Sélection de tours de refroidissement à circuit fermé-

Défauts courants « 3 » des tours de refroidissement à circuit fermé

Piège 1 : Mauvais choix du matériau du serpentin, entraînant la pénétration de la rouille et des fuites d'eau du serpentin de la tour de refroidissement en circuit fermé - ;

Écueil 2 : Ne pas ajouter d'antigel au fluide, entraînant le gel du fluide après l'arrêt de l'équipement en hiver, ce qui fait éclater la batterie ;

Piège 3 : Erreur de calcul du volume d’eau de pulvérisation, entraînant une augmentation significative des coûts de consommation d’énergie.

Principes de base des tours de refroidissement à circuit fermé-

Les tours de refroidissement à circuit fermé-assurent le refroidissement grâce à un échange thermique indirect. Le fluide en circulation (tel que l'eau ou une solution d'éthylène glycol) circule dans un serpentin fermé et la chaleur est évacuée par évaporation de l'eau de pulvérisation et par convection de l'air. Le principe de base des tours de refroidissement en circuit fermé-repose sur trois processus principaux : l'échange thermique, le refroidissement par évaporation d'eau et le flux d'air.

Processus d'échange de chaleur

1.1 Moyen de transfert de chaleur

Dans les tours de refroidissement à circuit fermé-, l'eau est généralement utilisée comme fluide caloporteur. La chaleur de l'équipement ou du système à refroidir (tels que les équipements industriels, les condenseurs des systèmes de climatisation, etc.) est d'abord transférée à l'eau en circulation.

L'eau en circulation circule dans un système fermé sans contact direct avec l'environnement extérieur, assurant ainsi la stabilité de la qualité de l'eau et empêchant les impuretés de pénétrer dans le système.

1.2 Rôle de l'échangeur de chaleur

La fonction principale de l'échangeur de chaleur est de transférer efficacement la chaleur de l'équipement vers l'eau en circulation.

Lorsque l'eau en circulation transportant la chaleur de l'équipement pénètre dans l'échangeur de chaleur, la chaleur est transférée du côté température la plus élevée (côté eau en circulation) vers le côté température la plus basse (côté fluide de refroidissement). Dans les tours de refroidissement à circuit fermé-, le fluide de refroidissement est généralement de l'air, mais contrairement aux tours de refroidissement ouvertes, l'air n'entre pas directement en contact avec l'eau en circulation.

Processus de refroidissement par évaporation de l'eau

2.1 Serpentin de refroidissement et système de pulvérisation

Le serpentin de refroidissement d'une tour de refroidissement à circuit fermé-est généralement en métal, en forme de spirale ou sous d'autres formes, placé à l'intérieur de la tour de refroidissement. L'eau en circulation circule dans le serpentin et échange de la chaleur avec l'air extérieur au serpentin.

La tour de refroidissement est équipée d'un système de pulvérisation qui pulvérise une petite partie de l'eau en circulation en fines gouttelettes d'eau. Ces gouttelettes forment un film d’eau à la surface du serpentin. Lorsque l'air traverse la batterie sous l'action du ventilateur de la tour, les gouttelettes entrent en contact avec l'air.

2.2 Principe de dissipation thermique par évaporation

Lorsque les gouttelettes pulvérisées entrent en contact avec l’air, l’eau s’évapore et le processus d’évaporation absorbe une grande quantité de chaleur provenant de la chaleur de l’eau en circulation dans le serpentin.

Avec l'évaporation de l'eau, la température de l'eau en circulation dans le serpentin diminue progressivement. L'eau refroidie circule dans le système fermé, retourne à l'équipement à refroidir, absorbe à nouveau la chaleur de l'équipement et ce cycle continue d'obtenir un refroidissement continu.

Processus de flux d'air

3.1 Rôle du fan

Le ventilateur favorise principalement la circulation de l’air dans la tour de refroidissement. Le ventilateur est généralement installé sur le dessus ou sur le côté de la tour de refroidissement, créant une pression négative par rotation pour aspirer l'air extérieur dans la tour.

