Как влажность окружающей среды влияет на выбор и производительность сухого охладителя

Влажность окружающей среды часто учитывается при проектировании системы охлаждения, но ее важность можно легко понять неправильно при выборе сухого охладителя.

Для обычного В сухом охладителе , работающем с сухим змеевиком , температура окружающей среды по сухому термометру обычно гораздо важнее относительной влажности. Установка отводит явное тепло от технологической жидкости в наружный воздух, не полагаясь на испарение воды.

Однако не следует просто игнорировать влажность.

Это становится все более важным, когда система включает в себя адиабатическое предварительное охлаждение, системы распыления, риск конденсации, агрессивную среду, работу с низкотемпературной жидкостью или изменение сезонных условий..

Понимание разницы помогает инженерам избежать как занижения, так и ненужного завышения размеров.

В этом руководстве объясняется, как влажность окружающей среды влияет на производительность сухого градирни, когда влажность следует учитывать при выборе оборудования и какую информацию должны предоставить покупатели при заказе индивидуального сухого градирни.

Быстрый ответ: снижает ли высокая влажность производительность сухого охладителя?

Для стандартной системы сухого охлаждения, работающей полностью всухую, увеличение относительной влажности при постоянной температуре по сухому термометру оказывает гораздо меньшее влияние на холодопроизводительность, чем изменение температуры окружающей среды по сухому термометру.

Это связано с тем, что системы сухого охлаждения передают только ощутимое тепло между технологической жидкостью и окружающим воздухом.

Базовую зависимость отвода тепла концептуально можно представить как:

Q = ṁ × Cp × ΔT

где:

• Q = отведенное тепло

• ṁ = массовый расход

• Cp = удельная теплоемкость

• ΔT = разница температур

Таким образом, разница температур между технологической жидкостью и наружным воздухом является основным фактором, влияющим на производительность.

Добавление изоляции существенно меняет ситуацию: испарение воды охлаждает входящий воздух до температуры по влажному термометру, что делает влажность окружающей среды ключевым фактором, определяющим мощность предварительного охлаждения.

Например, Kelvion предлагает сухой (только разумный), влажный и гибридный режимы — использование испарения для усиления охлаждения в условиях высоких температур.

Температура по сухому термометру, температура по влажному термометру и относительная влажность

Прежде чем выбрать сухой охладитель, покупатели должны понять эти три параметра окружающей среды.

Температура по сухому термометру

Температура по сухому термометру – это нормальная температура окружающего воздуха, измеренная без учета эффектов испарения.

Для обычного сухого охладителя это обычно один из наиболее важных параметров конструкции наружного блока.

Например, система предназначена для:

35°C окружающего воздуха

будет иметь другую доступную разницу температур, чем та же система, работающая при:

Температура окружающего воздуха 45°C.

По мере того, как температура окружающей среды по сухому термометру приближается к желаемой температуре технологической жидкости на выходе, достижение требуемой мощности охлаждения становится все труднее.

Относительная влажность

Относительная влажность — это отношение количества водяного пара в воздухе к максимальному количеству, которое он может удерживать при данной температуре.

Его не следует интерпретировать как зависящий только от температуры. Например, относительная влажность 80% при более низкой температуре содержит меньше водяного пара, чем 80% при более высокой температуре.

Температура по влажному термометру

Температура по влажному термометру отражает потенциал охлаждения, возникающий в результате испарения воды.

Это особенно важно для:

• адиабатические сухие охладители

• испарительные охладители

• гибридные системы охлаждения

• отвод тепла с помощью распыления

Министерство энергетики США описывает температуру по влажному термометру как индикатор адиабатического насыщения и отмечает, что испарение воды снижает температуру, когда температура по влажному термометру ниже температуры по сухому термометру.

Это различие является фундаментальным:

Сухое охлаждение в основном определяется условиями по сухому термометру, тогда как на эффективность испарительного и адиабатического охлаждения сильно влияют условия по влажному термометру.

Как обычный сухой охладитель отводит тепло

Типичный промышленный сухой охладитель содержит :

• змеевики теплообменника с оребренными трубками

• осевые вентиляторы

• заголовки и соединения

• корпус и структурный каркас

• система управления вентилятором

Раствор воды или гликоля течет внутри трубок, а вентиляторы перемещают наружный воздух через ребра.

Тепло путешествует:

Технологическая жидкость → Стенка трубы → Ребра → Окружающий воздух

Во время нормальной сухой работы вода градирни не должна испаряться.

