Soğuk Hava Ortamlarında Soğutma Kulesi Çalışmasının Sürdürülmesi

Sürekli donma koşulları, soğutma kulesinin çalışmasını zorlaştırsa da temel önlemler sorunsuz performans sağlayabilir.  Endüstriyel proses tesislerinden veri merkezlerine kadar uzanan uygulamalarda birçok bina soğuk havalarda bile soğutmaya ihtiyaç duyar. Komplikasyonları önlemek için soğutma kulelerini donma noktasının altındaki sıcaklıklarda çalıştırırken dikkatli bir gözetim gereklidir. Bazı temel işletim yönergeleri izlenerek, soğutma kuleleri soğuk iklimlerde bile yıl boyunca başarıyla çalıştırılabilir.

Soğuk havada çalıştırma gerekliliklerini soğutma kulesi üreticinizle görüşmeniz önemlidir. Çapraz akışlı ve karşı akışlı soğutma kulesi tasarımları, farklı soğuk havada çalışma özelliklerine sahiptir, ancak her iki kule tasarımında ortak olan bazı uygulamalar vardır. Onlar içerir:

• Operatörler yeterli ısı yükünü korumalıdır.
• Operatörler, fan hızını modüle etmek için değişken frekanslı sürücüler kullanmalıdır.
• Operatörler, suyun dışarı sıçramasını ve buz oluşturmasını önleyen bir tasarıma sahip olmalıdır.

Giriş panjurları ve ısı kaynağından uzak alanlar buzlanmaya karşı en hassas olanlardır. Alt dondurucu havalarda giriş panjuru alanında hafif buzlanma normaldir. Tipik olarak, bu bir endişe değildir. Amaç, havanın soğutma kulesinden akmasını engelleyebilecek aşırı buzlanmayı önlemektir.
 

Soğuk İklimlerde Soğutma Kuleleri İçin Önerilen Uygulamalar

Soğutma kulesi operatörleri, tahmin edilen sıcaklıkların 24 saatten fazla donma noktasına yakın olduğu durumlarda uygulanan soğuk havada çalışma prosedürlerini oluşturmalıdır. 

Aşağıda bazı temel soğuk hava çalışma prensipleri listelenmiştir:

• Soğutma kulelerini ısı yükü olmadan çalıştırmayın.
• Soğutma kulesi ısı değişim ortamı (dolgu) üzerinde her zaman tasarımda minimum veya daha yüksek bir su akış hızı sağlayın.
• Soğuk iklimlerde, ısı yükü çok düşerse buzlanmayı önlemek için, işletme suyu akışını doğrudan soğuk su havuzuna atlayın.
• Fan döngüsü veya iki hızlı motorlar kullanılabilirken, değişken frekanslı sürücüler tercih edilir.
• Alt dondurucu havalarda soğutma kulesini gözetimsiz çalıştırmayın.

Bu ipuçlarının her birine daha yakından bakmak, soğutma kulesi kullanıcılarını soğuk havada çalışmaya hazırlamaya yardımcı olacaktır. 

Soğutma Kulelerini Isı Yükü Olmadan Çalıştırmayın.

Bir ısı yükü olmadan, kuleden akan su, havanın yaş termometre sıcaklığında eşitlenir veya hangisi önce gerçekleşirse, buz oluşturur. Bu, fanlar çalışırken hızlı ve fanlar kapalıyken daha yavaş gerçekleşir. Aşırı buz birikmesi hava akışını engelleyebilir ve dolguya zarar vererek soğutma kulesini etkisiz hale getirebilir.

Soğutma Kulesi Dolgusu Üzerindeki Su Akış Hızını Tasarımda Minimum veya Daha Fazlasında Tutun

Operatör tarafından istenen herhangi bir akış hızı için, en azından soğutma kulesi üreticisinin bireysel soğutma kulesi hücresi başına minimum su akış hızının korunmasına özen gösterilmelidir. Hücre başına minimum akışı korumak için su alan hücrelerin sayısı ayarlanmalıdır.

Soğutma kulesi üreticisi, su dağıtım tasarım hükümlerini kullanarak minimum akış yüzdesini daha düşük bir değere çıkarabilir. Bu hükümler, nozüller üzerinde uygun basınç yükünü korurken aktif doldurma alanını uygun şekilde azaltarak düşük akışı sağlar. (Aktif dolgu alanını azaltma yöntemleri arasında sıcak su havzası barajları veya çapraz akışlı bir soğutma kulesindeki taşma kapları bulunur.) Bu, dolgu üzerinde eşit su dağılımına ve öngörülebilir performansa yol açar.

