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 “フリー冷却”。自由冷却とは、冷媒コンプレッサーを使用せずに、熱交換器を使用して冷却塔の水によって冷水を冷却することです。自由冷却は、周囲条件により冷却塔が生成できる場合に達成できます。”冷たい水”というシステムです。
冷却塔がシステムに「冷水」を供給しているとき、氷点下条件で動作しなければならない期間があります。この期間中、塔が非常に寒い周囲条件にさらされると、冷却塔またはシステム内の他の場所で氷が生成される可能性が高くなります。不適切な冷却塔の設計が選択された場合、またはユニットが適切に操作または防寒されていない場合、ユニット内に過剰な量の氷が形成され、能力の低下、操作の困難、および塔への潜在的な損傷を引き起こす可能性があります。
自由冷却用途における冷却塔の性能は、システムと冷却塔の設計の両方に依存します。冷却システムに適用される制御シーケンスでは、次の点を考慮する必要があります。 空気側と水側の両方の管理 冷却塔の様子。低周囲条件下で冷却塔が適切に動作するようにするには、自由冷却中に適切な制御シーケンスを適用することが不可欠です。
冷却塔を利用するプロジェクトで自由冷却の要件が指定されている場合、プロジェクト設計の最初から特定の考慮事項を行う必要があります。
最初の冷却塔を配置するときは、塔の位置が悪く、卓越風が吹くことによる再循環を防ぐため、特別な注意を払う必要があります。強い卓越風が存在する場合は、誘導ドラフトタワーに「風壁」を追加することを検討する必要があります。
第2、冷却塔には、リモートサンプが不可能な場合に盆地の凍結による動作上の問題を防ぐために、盆地ヒーター、電気水位制御、振動スイッチなどの基本的なオプションを装備する必要があります。
最後に特に冬の冷房負荷が夏の負荷よりも大幅に小さい場合は、容量制御も慎重に考慮する必要があります。複数セル冷却塔の個々のセルを停止するか、単一セルに低流量ヘッダーを使用する必要があります。最低出水温度 45°F を常に維持する必要があります。
向流冷却塔では、充填物は完全に密閉され、低い周囲条件で充填パックの凍結を引き起こす可能性がある風などの外部要素から保護されます。さらに、システムの不均衡により凍結が発生した場合のたるみを防ぐために、充填パックは下から支えられています。 Evapco 逆流冷却塔のファン、ファン モーター、駆動システムは、通常のファン速度の最大 50% で安全に逆回転できるように設計されています。ただし、向流冷却塔を自由冷却モードで運用する場合には、考慮すべき事項がいくつかあります。
このエンジニアリング速報では、 冷却塔の設計に関する考慮事項 強制通風装置と誘引通風装置の両方について、また自由冷却中の冷却塔の正常な動作を保証するための適切なメンテナンス手順が必要です。
通常動作
自由冷却の検討は、夏の冷房シーズン中の冷却塔の通常の動作を見直すことから始める必要があります。図 1 に示す回路図は、典型的な夏の条件における冷却システムの動作を詳しく示しています。チラーは動作しており、システムの冷水を冷却しています。従来のシステムでは、冷水は空調空間からの熱を吸収した 55°F で空調空間から戻ります。次に、冷却器の蒸発器シェル内で冷却されてから、45°F の空調スペースに戻されます。これらの条件では、冷却器と冷却塔は動作していますが、示されている熱交換器はシステムから隔離されており、システムの動作には含まれていません。
同時に、冷却塔は建物の負荷と圧縮熱を吸収します。次に、冷却塔はこの熱負荷を大気中に伝達します。一般的な空調システムでは、水はチラーの凝縮器シェルから出て、95°F で冷却塔に入ります。その後、熱水は 85°F まで冷却され、チラーの凝縮器シェルに戻されて熱伝達プロセスが継続されます。
フリークーリング運転
フリークーリング中はチラーは動作しません。冷却塔は建物の熱負荷を吸収し、大気中に排出します。フリークーリング運転中はチラーが作動していないため、冷却塔は圧縮熱を除去する必要がありません。チラーは隔離されており、冷却塔と空調スペースからの水は熱交換器にバイパスされます。周囲条件が低いため、冷却塔は熱交換器の一次側に 45°F という低い温度の「冷水」を提供でき、冷却塔に戻される前に建物の熱負荷を吸収します。熱交換器では 2°F アプローチを実現でき、二次側の 47°F 水が建物を冷却します。冬には冷房負荷と建物から湿気を除去する必要性が軽減されるため、「自由冷却」の冷水温度は夏季の運転時よりも高くなる可能性があります。
回路図に示されている温度は典型的なものですが、システム負荷、冬の設計条件、および望ましい建物温度によって異なります。設計エンジニアは、自由冷却操作に適切な冷却塔を選択できるようにするシステム パラメーターを定義する責任を負います。
自由冷却: システム設計の考慮事項
フリー冷却の用途を検討する場合、冷却塔システムの設計を適切に計画することが重要です。プロジェクトの設計段階では、次の項目を考慮する必要があります。
- 冷却塔の選択
- ユニットレイアウト
- 冷却塔配管
- 冷却塔アクセサリ
- 自由冷却から機械冷却への移行
冷却塔の選択
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.