Это одна из причин привлекательности сухих охладителей по следующим причинам:

• охлаждение промышленных процессов

• центры обработки данных

• энергетическое оборудование

• системы хранения энергии

• холодильные системы

• охлаждение машины

• замкнутые водные и гликолевые системы

ВАС аналогичным образом описывает сухое охлаждение как отвод тепла в воздух без потребления воды в процессе охлаждения.

Почему температура по сухому термометру обычно важнее влажности

Рассмотрим два места, работающих одновременно:

35°C температура по сухому термометру

но с разной относительной влажностью.

Местоположение А:

35°С

30% относительной влажности

Местоположение Б:

35°С

70% относительной влажности

Для обычного сухого охладителя без распыления воды или адиабатического предварительного охлаждения температура воздуха, поступающего в змеевик, в обоих случаях по-прежнему составляет около 35°C.

Таким образом, основная разница температур жидкости и воздуха не исчезает внезапно просто потому, что относительная влажность увеличивается.

Влажность слегка меняет теплофизические свойства воздуха, но при обычном выборе сухого охладителя эти эффекты обычно вторичны по сравнению с такими переменными, как:

• температура по сухому термометру

• температура технологической жидкости

• расход воздуха

• размер катушки

• скорость потока жидкости

• скорость вентилятора

• ламповая схема

• геометрия плавника

• состояние загрязнения

Вот почему указания только относительной влажности без указания максимальной расчетной температуры по сухому термометру недостаточно для надежного выбора сухого охладителя.

Когда влажность окружающей среды становится гораздо важнее

Влажность становится основным инженерным параметром при некоторых конкретных условиях эксплуатации.

1. Адиабатические сухие градирни

Адиабатический сухой охладитель использует предварительное испарительное охлаждение до того, как окружающий воздух достигнет змеевика основного теплообменника.

Общие системы включают в себя:

• смоченные подушечки

• испарительная среда

• запотевание

• распылительные форсунки

Когда вода испаряется в поступающий воздух, его температура по сухому термометру падает.

Это означает, что теплообменник получает более холодный воздух и отводит больше тепла в жаркую погоду.

BAC поясняет, что изолированное предварительное охлаждение приближает температуру входящего воздуха к температуре по влажному термометру, повышая потенциал охлаждения сверх того, чего можно достичь только при работе с сухим воздухом.

Почему здесь важна относительная влажность

Потенциал испарения намного выше, когда наружный воздух горячий и сухой.

Например:

Горячая + низкая относительная влажность → большой потенциал испарительного охлаждения

Горячая + высокая относительная влажность → меньший потенциал испарительного охлаждения

По мере повышения относительной влажности температуры по сухому и влажному термометру сближаются.

Доступная депрессия по влажному термометру становится меньше.

Поэтому:

Сухой климат может обеспечить значительно большее адиабатическое предварительное охлаждение, чем влажный климат при той же температуре по сухому термометру.

ThermoKey также определяет влажность окружающей среды как важный фактор при выборе адиабатических систем для сухих охладителей и конденсаторов.

2. Гибридные сухие/мокрые системы охлаждения.

Гибридные охладители могут работать в разных режимах в зависимости от условий окружающей среды и требований системы.

Типичная последовательность может быть следующей:

Режим сушки

При умеренных температурах окружающей среды установка работает как обычный сухой охладитель.

Испаряемая вода не требуется.

Адиабатический или мокрый режим

При повышении температуры окружающей среды активируется испарительная система для снижения температуры входящего воздуха.

Смешанный или гибридный режим

Скорость вентилятора, расход воды и поддержка испарения регулируются вместе, чтобы сбалансировать:

• холодопроизводительность

• использование электроэнергии

• потребление воды

Например, текущая концепция каскадного охлаждения Kelvion сочетает в себе сухой и влажный режимы работы для адаптации эффективности охлаждения к изменяющимся условиям окружающей среды.

Для этого типа системы годовые данные о влажности имеют гораздо большее значение, чем для простой сухой градирни.

3. Конденсат на змеевике или оборудовании.

Еще одним важным вопросом, связанным с влажностью, является точка росы..

Когда температура поверхности падает ниже точки росы окружающего воздуха, на этой поверхности конденсируется влага.

ASHRAE отмечает, что конденсация происходит на поверхностях, температура которых ниже точки росы воздуха. Длительная конденсация может вызвать коррозию и проблемы с оборудованием.

Это особенно важно, когда циркулирующая жидкость в сухом охладителе аномально холодная.

Для большинства сухих охладителей вытяжного типа температура жидкости превышает точку росы наружного воздуха, поэтому внешняя конденсация обычно не является основной проблемой.

