Conception de la tour de refroidissement

Types de conception de tours de refroidissement

Une conception de tour de refroidissement échange de la chaleur et refroidit l'eau par vaporisation. C'est une grande installation industrielle qui existe en deux conceptions différentes, telles que le flux croisé et le contre-flux.

• Conception de tour de refroidissement à flux croisé

  Le flux d'air se déplace horizontalement à travers le flux d'eau descendant dans une conception de tour de refroidissement à flux croisé. Habituellement, les assemblages de remplissage sont perpendiculaires au flux d'air. Ce type de tour de refroidissement est généralement à toit en pignon et de forme rectangulaire. Il s'agit d'une tour de refroidissement ouverte qui est idéale pour les charges thermiques peu profondes. L'un des avantages de la tour de refroidissement à flux croisé est que les unités de ventilateur peuvent être placées à l'extérieur de la tour. Les techniciens peuvent facilement y accéder pour la maintenance ou la réparation sans avoir à arrêter le système de refroidissement.

• Conception de tour de refroidissement à contre-courant

  La conception de tour de refroidissement à contre-courant permet à l'air et à l'eau de circuler dans des directions opposées. L'eau descend à travers le système de distribution, tandis que l'air monte à travers la tour. Ce type de tour de refroidissement a souvent une forme cylindrique. La conception de tour de refroidissement à contre-courant est adaptée aux charges thermiques élevées. Les avantages d'une tour de refroidissement à contre-courant sont qu'elle consomme moins d'eau en raison de la grande surface d'évaporation de l'eau et qu'elle permet d'économiser de l'énergie grâce au débit plus faible de la pompe.

Outre les types courants mentionnés ci-dessus, il existe également plusieurs types basés sur la forme et la direction du vent.

• Tour de refroidissement carrée

  La tour de refroidissement carrée a une conception typique à flux croisé. Elle est extensible et empilable pour répondre aux différentes exigences des projets. Généralement, le ventilateur et le moteur sont positionnés au-dessus du bassin dans un boîtier résistant aux intempéries.

  En général, la tour de refroidissement carrée est une conception à tirage naturel/forcé, à flux croisé, avec un remplissage à film de haute efficacité, une valeur et une perte de dérive.

• Tour de refroidissement ronde

  La tour de refroidissement ronde a une conception typique à contre-courant. Elle est fabriquée avec de la fibre de verre ou de la résine de polyester résistante à la corrosion.

  En général, la tour de refroidissement ronde utilise le refroidissement à contre-courant pour un transfert de chaleur maximal avec une perte d'eau minimale.

• Tour de refroidissement rectangulaire

  Les tours de refroidissement rectangulaires sont disponibles en designs à flux croisé et à contre-courant. Leur structure est plus carrée et rectangulaire.

  Habituellement, les tours de refroidissement rectangulaires sont des systèmes ouverts qui permettent à la chaleur de s'échapper, tandis que les systèmes fermés empêchent la chaleur de s'échapper.

Spécifications et maintenance de la conception de la tour de refroidissement

Les spécifications générales de la tour de refroidissement que les acheteurs doivent connaître comprennent les dimensions, le poids, le débit d'air, la puissance du moteur du ventilateur, le débit d'eau et le niveau sonore.

• Dimensions : Les dimensions, à la fois la hauteur et le diamètre d'une conception de tour de refroidissement, affecteront sa surface d'échange de chaleur et la quantité d'air qu'elle peut traiter.
• Poids : Une tour de refroidissement grande et lourde nécessitera une structure stable et de grands éléments de support, tandis qu'une tour petite et légère sera l'inverse.
• Débit d'air : Cela montre la quantité (volume) d'air qu'une tour de refroidissement peut déplacer, exprimée en pieds cubes par minute (CFM) ou en litres par seconde (L/s). Il est généralement lié à la vitesse et au diamètre du ventilateur de la tour. Un débit d'air plus élevé signifie que la tour peut refroidir plus d'eau en un temps donné.
• Puissance du moteur du ventilateur : Cela indique la quantité de puissance que le moteur du ventilateur d'une tour de refroidissement utilise. Elle est normalement exprimée en chevaux-vapeur (CV) ou en kilowatts (kW). Elle détermine la vitesse du ventilateur et le débit d'air. Plus la puissance du moteur est élevée, plus le ventilateur poussera d'air.
• Débit d'eau : Cela montre la vitesse à laquelle l'eau circule dans la tour de refroidissement, mesurée en gallons par minute (GPM) ou en litres par minute (L/min). Cela affecte la quantité de chaleur que la tour peut absorber du système. Un débit d'eau plus élevé signifie que la tour peut absorber plus de chaleur.
• Niveau sonore : Il s'agit de la quantité de son qu'une tour de refroidissement produit pendant son fonctionnement. Il est mesuré en décibels (dB). Les tours de refroidissement sont généralement bruyantes en raison de la chute d'eau et du fonctionnement des ventilateurs. Des niveaux sonores élevés peuvent déranger les résidents à proximité et nécessiter des conceptions insonorisées.

