Soğutma kulesi seçimi: ısı yükü, yaklaşım ve yaş termometre sıcaklığı

Soğutma kulesi seçimi dört değerle başlar: kulenin atacağı ısı yükü, kulede dolaşacak su debisi, kuleye giren ve kuleden çıkan su sıcaklıkları ve kurulacağı yerin yaz tasarım yaş termometre sıcaklığı. Bu dört değer kulenin büyüklüğünü ve fan gücünü belirler. Ardından su kalitesine göre açık ya da kapalı devre tip, sahaya göre gürültü, sürüklenme ve yerleşim, en son da gövde ve dolgu malzemesi seçilir. Bir kuleyi kataloğa "kaç tonluk" diye bakarak seçmek yanıltıcıdır: aynı kule farklı sıcaklıklarda çok farklı miktarda ısı atar.

Isı yükü ve su debisi

Kulenin işi, makinenin ya da chiller'ın suya verdiği ısıyı havaya aktarmaktır. Isı yükü, debi ve sıcaklık farkı arasındaki bağı Q = m · c · ΔT kurar; su için c yaklaşık 4,19 kJ/kg·K'dir.

Örnek: bir üretim hattının 500 kW ısı attığını ve kuleye 35 °C girip 30 °C çıkan su istendiğini varsayalım. 5 °C fark için gereken debi 500 / (4,19 × 5) ≈ 23,9 kg/s, yani yaklaşık 86 m³/h olur. Aynı ısıyı 10 °C farkla atmak debiyi yarıya indirir; pompa ve borular küçülür, ama makinenin ya da kondenserin daha sıcak dönüş suyunu kabul edip etmediğine bakmak gerekir.

Kule su soğutmalı bir chiller'a hizmet edecekse yük, chiller'ın soğutma kapasitesinden büyüktür; kompresörün harcadığı elektrik de ısıya dönüşür ve kondenserden atılır. Örnek: 1.000 kW soğutma yapan ve COP değerini 5 kabul ettiğimiz bir grupta kompresör yaklaşık 200 kW çeker, kulenin atması gereken ısı da yaklaşık 1.200 kW olur.

Kapasiteyi ortalama bir güne göre değil, tesisin en yüklü saatine ve yılın en nemli günlerine göre seçin. Yakın zamanda yeni bir hat ya da ek bir chiller planlanıyorsa, kuleyi bugünden büyütmek yerine sonradan hücre eklenebilecek modüler bir düzen kurmak çoğu zaman daha esnektir.

Teklifleri karşılaştırırken bir ayrıntıya dikkat edin: kule kataloglarındaki "ton" çoğu zaman soğutma tonu (3,52 kW) değil, kompresör ısısını da içine alan kule tonudur (15.000 BTU/h, yaklaşık 4,4 kW). Hangi tonun kastedildiğini ve değerin hangi sıcaklıklarda verildiğini sorun.

Aralık ve yaklaşım: kuleyi boyutlandıran iki fark

• Aralık (range): Kuleye giren sıcak su ile çıkan soğuk su arasındaki fark. 35 °C girip 30 °C çıkan suda aralık 5 °C'dir. Aralığı kule değil, ısı yükü ile debi belirler.
• Yaklaşım (approach): Kuleden çıkan soğuk su ile havanın yaş termometre sıcaklığı arasındaki fark. Yaş termometre 25 °C iken 30 °C su veren bir kulenin yaklaşımı 5 °C'dir.

Kulenin boyunu asıl belirleyen yaklaşımdır. Suyu yaş termometreye 5 °C yerine 3 °C yaklaştırmak kâğıt üzerinde küçük bir fark gibi görünür, ama aynı yük için kule belirgin biçimde büyür; 2–3 °C'nin altındaki yaklaşımlar genellikle ekonomik değildir. Tasarımda çoğunlukla 3–5 °C arasında bir değer seçilir. Kulenin verebileceğinden daha soğuk su gerekiyorsa çözüm daha büyük bir kule değil, bir chiller'dır; chiller tarafının kapasite hesabı için chiller seçimi yazımıza bakabilirsiniz.

