Cum influențează umiditatea ambientală selecția și performanța răcitorului uscat

Umiditatea ambientală este adesea inclusă în datele de proiectare a sistemului de răcire, dar importanța ei poate fi ușor înțeleasă greșit atunci când alegeți un răcitor uscat.

Pentru o convențională Răcitorul uscat care funcționează cu o bobină uscată , temperatura ambiantă a bulbului uscat este în mod normal mult mai importantă decât umiditatea relativă. Unitatea respinge căldura sensibilă din fluidul de proces în aerul exterior fără a se baza pe evaporarea apei.

Cu toate acestea, umiditatea nu trebuie pur și simplu ignorată.

Devine din ce în ce mai important atunci când sistemul implică prerăcire adiabatică, sisteme de pulverizare, risc de condens, medii corozive, funcționare cu fluid la temperatură scăzută sau condiții sezoniere în schimbare..

Înțelegerea diferenței îi ajută pe ingineri să evite atât subdimensionarea, cât și supradimensionarea inutilă.

Acest ghid explică modul în care umiditatea ambientală afectează performanța răcitorului uscat, când umiditatea ar trebui inclusă în selecția echipamentului și ce informații ar trebui să furnizeze cumpărătorii atunci când solicită un răcitor uscat personalizat.

Răspuns rapid: Umiditatea ridicată reduce capacitatea răcitorului uscat?

Pentru un sistem standard de răcire uscată care funcționează complet uscat, creșterea umidității relative la temperatura constantă a bulbului uscat are un impact mult mai mic asupra capacității de răcire decât modificarea temperaturii ambientale a bulbului uscat.

Acest lucru se datorează faptului că sistemele de răcire uscată transferă numai căldură sensibilă între fluidul de proces și aerul ambiant.

Relația de bază de respingere a căldurii poate fi reprezentată conceptual ca:

Q = ṁ × Cp × ΔT

unde:

• Q = căldură respinsă

• ṁ = debitul masic

• Cp = capacitatea termică specifică

• ΔT = diferența de temperatură

Prin urmare, diferența de temperatură dintre fluidul de proces și aerul exterior este factorul principal de performanță.

Adăugarea izolației schimbă în mod semnificativ situația: evaporarea apei răcește aerul care intră la temperatura bulbului umed, făcând umiditatea ambientală un factor determinant al capacității de pre-răcire.

De exemplu, Kelvion oferă moduri uscate (doar sensibile), umede și hibride - folosind evaporarea pentru a stimula răcirea în condiții de temperatură ridicată.

Temperatura bulbului uscat, temperatura bulbului umed și umiditatea relativă

Înainte de a alege o răcitoare uscată, cumpărătorii ar trebui să înțeleagă acești trei parametri de mediu.

Temperatura cu bulb uscat

Temperatura bulbului uscat este temperatura normală a aerului ambiant măsurată fără a lua în considerare efectele de evaporare.

Pentru o răcitoare uscată convențională, acesta este în mod normal unul dintre cei mai importanți parametri de design exterior.

De exemplu, un sistem conceput pentru:

35°C aer ambiental

va avea o diferență de temperatură disponibilă diferită față de același sistem care funcționează la:

45°C aer ambiental.

Pe măsură ce temperatura ambiantă a bulbului uscat se apropie de temperatura dorită de ieșire a fluidului de proces, atingerea sarcinii de răcire necesare devine progresiv mai dificilă.

Umiditatea relativă

Umiditatea relativă este raportul dintre vaporii de apă actuali din aer și maximul pe care îl poate reține la acea temperatură.

Nu trebuie interpretat ca dependent doar de temperatură. De exemplu, 80% umiditate relativă la o temperatură mai scăzută conține mai puțini vapori de apă decât 80% la o temperatură mai mare.

Temperatura bulbului umed

Temperatura bulbului umed reflectă potențialul de răcire disponibil prin evaporarea apei.

Este deosebit de important pentru:

• răcitoare uscate adiabatice

• răcitoare prin evaporare

• sisteme hibride de răcire

• respingerea căldurii asistată de pulverizare

Departamentul de Energie al SUA descrie temperatura bulbului umed ca un indicator al saturației adiabatice și notează că evaporarea apei scade temperatura atunci când temperatura bulbului umed este sub temperatura bulbului uscat.

