Les systèmes de free cooling peuvent générer des économies importantes pour les propriétaires de tels systèmes. Cependant, la quantité d'économies d'énergie potentielles disponibles dépend presque totalement de la conception globale du système et de la sélection de l'équipement à utiliser dans le système. En général, le concepteur doit équilibrer le coût élevé de l'équipement avec une plus grande possibilité d'économies d'énergie. Heureusement, ces économies - et les coûts associés - sont raisonnablement quantifiables afin que les concepteurs puissent faire des choix intelligents guidés par des informations fiables. Cet article décrira les méthodes de contrôle de capacité dans les schémas de conception de refroidissement gratuit.
Les tours de refroidissement à tirage induit et à tirage forcé nécessitent des directives distinctes pour le contrôle de la capacité pendant les applications de refroidissement naturel, qui sont détaillées dans ce qui suit. La séquence de contrôle d'une tour de refroidissement fonctionnant dans des conditions ambiantes basses est sensiblement la même que celle d'une tour de refroidissement fonctionnant dans des conditions estivales, à condition que la température ambiante soit au-dessus du point de congélation. Lorsque le temps devient très froid, des précautions supplémentaires doivent être prises pour éviter le risque de formation de glace dommageable.
Il est très important de maintenir un contrôle étroit de la tour de refroidissement pendant le fonctionnement hivernal. EVAPCO recommande qu'un Température MINIMALE de l'eau de sortie de 45 °F doit être maintenu pendant le fonctionnement en free cooling. Cependant, les tests en laboratoire et l'expérience sur le terrain ont montré que 42°F devrait servir de température de sortie d'eau MINIMALE ABSOLUE. Évidemment, plus la température de l'eau de sortie de la tour est élevée, plus le potentiel de formation de glace est faible. Cela suppose que le débit d'eau approprié sur la tour de refroidissement est maintenu et que les procédures de fonctionnement du ventilateur mentionnées dans le bulletin sont suivies.
Ce qui suit fournit un résumé des séquences de contrôle de capacité pour les unités à tirage induit et forcé. Une séquence de fonctionnement pour les tours utilisant des commandes de moteur à vitesse unique, à deux vitesses et à vitesse variable est illustrée. Sont également incluses les considérations de contrôle de capacité pour les tours de refroidissement à plusieurs cellules. Dans l'annexe de ce bulletin, les séquences de contrôle de capacité recommandées sont présentées plus en détail pour les tours de refroidissement fonctionnant dans des conditions de refroidissement naturel.
Contrôle de la capacité (tirage induit)
Le contrôle de la capacité des tours de refroidissement à tirage induit fonctionnant pendant les applications de refroidissement naturel peut être réalisé à l'aide de diverses méthodes. Les méthodes les plus courantes de contrôle de capacité sont :
- Cyclisme des moteurs de ventilateur à vitesse unique
- Utilisation de moteurs de ventilateur à deux vitesses
- Utilisation de variateurs de fréquence (VFD)
La méthode la plus simple de contrôle de la capacité d'une tour de refroidissement pendant le fonctionnement du refroidissement naturel consiste à allumer et à éteindre le moteur du ventilateur en réponse à la température de l'eau de sortie de la tour. Cependant, cette méthode de contrôle entraîne des écarts de température plus importants et des périodes de temps plus longues avec les ventilateurs éteints. Dans des conditions ambiantes extrêmement basses, l'air humide peut se condenser et geler sur le système d'entraînement du ventilateur. Par conséquent, les ventilateurs doivent être cyclés pendant des conditions ambiantes extrêmement basses pour éviter de longues périodes de fonctionnement inactif du ventilateur, que l'eau s'écoule sur le remplissage ou en dérivation. Veuillez noter qu'un cyclage excessif du ventilateur peut endommager le moteur du ventilateur : le nombre de démarrages et d'arrêts du moteur du ventilateur doit être limité à six par heure. Si les charges du bâtiment sont faibles, la tour connaîtra de longues périodes sans les ventilateurs, ce qui entraînera un plus grand risque de givrage sur les volets d'admission de l'unité. Par conséquent, le cyclage des moteurs de ventilateur à vitesse unique est la méthode de contrôle de capacité la moins recommandée.
