Improving cooling tower water and energy efficiencies based on a new analytical method
| Autor: | Abboud, Rayan |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Electrònica, ClimaCheck Sweden AB, KTH division of Energy Systems, Voz Sánchez, Cristóbal, Palm, Björn, Berglöf, Klas |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2023 |
| Předmět: |
Buildings -- Environmental engineering -- Cooling
Teknik och teknologier Engineering and Technology Heat exchangers -- Industrial applications -- Design and construction Edificis -- Calefacció i ventilació -- Estalvi d'energia Edificació::Instal·lacions i acondicionament d'edificis::Instal·lacions de climatització [Àrees temàtiques de la UPC] Buildings -- Heating and ventilation -- Energy conservation Bescanviadors de calor -- Aplicacions industrials -- Disseny i construcció Edificis -- Enginyeria ambiental -- Refrigeració |
| Popis: | Cooling towers are largely used in many industrial processes for cooling purposes. The basic concept of a cooling tower includes cooling down water by means of evaporation, thus giving it the terminology “evaporative cooling”. Air mixes with water in a cooling tower and is ejected carrying the heat that is transferred from the water. Evaporative condensers also follow the same evaporative cooling process, however, could differ in design and application. A lot of water is consumed by cooling towers to perform the cooling process and maintain the quality of the water. The common method that is used to calculate the amount of water consumed due to evaporation is by following the rule of thumb, which states that approximately 1% of the water flow rate is evaporated for a cooling range of 6.5 °C. There are also empirical formulas that have been developed to calculate the amount of water consumed due to evaporation. However, the rule of thumb, which is followed the most, is not a very accurate method of evaluating the amount of water consumed since it does not depend on ambient conditions. This report dives into the details of the empirical formulas and the rule of thumb. In addition, a more accurate method of calculating the evaporation of water is developed to create an established benchmark that cooling tower operators can use to evaluate their water efficiencies. A study was conducted on a hypothetical cooling tower with the following design conditions: 3 500 kW cooling capacity, 3 °C approach, and 5 °C range. The motive of this study began with ClimaCheck’s desire to explore a way to define a water efficiency KPI to enhance analyses of cooling towers. ClimaCheck measures the heating load of a chiller, the inlet and outlet water temperatures of the water in a cooling tower. They also measure the ambient temperature and humidity conditions at any time required, which was vital in conducting the study. The results showed that the ambient conditions (dry bulb and wet bulb temperatures) highly impact the amount of water evaporated. The data was compared with the rule of thumb/empirical formula, which resulted in the same amount in all locations since it does not depend on the ambient conditions. In addition, to further validate the study, the analysis was performed on a site monitored by the minute by ClimaCheck that has a cooling tower. Comparing the actual water consumption with what the rule of thumb indicates showed that the latter is not accurate. The study is concluded by illustrating the importance of operating at appropriate air flow rate and water conditions, how cooling tower operators can analyze the water efficiency of the cooling tower using the developed technique, while providing some guidelines on how to maintain high cooling tower performance Kyltorn används till stor del i många industriella processer för kylningsändamål. Grundkonceptet för ett kyltorn inkluderar kylning av vatten genom avdunstning, vilket ger det terminologin "evaporativ kylning". Luft blandas med vatten i ett kyltorn och stöts ut med värmen som överförs från vattnet. Evaporativa kondensorer följer också samma evaporativa kylningsprocess, men kan skilja sig åt i design och tillämpning. Mycket vatten förbrukas av kyltorn för att utföra kylningsprocessen och bibehålla kvaliteten på vattnet. Sättet som ofta används för att beräkna mängden vatten som förbrukas på grund av avdunstning är genom att följa tumregeln, som säger att cirka 1 % av vattenflödet förångas vid 6,5 °C temperaturdifferens. Det finns också empiriska formlersom har utvecklats för att beräkna mängden vatten som förbrukas på grund av avdunstning. Tumregeln, som följs mest, är dock inte en särskilt exakt metod för att utvärdera mängden vatten som förbrukas eftersom den inte beror på omgivningsförhållandena. Denna rapport dyker ner i detaljerna i de empiriska formlerna och tumregeln. Dessutom utvecklas en annan metod för att beräkna avdunstning av vatten för att skapa ett etablerat riktmärke som kyltornsoperatörer kan använda för att utvärdera sin vatteneffektivitet. En studie genomfördes på ett hypotetiskt kyltorn med följande konstruktionsvillkor: 3 500 kW kylkapacitet, 3 °C differens mellan utgående vatten och inkommande lufts våta temperatur och 5 °C temperaturändring på vattnet. Motivet för denna studie började med ClimaChecks önskan att utforska ett sätt att definiera en vatteneffektivitets- KPI för att förbättra analyser av kyltorn. ClimaCheck mäter värmebelastningen för en kylare, inlopps- och utloppsvattentemperaturerna för vattnet i ett kyltorn. De mäter också de omgivande fukt- och temperaturförhållandena när som helst, vilket var avgörande för att genomföra studien. Resultaten visade att de omgivande förhållandena (torr- och våt temperatur) i hög grad påverkar mängden vatten som förångas. Data jämfördes med tumregeln/empirisk formel, som gav samma mängd på alla platser eftersom det inte beror på omgivningsförhållandena. Dessutom, för att ytterligare validera studien, utfördes analysen på en plats med kyltorn som övervakades minutvis av ClimaCheck. Att jämföra den faktiska vattenförbrukningen med vad tumregeln indikerar visade att det senare inte stämmer. Studien avslutas med att illustrera vikten av att arbeta med lämplig luftflödeshastighet och vattenförhållanden, hur med hjälp av en mjukvara/server kyltornsoperatörer kan beräkna kyltornets vatteneffektivitet med den utvecklade tekniken, samtidigt som det ger några riktlinjer för hur man upprätthåller en hög kyltornsprestanda |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|