Airconditioning en koeling bij RCC Cold and Air Treatment

Informatie over airconditioning, koeltechniek en koude, maar ook ventilatie, koeling en lucht

Bij waterkoelers voor (grotere) warmtepompen en industriële processen is er keuze uit vijf principes, van een simpele droge koeler tot een grote koeltoren. Wanneer kies je welke koeltechniek?

Kijk omhoog naar grote gebouwen en industriële installaties en je ziet meestal een breed scala aan droge koelers en koeltorens op het dak. Ze worden gebruikt om warmte uit gebouwkoelmachines te verwijderen en om water of andere vloeistoffen in industriële processen te koelen.

Het juiste koelsysteem kiezen De hamvraag hierbij is in hoeverre het koelwater gekoeld moet worden. Een retourtemperatuur van 40°C vanuit de chiller is minder kritisch dan wanneer het proces een gekoeldwatertemperatuur van 25°C vereist. Hoe lager de gegarandeerde watertemperatuur moet zijn, hoe belangrijker het is om het juiste koelsysteem te kiezen. Daarnaast spelen ook het energie- en waterverbruik van een koeltoren of koeler een rol. We lopen vijf soorten koelers door en zetten de kenmerken en voor- en nadelen op een rij.

Principe 1: Droge koeler De droge koeler is de eenvoudigste en meest voorkomende. Het principe erachter is vergelijkbaar met dat van de condensor van een chiller. Het te koelen medium (glycolwater) stroomt door een leiding in een kast. Aan deze buis zijn lamellen bevestigd die het koeloppervlak vergroten. Een ventilator zuigt buitenlucht aan, die via de zijkanten van de kast in de lamellenwarmtewisselaar wordt gezogen en de koeler aan de bovenkant verlaat. De droge koeler wordt niet alleen gebruikt voor koeling, maar ook om in de winter koude in een thermisch energiesysteem te brengen wanneer deze in thermische onbalans is.

Eenvoudig en goedkoop Het voordeel van de drycooler is het simpele principe. Het is de goedkoopste oplossing. Nadeel is dat de buitentemperatuur sterk bepalend is voor de eindtemperatuur van het te koelen water. De eindtemperatuur is gemiddeld zo'n 5 °C hoger dan de buitentemperatuur. Droge koelers worden meestal gebruikt als het medium een ​​uittredetemperatuur van 35 tot 40 °C mag hebben. Als het buiten 35°C is, kun je in de drycooler afkoelen tot maximaal 40°C. Er zijn processen die een lagere watertemperatuur vereisen. Legionella speelt geen rol in een droge koeler.

Principe 2: Drycooler met nozzles Dit is een drycooler met een verlenging in de vorm van nozzles voor de vinnen. Ze zorgen voor verneveling van leidingwater in de zuigzijden. Door de verneveling verdampt een deel van het water, waardoor de lucht afkoelt. Voor het verdampen van water is immers energie nodig, die aan de luchtstroom wordt onttrokken. Niet al het water verdampt. Een deel van de nevel en fijne druppeltjes zetten zich af op de lamellen. Hierdoor ontstaat er een aanslag en door het vocht zullen de lamellen en leidingen op den duur aangetast worden door corrosie. Dit kan deels worden voorkomen door waterbehandeling. Duurdere niet-corrosieve materialen verlengen de levensduur van de wisselaar. Het gaat om RVS buizen en lamellen van aluminium en magnesium.

Slechte beheersbaarheid Een belangrijk nadeel is de slechte beheersbaarheid van de sprinklerinstallatie. De sproeiers zijn aan of uit. Het water dat zich op de lamellen bezinkt, druipt eraf en stroomt weg, meestal op het dak. Daardoor wordt er veel water verspild. Ten opzichte van een standaard droge koeler is een uitblaastemperatuur mogelijk die maximaal 4 °C lager is. Een drycooler met sprinklerinstallatie maakt daarmee een uitblaastemperatuur van 30 tot 35 °C haalbaar. Het eenvoudige principe kan achteraf worden ingebouwd in een droge koeler. Door de druppels en verneveling is legionellapreventie een must.

Slimme koeltorens Een trend in koeltorens en droge koelers is monitoring op afstand. Door de specifieke kennis van de leverancier of installateur kan het optimale werkpunt bepaald worden waardoor water en energie bespaard worden. Dit is vooral belangrijk in koeltorens in periodes waarin het systeem niet op volle capaciteit draait. Een remote monitoring systeem geeft tevens inzicht in de mechanische staat van de installatie, zodat onderhoud op het juiste moment wordt uitgevoerd. Dashboards met alarmen geven actuele en historische informatie over de installatie of het proces, waardoor een 'slim' systeem ontstaat.

Principe 3: Koeler met adiabatische bevochtiging Bij dit principe wordt een drycooler aan de zuigzijden voorzien van een speciaal adiabatisch pakket dat wordt bevochtigd met leidingwater. Buitenlucht wordt door deze vochtige papier/kartonnen verpakking aangezogen, neemt water op en koelt af via het adiabatische principe. Deze gekoelde luchtstroom passeert de vinwisselaar en koelt het proceswater. Er zijn geen nevels of druppels die op de lamellen terecht kunnen komen. De luchtstroom na adiabatische bevochtiging heeft een relatieve luchtvochtigheid van bijna 100 procent.

Aanvullende eisen aan de fin exchanger Omdat de lucht zo vochtig is, zijn er aanvullende eisen aan de fin exchanger. Het is meestal gemaakt van aluminium/magnesium. Ook is waterbehandeling noodzakelijk om verstopping van de adiabatische koeler te voorkomen. De levensduur van de kartonnen verpakking is ongeveer zes of zeven jaar. Het waterverbruik is minder hoog dan bij de drycooler met nozzles, maar er wordt toch meer kraanwater aangevoerd dan verdampt. Het overtollige water stroomt het riool in.