^{Şekil 1. Buz kontrolü, bir kulenin konfigürasyonuna ve mekanik bileşenlerine bağlıyken,
resimdeki gibi çapraz akışlı soğutma kuleleri, erimeyi teşvik etmek için ılık su ve buz arasındaki teması teşvik eder.}

İşletme Suyu Akışını Doğrudan Soğuk Su Havzalarına Atlayın. Soğuk iklimlerde, ısı yükü çok düşerse buzlanmayı önlemek için, işletme suyu akışını doğrudan soğuk su havuzuna atlayın. Baypas su akışını modüle etmeyin, aksi takdirde düşük akışlı alanlarda dolgu kolayca donabilir.

Sürekli Donma Koşullarında Soğutma Kulelerini Çalıştırırken VFD'leri kullanın. Fan döngüsü veya iki hızlı motorlar kullanılabilirken, değişken frekanslı sürücüler (VFD'ler) hücreden hücreye sıcaklık gradyanlarını ortadan kaldırır ve sürekli donma koşullarında soğutma kulelerini çalıştırırken tercih edilir. Sıralı fan çevrimi (tümü açık, bir kapalı, iki kapalı vb.), fanların açık olduğu hücrelerde önemli ölçüde daha düşük sıcaklıklara yol açabilir. Bu, hücre donma riskini artırır. Bunu önlemek için her hücre bir VFD ile donatılmalı ve her biri aynı ayar noktası sıcaklığında çalışmalıdır.

Soğutma Kulesini Dondurucu Havalarda Gözetimsiz Çalıştırmayın. Soğutma kulesinin çalışması ne kadar otomatikleştirilmiş olursa olsun, denetçiler sürekli donma koşullarında kuleyi düzenli olarak fiziksel olarak kontrol etmelidir. Ilıman havalarda, kontrol odası ile iletişim kuran uzak kameralarla koşullar izlenebilir. Ancak daha soğuk havalarda, operatörün soğutma kulesini daha sık yerinde incelemesi önerilir.

Çapraz Akışlı Soğutma Kuleleri Neden Soğuk Havada Çalıştırma İçin Daha İyidir?

İki temel kule türünden — çapraz akışlı ve karşı akışlı — soğuk havada çalıştırma için çoğu senaryoda çapraz akışlı bir soğutma kulesi önerilir. Çapraz akışlı bir kulenin su dağıtım sistemi, önemli ölçüde daha düşük akışlara izin verir. Bu tasarım aynı zamanda dolguda su kanallarının gelişmesini engeller ve donma sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda buz oluşumunu engeller.

Sıcak su havzası barajlarını veya meme kaplarını kullanan çapraz akışlı kuleler, ısı yükünü dolgunun hava koşullarına maruz kalan tarafına doğru tutar. Bu, düşük akış koşullarında erimeyi iyileştirmek için ılık su ve buzlu yüzeyler arasındaki teması destekler. Ayrıca, içeriye doğru eğimli hava giriş yüzlerine sahip çapraz akışlı kuleler, fanlar kapatıldığında hava giriş panjurunda (karşı akışlı kuleye kıyasla) daha hızlı erime başlatır. Buz kontrolü ayrıca, dolum tipine, takılı panjur olup olmadığına, su dağıtım sistemine ve mekanik ekipman düzenlemelerine bağlıdır.

^{Şekil 2. Çapraz akışlı kuleler için, meme kabı sistemi gibi değişken akışlı sistemler,
kulenin içini nemli ve ısıtmalı tutarken kulenin minimum akışını azaltır.}

Tipik olarak çapraz akışlı kulelerde bulunan entegre panjurlu dolgu levhaları, soğuk hava çalışması için daha uygundur. Panjurlar, buz oluşumunu sınırlamaya yardımcı olan ve fanlar kapalıyken buz çözme etkinliğini artıran ısı yüküne yakındır. Kanat tipi panjurlara kıyasla daha dar aralıklı entegre panjurlar ayrıca buz birikmesini önlemek için maksimum su muhafazası sağlar. Tipik olarak, ısı transfer yüzeyi ile tek bir sürekli tabaka halinde ısıyla şekillendirilirler. Bu, iyi su kontrolü sağlar ve sıçramayı önlemeye yardımcı olur.