Une autre méthode de contrôle de capacité consiste à utiliser des moteurs de ventilateur à deux vitesses, qui incluent une étape supplémentaire de contrôle de capacité. Cette étape réduit le différentiel de température de l'eau, et donc la durée d'arrêt des ventilateurs. De plus, les moteurs à deux vitesses permettent de réaliser d'importantes économies d'énergie, puisque la tour a le potentiel de fonctionner à basse vitesse pendant la majeure partie de la saison de refroidissement naturel.
La méthode la plus précise de contrôle de capacité pour une tour à tirage induit consiste à utiliser des variateurs de fréquence. Cela permet un contrôle beaucoup plus précis de la température de l'eau de sortie en permettant au(x) ventilateur(s) de fonctionner à la vitesse appropriée pour correspondre étroitement à la charge du bâtiment. Cependant, l'application d'un VFD avec une tour de refroidissement à tirage induit pourrait contribuer à la formation de glace dans des conditions inférieures au point de congélation. À mesure que la charge du bâtiment diminue, le système de commande à fréquence variable peut fonctionner pendant de longues périodes à des vitesses de ventilateur inférieures à 50 %. Le fonctionnement à des températures de sortie d'eau basses et à une faible vitesse de l'air à travers l'unité peut entraîner la formation de glace à divers endroits de l'unité.
Par conséquent, il est recommandé que la vitesse MINIMALE du variateur de fréquence soit réglée à 50 % de la pleine vitesse pour minimiser le risque de formation de glace dans l'unité pendant le fonctionnement de la tour de refroidissement à basse température ambiante. Voir la section Gestion des glaces pour plus d'informations.
Contrôle de la capacité (projet forcé)
Le contrôle de la capacité des tours de refroidissement à tirage forcé fonctionnant pendant les applications de refroidissement naturel peut être réalisé par plusieurs méthodes différentes. Semblables aux unités à tirage induit, les méthodes les plus courantes de contrôle de la capacité consistent à faire fonctionner des moteurs de ventilateur à vitesse unique, à utiliser des moteurs de ventilateur à deux vitesses ou des moteurs poney, ou à utiliser des variateurs de fréquence pour contrôler le(s) ventilateur(s) de la tour de refroidissement. Bien que les méthodes de contrôle de capacité pour les unités à tirage forcé soient similaires à celles utilisées pour les unités à tirage induit, il existe plusieurs différences majeures détaillées ci-dessous.
La méthode la plus simple de contrôle de capacité pour une unité à tirage forcé consiste à activer ou désactiver le(s) ventilateur(s). Cependant, cette méthode de contrôle entraîne des écarts de température plus importants et des périodes de temps sans ventilateurs. Lorsque les ventilateurs sont éteints, l'eau tombant à travers l'unité peut induire un flux d'air à travers la section du ventilateur.
Dans des conditions ambiantes extrêmement basses, cet air humide peut se condenser et geler sur les composants froids du système d'entraînement du ventilateur. Si les conditions changent et qu'un refroidissement est nécessaire, les quantités excessives de glace qui peuvent s'être formées sur le système d'entraînement peuvent détruire les ventilateurs et les arbres de ventilateur qui doivent soudainement fonctionner. Par conséquent, les ventilateurs DOIVENT être cyclés pendant le fonctionnement à basse température ambiante pour éviter de longues périodes de fonctionnement inactif du ventilateur. Veuillez noter qu'un cycle excessif peut endommager les moteurs de ventilateur. Limitez le nombre de démarrages à six par heure.
Les moteurs à deux vitesses ou à poney offrent une meilleure méthode de contrôle que les moteurs à une vitesse. Le contrôle du moteur à deux vitesses permettra une étape supplémentaire de contrôle de la capacité, réduira les écarts de température de l'eau et la durée d'arrêt des ventilateurs, et permettra de réaliser des économies sur les coûts énergétiques. Cette méthode de contrôle de capacité s'est avérée efficace pour les applications où les variations de charge sont excessives et les conditions hivernales sont modérées.
Les variateurs de fréquence offrent la méthode la plus flexible de contrôle de capacité pour les tours de refroidissement à tirage forcé. Le système de contrôle du variateur de fréquence permet aux ventilateurs de fonctionner à une plage de vitesses presque infinie pour adapter la capacité de l'unité à la charge du système. Pendant les périodes de charge réduite et de basses températures ambiantes, les ventilateurs peuvent être maintenus à une vitesse minimale (25 % de la pleine vitesse) qui assure une pression positive à l'intérieur de l'unité. Cette pression positive dans l'unité empêche l'air humide de migrer vers les composants froids de l'entraînement du ventilateur, réduisant ainsi le risque de formation de condensation puis de gel sur ceux-ci.
