Die Komponente Hybridkühlturm
Die Komponente Hybridkühlturm repräsentiert ein allgemeingültiges Modell zur Bereitstellung von Kälte durch einen Kühlturm, der mit den Kühlmitteln Luft und Wasser arbeitet und sowohl Konvektion als auch Verdunstung durchführt.
Komponentenvorlage
Die Komponentenvorlage Hybridkühlturm.e-ctpl befindet sich im Komponentenvorlagen-Ordner Kälteversorgung.
Einbindung in ein Schema
Die folgende Abbildung zeigt die Einbindung der Komponente Hybridkühlturm in ein Schema am Beispiel des Falls 2 des Tutorials 15.
Funktionsweise
Die Komponente Hybridkühlturm bildet das Abführen der Wärme eines anderen Prozesses durch Konvektion im Trockenteil des Kühlturms, Verdunstung von Wasser im Nassteil des Kühlturms oder eine Kombination aus beiden Verfahren ab. Die Kühlmittel sind Wasser und Luft.
Der Nassteil bildet ein offenes Umlaufkühlsystem, bei dem der wesentliche Teil der Wärmeenergie an die Luft durch Verdunstung des Wassers übertragen wird. Aufgrund der Verdunstung muss Wasser regelmäßig zugeführt werden.
Für die wirtschaftlichen Daten gelten dieselben Grundsätze wie für den Nasskühlturm.
Technische Eingabedaten
Die folgenden Auslegungsgrößen sind in den Technischen Eingabedaten (siehe folgende Abbildung) vorzugeben:
Wählen Sie eine der beiden Bauarten des Hybridkühlturms:
- Paralleler Luftstrom mit Zwangszug:
Für den Lufteinzug in den Nass- und den Trockenteil gibt es jeweils einzeln einen Ventilator oder eine Gruppe von Ventilatoren (siehe folgende Abbildung).
Diese müssen unabhängig voneinander parametriert werden und können unterschiedliche Kapazitäten und Wirkungsgrade haben. Geben Sie die Nennleistungen des Ventilators für beide Teile getrennt ein:
\( P_{el\ Vent\ Trocken\ nenn} \) für den Trockenteil und
\( P_{el\ Vent\ Nass\ nenn} \) für den Nassteil.
- Paralleler Luftstrom mit induziertem Luftzug:
Für den Lufteinzug in beide Teile des Kühlturms gibt es nur einen Ventilator oder eine Gruppe von Ventilatoren (siehe folgende Abbildung).
Die verschiedenen Zuluftströme werden über Ventile geregelt. Das Verhältnis zwischen Nass- und Trockenkühlluft ist daher nicht konstant.
Zum Wasser und zur Luft sind dieselben Angaben wie beim Nasskühlturm zu machen.
Teillastverhalten
Das Teillastverhalten lässt sich wie beim Nasskühlturm durch die Proportionale elektrische Leistungsaufnahme oder durch Kennlinien eingeben (relativ zur Nennleistung). Zwischen den beiden Bauarten des Hybridkühlturms ist zu unterscheiden.
Paralleler Luftstrom mit induziertem Luftzug
Die folgenden Gleichungen bilden den Zusammenhang zwischen den Volumenströmen und der elektrischen Leistungsaufnahme bei der Auswahl Proportionale elektrische Leistungsaufnahme ab:
\( \begin{equation} \begin{aligned} \frac{ \dot{V}_{Luft\ Trocken}+\dot{V}_{Luft\ Nass}} {\dot{V}_{Luft\ Trocken\ max}+\dot{V}_{Luft\ Nass\ max}} = \frac{P_{el\ Vent}} {P_{el\ Vent\ nenn}} \end{aligned}\end{equation}\),
\( \begin{equation} \begin{aligned} \frac{ \dot{V}_{H_{2}O}} {\dot{V}_{H_{2}O\ nenn}} = \frac{P_{el\ Pumpe}} {P_{el\ Pumpe\ nenn}} \end{aligned}\end{equation}\).
Bei der Auswahl Kennlinie eingeben (relativ zur Nennleistung) sind zwei Kennlinien vorzugeben.
Die erste Kennlinie \( f_{el\ Vent\ rel} \) stellt den Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom der Luft \( \dot{V}_{Luft} \) und der elektrischen Leistung des entsprechenden Ventilators \( P_{el\ Vent} \) her (siehe folgende Abbildung).
Die zweite Kennlinie \( f_{el\ Pumpe\ rel} \) zeigt den Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom des Kühlwassers \( \dot{V}_{H_{2}O} \) und der elektrischen Leistung der Pumpe \( P_{el\ Pumpe} \) (siehe folgende Abbildung).
Zur Berechnung des Teillastverhaltens werden dieselben Formeln wie beim Nasskühlturm verwendet:
\( \begin{equation} \begin{aligned} f_{el\ Vent\ rel} \left ( \frac{ \dot{V}_{Luft}} {\dot{V}_{Luft\ max}} \right) = \frac{P_{el\ Vent}} {P_{el\ Vent\ nenn}} \end{aligned}\end{equation} \),
\( \begin{equation} \begin{aligned} f_{el\ Pumpe\ rel} \left ( \frac{ \dot{V}_{H_{2}O}} {\dot{V}_{H_{2}O\ nenn}} \right) = \frac{P_{el\ Pumpe}} {P_{el\ Pumpe\ nenn}} \end{aligned}\end{equation} \).