Donma Koşullarında Su Tarafı Ekonomizerleri

Enerji tüketimini azaltmak için tasarım mühendisleri, daha verimli soğutma için soğuk, düşük nemli, ortam hava koşullarından yararlanmak için genellikle hava tarafı veya su tarafı ekonomizörlerini kullanır. Entegre bir ekonomizer, her iki yönde de kademeli geçişlere izin verir - yalnızca ekonomizör çalışmasından tam soğutma grubuna kadar - donma koşullarında en iyi kontrolü sağlar. Hava tarafı ekonomizörleri, devridaim edilen havayı yeniden soğutmak yerine sisteme düşük nemli hava verir. Su tarafı ekonomizörleri, ısı reddini en üst düzeye çıkarmak ve su soğutma grubu güç tüketimini en aza indirmek için bir soğutma kulesinin evaporatif soğutmasını tamamlar.

Serbest soğutma adı verilen bu işlem, sisteme daha soğuk su sağlamak için daha düşük dış hava sıcaklıklarından yararlanır. Bu tür tasarımlar, bir soğutma grubunu çalıştırma ihtiyacını ortadan kaldırabilir veya önemli ölçüde azaltabilir. Su soğutmalı sistemleri kullanan prosesler veya tesisler, çoğu soğutma görevi için daha düşük enerji tüketimi sunar.

Bir serbest soğutma sistemi altında çalışırken, genellikle çapraz akışlı kuleler belirtilir. Çapraz akışlı sistemlerin tasarımı, pompalar çalışırken bile servis gerçekleştirmek ve dağıtım sistemini temizlemek için daha kolay erişim sağlar. Diğer avantajlar arasında iyileştirilmiş su dağıtımı ve su akışındaki değişikliklere uyarlanabilirlik yer alır. Sonuç olarak, çapraz akışlı kuleler, azaltılmış yüklerde daha fazla hücrenin çalışmasını sağlar.

^{Şekil 3. Alt dondurucu havalarda soğutma kulelerinde bir miktar buzlanma normaldir ve genellikle endişe kaynağı değildir.
Amaç bu kulede görülen aşırı buzlanmayı önlemektir. Bu tür koşullar hava akışını engelleyebilir ve bir soğutma kulesini etkisiz hale getirebilir.}

Alt donma koşulları sırasında, su akış hızı ve soğutma aralığı - veya soğutma kulesine giren ve soğutma kulesinden çıkan suyun sıcaklığı arasındaki fark - ekonomizörün çalışması için dikkatlice düşünülmelidir. Başarılı bir ekonomizör çalışması için ısı yükü, aralığı ve akış hızının dinamiklerini anlamak çok önemlidir. Sabit bir ısı yükü varsayıldığında, akış hızının arttırılması soğutma aralığını azaltacaktır. Bu, dolgu boyunca daha küçük bir sıcaklık gradyanına ve nispeten daha düşük buzlanma şansına yol açar.

Bir ekonomizerden istenen soğuk su sıcaklıkları için akışın azaltılması ve aralığın arttırılması donma korumasını sağlamaz. Su akış hızını yüksek tutun ve ekonomizer modundayken sistemi dolumda olabilecek en yüksek ortalama sıcaklıkta tutmak için gerektiğinde VFD kontrollü fanları minimum hızdan kapalı konuma getirin. Ekonomizer için ayar noktası ne kadar yüksek olursa, donma riski o kadar düşük olur. 45°F (7°C) veya daha yüksek bir ayar noktası - muhafaza edilebilecek en yüksek su akış hızında - ekonomizer modunda daha az donma potansiyeline neden olur.

Sonuç olarak, soğutma kuleleri, dondurucu ortamlar da dahil olmak üzere tüm iklim koşullarında başarıyla çalıştırılabilir. Kule işletimi sırasında bazı temel ilkelere ve kule seçimi sırasında temel sistem tasarım özelliklerine dikkat edilmesi başarı için gereklidir. Her boyuttaki sistemlerde VFD'lerin kullanılması, donma potansiyelini azaltır.

Dondurucu iklimlerdeki proje sahipleri ve tasarımcıları, soğutma kuleli su soğutmalı soğutma gruplarının önemli enerji tasarrufu avantajlarından güvenle yararlanabilirler. Su tarafı ekonomizerleri ile serbest soğutmanın kullanılması da avantajlar sunmaktadır. Operatör soğuk havada çalıştırma için yol gösterici ilkeleri dikkatli bir şekilde takip ettiğinden başarı sağlanır.