Données de Tour de Refroidissement

Les tours de refroidissement sont des composants qui peuvent être ajoutés à des boucles condenseur. La tour de refroidissement est modélisée comme un échangeur de chaleur à contre-flux, avec un ventilateur à vitesse unique (configuration d'essai induite) basé sur la théorie de Merkel. L'utilisateur doit définir la performance de la tour à l'aide de l'une des deux méthodes suivantes : produit aire-coefficient de transfert de chaleur en conception (US) et débit d'eau de conception, ou puissance nominale de la tour à un niveau de débit donné. Quelle que soit la méthode choisie, il est nécessaire de définir le débit d'air de conception et la puissance correspondante du ventilateur. Le modèle prend également en compte la performance de la tour en régime « convection libre » lorsque le ventilateur de la tour est arrêté, que la pompe à eau reste en fonctionnement et que le transfert de chaleur se poursuit (même à un faible niveau). Si l'utilisateur souhaite que le modèle tienne compte de la « convection libre », il doit spécifier le débit d'air correspondant et le produit aire-coefficient de transfert de chaleur (US), ou bien la puissance nominale de la tour pendant ce mode de fonctionnement.

La tour de refroidissement cherche à maintenir la température de l'eau en sortie, à une valeur égale (ou inférieure) à une consigne. La valeur de cette consigne est définie par le gestionnaire de consigne situé à la sortie de la boucle condenseur :

Tout d'abord, le modèle essaie de déterminer l'impact de la « convection libre », si elle est spécifiée par l'utilisateur, sur la température de l'eau en sortie de la tour. Si cette température basée sur la « convection libre » est égale ou inférieure à la consigne, le ventilateur de la tour n'est pas démarré.

Si la température de l'eau en sortie, basée sur la « convection libre », est inférieure à la consigne, la tour passe en mode 2-Bypass du Fluide. Dans ce mode, une partie de l'eau est refroidie dans la tour, tandis que le reste suit un circuit de bypass. Ensuite, les deux flux sont de nouveau mélangés pour essayer d'atteindre la température de consigne. Si la température de l'eau en sortie reste supérieure à la consigne après la modélisation de la « convection libre », la tour de refroidissement est démarrée pour ramener la température au niveau de la consigne.

Si le contrôle de puissance est défini sur 1-Cycle de Ventilateur, le modèle suppose que le fonctionnement à charge partielle est représenté par une interpolation linéaire simple entre deux régimes permanents (ventilateur de la tour en marche pendant toute la durée de la simulation et ventilateur de la tour arrêté pendant toute la durée de la simulation). Les pertes cycliques ne sont pas prises en compte.

Si le contrôle de puissance est défini sur 2-Bypass du Fluide, le modèle détermine la fraction du flux d'eau à dériver, tandis que le reste est acheminé dans la tour de refroidissement, avant que les deux flux ne soient mélangés de nouveau pour atteindre la température de consigne. Dans ce cas, le ventilateur fonctionne à plein régime pendant toute la durée de l'opération.

En l'occurrence, les tours de refroidissement sont « humides » et consomment de l'eau par évaporation, dérive et déconcentration. Le modèle permet d'évaluer la consommation d'eau des tours.

Dans les tours multi-cellules, la première étape consiste à déterminer le nombre de cellules à activer en fonction de la méthode de contrôle utilisée. Ce nombre doit être compris entre le nombre minimum de cellules par rapport à la fraction du débit d'eau maximum par cellule et le nombre maximum de cellules par rapport à la fraction du débit d'eau minimum par cellule. Si la valeur obtenue est insuffisante pour répondre aux charges, des cellules supplémentaires sont sollicitées. Dans chaque cellule, les contrôles de puissance existants restent valables.

Dans les tours multi-cellules, les entrées suivantes sont appliquées à l'ensemble de la tour, y compris aux cellules :

Pour éditer les données associées à une tour de refroidissement, vous devez sélectionner le composant en plaçant le curseur de la souris dessus, puis cliquer avec le bouton gauche de la souris. Pour accéder à la boîte de dialogue d'édition, cliquez avec le bouton droit de la souris et sélectionnez l'option Éditer composant sélectionné ou l'outil du même nom dans la barre d'outils.

