Dans le monde d'aujourd'hui soucieux de l'énergie, les systèmes efficaces de rejet de chaleur jouent un rôle essentiel dans le maintien de températures optimales pour diverses applications industrielles et commerciales. Avec un large éventail de configurations système disponibles, choisir celle qui convient le mieux à vos besoins peut être une tâche ardue. Ce guide complet examine cinq configurations clés du système de rejet de chaleur, vous permettant de prendre des décisions éclairées et d'améliorer les performances de votre infrastructure de refroidissement.
Nous explorerons les tenants et les aboutissants des configurations suivantes : système refroidi par air direct, système refroidi par eau directe avec tour de refroidissement, système refroidi par eau indirect avec tour de refroidissement, système refroidi par eau de mer directe et système refroidi par eau de mer indirect avec chaleur. Échangeur. En comprenant les principes, les avantages et les limites de chaque configuration, vous serez mieux équipé pour sélectionner et mettre en œuvre la solution de rejet de chaleur la plus efficace pour vos besoins spécifiques. Plongeons donc dans le monde des systèmes de rejet de chaleur et découvrons les secrets pour optimiser leurs performances.
Phénomènes de rejet de chaleur
Le réfrigérant à l'intérieur d'un refroidisseur dégage de la chaleur qui est ensuite transférée à un fluide de refroidissement externe et évacuée vers un endroit où elle peut être éliminée en toute sécurité – cela peut être l'air extérieur ou, si vous avez de la chance, une rivière, un lac ou la mer. ! Un refroidisseur refroidi par air utilise de l'air tandis qu'un refroidisseur refroidi par eau utilise de l'eau comme moyen de refroidissement.
Équipement majeur d'une centrale d'eau glacée
Si l'air n'est pas utilisé comme source de refroidissement directe, un dispositif de transfert de chaleur, tel qu'une tour de refroidissement ou un radiateur, doit être utilisé pour évacuer la chaleur dans l'atmosphère. De plus, si la source d’eau n’alimente pas directement les condenseurs du refroidisseur, un échangeur de chaleur doit être utilisé pour transférer la chaleur à l’eau.
Système de refroidissement direct à l'air
Un système refroidi directement par air est un système de refroidissement qui ne nécessite pas de liquide de refroidissement pour dissiper la chaleur. Ce type de système de refroidissement est plus efficace qu'un système traditionnel refroidi par eau, car il ne nécessite pas de composants supplémentaires, tels qu'une pompe, un radiateur et un réservoir de liquide de refroidissement. Le système fonctionne en utilisant un ventilateur pour faire circuler l'air sur la source de chaleur et dissiper la chaleur du système. Les systèmes de refroidissement direct par air peuvent être utilisés pour diverses applications, notamment le refroidissement de l'électronique, la climatisation et même le refroidissement de l'intérieur d'un véhicule. Ce type de système de refroidissement est souvent préféré aux systèmes refroidis à l'eau en raison de son efficacité plus élevée et du fait qu'il ne nécessite pas l'utilisation de composants supplémentaires.
Le moyen le plus simple d’évacuer la chaleur du condenseur consiste à utiliser de l’air pour refroidir le condenseur, ce qui est le cas lorsque des refroidisseurs à air sont utilisés. Un refroidisseur à air est équipé de serpentins à tubes à ailettes comme condenseur et de ventilateurs pour aspirer l'air extérieur à circuler à travers les espaces entre les ailettes des serpentins du condenseur afin de refroidir le réfrigérant alimenté à travers les tubes. Le condenseur et les ventilateurs, ainsi que le compresseur, l'évaporateur, le dispositif d'expansion, un panneau de commande et d'autres accessoires sont généralement assemblés dans une unité globale, qui peut être utilisée une fois fixée sur site et avec les conduites d'eau glacée et l'alimentation électrique connectées. Les refroidisseurs à air sont normalement installés à l'extérieur mais, si nécessaire, ils peuvent être installés à l'intérieur avec une évacuation canalisée.