Această distincție este fundamentală:

Răcirea uscată este guvernată în principal de condițiile de bulb uscat, în timp ce performanța de răcire evaporativă și adiabatică este puternic influențată de condițiile de bulb umed.

Cum un răcitor uscat convențional respinge căldura

Un tipic Răcitorul uscat industrial conține :

• serpentine schimbătoare de căldură cu tuburi cu aripioare

• ventilatoare axiale

• anteturi și conexiuni

• carcasă și cadru structural

• sistem de control al ventilatorului

O soluție de apă sau glicol curge în interiorul tuburilor, în timp ce ventilatoarele mută aerul din exterior prin aripioare.

Căldura se deplasează:

Fluid de proces → Peretele tubului → Aripioare → Aer ambiental

Apa turnului de răcire nu trebuie să se evapore în timpul funcționării normale uscate.

Acesta este unul dintre motivele pentru care răcitoarele uscate sunt atractive pentru:

• răcirea proceselor industriale

• centre de date

• echipamente de putere

• sisteme de stocare a energiei

• sisteme de refrigerare

• răcirea mașinii

• sisteme de apă și glicol în circuit închis

BAC descrie în mod similar răcirea uscată ca respingerea căldurii în aer fără a consuma apă în timpul procesului de răcire.

De ce temperatura bulbului uscat contează de obicei mai mult decât umiditatea

Luați în considerare două locații care funcționează în același timp:

35°C temperatura bulbului uscat

dar cu umidităţi relative diferite.

Locația A:

35°C

30% RH

Locația B:

35°C

70% RH

Pentru un răcitor uscat convențional fără pulverizare de apă sau prerăcire adiabatică, aerul care intră în serpentină este încă de aproximativ 35°C în ambele cazuri.

Prin urmare, diferența principală de temperatură fluid-aer nu dispare brusc doar pentru că RH crește.

Umiditatea modifică ușor proprietățile termofizice ale aerului, dar în selecția normală a răcitorului uscat, aceste efecte sunt în general secundare în comparație cu variabile precum:

• temperatura bulbului uscat

• temperatura fluidului de proces

• flux de aer

• dimensiunea bobinei

• debitul fluidului

• viteza ventilatorului

• circuitul tuburilor

• geometria aripioarelor

• starea de murdare

Acesta este motivul pentru care specificarea numai a umidității relative fără a furniza temperatura maximă de proiectare a bulbului uscat nu este suficientă pentru o selecție fiabilă a răcitorului uscat.

Când umiditatea ambientală devine mult mai importantă

Umiditatea devine un parametru major de inginerie în mai multe condiții specifice de funcționare.

1. Răcitoare uscate adiabatice

Un răcitor uscat adiabatic folosește pre-răcirea evaporativă înainte ca aerul ambiental să ajungă în serpentina principală a schimbătorului de căldură.

Sistemele comune includ:

• tampoane umede

• medii de evaporare

• aburire

• duze de pulverizare

Când apa se evaporă în aerul care intră, temperatura sa de bulb uscat scade.

Aceasta înseamnă că schimbătorul de căldură primește aer mai rece și respinge mai multă căldură pe vreme caldă.

BAC explică faptul că pre-răcirea izolată aduce aerul de intrare mai aproape de temperatura bulbului umed, sporind potențialul de răcire dincolo de ceea ce poate atinge numai operarea cu aer uscat.

De ce contează umiditatea relativă aici

Potențialul de evaporare este mult mai mare atunci când aerul exterior este cald și uscat.

De exemplu:

Cald + RH scăzut → potențial mare de răcire prin evaporare

Cald + RH ridicat → potenţial de răcire prin evaporare mai mic

Pe măsură ce umiditatea relativă crește, temperaturile cu bulb uscat și cu bulb umed se apropie.

Depresia disponibilă a bulbului umed devine mai mică.

Prin urmare:

Un climat uscat poate oferi o pre-răcire adiabatică semnificativ mai mare decât un climat umed la aceeași temperatură cu bulb uscat.

ThermoKey identifică, de asemenea, condițiile de umiditate a mediului ca un factor important atunci când se selectează sisteme adiabatice pentru răcitoare uscate și condensatoare.