Les schémas ci-dessous (reproduit avec la permission du CIBSE), illustrent les différents types d'évacuation des calories utilisés pour les tours de refroidissements. Le condenseur amène le fluide de l'état de vapeur saturé (point 5) à l'état de liquide saturé (point 6) sur le graphe ci-dessous.

Nom attribué par l'utilisateur à la tour de refroidissement. Celui-ci doit être unique. Si tel n'est pas le cas, le logiciel lui ajoute automatiquement une barre oblique inversée et un nombre entier pour éviter les doublons.

Ce champ numérique indique le débit d'air en conception induit par le ventilateur de la tour, en mètres cubes par seconde. La valeur définie dans ce champ doit être supérieure à zéro, quelle que soit la méthode des entrants de performance de la tour. Ce champ peut également être autodimensionné. Dans ce cas, le débit d'air en conception est calculé comme suit :

Ici, une hausse de la pression de 190 Pa et un rendement total de 0,5 du ventilateur sont admis.

Puissance (en watts) du ventilateur au débit d'air de conception, spécifiée sous Débit d'Air en Conception. La valeur doit être supérieure à zéro, quelle que soit la méthode des entrants de performance de la tour. Ce champ peut également être autodimensionné. Dans ce cas, la puissance du ventilateur est calculée comme suit :

Si le champ Méthode des Entrants de Performance est défini sur 1-Puissance Nominale, la puissance du ventilateur est calculée à l'aide de la formule suivante :

Si le champ Méthode des Entrants de Performance est défini sur 2-US et Débit Eau en Conception, la puissance du ventilateur est calculée à l'aide de la formule suivante :

Débit d'air (en m3/s) lorsque la tour est en régime « convection libre » (le débit d'eau existe, mais le ventilateur de la tour est arrêté). Cette valeur doit être inférieure à celle spécifiée dans le champ Débit d'Air en Conception. Ce paramètre peut être autodimensionné. Dans ce cas, il est défini à 10 % du Débit d'Air en Conception. Si l'utilisateur ne souhaite pas modéliser la « convection libre » et sélectionne 2-US et Débit d'eau de Conception dans le champ Méthode des Entrants de Performance, ce paramètre doit être défini sur 0,0. Si l'utilisateur spécifie une valeur supérieure à zéro dans US en Débit d'Air de Convection Libre ou Puissance en Convection Libre, le débit d'air en convection libre spécifié doit être supérieur à 0,0.

Ce champ permet de choisir la méthode utilisée pour la modélisation de la quantité d'eau évaporée par la tour de refroidissement. Les options disponibles sont au nombre de deux :

L'option par défaut est 1-Air Saturé en Sortie. Le facteur de perte défini par l'utilisateur est défini sous Facteur de Perte par Evaporation (voir ci-dessous). En supposant que l'air sortant de la tour soit saturé, il est possible de déterminer l'évaporation directement en calculant la conception de l'air humide avec les données disponibles dans le modèle de tour de refroidissement (sans aucune intervention supplémentaire de la part de l'utilisateur).

Ce champ permet de définir la quantité d'eau évaporée de la tour de refroidissement et perdue dans l'air extérieur (%/ °C). Il n'est utilisé que si le champ Mode de Calcul des Pertes par Evaporation est défini sur 2-Facteur de Perte. La perte par évaporation est ensuite calculée sous la forme d'une fraction du débit d'eau circulant dans le condenseur.

Elle varie selon la température de l'eau du condenseur. Le débit d'évaporation est calculé par la multiplication de cette valeur par la valeur de la chute de température (en degrés Celsius) de l'eau du condenseur. Les valeurs types vont de 0,15 à 0,27 (%/ °C). La valeur par défaut est « 0,2 ».