Système de refroidissement direct par eau avec tour de refroidissement
Un système de refroidissement direct par eau avec tour de refroidissement est un système de refroidissement efficace pour les applications industrielles. Il utilise un système en boucle fermée pour transférer la chaleur générée par les machines vers la tour de refroidissement. L'eau est ensuite refroidie par le processus d'échange thermique et renvoyée aux machines pour être réutilisée. Ce système est connu pour son efficacité énergétique et est souvent utilisé dans des applications où de grandes quantités de refroidissement sont nécessaires, comme dans les centrales électriques, les usines chimiques et d'autres processus industriels. De plus, la tour de refroidissement offre un moyen plus efficace de dissiper la chaleur, ce qui en fait un choix idéal pour de nombreuses industries.
Les tours de refroidissement sont des équipements de transfert de chaleur qui permettent d'évacuer la chaleur du condenseur des refroidisseurs à eau dans l'atmosphère. Une analyse détaillée du principe de fonctionnement et du processus des tours de refroidissement sera donnée plus loin dans ce chapitre. En utilisant cette méthode de rejet de chaleur, des pompes à eau sont installées pour faire circuler l’eau du condenseur entre les refroidisseurs et les tours de refroidissement. L'approvisionnement en eau est nécessaire pour reconstituer les pertes d'eau au cours du processus, et le traitement de l'eau est nécessaire pour contrôler la qualité de l'eau et prévenir l'apparition de la légionellose. Un système de contrôle de température limite basse est généralement installé pour empêcher la température de l'eau du condenseur entrant dans le refroidisseur de descendre en dessous d'une limite basse (~16°C), ce qui peut se produire en hiver et provoquer un fonctionnement instable du refroidisseur.
Système de refroidissement indirect par eau avec tour de refroidissement
Un système de refroidissement indirect par eau avec tour de refroidissement est un moyen efficace de refroidir un bâtiment ou une installation industrielle. Ce système comprend une tour de refroidissement qui fonctionne en évaporant l'eau et en libérant la chaleur dans l'atmosphère. L'eau est ensuite refroidie lorsqu'elle traverse la tour, puis pompée vers le bâtiment ou l'installation pour fournir de l'air frais. Ce type de système est idéal pour les installations industrielles plus grandes et plus complexes et peut être facilement adapté à n’importe quelle taille ou forme de bâtiment. C'est également un moyen rentable de garder un bâtiment ou une installation au frais et est économe en énergie, ce qui en fait un excellent choix pour ceux qui cherchent à réduire leurs coûts énergétiques.
Le circuit d'eau du condenseur dans le système de rejet de chaleur mentionné ci-dessus peut être divisé en deux qui sont thermiquement reliés entre eux par un échangeur de chaleur. Cette conception peut être utilisée lorsque de l'eau de mer est utilisée dans le circuit à travers la tour de refroidissement et que de l'eau douce est utilisée dans le circuit à travers le refroidisseur, pour protéger le condenseur du refroidisseur des effets de corrosion et d'érosion de l'eau de mer. Des pompes sont nécessaires dans chaque circuit d’eau pour le transport de chaleur.
Système de refroidissement direct à l'eau de mer
Les systèmes refroidis directement à l’eau de mer utilisent l’environnement naturel pour refroidir et condenser la vapeur d’une centrale électrique. Ce procédé est plus efficace et plus respectueux de l'environnement que les systèmes de refroidissement traditionnels. En utilisant les propriétés naturelles de l'océan pour évacuer la chaleur de la centrale électrique, les systèmes refroidis directement par l'eau de mer réduisent la consommation d'énergie, diminuent les émissions et nécessitent moins d'entretien que les autres systèmes de refroidissement. De plus, ce système est rentable, car son fonctionnement ne nécessite pas de grandes quantités d’énergie et ne nécessite pas de ressources supplémentaires pour le refroidissement. Dans l’ensemble, les systèmes refroidis directement à l’eau de mer constituent une alternative efficace et durable aux systèmes de refroidissement traditionnels.