Après être entré dans la tour de refroidissement, l’air traverse le serpentin de refroidissement et la zone de pulvérisation. La vitesse de rotation et le volume d'air du ventilateur peuvent être ajustés en fonction des besoins réels pour contrôler le taux d'échange thermique entre l'air et l'eau.

3.2 Direction d'échange thermique entre l'air et l'eau

Dans la tour de refroidissement, l’air et l’eau effectuent un échange thermique à contre-courant. L'air circule de bas en haut, tandis que l'eau circule de haut en bas (à l'intérieur du serpentin). Ce mode à contre-courant peut maintenir la différence de température entre l'air et l'eau relativement stable, améliorant ainsi l'efficacité de l'échange thermique.

Composition structurelle des tours de refroidissement à circuit fermé-

Serpentin : fabriqué à partir de matériaux résistants à la corrosion- (tels que des tubes en acier inoxydable 304 ou en cuivre), avec le fluide à refroidir circulant à l'intérieur ;

Système de pulvérisation : pulvérise uniformément de l'eau de refroidissement sur la surface du serpentin ;

Ventilateur : force le flux d'air (ventilateur axial ou centrifuge) ;

Réservoir d'eau : recueille et fait circuler l'eau de pulvérisation ;

Filler : Augmente la zone de contact entre l’eau et l’air ;

Moyenne des tours de refroidissement à circuit fermé- et ses paramètres de propriété physique

Milieu des tours de refroidissement en circuit fermé : le milieu utilisé dans les tours de refroidissement en circuit fermé-est généralement de l'eau et de l'éthylène glycol. L'eau est couramment utilisée comme milieu dans le sud et l'éthylène glycol est utilisé dans le nord.

Paramètres de propriété physique de l'eau

Paramètre	Valeur (20 degrés)	Valeur (40 degrés)	Importance technique
Densité (ρ)	998 kg/m³	992 kg/m³	Affecte la puissance de la pompe et le calcul du débit
Capacité thermique spécifique (Cp)	4,18 kJ/(kg· degré )	4,18 kJ/(kg· degré )	Paramètre de base pour le calcul de la charge thermique
Conductivité thermique (λ)	0,598 W/(m· degré)	0,630 W/(m· degré)	Affecte l'efficacité du transfert de chaleur du serpentin
Viscosité dynamique (μ)	1,002×10⁻³ Pa.s	0,653×10⁻³ Pa.s	Détermine la résistance à l'écoulement et la chute de pression
Point de congélation	0 degré	-	Clé pour la conception de l'antigel d'hiver
Point d'ébullition	100 degrés	-	-

Remarque : Les propriétés physiques de l'eau changent considérablement avec la température. Par exemple, la viscosité est de 1,787 × 10⁻³ Pa.s à 0 degré et de 0,467 × 10⁻³ Pa.s à 60 degrés ; la conductivité thermique chute à 0,68 W/(m· degré) à 100 degrés.

Paramètres de propriété physique de la solution d'éthylène glycol (20 degrés)

Paramètre	Valeur	Changement par rapport à l'eau pure	Impact sur la conception
Densité (ρ)	1070 kg/m³	+7%	La puissance de la pompe doit augmenter d'environ 8 %
Capacité thermique spécifique (Cp)	3,45 kJ/(kg· degré )	-17%	Débit plus important requis pour la même charge thermique
Conductivité thermique (λ)	0,39 W/(m·degré)	-35%	Efficacité réduite du transfert de chaleur
Viscosité dynamique (μ)	3,5×10⁻³ Pa·s	+450%	Résistance à l'écoulement considérablement accrue

Relation entre la concentration typique d'éthylène glycol et le point de congélation

Concentration d'éthylène glycol	Point de congélation (degré)	Point d'ébullition (degré)	Scénarios d'application
30%	-15	106	Exigences générales en matière d'antigel
50%	-37	110	Zones très froides ou conditions de travail-à basse température
60%	-55	113	Environnements à température-extrêmement basse