2. Sisteme hibride de răcire uscată/umedă

Răcitoarele hibride pot funcționa în diferite moduri, în funcție de condițiile de mediu și de cererea sistemului.

O secvență tipică ar putea fi:

Mod uscat

La temperaturi ambientale moderate, unitatea funcționează ca un răcitor uscat convențional.

Nu este necesară apă prin evaporare.

Modul adiabatic sau umed

Pe măsură ce temperatura ambientală crește, asistența prin evaporare este activată pentru a reduce temperatura aerului de admisie.

Mod mixt sau hibrid

Viteza ventilatorului, utilizarea apei și asistența prin evaporare sunt reglate împreună pentru a echilibra:

• capacitate de racire

• utilizarea energiei electrice

• consumul de apă

Conceptul actual de răcire în cascadă de la Kelvion, de exemplu, combină modurile de operare uscată și umedă pentru a adapta performanța de răcire la condițiile ambientale în schimbare.

Pentru acest tip de sistem, datele anuale privind umiditatea contează mult mai mult decât pentru un simplu răcitor uscat.

3. Condens pe serpentină sau echipament

O altă problemă importantă legată de umiditate este punctul de rouă.

Când temperatura suprafeței scade sub punctul de rouă al aerului înconjurător, umezeala se condensează pe acea suprafață.

ASHRAE notează că condensul are loc pe suprafețe mai reci decât punctul de rouă al aerului. Condensul prelungit poate cauza coroziune și probleme cu echipamentul.

Acest lucru este deosebit de critic atunci când fluidul circulant al unui răcitor uscat este anormal de rece.

Pentru majoritatea răcitoarelor uscate de tip evacuare, temperatura fluidului depășește punctul de rouă exterior - așa că condensul extern nu este de obicei principala preocupare.

Cu toate acestea, ar trebui verificat în aplicațiile care implică:

• glicol la temperatură joasă

• condiții sezoniere de proces

• operare cu pornire la rece

• bucle de proces răcite

• sarcini industriale neobișnuite de răcire

De ce punctul de rouă este mai bun decât numai RH

Umiditatea relativă în sine nu vă spune dacă va apărea condens.

Inginerii ar trebui să compare:

Temperatura suprafeței vs temperatura ambiantă a punctului de rouă

Dacă:

Temperatura suprafeței < Punct de rouă

condensarea devine posibilă.

4. Risc de coroziune în medii umede

Umiditatea poate conta și indirect prin durabilitatea echipamentului.

Udarea repetată, condensul și expunerea prelungită la umezeală pot crește timpul în care suprafețele metalice rămân umede.

Când este combinat cu:

• sare

• poluanti industriali

• chimicale

• praf

• aer agresiv de coastă

riscul de coroziune poate crește substanțial.

Prin urmare, un proiect într-un mediu umed de coastă sau industrial poate necesita luarea în considerare a:

• carcasă rezistentă la coroziune

• aripioare din aluminiu acoperite

• materiale tubulare adecvate

• componente electrice protejate

• elemente de fixare adecvate

• acoperire a bobinei

• acces regulat la curățare

Nivelul corect de protecție ar trebui selectat în funcție de mediul real al amplasamentului, mai degrabă decât procentul de umiditate.

Pentru proiectele situate în apropierea mării, umiditatea ar trebui, prin urmare, evaluată împreună cu expunerea la clorură și categoria de coroziune , netratată ca un parametru de proiectare izolat.

5. Murdărie și reținere a umidității

Bateriile uscate rămân, în general, mai ușor de păstrat curat decât schimbătoarele de căldură umezite continuu.

Cu toate acestea, serpentinele umede sau umede intermitent pot reține mai ușor contaminanții din aer în anumite condiții de amplasare.

Contaminanții tipici includ:

• praf

• polen

• particule industriale

• fibre

• depozite de sare

Odată ce depozitele se acumulează între aripioare, acestea pot:

• restrânge fluxul de aer

• crește scăderea presiunii din partea aerului

• reduce performanța transferului de căldură

• crește energia ventilatorului

• crește frecvența de curățare

Acest lucru este relevant în special atunci când sunt utilizate spray-uri adiabatice sau sisteme de umectare.

Prin urmare, trebuie luată în considerare și calitatea apei.