Regeling door vochtigheid In vergelijking met de drycooler met nozzles verbruikt dit principe minder water en kan het bevochtigingsproces eenvoudig worden gecontroleerd. De luchtvochtigheid in de kast wordt gecontroleerd, dus na de adiabatische verdamper. De adiabatische koeler omvat ook de besturing van de volledige koeler. Alles is op elkaar afgestemd, ook de snelheid van de fans. Daarnaast is er de keuze uit een energie- of waterbesparende modus. Als er meer water wordt toegevoerd, kunnen de ventilatoren langzamer draaien. Het te koelen medium kan worden teruggekoeld tot ca. 26/27 °C. Het proces is afhankelijk van de vochtigheid van de buitenlucht. Bij hoge luchtvochtigheid neemt het koelvermogen af. Meer dan 80 procent van de tijd werkt de koeler als een vrije koeler met het adiabatische gedeelte uitgeschakeld. Het risico op legionella is laag. Er ontstaan ​​geen druppels of nevels en het is aantoonbaar dat er geen legionella-aerosolen in de luchtstroom na de ventilator aanwezig zijn.

Principe 4: Hybride koeler Een hybride koeler is een mix van de adiabatische koeler en koeltoren. Grote delen van het jaar functioneert de hybride koeler als droge koeler, dankzij de vinwisselaar die een groot koeloppervlak heeft. Wanneer de buitentemperatuur stijgt en het koelvermogen afneemt, wordt verdampingskoeling toegevoegd. In die modus stroomt het water langs de lamellen naar beneden. De aangezogen lucht zorgt voor verdamping van het water en koelt het proceswater direct af. Het voordeel is de directe verdamping van het water op de lamellen.

Groter koelvermogen, lager stroomverbruik In principe 2 en 3 wordt de luchtstroom eerst adiabatisch gekoeld en die luchtstroom koelt vervolgens de lamellenwarmtewisselaar. In de hybride koeler en koeltoren verdampt het water op de warmtewisselaar, wat het meest efficiënt is. Het te koelen medium kan een eindtemperatuur van 25/26 °C bereiken. Doordat de lamellen nat worden, zijn ze kathodisch beschermd tegen corrosie. Voordelen ten opzichte van principe 3 zijn het hogere koelvermogen en het lagere stroom- en waterverbruik. Slechts enkele bedrijven leveren hybride koelers. Een hybride koeler is echt een high-end oplossing, bijvoorbeeld voor datacenters die veel koelcapaciteit nodig hebben, maar ook afgerekend worden op het energie- en waterverbruik.

Principe 5: Koeltoren Koeltorens zijn er in open en gesloten varianten. Een open koeltoren heeft een eenvoudig principe. Nozzles verdelen het water aan de bovenzijde van de koeltoren over een koelpakket. Door de vorm van het koelpakket vormt het water een dunne, gelijkmatige laag over het pakket, waardoor een groot warmtewisselend oppervlak ontstaat. Lucht blaast van onderaf langs de gelijkmatige waterfilm. Een deel van het proceswater wordt gekoeld door verdamping. De vochtige lucht verlaat de koeltoren aan de bovenkant. Het te koelen water komt terecht in een watertank op de bodem van de toren en keert terug naar het industriële proces.

Grote koelcapaciteit Kenmerkend voor een open koeltoren is de grote koelcapaciteit op een relatief beperkt oppervlak. Het nadeel van het open principe is vervuiling van het te koelen medium. Stof, bladeren en insecten kunnen in het water komen. Indien dit ongewenst is, is een gesloten koeltoren (zie hieronder) noodzakelijk. Omdat het koelwater in direct contact komt met de buitenlucht en er indikking plaatsvindt, is een preventieve waterbehandeling noodzakelijk. Bij het beheer van een koeltoren is een legionellabeheerplan verplicht.

Proceswater door stalen buizen In een gesloten koeltoren stroomt het proceswater door buizen van verzinkt staal. Het circulerende water loopt van bovenaf door de leidingen. Een ventilator brengt een luchtstroom op gang tussen de gegalvaniseerde stalen buizen, waardoor het water verdampt en het proceswater afkoelt. Het water dat niet verdampt komt terecht in een opvangbak onderin de koeltoren en wordt met een circulatiepomp opnieuw besproeid. Het risico op legionella-emissies is groot. In een gesloten systeem is waterbehandeling noodzakelijk om legionella te voorkomen.

Meest effectieve koelproces Het koelproces in een koeltoren is het meest effectief en kan een watertemperatuur bereiken van 25 of 26 °C. Een koeltoren is goedkoper dan een hybride koeler, maar de bedrijfskosten zijn hoger door extra energie- en waterverbruik. Zowel open als gesloten koeltorens missen vinnen, waardoor de koelcapaciteit in de vrije modus (zonder verdampingskoeling) minder groot is. Wanneer de buitentemperatuur stijgt, is er snel verdampingswater nodig om het proceswater af te koelen. Met een lamellenwarmtewisselaar is tot 80 procent van de tijd vrije koeling mogelijk; alleen in de zomer is ondersteuning van verdampingskoeling nodig. Vrije koeling is slechts 20 procent van de tijd mogelijk in een koeltoren.

Met dank aan Maarten Wijffelaars van Cool Industries

Tags: Koeltechniek, adiabatische koeling, klimaattechniek

De koelsector doet te weinig om jonge professionals aan te trekken

Schrijf je in voor de Cold and Air Treatment nieuwsbrief