Paralleler Luftstrom mit Zwangszug
Bei dieser Bauart des Kühlturms sind die Nennleistungen des Ventilators sowohl für den Nass– als auch für den Trockenteil des Kühlturms anzugeben.
Die folgenden Gleichungen bilden den Zusammenhang zwischen den Massenströmen und der elektrischen Leistungsaufnahme bei der Auswahl Proportionale elektrische Leistungsaufnahme ab:
\( \begin{equation} \begin{aligned} \frac{ \dot{V}_{Luft\ Trocken}} {\dot{V}_{Luft\ Trocken\ max}} = \frac{P_{el\ Vent\ Trocken}} {P_{el\ Vent\ Trocken\ nenn}} \end{aligned}\end{equation}\),
\( \begin{equation} \begin{aligned} \frac{ \dot{V}_{Luft\ Nass}} {\dot{V}_{Luft\ Nass\ max}} = \frac{P_{el\ Vent\ Nass}} {P_{el\ Vent\ Nass\ nenn}} \end{aligned}\end{equation}\),
\( \begin{equation} \begin{aligned} \frac{ \dot{V}_{H_{2}O}} {\dot{V}_{H_{2}O\ nenn}} = \frac{P_{el\ Pumpe}} {P_{el\ Pumpe\ nenn}} \end{aligned}\end{equation}\).
Bei der Auswahl Kennlinie eingeben (relativ zur Nennleistung) sind drei Kennlinien vorzugeben.
Die erste Kennlinie \( f_{el\ Vent\ Trocken\ rel} \) stellt den Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom der Luft des Trockenteils \( \dot{V}_{Luft\ Trocken} \) und der elektrischen Leistung des Ventilators des Trockenteils \( P_{el\ Vent\ Trocken} \) her (siehe folgende Abbildung).
Die zweite Kennlinie \( f_{el\ Vent\ Nass\ rel} \) zeigt den Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom der Luft des Nassteils \( \dot{V}_{Luft\ Nass} \) und der elektrischen Leistung des Ventilators des Nassteils \( P_{el\ Vent\ Nass} \) (siehe folgende Abbildung).
Die dritte Kennlinie \( f_{el\ Pumpe\ rel} \) zeigt den Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom des Kühlwassers \( \dot{V}_{H_{2}O} \) und der elektrischen Leistung der Pumpe \( P_{el\ Pumpe} \) (siehe vorangegangene Abbildung).
Zur Berechnung des Teillastverhaltens werden die folgenden Formeln verwendet:
\( \begin{equation} \begin{aligned} f_{el\ Vent\ Trocken\ rel} \left ( \frac{ \dot{V}_{Luft\ Trocken}} {\dot{V}_{Luft\ Trocken\ max}} \right) = \frac{P_{el\ Vent\ Trocken}} {P_{el\ Vent\ Trocken\ nenn}} \end{aligned}\end{equation} \),
\( \begin{equation} \begin{aligned} f_{el\ Vent\ Nass\ rel} \left ( \frac{ \dot{V}_{Luft\ Nass}} {\dot{V}_{Luft\ Nass\ max}} \right) = \frac{P_{el\ Vent\ Nass}} {P_{el\ Vent\ Nass\ nenn}} \end{aligned}\end{equation} \),
\( \begin{equation} \begin{aligned} f_{el\ Pumpe\ rel} \left ( \frac{ \dot{V}_{H_{2}O}} {\dot{V}_{H_{2}O\ nenn}} \right) = \frac{P_{el\ Pumpe}} {P_{el\ Pumpe\ nenn}} \end{aligned}\end{equation} \).
Technische Ausgabedaten
In den Technischen Ausgabedaten werden der Kühlanteil des Trockenteils an der gesamten Kühlung und der Wirkungsgrad (Kühlung) angezeigt. Der Wirkungsgrad (Kühlung) gibt das Verhältnis von tatsächlich abgegebener Wärme zu potenziell maximal ableitbarer Wärme an. Er wird mit der folgenden Formel berechnet:
\( \begin{equation} \begin{aligned} \eta = \frac{ T_{K\ddot{u}hlwasser\ ein} – T_{K\ddot{u}hlwasser\ aus}} {T_{K\ddot{u}hlwasser\ ein} – T_{Feuchtkugel}} \end{aligned}\end{equation}\).
Verschiedene Ausgabedaten sind in Trocken- und Nassteil getrennt, wie z. B. die Nennrückkühlleistung, der Nennmassenstrom der Luft (beide abhängig von der Auswahl der Eingabedaten, siehe oben), die Volllaststunden und die Betriebsstunden (siehe folgende Abbildung).
Im Abschnitt Elektrische Leistungsaufnahme werden die gesamte berechnete Aufgenommene elektrische Leistung und ihre Anteile des Ventilators (bei Zwangszug geteilt in Trocken- und Nassteil) und der Pumpe ausgegeben. Für das Wärmeträgermedium (Wasser) werden die Kühlzonenbreite (Differenz zwischen Kühlwasser-Eintrittstemperatur und –Austrittstemperatur), die tatsächliche Kühlwasser-Eintrittstemperatur und die tatsächlichen Volumenströme des Kühlwassers und der Luft ausgegeben (siehe folgende Abbildung).
Zuletzt werden der Volumenstrom des Zusatzwassers und seiner Teile (Verdunstungswasser, Sprühverlust von Wasser und Abflutwasser) und der Zustand der umgebenden Luft inklusive Feuchtkugeltemperatur angezeigt.