La méthode de contrôle par entraînement à vitesse variable doit être mise en œuvre pour les applications soumises à des charges fluctuantes et à des températures hivernales rigoureuses.
Contrôle de la capacité (unités à plusieurs cellules)
Les tours de refroidissement à tirage induit et forcé à plusieurs cellules nécessitent des séquences de contrôle différentes de celles des tours de refroidissement à cellule unique. Il est important que les ventilateurs et le débit d'eau sur chaque cellule soient correctement contrôlés sur les tours de refroidissement à plusieurs cellules.
Un bon contrôle du ventilateur est essentiel pour éviter le risque de formation de glace dans l'une des cellules d'une tour de refroidissement à plusieurs cellules. Tous les ventilateurs des cellules en fonctionnement DOIVENT être contrôlés simultanément pour éviter des conditions de gel dans une cellule. La méthode correcte de contrôle du ventilateur d'une tour de refroidissement à plusieurs cellules pendant le fonctionnement en refroidissement naturel est illustrée dans la figure ci-dessous.
Au lieu de faire fonctionner un ventilateur et un ventilateur éteint ; les deux ventilateurs doivent fonctionner ensemble à basse vitesse afin d'atteindre une température d'eau de sortie de 45 degrés. Cette méthode de fonctionnement a la même eau à 65 degrés entrant dans les deux cellules ; cependant, avec les deux ventilateurs fonctionnant à basse vitesse, cela permet à une eau à 45 degrés d'entrer dans le bassin à partir de chaque cellule. La température finale de l'eau de sortie de la tour de refroidissement est de 45 degrés, et le potentiel de gel dans une cellule est éliminé.
La INCORRECT La méthode de contrôle du ventilateur de plusieurs cellules est illustrée ci-dessous dans la figure ci-dessous. Dans cet exemple, l'eau du système à 65 degrés est pompée à travers le système de distribution d'eau de chaque cellule. Cependant, le ventilateur de la cellule 1 est éteint et le ventilateur de la cellule 2 est allumé. Étant donné que le ventilateur est éteint dans la cellule 1, l'eau entrant dans le bassin est à 55 degrés et le ventilateur de la cellule 2 est sur l'eau entrant dans le bassin à 35 degrés, la température nette de l'eau résultante entre les bassins est de 45 degrés. Cela répond à la température minimale requise de 45 degrés; cependant, la température de la cellule 2 est trop basse, ce qui peut entraîner un gel localisé.
En plus de fournir le contrôle approprié du ventilateur, il est également fortement recommandé de surveiller la température de l'eau de sortie dans toutes les cellules. Les sondes de température du bassin peuvent être placées soit dans la tuyauterie d'aspiration, soit dans le bassin d'eau froide. Cela peut aider à déterminer les conditions de givrage possibles dans chaque cellule. Cependant, si deux cellules fonctionnant ensemble ont une trop grande capacité provoquant un cyclage excessif du ventilateur, il faut alors envisager de diriger toute la charge vers une cellule et d'arrêter complètement l'autre cellule.
En règle générale, les charges de refroidissement hivernales sont bien inférieures à celles observées pendant la saison de refroidissement estivale. Par conséquent, le débit d'eau à travers la tour peut être réduit, ce qui peut créer un potentiel d'accumulation de glace sur ou à l'intérieur de l'unité.
Il est recommandé que le débit d'eau soit dirigé vers le moins de cellules possible, car la tour de refroidissement fonctionne mieux avec le débit du système aussi proche que possible du débit de conception par cellule. Cela garantit que le système de distribution d'eau maintient un schéma de pulvérisation approprié sur le remblai et évite une condition de faible débit qui peut entraîner la formation de glace à l'intérieur de la tour de refroidissement.
Dans certains cas, les débits d'hiver de conception sont réduits au-delà des limites inférieures de la plage de performances de la buse de pulvérisation. Dans ce cas, un système de distribution d'eau spécial peut être incorporé pour s'adapter au débit de conception hivernal. Cette conception peut utiliser un système de distribution d'eau supplémentaire avec des buses de pulvérisation capables de fonctionner dans des conditions de très faible débit. Typiquement, le système de distribution d'eau supplémentaire est limité à une cellule de la tour de refroidissement à tirage induit.
