträgt. Das Gesamtergebnis sind erhöhte Kapitalkosten für Kaltwasserpumpen und Rohrleitungen sowie höhere jährliche Pumpkosten.
Grundlegende Bestandteile
Parallele Kältemaschinen erfahren die gleiche prozentuale Last. Stellen Sie sich beispielsweise eine Kühlanlage mit einem 100-Tonnen- und einem 1000-Tonnen-Kühler vor, die zu 50 % ausgelastet sind. Wenn beide Kühler in Betrieb sind, arbeiten beide Kühler mit 50 % Kapazität. Der 100-Tonnen-Kühler wird 50 Tonnen und der 1000-Tonnen-Kühler 500 Tonnen haben. Dies tritt auf, solange sich die Durchflüsse nicht ändern (dh variabler Primärdurchfluss) und beide Kühler die gleiche Rücklaufwassertemperatur aufweisen.
Kühler
In den meisten Fällen entspricht die Summe der Kältemaschinenkapazitäten dem Design für das Gebäude oder den Prozess. Zusätzliche Kapazität kann bei Bedarf durch Überdimensionierung der Kältemaschinen hinzugefügt werden. Es ist üblich, dass parallele Kältemaschinen dieselbe Größe und denselben Typ haben, obwohl dies keine Voraussetzung ist. Es können wassergekühlte, luftgekühlte oder verdunstungsgekühlte Kältemaschinen eingesetzt werden. Luft- und verdunstungsgekühlte Kältemaschinen benötigen keinen Kondensatorkreislauf einschließlich Rohrleitungen, Kühlturm und Pumpe.
Pumps
Pumpen können einen konstanten oder variablen Durchfluss haben. Die Kaltwasserpumpe ist für den Auslegungsdurchfluss ausgelegt. Die Abbildung unten zeigt eine Hauptkühlwasserpumpe, die beide Kühler mit Wasser versorgt. Eine alternative Methode besteht darin, zwei kleinere Pumpen einzusetzen, die dedizierte Kältemaschinen bedienen. Die Abbildung unten zeigt auch dedizierte Kondensatorpumpen und Kühltürme für jede Kältemaschine. Die Pumpen und Rohrleitungen sind für den Auslegungs-Kondensatordurchfluss für jeden Kühler ausgelegt. Immer wenn der Kühler in Betrieb ist, läuft die Kondensatorpumpe.
Kühltürme
Wassergekühlte Kältemaschinen benötigen Kühltürme. Die obige Abbildung zeigt dedizierte Kühltürme für jede Kältemaschine. Ein gemeinsamer Kühlturm ist ebenfalls möglich, aber für parallele Kältemaschinen nicht üblich.
Betriebsablauf des Parallelkühlers
Parallele Kühlanlagen schaffen eine einzigartige Situation, wenn sie in einem System mit konstantem Durchfluss verwendet werden. Stellen Sie sich das System vor, das mit 50 % arbeitet. Unter dem Gesichtspunkt der Kühlerleistung ist es wünschenswert, einen Kühler abzuschalten und den anderen mit voller Kapazität zu betreiben. Dies wird jedoch nicht passieren. Bei 50 % Kapazität hat das Rücklaufwasser eine Temperatur von 49 °F. Der abgeschaltete Kühler lässt das Wasser unverändert durch. Der in Betrieb befindliche Kühler sieht nur eine Last von 50 % (49 °F Rücklaufwasser) und kühlt das Wasser auf den Sollwert von 44 °F herunter. Die beiden gekühlten Wasserströme mischen sich dann auf 46,5 °F Versorgungstemperatur.
