冷却塔交換用充填材の選択

冷却塔は、凝縮水や工業プロセスからの熱を排除するための実証済みのコスト効率の高いソリューションを提供します。 運用コストを最大限に節約するには、充填媒体 (水が流れる伝熱面) が適切に設計され、良好な状態にある必要があります。

充填はシステムの中心であり、システム全体のパフォーマンスは、充填の表面積を最大化し、表面全体に水を均等に分散させ、効率的に機能するために水膜の厚さを最適化することに依存します。

何年も使用すると、フィルメディアは最終的に交換が必要になるまで劣化する可能性があります。 建物の所有者や運営者は、どの種類の交換充填材が最適な選択であるかについて、さまざまなメーカーの主張を評価するのが難しいと感じることがあります。

最適な充填量を理解する理想的な方法は、自社製品を宣伝するメーカーに頼るのではなく、独立した調査を通じて行うことです。 最も客観的な評価は、実際の運用状況で公平に並べて比較することによって得られます。 競合製品は何年にもわたって観察され、設置時のパフォーマンスだけでなく、時間が経ってもどのように耐えられるかが判断されます。

これはまさに、南カリフォルニアにある大規模なプロスポーツアリーナの冷却塔の充填物を交換したときに起こったことです。 Baltimore Aircoil Company (BAC) のクロスフロー設計の 3 台のシリーズ 3000 冷却塔は、18 年間にわたって 20,000 席のアリーナの常連客の快適さと安全に貢献してきました。 冷却塔は適切に機能していましたが、老朽化のため、長期保守計画の一環として充填物を交換する必要があると決定されました。

計画では、3 つの冷却塔すべてを一度にオフラインにするのではなく、1 年に 1 つの冷却塔で充填パックを交換することでした。 最初のタワー、そして 1 年後の 2 番目のタワーでは、充填材は BAC の VersaCross® 交換充填材に置き換えられました。これは、元々設置されていた充填材と一致する「吊り下げ式」スタイルの充填材です。 3 番目のタワーの充填材を交換する時期が来たとき、建物の所有者は競合製品である「ブロック」スタイルの充填材を使用することを決定しました。

BAC シリーズ 3000 冷却塔はクロスフロー設計を採用しています。つまり、空気が水平に充填部を横切り、水が充填部を垂直に流れます。 システムからの熱水は冷却塔に入り、充填物 (伝熱面) に​​分配されます。 空気が充填物を通して引き込まれ、水の少量が蒸発します。 この蒸発により残りの水から熱が奪われ、残りの水は冷水容器に集められ、さらに熱を吸収するためにシステムに戻されます。 BAC シリーズ 3000 冷却塔は、吊り下げシート フィルを使用するように設計されており、BAC VersaCross® 交換用フィルは、市場にある交換用の OEM 吊り下げフィルです。 表面積を増やすためにパターンをエンボス加工した長い連続シートを吊り下げ、水が上から下にスムーズに流れるようにします。

ブロック スタイルの置換フィルは、根本的に異なるデザインです。 ブロックは、PVC シートの波形層で構成され、波形シートが平らなシートの層の間に挟まれています。 12 インチ x 12 インチ x 42 インチのブロックが垂直に積み重ねられます。

BAC は、ブロック スタイルの充填が適切に機能するかどうか、またシリーズ 3000 冷却塔の設計と互換性があるかどうかについて懸念を表明しました。 ブロック フィルの垂直方向の間隔は BAC ハンギング フィルよりも広く、ハンギング フィルよりも物理的な表面積が小さくなります。 表面積が減少すると、蒸発冷却が減少します。

(Baltimore Aircoil Company, Inc. 提供)

もう 1 つの懸念は、水がブロックの充填部分をスムーズかつ均一に流れないことでした。 各ブロック内では波形層が互いに接続されており、水流が衝突する可能性があります。 さらに、ブロック間の移行によりフローが大幅に中断されます。

平らな部分と波形層の間のこれらの接続およびブロック間の移行部にも固形物が閉じ込められる傾向があります。 これによりスケールの蓄積や汚れが発生し、わずか数年で許容できない性能の低下を引き起こす可能性があります。

建物の所有者と設置請負業者の間で議論した結果、当事者は、ブロックフィルを設置し、独立した試験会社であるアメリカン・エア・バランス社がアリーナの所有者に雇われ、セルの性能を比較する試験を実施することに同意した。 VersaCross® Fill を使用して、ブロック フィルをセルの 1 つのパフォーマンスに合わせて調整します。

熱試験は、ブロック充填材を設置した直後に実行されました。 土曜の夜のNHLの試合中が選ばれたのは、アリーナが満員で観客の熱気が非常に高かったためだ。 3 つの冷却塔はすべてフルスピードで稼働していました。

2 つの冷却塔をテストしたとき、ブロック充填を備えた冷却塔 1 (CT-1) は次の条件で実行されました。72%元の充填材の熱容量と、VersaCross® 充填を使用した冷却塔 2 (CT-2) の熱容量を比較します。96%元の充填物の熱容量。

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(Baltimore Aircoil Company, Inc. 提供)

ブロック充填を備えたセルは、設置後 16 か月後に独立研究所によって再度テストされ、28 か月後にも再度テストされました。 結果は、その 28 か月間でさらにパフォーマンスが低下したことを示しました。

アリーナでのサイドバイサイドテストによる実際の実験では、フィルの種類が大きな違いを生む可能性があることが示されました。 この場合の冷却塔は、吊り下げ充填を使用するように設計されていました。 サードパーティのブロックフィルに交換すると、蒸発冷却性能が大幅に低下しました。

テストでブロック フィルのパフォーマンスに明らかな欠陥があることが判明した後、アリーナはブロック フィルを BAC VersaCross® Fill に置き換えました。

ブロック フィルの初期購入価格は低かったかもしれませんが、最終的には、OEM 交換フィルを選択した場合よりもエネルギー消費、メンテナンス費用、短い耐用年数のコストが高くつきました。 アリーナは、蒸発冷却塔のコスト効率、効率性、信頼性の高い性能にとって、充填物の設計と品質が非常に重要であることを苦労して学びました。

Steve Kline 氏、PE、MBA 製品アプリケーション マネージャー、Baltimore Aircoil Company, Inc.