Ce champ permet de définir la quantité d'eau perdue dans l'air sortant sous la forme de gouttelettes entraînées (%). La perte d'eau dans l'air est exprimée en pourcentage du débit d'eau du condenseur. Les valeurs types des tours équipées de séparateurs de gouttelettes efficaces sont comprises entre 0,002 et 0,2 % du débit d'eau du condenseur. La valeur par défaut est « 0,008 % ».

Ce paramètre permet à l'utilisateur de définir un facteur de dimensionnement pour ce composant. Ce facteur est utilisé lorsque les entrées de conception du composant sont autodimensionnées : les calculs d'autodimensionnement s'effectuent normalement et les résultats sont multipliés par le facteur de dimensionnement. Ce facteur permet à l'utilisateur de dimensionner un composant pour qu'il gère une partie de la charge de conception, tout en continuant à utiliser la fonction d'autodimensionnement. Pour ce composant, les entrées qui seraient modifiées par le facteur de dimensionnement sont les suivantes :

US en Débit d'Air de Convection Libre. Veuillez noter que le paramètre US au Débit d'Air de Conception n'est pas multiplié par le facteur de dimensionnement. En revanche, la charge de la tour en conception est multipliée par le facteur de dimensionnement, puis l'US de conception est calculé normalement. Le paramètre US en Débit d'Air de Convection Libre est défini à 10 % du nouvel US de la tour de conception.

Ce paramètre permet de sélectionner la méthode par laquelle l'utilisateur définit la performance de la tour. Les options disponibles sont au nombre de deux :

Débit d'eau circulant dans la tour en conception, en m3/s. Cette valeur indique le débit de l'eau de la boucle condenseur refroidie par la tour (et pas le débit d'eau projeté à l'extérieur de la batterie d'échange de chaleur). Si le champ Méthode des Entrants de Performance est défini sur 2-US et Débit Eau en Conception, vous devez définir un débit d'eau supérieur à zéro. Ce paramètre peut également être autodimensionné. Dans ce cas, le débit d'eau en conception est calculé à partir de la charge de conception à rejeter par la boucle condenseur et l'écart de température avec la boucle de conception. Si le champ Méthode des Entrants de Performance est défini sur 1-Puissance Nominale, le modèle valide automatiquement un débit d'eau de 5,382E-8 m3/s par watt de puissance de la tour.

Produit aire-coefficient de transfert de chaleur (US) en watts par degré Celsius, correspondant aux débits d'air et d'eau en conception spécifiés ci-avant. Si le champ Méthode des Entrants de Performance est défini sur 2-US et Débit Eau en Conception, vous devez définir une valeur d'US comprise entre 0 et 300 000. Ce paramètre peut également être autodimensionné. Dans ce cas, la valeur d'US de la tour de conception est calculée à partir de la charge de conception à rejeter par la boucle condenseur et du delta T de la boucle de conception, en supposant une température d'eau de 35 °C à l'entrée de la tour et une température à bulbe sec de 35 °C/humide de 25,6 °C dans la tour.Si le champ Méthode des Entrants de Performance est défini sur 1-Puissance Nominale, ce champ doit rester vide car le modèle calcule automatiquement l'US de la tour en fonction de la puissance de la tour spécifiée sous le paramètre Puissance Nominale.

Produit aire-coefficient de transfert de chaleur (W/°C) lorsque la tour est en régime « convection libre » (le débit d'eau existe, mais le ventilateur de la tour est arrêté). Cette valeur doit être inférieure à celle définie dans le champ US au Débit d'Air de Conception. Ce champ peut être autodimensionné. Dans ce cas, il est défini à 10 % du paramètre US au Débit d'Air de Conception. Si l'utilisateur ne souhaite pas modéliser la « convection libre » et sélectionne 2-US et Débit Eau en Conception dans le champ Méthode des Entrants de Performance, ce paramètre doit être réglé sur 0,0. Si le champ Méthode des Entrants de Performance est défini sur 1-Puissance Nominale, le modèle calcule automatiquement l'US de la tour en fonction de la puissance nominale de la tour définie sous le paramètre Puissance en Convection Libre .

