Koeltorentechnologie

Open verdampingskoeltoren

Open verdampingskoeltorens is de uitgebreide aanduiding voor wat gewoonlijk koeltorens wordt genoemd. Koeltorens maken het mogelijk om op een efficiënte manier warmte uit een proces of een koelkringloop af te voeren. In een koeltoren wordt water in direct contact met omgevingslucht gebracht. Een klein gedeelte 1 a 2 % van het koelwater verdampt. Door deze verdamping stijgt de temperatuur en de vochtigheid van de lucht en daalt die van het water. Door gebruik te maken van de verdamping is het mogelijk om tot onder de gewone luchttemperatuur te koelen. De minimale temperatuur welke te realiseren is, is de natteboltemperatuur.

Geforceerde trek koeltorens

Door de toepassing van ventilatoren wordt er continue een luchtstroom onderhouden. Indien de ventilator blaast dan staat het apparaat op overdruk en spreekt men van geforceerde trek. Is er daarentegen sprake van een zuigende ventilator, dan is er sprake van onderdruk en noemt men dit geïnduceerde trek. Bij koeltorens met geforceerde trek zijn er twee soorten ventilatoren mogelijk: axiaal (lijfplaat met schoepen) of radiaalventilatoren (slakkenhuis). De radiaalventilator heeft als nadeel dat deze meer geluid maakt en een slechter rendement heeft. De onderstaande afbeelding toont de mogelijke configuraties bij een tegenstroom koeltoren.

Geforceerde trek, radiaal ventilator	Geforceerde trek, axiaal ventilator	Geïnduceerde trek, axiaal ventilator

Optimale waterverdeling

Alle koeltorens zijn opgebouwd uit een sproeisysteem (^^^^) dat het water verdeelt over het koelpakket. Boven het sproeisysteem zit de druppelvanger, deze zorgt ervoor dat de druppels de koeltoren niet verlaten. Polacel heeft voor al haar tegenstroom koeltorens gekozen voor de uitvoering met een axiaal ventilator in de geïnduceerde uitvoering. deze hebben een lage luchtsnelheid bij de luchtinlaat, hetgeen leidt tot een goede luchtverdeling. Deze gelijkmatige verdeling leidt tot hoge rendementen. Verder is er een uitgebreide keuze uit type ventilatoren met specifieke geluidskenmerken met allemaal een hoog rendement. Verder leidt de plaatsing van de ventilator op de uitblaas tot een verre worp van de opgewarmde lucht. Hierdoor is de altijd aanwezige recirculatie beperkt.

Nadeel van het hierboven geschetste principe is het geluid van het water dat onder in de koeltoren valt. Dit kan variëren, afhankelijk van het ontwerp, van 5 tot 30 m3/h per vierkant meter. Polacel adviseert om dit geluid te dempen door toepassing drijvende geluidsdempers, deze reduceren het geluid aan de bron. Het plaatsen van dempers op de in- of uitlaat is een alternatief, maar heeft als belangrijk nadeel dat de weerstand aan de luchtzijde toeneemt. Dit leidt tot een hoger opgenomen vermogen en een hoger geluidsbron.

Hoog rendement filmpakket

Naast de toepassing van ventilatoren, danken moderne koeltoren hun goede rendementen aan de toepassing van filmpakketten. In filmpakketten wordt het contactoppervlakte tussen water en lucht geoptimaliseerd. Er zijn diverse soorten pakketten met karakteristieken welke afgestemd moeten worden op de proces- en omgevingscondities.

Geschikt voor waterbehandeling

Zoals in de eerste paragraaf gesteld dankt de koeltoren haar hoge efficiency (minder dan 1kW elektrisch per 100 kW koeling) aan de verdamping. Een nadeel van het continue verdampingsproces is dat er water aangevuld dient te worden. Dit suppletiewater bevat echter zouten en verontreinigingen welke indien er niets wordt gedaan gaan ophopen in de koeltoren. Er dient dan ook water te worden afgevoerd om de concentratie van de verontreinigingen te beperken. Indien het water wordt behandeld, kan deze spuistroom worden gereduceerd. Er zijn diverse behandelingsmogelijkheden, variërend van ontharding van het voedingswater tot chemische en fysische behandeling van het circulerende water. De behandeling dient altijd afgestemd te zijn op het aanwezige voedingswater, de procescondities en de toegepaste materialen. Naast de bescherming van de installatie tegen de corrosieve inwerking van het water ondersteund een goede waterbehandeling de legionellabeheersing. In elk (open) systeem met water is er een risico van besmetting. Dit risico is aanvaardbaar te houden indien de beheerder van de installatie een beheersplan opstelt en uitvoert, waarin regelmatige monstername en periodiek onderhoud is opgenomen. Op basis van de monstername is vast te stellen of de beheermaatregelen voldoende zijn of dat er eventueel reiniging noodzakelijk is.

Duurzame materialen

Omdat corrosie van de koeltorens te voorkomen past Polacel consequent duurzame materialen toe als roestvast staal, polyester en kunststof voor alle onderdelen in contact met het koelwater. Hierdoor is een lange levensduur gegarandeerd, welke niet afhangt van de toegepaste waterbehandeling of de uitgevoerde reinigingen.

Tegenstroom

De CMC en CMD koeltorens werken volgens het tegenstroom-principe. Daarbij ontmoet het neerstomende water de, door een ventilator naar boven gezogen, luchtstroom.

Naarmate het water verder door het systeem loopt, zal de lucht steeds verser, dus koeler en minder verzadigd met vocht, zijn. De tegenstroom koeltoren kan de natte bol temperatuur beter benaderen dan de kruisstroom koeltoren.

Kruisstroom

Bij het kruisstroomprincipe wordt het door een koelpakket neerstromend warm water afgekoeld door de, door een ventilator aangezogen, luchtstroom. Door verdamping en door directe warmte-uitwisseling zal de temperatuur snel dalen.

De geforceerde kruisstroom koeltoren is, in vergelijk met bijvoorbeeld de tegenstroom koeltoren, stiller en minder hoog. De prestaties benaderen optimale waarden. Bij de geforceerde kruisstroom koeltoren komt het water in kruisstroom in contact met de lucht, het uitwisselingsrendement is dan lager, waardoor de koeltoren groter dient te worden. Toch kiest men vaak voor kruisstroom omdat deze minder geluid produceren (geen vallend watergeluid), een lagere bouwhoogte hebben en minder vermogen opnemen.