Calitatea proastă a apei poate cauza:

• scalare

• zăcăminte minerale

• duze blocate

• eficacitatea tamponului redusă

• încrustarea accelerată a bobinei

Umiditatea și temperatura de apropiere a răcitorului uscat

Un alt parametru de selecție important este temperatura de apropiere.

Pentru un răcitor uscat convențional, acest lucru poate fi înțeles aproximativ ca:

Abordare = Temperatura de ieșire a fluidului − Temperatura ambiantă a bulbului uscat

Presupune:

Temperatura de ieșire a fluidului = 40°C

Bulb uscat ambiental = 35°C

Abordare:

5 K

Reducerea abordării necesare necesită, în general, mai multă suprafață de transfer de căldură, un flux de aer mai mare sau o altă îmbunătățire a performanței.

Dacă cerința devine:

Ieșire fluid = 37°C

Ambient = 35°C

abordarea este doar:

2 K

Acest lucru poate crește semnificativ dimensiunea echipamentului și cerințele de putere pentru un design numai uscat.

Umiditatea nu înlătură această limitare a bulbului uscat.

Răcirea adiabatică schimbă situația deoarece temperatura aerului de intrare poate fi redusă temporar spre condiții de bulb umed.

Acesta este unul dintre motivele pentru care asistența adiabatică poate deveni atractivă atunci când un proiect necesită temperaturi apropiate în timpul condițiilor de vârf de vară.

Clima uscată vs clima umedă: o comparație practică

Acest tabel demonstrează de ce afirmația:

„Umiditatea ridicată reduce întotdeauna capacitatea răcitorului uscat”

este prea simplist.

O afirmație mai exactă este:

Umiditatea are o influență directă limitată asupra unui răcitor numai uscat în comparație cu temperatura bulbului uscat, dar poate influența puternic potențialul de răcire adiabatică, condițiile de condensare și durabilitatea mediului pe termen lung.

Ar trebui să alegeți un răcitor uscat mai mare în regiunile cu umiditate ridicată?

Nu automat.

O răcitoare uscată nu ar trebui să fie supradimensionată pur și simplu pentru că locul are umiditate relativă ridicată.

În schimb, inginerii ar trebui să evalueze mai întâi:

Temperatura maximă de proiectare a becului uscat

Aceasta determină starea de răcire sensibilă de vârf.

Temperatura de ieșire a fluidului necesară

Cu cât această temperatură este mai aproape de bulbul uscat ambiental, cu atât răcirea uscată devine mai dificilă.

Respingerea căldurii necesară

Capacitatea trebuie să se bazeze pe sarcina termică de vârf reală.

Tipul fluidului

Apa, etilenglicolul și propilenglicolul au proprietăți termice diferite.

Concentrația de glicol poate influența:

• capacitate termică

• viscozitate

• cădere de presiune

• coeficientul de transfer termic

Altitudine

Densitatea aerului scade odată cu înălțimea, ceea ce poate afecta performanța aerului.

Prin urmare, altitudinea merită o corecție separată și nu trebuie confundată cu efectele umidității.

Asistență adiabatică

Dacă răcitorul numai uscat devine nepractic de mare, poate fi luată în considerare o soluție adiabatică sau hibridă.

Dar condițiile locale ale bulbului umed trebuie verificate înainte de a presupune o îmbunătățire semnificativă a performanței.

Cum modifică umiditatea selecția răcitorului adiabatic

Pentru echipamentele adiabatice, proiectanții ar trebui să solicite ambele:

Temperatura de proiectare a bulbului uscat

şi

Temperatura sau umiditatea corespunzătoare a bulbului umed

Să presupunem că două orașe ajung ambele:

40°C bulb uscat

dar temperaturile lor din bulbul umed sunt foarte diferite.

Site-ul A

40°C DB

Umiditate scăzută

WB semnificativ mai mic

Poate exista un potențial substanțial de răcire prin evaporare.

Site-ul B

40°C DB

Umiditate ridicată

WB mult mai aproape de 40°C

Același sistem adiabatic va avea mai puține oportunități de a reduce temperatura aerului de intrare.

Documentația de funcționare adiabatică a BAC descrie în mod similar apa folosită pentru a pre-răci aerul de intrare în condiții de bulb umed înainte de a ajunge la schimbătorul de căldură.

Prin urmare, specificarea unui răcitor adiabatic utilizând numai:

'Temperatura ambientala maxima = 40°C'

este incomplet.