Sahanın yaş termometre sıcaklığı

Kule buharlaşmayla soğuttuğu ve buharlaşmayı havanın nemi sınırladığı için seçimde bakılacak hava değeri kuru termometre değil, yaş termometre sıcaklığıdır. Aynı 35 °C hava, kuru bir iç bölgede %25 bağıl nemde yaklaşık 21 °C, nemli bir kıyıda %55 nemde yaklaşık 27,5 °C yaş termometre sıcaklığına karşılık gelir. 4 °C yaklaşımla çalışan bir kule birinci sahada 25 °C, ikincisinde 31,5 °C su verir. Kıyıda aynı kule daha az ısı atar ya da aynı iş için daha büyük bir kule gerekir.

Tasarım değeri, o yerin meteoroloji verilerinden yılın çok küçük bir bölümünde, örneğin saatlerin %0,4'ünde ya da %1'inde aşılan yaş termometre sıcaklığı olarak alınır. Kayıtlardaki en yüksek değer kuleyi gereksiz büyütür, yaz ortalaması ise sıcak ve nemli günlerde yetersiz bırakır. Kurulum yerinin kendisi de bu değeri değiştirir: duvarlar arasına sıkışmış, çatı çukurunda kalmış ya da başka bir cihazın sıcak atık havasını alan kule, kendi çıkardığı nemli havayı geri emer ve fiilen daha yüksek bir yaş termometreyle çalışır.

Açık mı, kapalı devre mi?

Tipi, makinenin su kalitesine ne kadar duyarlı olduğu belirler.

• Açık devre kule: En küçük yaklaşımı en düşük ilk yatırımla verir. Su havayla temas ettiği için toz ve oksijen alır; hassas eşanjörler, kalıplar ya da hidrolik devreler bu sudan bir plakalı eşanjörle ayrılır. Eşanjör genellikle 1–2 °C ek sıcaklık farkı getirir ve bu fark kule seçiminde hesaba katılmalıdır.
• Kapalı devre kule: Proses suyu serpantinin içinde kalır, havaya ve kire değmez; devrede glikol kullanılabilir. Endüksiyon ocakları, kompresörler ve donma riski olan dış hatlar için uygundur. Aynı yük için daha büyük ve ağırdır; serpantinin dışını ıslatan püskürtme suyu da şartlandırılmalıdır.

Karşı akış ile çapraz akış arasındaki tercih çoğunlukla yere ve pompaya göre yapılır: alan darsa karşı akışlı kule, pompanın basma yüksekliği düşük tutulmak isteniyorsa çapraz akışlı kule öne çıkar. Tiplerin nasıl çalıştığını soğutma kulesi nedir yazımızda anlattık.

Su kalitesi ve takviye suyu

Açık bir kule sürekli su harcar. Şebekeden eklenmesi gereken su, üç kaybın toplamıdır:

• Buharlaşma: Isının büyük kısmı buharlaşmayla atılır. Yukarıdaki 500 kW örneğinde bu, en fazla yaklaşık 0,75 m³/h eder (500 kW ÷ 2.400 kJ/kg). Isının bir bölümü havaya doğrudan duyulur ısı olarak geçtiği için gerçek değer biraz daha düşüktür.
• Blöf: Buharlaşan su saftır; tuzlar ve mineraller havuzda kalır. Yoğunluğu sınırda tutmak için suyun bir kısmı sürekli boşaltılır. Blöf, buharlaşmanın konsantrasyon çevrim sayısının bir eksiğine bölünmesiyle bulunur: 4 çevrimde 0,75 ÷ 3 = 0,25 m³/h.
• Sürüklenme: Çıkış havasının taşıdığı damlacıklar. Yüksek verimli bir damla tutucuyla dolaşan suyun %0,005'inin altında kalır; bu örnekte ihmal edilebilir.

Bu örnekte kule saatte yaklaşık 1 m³, günde 24 saat çalışan bir tesiste günde 24 m³ civarında takviye suyu ister. Kaynak suyun sertliği ve iletkenliği kaç çevrimle çalışılabileceğini, dolayısıyla blöf miktarını belirler. Bu yüzden su analizi kule seçiminden önce yapılmalıdır: sert ya da kirli suda dolgu tipi, gövde malzemesi ve su şartlandırma sistemi buna göre seçilir. Su kıt ya da pahalıysa kapalı devre kule, kuru soğutucu ya da yalnızca sıcak günlerde ıslak çalışan hibrit bir soğutucu da değerlendirilmelidir.