Une maintenance régulière d'une tour de refroidissement permet d'atténuer le risque de légionellose et de prolonger sa durée de vie. Les pratiques de maintenance courantes des tours de refroidissement comprennent des vérifications annuelles des éléments structurels, du ventilateur, de la boîte de vitesses, du système de distribution d'eau, des éliminateurs de dérive et du bassin d'eau.

• Vérification annuelle des éléments structurels : Cela implique de vérifier les supports de la tour de refroidissement, le remplissage et le carter pour voir s'il y a des signes de détérioration.
• Maintenance du ventilateur, de la boîte de vitesses et des roulements : Le ventilateur centrifuge d'une tour de refroidissement fonctionne pendant de nombreuses heures. La maintenance régulière de la boîte de vitesses et des roulements élimine le frottement qui peut affecter les performances du ventilateur. Lors de la maintenance de routine, le technicien inspecte les composants à la recherche d'usure ou de dommages. Il ajoute également de la graisse à la boîte de vitesses et aux roulements, ou il peut remplacer ces composants si nécessaire.
• Système de distribution d'eau : Le système garantit une répartition uniforme de l'eau sur le remplissage. Lors de la vérification de routine, le technicien s'assure que toutes les buses sont dégagées et non bouchées. Il s'assure également que les jets d'eau ne sont pas déformés et que les pompes fonctionnent bien.
• Éliminateurs de dérive : Ces composants empêchent l'eau du bassin de se perdre par évaporation excessive. Ils réduisent également le bruit de l'eau et limitent l'échappement des éclaboussures d'eau. Les éliminateurs de dérive peuvent se boucher avec des débris de saleté au fil du temps. La maintenance de routine consiste à nettoyer ou à rincer les éliminateurs de dérive pour éliminer la saleté et maintenir l'efficacité.
• Bassin d'eau : L'eau de refroidissement sale peut réduire l'efficacité de l'échange de chaleur et favoriser la croissance de bactéries nocives. Ainsi, il est important de nettoyer fréquemment le bassin d'eau. Les techniciens drainent l'eau et inspectent le bassin pour détecter les fissures et les fuites. Ils utilisent également des biocides pour tuer les bactéries et les algues et éliminent les débris et la saleté en aspirant ou en jetant.

Scénarios de conception de tour de refroidissement

Une tour de refroidissement bien conçue joue un rôle essentiel dans de nombreuses industries. Les industries suivantes ont souvent besoin de tours de refroidissement commerciales pour maintenir leurs opérations quotidiennes.

• Centrales électriques

Une tour de refroidissement est un composant important des centrales électriques, en particulier celles qui utilisent des combustibles fossiles et l'énergie nucléaire. Les centrales électriques produisent une grande quantité de chaleur lors de la production d'électricité. La tour de refroidissement dissipe la chaleur dans l'atmosphère. Cela permet à la centrale électrique de rester efficace et d'assurer le bon fonctionnement de son équipement.

• Usines industrielles

De nombreux types d'usines industrielles dépendent des tours de refroidissement pour réguler la température de leurs machines. Cela inclut les chaînes de montage, les machines de moulage par injection, l'usinage CNC, etc. Le flux d'air et la circulation d'eau dans une tour de refroidissement contribuent à refroidir les lubrifiants et les condensats. Cela permet également aux usines industrielles de continuer à fonctionner à une capacité optimale et de produire sans aucune interruption.

• Systèmes CVC

Un système CVC centralisé a souvent une grande tour de refroidissement verticale placée au sommet du bâtiment. Les tuyaux de ventilation et les vannes d'eau connectés à la tour de refroidissement contribuent à refroidir le réfrigérant avant qu'il ne soit distribué dans toute la structure. Les bâtiments de grande hauteur dotés de systèmes CVC fonctionnels doivent disposer d'une solution de refroidissement efficace, comme une tour de refroidissement, pour garantir le confort intérieur.