Wenn das System auf diese Weise betrieben wird, bewirkt das wärmere gekühlte Wasser, dass sich die Regelventile öffnen (Durchfluss erhöhen), um den Platzanforderungen gerecht zu werden. Es findet ein iterativer Prozess statt, und das System kann sich stabilisieren. Die Frage ist, ob die Kühlschlangen die lokalen Lasten mit der höheren Kaltwassertemperatur bewältigen können. Abhängig von den tatsächlichen Auslegungsbedingungen könnte die sensible Last des Gebäudes erfüllt werden, aber eine hohe Kaltwassertemperatur macht es schwierig, die latente Last zu erfüllen. Da dieses Szenario wahrscheinlich bei mittlerem Wetter eintritt, ist die Entfeuchtung möglicherweise kein Problem. In Bereichen, in denen Feuchtigkeit ein Problem darstellt, kann diese Anordnung zu hoher Feuchtigkeit innerhalb des Raums führen.
Eine Lösung besteht darin, beide Kältemaschinen ständig zu betreiben. Das funktioniert und ist eine einfache Lösung, aber es ist nicht energieeffizient und verursacht unnötigen Geräteverschleiß.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Sollwert des Betriebskühlers zu senken, um die Mischwassertemperatur auszugleichen. Das funktioniert auch, hat aber einige Schwierigkeiten. Das Absenken des Kaltwasser-Sollwerts erfordert, dass der Kühler härter arbeitet, wodurch seine Effizienz verringert wird. Unter extremen Bedingungen kann dies zu Stabilitätsproblemen des Kühlers führen.
Das Hinzufügen von Absperrventilen, um den Durchfluss durch einen Kühler zu stoppen, wenn er nicht in Betrieb ist, wird für ein System mit konstantem Durchfluss nicht empfohlen. Es ist unwahrscheinlich, dass die Pumpe den Nenndurchfluss liefern kann, wenn das gesamte gekühlte Wasser durch nur einen Kühler geleitet wird. Die Pumpe bewegt sich auf ihrer Kurve und es tritt ein Durchflussverlust auf. Ohne Auslegungsdurchfluss ist es unwahrscheinlich, dass alle einzelnen Lasten ihre erforderlichen Durchflüsse erhalten. Für den Fall, dass die Pumpe tatsächlich den Durchfluss durch einen Kühler liefern könnte, kann die maximal zulässige Durchflussrate für den Kühler überschritten werden, was zu ernsthaften Schäden am Kühler führen kann.
Die sichere Lösung besteht darin, beide Kühler immer dann zu betreiben, wenn gekühltes Wasser benötigt wird. Dies ist jedoch genauso teuer wie der Betrieb einer einzelnen Kühlanlage. Die Abstufung an den Pumpen und Kühltürmen ist ähnlich wie bei Einzelkühlern beschrieben.
Beispiel einer parallelen Kühlanlage
Betrachten Sie das gleiche Modellgebäude, das im Beispiel des Einzelkühlers verwendet wird. Die Auslegungslastleistung ist identisch mit der Einzelkälteanlage. Es gibt kleine Änderungen in realen Anwendungen, wenn zwei Chiller anstelle von einem verwendet werden. Zum Beispiel bieten Pumpen- und Kühlerauswahl wahrscheinlich nicht die gleiche Leistung, außer dass sie halb so groß sind.
Interessanter ist, dass der jährliche Energieverbrauch für Einzel- und Parallelkühler gleich ist. Dies tritt auf, weil beide Kühler so betrieben wurden, dass sie bei jeder Anlagenlast 44 °F gekühltes Wasser lieferten. Da beide Kältemaschinen in Betrieb waren, mussten auch alle Pumpen und Türme in Betrieb sein. Es gab keine Möglichkeit, nur einen Kühler bei geringer Last zu verwenden, einen Turm und eine Kondensatorpumpe abzuschalten und den einzelnen Kühler in seiner Leistungskurve weiter nach oben zu verschieben.
Dies könnte durch Umschalten auf einen variablen Primärfluss erreicht werden, was es ermöglichen würde, einen Kühler bei geringer Last zu isolieren, sowie die Größe der Kaltwasserpumpe zu reduzieren und ihre Betriebskosten zu senken.