Однако это следует проверять в приложениях, включающих:

• низкотемпературный гликоль

• сезонные условия процесса

• работа при холодном запуске

• охлажденные технологические контуры

• необычные обязанности по промышленному охлаждению

Почему точка росы лучше, чем просто относительная влажность

Относительная влажность сама по себе не говорит о том, произойдет ли конденсация.

Инженеры должны сравнить:

Зависимость температуры поверхности от температуры точки росы окружающей среды

Если:

Температура поверхности < Точка росы

становится возможным образование конденсата.

4. Риск коррозии во влажной среде

Влажность также может иметь косвенное значение, связанное с долговечностью оборудования.

Повторяющееся намокание, конденсация и длительное воздействие влаги могут увеличить время, в течение которого металлические поверхности остаются влажными.

В сочетании с:

• соль

• промышленные загрязнители

• химикаты

• пыль

• агрессивный прибрежный воздух

риск коррозии может существенно возрасти.

Таким образом, проект во влажной прибрежной или промышленной среде может потребовать рассмотрения:

• коррозионностойкий корпус

• алюминиевые ребра с покрытием

• подходящие материалы трубок

• защищенные электрические компоненты

• соответствующие крепления

• рулонное покрытие

• регулярный доступ для уборки

Правильный уровень защиты следует выбирать в соответствии с фактической средой на объекте, а не только с учетом процента влажности.

Поэтому для проектов, расположенных вблизи моря, влажность следует оценивать вместе с воздействием хлоридов и категорией коррозии , а не рассматривать как изолированный параметр проектирования.

5. Загрязнение и удержание влаги

Сухие змеевики обычно легче содержать в чистоте, чем теплообменники с постоянной смачиваемостью.

Однако влажные или периодически влажные змеевики могут легче удерживать переносимые по воздуху загрязнения при некоторых условиях на объекте.

К типичным загрязнениям относятся:

• пыль

• пыльца

• промышленные частицы

• волокна

• отложения соли

Когда отложения накапливаются между плавниками, они могут:

• ограничить поток воздуха

• увеличить перепад давления на стороне воздуха

• снизить эффективность теплопередачи

• увеличить энергию вентилятора

• увеличить частоту уборки

Это особенно актуально при использовании адиабатических распылителей или систем смачивания.

Поэтому качество воды также необходимо учитывать.

Плохое качество воды может стать причиной:

• масштабирование

• месторождения полезных ископаемых

• засоренные форсунки

• снижение эффективности колодки

• ускоренное засорение катушки

Влажность и температура приближения к сухому охладителю

Еще одним важным параметром выбора является температура приближения..

Для обычного сухого градирни это можно понимать примерно так:

Подход = Температура жидкости на выходе − Температура окружающей среды по сухому термометру

Предполагать:

Температура жидкости на выходе = 40°C

Температура окружающей среды по сухому термометру = 35°C

Подход:

5 К

Уменьшение требуемого подхода обычно требует увеличения поверхности теплопередачи, увеличения воздушного потока или другого повышения производительности.

Если требование становится:

Выход жидкости = 37°C

Окружающая среда = 35°C

подход только:

2 К

Это может значительно увеличить размер оборудования и требования к мощности для сухой конструкции.

Влажность не устраняет это ограничение по сухому термометру.

Адиабатическое охлаждение меняет ситуацию, поскольку температуру входящего воздуха можно временно снизить до состояния по влажному термометру.

Это одна из причин, по которой адиабатическая помощь может стать привлекательной, когда проект требует близких температур во время пиковых летних условий.

Сухой климат против влажного климата: практическое сравнение

Эта таблица демонстрирует, почему утверждение:

«Высокая влажность всегда снижает производительность сухого охладителя»

слишком упрощенно.

Более точное утверждение следующее:

Влажность оказывает ограниченное прямое влияние на сухой охладитель по сравнению с температурой по сухому термометру, но она может сильно влиять на потенциал адиабатического охлаждения, условия конденсации и долгосрочную стойкость к воздействию окружающей среды.

Стоит ли выбирать сухой охладитель большего размера в регионах с высокой влажностью?

Не автоматически.

Сухой охладитель не должен иметь слишком большие размеры просто потому, что в помещении высокая относительная влажность.

Вместо этого инженеры должны сначала оценить:

Максимальная расчетная температура по сухому термометру

Это определяет пиковое состояние ощутимого охлаждения.

Требуемая температура жидкости на выходе

Чем ближе эта температура к температуре окружающей среды по сухому термометру, тем сложнее становится сухое охлаждение.

Требуемый отвод тепла

Мощность должна быть основана на фактической пиковой тепловой нагрузке.