Pour un bâtiment à proximité d'un port, une station de pompage peut être construite pour puiser de l'eau de mer pour le refroidissement du condenseur. L'eau de mer aspirée par les pompes à eau de mer peut être acheminée directement vers des condenseurs refroidisseurs, et l'eau de mer utilisée sera pompée vers le port pour être éliminée. Des équipements de filtration et un dosage de produits chimiques/biocides sont nécessaires pour contrôler la qualité de l'eau et empêcher la croissance de micro-organismes.
Système de refroidissement indirect à l'eau de mer avec échangeur de chaleur
Le système de refroidissement indirect à l'eau de mer avec échangeur de chaleur est un système de refroidissement efficace et respectueux de l'environnement qui utilise l'eau de mer pour refroidir et transférer la chaleur. Ce système fonctionne en pompant l'eau de mer de l'océan vers un échangeur de chaleur, où la chaleur est transférée de l'eau de mer vers une boucle d'eau douce. Cette boucle d’eau douce circule ensuite dans une tour de refroidissement, ce qui contribue à dissiper la chaleur, puis retourne vers l’échangeur de chaleur pour être refroidie. L’eau de mer refroidie peut ensuite être renvoyée dans l’océan. Ce système devient de plus en plus populaire en raison de sa grande efficacité, de sa rentabilité et de son impact minimal sur l'environnement.
Pour la protection des condenseurs du refroidisseur, le circuit d'eau du condenseur dans le système mentionné ci-dessus peut être divisé en deux qui sont thermiquement reliés entre eux par des échangeurs de chaleur. Cela permet d'utiliser de l'eau fraîche dans le circuit à travers le refroidisseur, bien qu'un groupe de pompes supplémentaire soit nécessaire.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
Indirect Water-Cooled heat rejection systems use a heat exchanger to transfer heat from the chiller to the cooling water, whereas Direct Water-Cooled systems circulate cooling water directly through the chiller. Indirect systems provide better protection against corrosion and fouling, and allow for more flexibility in terms of water quality and temperature. However, they may require additional pumps and piping, increasing their complexity and cost.
Seawater-Cooled heat rejection systems can provide significant energy savings and reduced water consumption in coastal applications. Seawater is a free and abundant resource, eliminating the need for cooling towers or condenser water treatment. However, seawater corrosion and fouling must be carefully managed through material selection and regular maintenance. Additionally, seawater intake and discharge regulations must be complied with to minimize environmental impacts.
To determine the most suitable heat rejection system configuration, consider factors such as heat rejection requirements, available water resources, ambient temperatures, and local regulations. Evaluate the pros and cons of each configuration, including upfront costs, operating expenses, maintenance requirements, and environmental impacts. It may be beneficial to consult with a qualified HVAC engineer or conduct a detailed feasibility study to ensure the selected configuration meets your specific needs and constraints.
Common design considerations for chiller heat rejection systems include chiller sizing, piping layout, and pump selection. It is essential to ensure that the chiller is properly sized for the application, and that the piping layout is optimized for minimal pressure drop and maximum heat transfer. Pump selection should be based on factors such as flow rate, pressure, and efficiency. Additionally, consideration should be given to noise levels, vibration, and accessibility for maintenance.
To optimize the performance of an existing heat rejection system, consider implementing measures such as regular cleaning and maintenance, optimizing chiller setpoints and control sequences, and upgrading to more efficient components. Analyze system data and trends to identify opportunities for improvement, and consider conducting an energy audit or retro-commissioning study to identify potential energy savings. Additionally, consider implementing water-saving measures, such as using grey water or rainwater for cooling, to reduce the system’s environmental impact.