Umiditatea sezonieră contează mai mult decât un singur punct de proiectare

Echipamentele de răcire funcționează pe tot parcursul anului, nu numai în timpul unei ore de vârf de vară.

Un design bun ar trebui să ia în considerare profilurile meteo locale, inclusiv:

• temperatura orară a bulbului uscat

• temperatura bulbului umed

• umiditatea relativa

• distribuția sezonieră a temperaturii

• ore peste punctul de referință pentru răcire uscată

Acest lucru este deosebit de util atunci când estimați:

• electricitate anuală a ventilatorului

• orele de funcționare adiabatice

• consumul anual de apă

• performanță la sarcină parțială

• cost de operare

Un site poate experimenta temperaturi ridicate de vârf uscat, dar numai pentru un număr limitat de ore.

În astfel de cazuri, unitatea poate funcționa:

Modul uscat pentru cea mai mare parte a anului

şi

Modul adiabatic numai în condiții de vârf.

Acest lucru poate oferi uneori un echilibru apă-energie mai bun decât proiectarea întregului sistem în jurul răcirii evaporative continue.

Considerații privind umiditatea pentru răcitoarele uscate pentru centrele de date

Centrele de date sunt o aplicație importantă, deoarece fiabilitatea răcirii trebuie menținută în condițiile în aer liber în schimbare.

Atunci când selectează un răcitor uscat pentru o unui centru de date , inginerii ar trebui să ia în considerare: buclă de respingere a căldurii

• temperatura maximă exterioară a bulbului uscat

• temperatura bulbului umed dacă se utilizează asistență adiabatică

• instalație-temperaturi de alimentare și retur cu apă

• concentrația de glicol

• cerințe de redundanță

• controlul ventilatorului

• limitele acustice

• disponibilitatea locală a apei

• orele anuale de funcționare

Pentru un sistem numai uscat, principala constrângere de mediu rămâne temperatura exterioară a bulbului uscat.

Pentru un sistem adiabatic sau hibrid, ambele condiții de bulb uscat și umed devin importante.

Această distincție devine din ce în ce mai relevantă pe măsură ce centrele de date încearcă să echilibreze consumul de apă, utilizarea energiei și capacitatea de răcire.

Greșeli frecvente de selecție

Greșeala 1: Utilizarea umidității relative ca condiție principală de evaluare a răcitorului uscat

Pentru răcirea uscată convențională, temperatura bulbului uscat ar trebui să primească în mod normal o atenție mai mare.

Greșeala 2: Ignorarea umidității pentru un răcitor adiabatic

Acest lucru poate supraestima potențialul de răcire prin evaporare.

Greșeala 3: specificarea numai a temperaturii maxime

Selecția adiabatică necesită condiții corespunzătoare de bulb umed sau umiditate.

Greșeala 4: Ignorarea punctului de rouă

Acest lucru poate crea condens neașteptat în aplicații la temperatură scăzută.

Greșeala 5: Presupunând că un climat uscat necesită întotdeauna mai puține echipamente

O temperatură foarte ridicată a bulbului uscat poate crea totuși o cerință severă de respingere a căldurii.

Greșeala 6: Ignorarea calității apei

Un răcitor adiabatic poate folosi mult mai puțină apă decât un sistem tradițional de evaporare, dar calitatea apei poate afecta totuși tampoanele, sistemele de pulverizare și curățarea serpentinei.

Cum abordează Aidear selecția personalizată a răcitorului uscat

Pentru industriale proiecte de răcire uscată , selecția echipamentului ar trebui să înceapă cu condițiile reale de funcționare, mai degrabă decât cu o capacitate standard de catalog.

O evaluare personalizată poate lua în considerare:

• sarcina de racire

• condiţii de apă sau glicol

• temperaturile de intrare și ieșire

• temperatura ambientală de proiectare

• umiditate sau condiții de bulb umed atunci când este cazul

• căderea de presiune admisibilă

• configurația ventilatorului

• spatiu de instalare

• cerințe de zgomot

• condiţiile de mediu

• cerinţele materialelor pentru bobine şi carcasă

Obiectivul este de a potrivi schimbătorul de căldură și sistemul de flux de aer la condițiile reale ale proiectului evitând în același timp capacitatea insuficientă și supradimensionarea inutilă.