Тип жидкости

Вода, этиленгликоль и пропиленгликоль имеют разные термические свойства.

Концентрация гликоля может влиять на:

• теплоемкость

• вязкость

• падение давления

• коэффициент теплопередачи

Высота

Плотность воздуха уменьшается с высотой, что может повлиять на производительность воздушной стороны.

Поэтому высота заслуживает отдельной поправки, и ее не следует путать с влиянием влажности.

Адиабатическая помощь

Если сухой охладитель становится непрактичным, можно рассмотреть адиабатическое или гибридное решение.

Но прежде чем предполагать значительное улучшение производительности, необходимо проверить местные условия по смоченному термометру.

Как влажность меняет выбор адиабатического охладителя

Для адиабатического оборудования проектировщики должны запросить и то, и другое:

Расчетная температура по сухому термометру

и

Соответствующая температура или влажность по влажному термометру

Предположим, что два города достигают:

40°C по сухому термометру

но их температура по влажному термометру очень различна.

Сайт А

40°C по сухому веществу

Низкая влажность

Значительно ниже ВБ

Может существовать значительный потенциал испарительного охлаждения.

Сайт Б

40°C по сухому веществу

Высокая влажность

WB гораздо ближе к 40°C

У той же адиабатической системы будет меньше возможностей снизить температуру входящего воздуха.

В документации по адиабатической эксплуатации ВАС аналогичным образом описывается использование воды для предварительного охлаждения поступающего воздуха до состояния по влажному термометру перед тем, как он достигнет теплообменника.

Поэтому при определении адиабатического охладителя используйте только:

«Максимальная температура окружающей среды = 40°C»

является неполным.

Сезонная влажность имеет большее значение, чем просто одна расчетная точка

Холодильное оборудование работает круглый год, а не только в один летний час пик.

Хороший дизайн должен учитывать местные погодные условия, включая:

• часовая температура по сухому термометру

• температура по влажному термометру

• относительная влажность

• сезонное распределение температуры

• часов выше уставки сухого охлаждения

Это особенно полезно при оценке:

• годовое электричество для вентилятора

• адиабатические часы работы

• годовое потребление воды

• производительность при частичной нагрузке

• эксплуатационные расходы

На объекте могут наблюдаться высокие пиковые температуры по сухому термометру, но только в течение ограниченного количества часов.

В таких случаях агрегат может работать:

Сухой режим большую часть года

и

Адиабатический режим только в пиковых условиях.

Иногда это может обеспечить лучший водно-энергетический баланс, чем проектирование всей системы на основе непрерывного испарительного охлаждения.

Вопросы влажности для сухих градирен в центрах обработки данных

Центры обработки данных являются важным приложением, поскольку надежность охлаждения должна поддерживаться в изменяющихся внешних условиях.

При выборе сухого градирня для в центре обработки данных инженеры должны учитывать: контура отвода тепла

• максимальная наружная температура по сухому термометру

• температура по влажному термометру, если используется адиабатическая помощь

• объект – температура подачи и обратки воды

• концентрация гликоля

• требования к резервированию

• управление вентилятором

• акустические пределы

• наличие местной воды

• Годовые часы работы

Для системы, использующей только сухую систему, ключевым экологическим ограничением остается температура наружного воздуха по сухому термометру.

Для адиабатической или гибридной системы важными становятся условия как по сухому, так и по влажному термометру.

Это различие становится все более актуальным, поскольку центры обработки данных стремятся сбалансировать потребление воды, энергопотребление и холодопроизводительность..

Распространенные ошибки выбора

Ошибка 1: использование относительной влажности в качестве основного номинального условия сухого охладителя

При обычном сухом охлаждении температуре по сухому термометру обычно следует уделять больше внимания.

Ошибка 2: игнорирование влажности для адиабатического охладителя

Это может привести к переоценке потенциала испарительного охлаждения.

Ошибка 3: указание только максимальной температуры

Адиабатический выбор требует соответствующих условий по влажному термометру или влажности.

Ошибка 4: игнорирование точки росы

Это может привести к неожиданному образованию конденсата при низких температурах.

Ошибка 5: предположение, что в сухом климате всегда требуется меньше оборудования

Очень высокая температура по сухому термометру все же может создавать серьезные требования к отводу тепла.

Ошибка 6: игнорирование качества воды

Адиабатический охладитель может использовать гораздо меньше воды, чем традиционная испарительная система, но качество воды все равно может влиять на подушки, системы распыления и чистоту теплообменника.