Sürüklenme, gürültü ve yerleşim

Kuleden çıkan damlacıklar yalnızca su kaybı değildir. Ilık kule suyu Legionella bakterisinin üreyebileceği bir ortamdır ve bakteriyi çevreye taşıyan, havaya karışan bu ince damlacıklardır. Yüksek verimli damla tutucu istemek, kuleyi taze hava emişlerinden, açılan pencerelerden ve yaya yollarından uzağa koymak ve havuzun doğrudan güneş almamasını sağlamak, bu riskin seçim aşamasındaki tarafıdır.

Kulede gürültünün iki kaynağı vardır: fan ve havuza düşen su. Konut ya da hastane yakınındaki kulelerde düşük devirli, geniş çaplı fanlar, frekans invertörüyle gece daha yavaş çalışma, emiş ve atış tarafında susturucular ve yeterli mesafe birlikte ele alınır. Ses değerini belirli bir mesafe ve yönde ölçülmüş ses basıncı olarak isteyin; farklı koşullarda verilmiş iki değer karşılaştırılamaz. Kışın soğuk havada kuleden yükselen beyaz buğu da yerleşimi etkiler: rüzgârla bir yola ya da komşu cepheye taşınıyorsa sorun yaratabilir.

Kule çatıya konacaksa yapı mühendisine boş ağırlığı değil, suyla dolu çalışma ağırlığını verin; titreşim yalıtıcıları ve kaide de seçimin parçasıdır. Kulenin çevresinde havanın serbestçe girebileceği boşluk bırakılmalı, emiş yüzleri bir duvara ya da başka bir kulenin atışına dönük olmamalıdır.

Malzeme, dolgu ve kapasite kontrolü

• Gövde: Cam elyaf takviyeli polyester (CTP) gövde hafiftir ve korozyona dayanır. Galvaniz çelik daha ekonomiktir, ama agresif suda ek kaplama ister; havuz ve bağlantı elemanlarında paslanmaz çelik tercih edilebilir. Sahada kurulan çok büyük kulelerde beton gövde kullanılır.
• Dolgu: PVC film dolgu en verimli tiptir, ama genellikle 50–55 °C'nin üzerindeki giriş suyuna dayanmaz ve kirli suda tıkanmaya yatkındır. Sıcak su için PP, kirli su için sıçratmalı dolgu seçilir.
• Kapasite kontrolü: Frekans invertörlü fanlar kısmi yükte ve serin havada enerji tüketimini düşürür. Birden fazla hücreli kulede yük azaldığında hücre kapatılabilir, bir hücre durduğunda diğerleri çalışmaya devam eder.
• Kış çalışması: Donma riski olan bölgelerde havuz ısıtıcısı, by-pass hattı ve fan kontrolü baştan şartnameye yazılmalıdır; kapalı devre kulede glikol oranı en düşük dış sıcaklığa göre belirlenir.

Chiller ile birlikte seçim

Kule bir chiller'ın kondenserine bağlanacaksa ikisi ayrı ayrı değil, birlikte seçilmelidir: kuleden gelen suyun sıcaklığı chiller'ın verimini, chiller'ın kondenser debisi de kulenin aralığını belirler. Endüstriyel chiller gruplarımızda hava soğutmalı kondenserin yanında kuleye bağlanan su soğutmalı kondenser seçeneği de vardır ve böyle bir grubu seçerken kondenser suyunun sıcaklığı ile debisi seçimin girdileri arasındadır. Kule ile su soğutmalı chiller'ın birlikte nasıl işletildiğini kardeş şirketimiz Aktek Elektromekanik'in su soğutmalı chiller yazısında bulabilirsiniz.

Teklif için hazırlanacak bilgiler

• Atılacak ısı yükü (kW) ya da bağlanacak chiller'ın kapasitesi
• Kuleye giriş ve çıkış suyu sıcaklıkları, su debisi
• Kurulum yeri: il, rakım, çatı ya da zemin, çevredeki yapılar
• Su kaynağı ve varsa su analizi
• Gürültü sınırı ve en yakın konuta ya da pencereye uzaklık
• Makinenin kirliliğe ve donmaya duyarlılığı

Projede bir chiller da yer alıyorsa bu bilgileri iletişim sayfamızdan gönderin; kule tarafının koşullarını chiller seçimiyle birlikte değerlendirelim. Hangi chiller sınıfının ihtiyacınıza uyduğunu chiller grupları sayfamızda görebilirsiniz.