さらに、単一セルユニットは夏と冬の設計条件を満たす可能性がありますが、冬季の動作には複数セルユニットの方が適切な選択となる可能性があります。冬季の運転では水の流量が夏の流量よりも少なくなる可能性があるため、より少ないセルに水を集中させることができ、セルあたりの流量を高く保つことができ、タワー内に氷が形成される可能性が低くなります。複数のセルユニットは、動作中のセルの霜取りが必要な場合や故障した場合のバックアップ容量も提供します。
ユニットレイアウト
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 命令的な 自由冷却に使用される冷却塔用 機器のレイアウトにより、再循環の可能性が最小限に抑えられます.
夏季の運転中は、再循環によって冷却塔の能力が大幅に低下する可能性がありますが、冬季の運転中は、吸気ルーバー、ファン、ファン シャフト、およびファン スクリーンで凝縮水が凍結する可能性があります。これらの領域に氷が蓄積すると、ユニットへの空気の流れに悪影響が及んだり、より深刻な場合にはこれらのコンポーネントの故障につながる可能性があります。製造会社およびコンサルティング会社は、冬期運転に使用するユニットに振動スイッチを使用することを強く推奨します。
強制通風ユニットおよび誘引通風ユニットの正しい取り付けと誤った取り付けについては、図 3 を参照してください。 冷却塔の性能は卓越風の影響を受ける可能性があります。強風により吸気ルーバーやファンスクリーンに着氷状態が発生し、タワーへの空気の流れに悪影響を及ぼす可能性があります。
さらに、ユニットのレイアウトが不適切な場合、卓越風が吹くと、湿気を含んだ排出空気の下向きの気流が発生し、ユニットの表面で結露し、急速に凍結する可能性があります。この現象により、誘引通風ユニットの吸気ルーバーや強制通風ユニットのファンでの氷の形成が促進されます。
冷却塔配管
自由冷却用途の冷却塔システムを設計する場合、ユニットの適切な冬季動作を確保するために、いくつかの配管の詳細を考慮する必要があります。低負荷状態時の容量制御の手段として、冷却塔の配水システムを水が「バイパス」できるように、冷却塔のバイパスをシステム設計に組み込む必要があります。冷却塔バイパスに対応するシステム配管を設計するには、いくつかの方法があります。
冷却塔バイパスを復水器水配管システムに設置することをお勧めします。この方法で設置されたバイパスには、冷却塔に出入りする凝縮器水の供給と戻りの間にパイプのセクションが必要になります。
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.
どのタイプのバイパス配置を使用するかに関係なく、バイパス配置のみを使用することをお勧めします。 フルフローバイパス フリークーリング運転中に使用してください。これは、タワーへの総流量を配水システムに送るかバイパスする必要があることを意味します。
夏の間は部分的なバイパスの使用は許容されるかもしれませんが、自由冷却運転中には決して部分的な冷却塔バイパスを使用しないでください。
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.
凍結防止
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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