• Centres de données

Un centre de données utilise plusieurs baies de serveurs pour stocker de grandes quantités d'informations. Chaque serveur génère une quantité importante de chaleur pendant son fonctionnement. L'élimination constante de la chaleur des serveurs est cruciale pour éviter la surchauffe et garantir que le centre de données respecte les normes de l'industrie. VMware, par exemple, a explicitement déclaré dans l'un de ses livres blancs que son centre de données dépend des tours de refroidissement pour maintenir la santé et les performances optimales du serveur.

Comment choisir des conceptions de tour de refroidissement

Le choix d'une conception de tour de refroidissement adaptée à une application spécifique peut avoir un impact sur l'efficacité et les performances. Voici quelques facteurs cruciaux à prendre en compte lors de la sélection d'une conception de tour de refroidissement :

• Charge thermique :

  La charge thermique est la quantité de chaleur qu'une tour de refroidissement doit éliminer du système. Elle est généralement exprimée en kW ou en BTU par heure. Comprendre la charge thermique du système est essentiel pour choisir une tour de refroidissement de la bonne taille et de la bonne capacité. Si la tour de refroidissement est sous-dimensionnée, elle risque de ne pas dissiper efficacement la chaleur. De même, une tour surdimensionnée peut entraîner une consommation d'énergie excessive et des coûts d'exploitation élevés.

• Conditions du site :

  Les facteurs environnementaux du site influencent également le choix de la conception de la tour de refroidissement. Prenez en compte l'empreinte disponible lors de la sélection d'une conception de tour de refroidissement. Une tour de refroidissement avec une conception compacte peut s'adapter à un espace limité. Dans certaines applications, la génération de bruit peut être une préoccupation. Par exemple, les tours de refroidissement installées à proximité de zones résidentielles doivent produire moins de bruit pour minimiser les perturbations. La qualité de l'eau est une autre considération cruciale du site. Par exemple, l'eau à forte teneur en minéraux peut entraîner une formation de tartre et réduire l'efficacité de la tour de refroidissement.

• Compatibilité du système :

  La conception d'une tour de refroidissement doit être compatible avec le système qu'elle dessert. Différents systèmes ont des exigences spécifiques en matière de température et de pression. Par exemple, un système de climatisation peut utiliser une tour de refroidissement pour rejeter de la chaleur dans l'atmosphère. De plus, tenez compte de la façon dont l'eau circule dans le système. S'agit-il d'une boucle ouverte (eau recirculant à partir d'un réservoir) ou d'une boucle fermée (eau circulant dans un système scellé) ?

• Conformité réglementaire :

  Il est également important de choisir une conception de tour de refroidissement qui respecte les contraintes budgétaires du projet. Bien que certaines conceptions haut de gamme offrent des performances et une durabilité améliorées, elles peuvent avoir un coût initial plus élevé. En revanche, investir dans une conception plus coûteuse peut entraîner des économies à long terme grâce à des frais d'exploitation et de maintenance réduits.

• Considérations de confort et d'esthétique :

  Dans certaines applications, le design esthétique de la tour de refroidissement peut être pertinent. Par exemple, les tours de refroidissement installées dans des bâtiments commerciaux ou institutionnels haut de gamme peuvent avoir besoin d'être conçues pour se fondre harmonieusement dans le thème architectural général.

FAQ

Q1 : Que se passe-t-il si la tour de refroidissement est trop remplie ?

A1 : Une tour de refroidissement débordante peut provoquer des dommages causés par l'eau à l'équipement ou aux composants structurels à proximité et augmenter les taux d'évaporation.

Q2 : Quel est le but d'une tour de refroidissement dans le monde ?

A2 : La taille du marché mondial des tours de refroidissement était évaluée à 2,04 milliards de dollars en 2021 et devrait atteindre 2,71 milliards de dollars d'ici 2030, avec un TCAC croissant des revenus de 3,1 %.

Q3 : Quelle conception de tour de refroidissement est la plus économique ?

A3 : Les tours à flux croisé sont plus économiques que les tours à contre-courant car leur rapport hauteur/largeur est plus favorable en termes de coûts structurels. De plus, la répartition de l'eau sur une grande surface est plus efficace.