Как Aidear подходит к выбору сухого охладителя по индивидуальному заказу

Для промышленности В проектах сухих охладителей выбор оборудования следует начинать с реальных условий эксплуатации, а не только со стандартной каталожной мощностью.

Пользовательская оценка может учитывать:

• режим охлаждения

• водные или гликолевые условия

• температура на входе и выходе

• расчетная температура окружающей среды

• влажность или условия по влажному термометру, если это необходимо

• допустимое падение давления

• конфигурация вентилятора

• место для установки

• требования к шуму

• условия окружающей среды

• Требования к материалам катушки и корпуса

Цель состоит в том, чтобы привести теплообменник и систему воздушного потока в соответствие с реальными условиями проекта, избегая при этом как недостаточной производительности, так и ненужного превышения размеров.

Часто задаваемые вопросы

Влияет ли относительная влажность напрямую на производительность сухого охладителя?

Для обычного сухого охладителя относительная влажность обычно оказывает гораздо меньшее прямое влияние, чем температура окружающей среды по сухому термометру. Производительность сухого охладителя в первую очередь определяется разумной теплопередачей и разницей температур между технологической жидкостью и наружным воздухом.

Лучше ли сухой охладитель в сухом климате?

Обычный сухой охладитель может успешно работать как в сухом, так и во влажном климате, если он правильно выбран в соответствии с расчетной температурой по сухому термометру.

Однако сухой климат предлагает больший потенциал для адиабатического предварительного охлаждения, поскольку испарение обычно более эффективно, когда воздух менее влажный.

Делает ли высокая влажность сухой охладитель менее эффективным?

Не обязательно.

Для системы, использующей только сухую систему, высокая относительная влажность сама по себе не приводит автоматически к значительному снижению эффективности.

Однако для адиабатической системы высокая влажность снижает доступный потенциал испарительного охлаждения, поскольку температура по влажному термометру приближается к температуре по сухому термометру.

Следует ли использовать температуру по влажному термометру при выборе сухого охладителя?

Для обычного сухого охладителя температура по сухому термометру обычно является основной расчетной температурой наружного воздуха.

Температура по влажному термометру становится важной при использовании испарительного, адиабатического или гибридного охлаждения.

Может ли сухой охладитель охладить жидкость ниже температуры окружающей среды по сухому термометру?

Обычный сухой охладитель обычно не может охладить технологическую жидкость ниже температуры входящего наружного воздуха только за счет явного теплообмена.

Адиабатическое предварительное охлаждение может снизить температуру входящего воздуха ниже значения наружного воздуха по сухому термометру и сдвинуть ее к условиям по влажному термометру, что делает возможным более низкие температуры жидкости при подходящих условиях.

Может ли высокая влажность вызвать коррозию сухого градирни?

Влажность сама по себе не определяет коррозию.

Однако постоянная влага в сочетании с солями, загрязнителями или агрессивными химикатами может увеличить риск коррозии. Поэтому условия на объекте, материалы, покрытия и методы технического обслуживания следует оценивать вместе.

Какие данные о погоде необходимы для адиабатического сухого охладителя?

Как минимум предоставьте:

• максимальная температура по сухому термометру

• соответствующая температура по влажному термометру или относительная влажность

• высота места

• желаемая температура технологической жидкости

Для ежегодного анализа энергии и воды почасовые или сезонные климатические данные обеспечивают гораздо лучшую основу, чем одна пиковая расчетная точка.

Заключение

Влажность окружающей среды имеет значение при выборе сухого охладителя, но не всегда так, как ожидают покупатели..

Для стандартного сухого охладителя доминирующими факторами производительности обычно являются температура окружающей среды по сухому термометру, температура технологической жидкости, воздушный поток и поверхность теплопередачи..

Относительная влажность становится гораздо более важной, когда:

• используется адиабатическое предварительное охлаждение

• рассматривается гибридное охлаждение

• может возникнуть конденсат

• установка подвержена высокому воздействию коррозии

• ежегодное потребление воды и энергии должно быть оптимизировано

Поэтому правильный подход к проектированию не заключается в следующем:

«Климат влажный?»

а скорее:

«Как взаимодействуют температура по сухому термометру, температура по смоченному термометру, температура технологической жидкости, условия нагрузки и площадки в течение года эксплуатации?»

Для точного выбора сухого охладителя укажите мощность охлаждения, тип и концентрацию жидкости, температуру на входе/выходе, скорость потока, температуру окружающей среды по сухому термометру, влажность или состояние по влажному термометру, высоту над уровнем моря и требования к установке . Эти параметры обеспечивают гораздо более надежную основу для выбора оборудования, чем просто мощность охлаждения.