Întrebări frecvente

Umiditatea relativă afectează în mod direct capacitatea răcitorului uscat?

Pentru o răcitoare convențională numai uscată, umiditatea relativă are în mod normal o influență directă mult mai mică decât temperatura ambiantă a bulbului uscat. Performanța răcitorului uscat este guvernată în primul rând de transferul sensibil de căldură și diferența de temperatură dintre fluidul de proces și aerul exterior.

Este un răcitor uscat mai bun într-un climat uscat?

O răcitoare uscată convențională poate funcționa cu succes în climate uscate sau umede dacă este selectată corect pentru temperatura de proiectare a bulbului uscat.

Cu toate acestea, climatele uscate oferă un potențial mai mare pentru pre-răcirea adiabatică, deoarece evaporarea este în general mai eficientă atunci când aerul este mai puțin umed.

Umiditatea ridicată face un răcitor uscat mai puțin eficient?

Nu neapărat.

Pentru un sistem numai uscat, RH ridicată nu provoacă automat o reducere majoră a eficienței.

Pentru un sistem adiabatic, totuși, umiditatea ridicată reduce potențialul de răcire prin evaporare disponibil deoarece temperatura bulbului umed se apropie de temperatura bulbului uscat.

Ar trebui folosită temperatura bulbului umed pentru a alege un răcitor uscat?

Pentru un răcitor uscat convențional, temperatura bulbului uscat este în mod normal temperatura principală de proiectare exterioară.

Temperatura bulbului umed devine importantă atunci când este încorporată răcirea evaporativă, adiabatică sau hibridă.

Poate un răcitor uscat lichid să răcească sub temperatura ambiantă a becului uscat?

Un răcitor uscat convențional nu poate răci în mod normal fluidul de proces sub temperatura aerului exterior care intră numai prin schimbul sensibil de căldură.

Prerăcirea adiabatică poate reduce temperatura aerului de intrare sub valoarea exterioară a bulbului uscat și o poate muta în condiții de bulb umed, făcând posibile temperaturi mai scăzute ale fluidului în condiții adecvate.

Poate umiditatea ridicată să provoace coroziune într-un răcitor uscat?

Numai umiditatea nu determină coroziunea.

Cu toate acestea, umiditatea persistentă combinată cu săruri, poluanți sau substanțe chimice agresive poate crește riscul de coroziune. Condițiile site-ului, materialele, acoperirile și practicile de întreținere ar trebui, prin urmare, evaluate împreună.

Ce date meteorologice sunt necesare pentru un răcitor uscat adiabatic?

Furnizați cel puțin:

• temperatura maximă a bulbului uscat

• temperatura corespunzătoare a bulbului umed sau RH

• altitudinea site-ului

• temperaturile dorite ale fluidului de proces

Pentru analiza anuală a energiei și apei, datele climatice orare sau sezoniere oferă o bază mult mai bună decât un punct de proiectare de vârf.

Concluzie

Umiditatea ambientală contează în alegerea răcitorului uscat, dar nu întotdeauna în modul în care se așteaptă cumpărătorii.

Pentru un răcitor standard numai uscat, temperatura ambiantă a bulbului uscat, temperatura fluidului de proces, fluxul de aer și suprafața de transfer de căldură sunt în mod normal factorii de performanță dominanti.

Umiditatea relativă devine mult mai importantă atunci când:

• se foloseşte prerăcirea adiabatică

• se are în vedere răcirea hibridă

• poate apărea condens

• instalația are o expunere mare la coroziune

• consumul anual de apă și energie trebuie optimizat

Prin urmare, abordarea corectă de proiectare nu este:

„Clima este umedă?”

ci mai degraba:

„Cum interacționează temperatura bulbului uscat, temperatura bulbului umed, temperaturile fluidului de proces, încărcarea și condițiile de amplasare pe parcursul anului de funcționare?”

Pentru o selecție precisă a răcitorului uscat, furnizați funcția de răcire, tipul și concentrația fluidului, temperaturile de intrare/ieșire, debitul, temperatura ambientală a bulbului uscat, umiditatea sau starea bulbului umed, altitudinea și cerințele de instalare . Acești parametri oferă o bază mult mai puternică pentru selecția echipamentului decât capacitatea de răcire singură.