Remarque : Plus la concentration d'éthylène glycol est élevée, plus le point de congélation est bas, mais la viscosité augmente fortement (nécessitant une pompe à haute hauteur-) ; La solution d'éthylène glycol est légèrement corrosive pour les métaux, c'est pourquoi des inhibiteurs de corrosion (tels que le borate) doivent être ajoutés ou des bobines en acier inoxydable ou en alliage de cuivre-nickel doivent être utilisées ; les exigences en matière de point de congélation déterminent la concentration d'éthylène glycol, mais une concentration élevée augmentera considérablement la consommation électrique de la pompe ; il est recommandé d'optimiser la concentration à travers la courbe viscosité-température ; le coefficient de transfert de chaleur de la solution d'éthylène glycol est de 30 à 40 % inférieur à celui de l'eau pure, de sorte que la surface du serpentin ou le volume d'air doit être augmenté.

Types courants, matériaux, avantages et inconvénients des serpentins de tour de refroidissement à circuit fermé-

(1) Tubes en cuivre (Tubes en cuivre rouge)

Avantages :

Excellente conductivité thermique : les tubes en cuivre rouge ont une conductivité thermique élevée (380 W/m·k), avec une efficacité d'échange thermique significative, adaptée aux scénarios de différence de température moyenne et élevée.

Forte résistance à la corrosion : naturellement résistant à la corrosion causée par l'eau, les milieux acides/alcalis faibles, avec une longue durée de vie (généralement plus de 20 ans).

Propriétés mécaniques stables : paroi mince-(8-10 mm) mais haute résistance, avec une technologie de soudage mature (baguettes de soudage à base d'argent) et de bonnes performances d'étanchéité.

Inconvénients :

Coût élevé : le cuivre est cher, avec un investissement initial environ 1,5 fois supérieur à celui des tubes en acier inoxydable.

Relativement lourd : Plus lourd que les tubes en acier inoxydable de même volume, nécessitant des structures de support supplémentaires pour l'installation.

(2) Tubes en acier inoxydable (304/316L)

Avantages :

Excellente résistance à la corrosion : l'acier inoxydable 316L en particulier peut résister aux environnements difficiles tels que les acides forts et le brouillard salin, avec une durée de vie de 15 à 20 ans.

Résistance portante-à haute pression : peut résister à des conditions de travail à haute-pression et n'est pas facile à déformer.

Inconvénients :

Faible conductivité thermique : La conductivité thermique (16 W/m·k) nécessite une augmentation de la surface du serpentin ou du volume d'air pour compenser l'efficacité.

Traitement difficile : le soudage nécessite une technologie de soudage à l'arc sous argon, avec des exigences techniques élevées, et est sujet à la fissuration par corrosion sous contrainte.

(3) Tubes en acier au carbone (galvanisés)

Avantages :

Faible coût : Le prix est de seulement 1/3 à 1/2 des tubes en cuivre, adapté aux projets aux budgets limités.

Traitement facile : facile à souder et à couper, adapté pour une installation rapide.

Inconvénients :

Mauvaise résistance à la corrosion : la galvanisation est nécessaire pour prolonger la durée de vie, mais la corrosion est toujours susceptible de se produire à long terme (la durée de vie est d'environ 5 à 8 ans).

Taux de tartre élevé : La surface rugueuse est sujette au tartre, nécessitant un nettoyage fréquent, ce qui réduit l'efficacité de l'échange thermique.

(4) Tubes en alliage de titane

Avantages : Résistance extrêmement forte à la corrosion (notamment aux ions chlorure), légèreté, adaptée au refroidissement par eau de mer et à l’industrie nucléaire.

Inconvénients : Coût extrêmement élevé (environ 5 fois celui de l’acier inoxydable) et transformation difficile.

(5) Tubes en alliage d'aluminium

Avantages : Légèreté et conductivité thermique relativement bonne (environ 200 W/m·k).

Inconvénients : Faible résistance mécanique et sujet à la corrosion par les milieux alcalins.