Puissance nominale de rejet de chaleur de la tour de refroidissement, en watts, avec une eau à 35 °C en entrée, à 29,4 °C en sortie, et un air à une température à bulbe humide de 25,6 °C et une température à bulbe sec de 35 °C. Le débit d'eau en conception est supposé égal à 5,382E-8 m3/s par watt de puissance nominale (3 gpm/tonne). Le rejet de chaleur de la tour correspond à 125 % de cette puissance nominale dans ces conditions d'exploitation (en supposant que la tour dissipe 0,25 W de chaleur du compresseur par watt de chaleur évacuée par l'évaporateur).

Puissance nominale de rejet de chaleur de la tour de refroidissement, en watts, lorsque celle-ci est en régime « convection libre » (le débit d'eau existe, mais le ventilateur de la tour est arrêté), avec une eau à 35 °C en entrée, à 29,4 °C en sortie, et un air à une température à bulbe humide de 25,6 °C et une température à bulbe sec de 35 °C. Le débit d'eau en conception est supposé égal à 5,382E-8 m3/s par watt de puissance nominale de la tour (champ ci-dessus). Le rejet de chaleur de la tour correspond à 125 % de la puissance de la tour en convection libre dans ces conditions d'exploitation (en supposant que la tour dissipe 0,25 W de chaleur du compresseur par watt de chaleur évacuée par l'évaporateur). La valeur spécifiée sous ce paramètre doit être inférieure à celle définie dans le champ Puissance Nominale. Si vous ne souhaitez pas modéliser la « convection libre », saisissez la valeur 0,0 dans ce champ. Si vous spécifiez une valeur supérieure à zéro, le champ Débit d'Air en Régime de Convection Libre doit également contenir une valeur supérieure à zéro.

Puissance de chauffage électrique du ballon de la tour (W/ °C). Ce champ est utilisé conjointement avec le champ Température de Consigne Ballon. La puissance électrique du ballon préparateur est calculée en multipliant ce paramètre par la différence entre la température de consigne du ballon et la température extérieure à bulbe sec. Le ballon préparateur est opérationnel uniquement lorsque le ventilateur de la tour est arrêté et qu'aucune eau ne coule dans la tour, quel que soit le planning du ballon préparateur décrit ci-après. La puissance de chauffage du ballon doit être supérieure ou égale à zéro. Si ce champ est laissé vide, la valeur par défaut est égale à 0.

Température de consigne (°C) du ballon préparateur électrique de la tour. Le ballon préparateur est actif lorsque la température à bulbe sec de l'air extérieur est inférieure à cette consigne, alors que le ventilateur de la tour est arrêté et qu'aucune eau ne coule dans la tour. Cette température de consigne doit être supérieure ou égale à 2 °C. Si ce champ est laissé vide, la valeur par défaut est de « 2 °C ».

Planning de fonctionnement du ballon préparateur. Le planning de fonctionnement du ballon préparateur est de type Marche/Arrêt. Le préparateur est opérationnel dès que la valeur du planning est supérieure à 0. Il fonctionne lorsque son planning est activé et que la température à bulbe sec de l'air extérieur est inférieure à la valeur du champ Température de Consigne Ballon, décrit dans le champ précédent. Mais indépendamment du planning, le ballon préparateur se déclenche uniquement lorsque le ventilateur de la tour de refroidissement est arrêté et si aucune eau ne coule dans la tour.

Ce paramètre indique la méthode à utiliser pour déterminer la vitesse de déconcentration. Les options disponibles sont au nombre de deux :

Cette sélection détermine le modèle utilisé. L'option sélectionnée par défaut est 1-Ratio de Déconcentration.

Ce paramètre permet d'ajuster dynamiquement le débit de déconcentration dans la tour de refroidissement en fonction du rythme d'évaporation. La déconcentration désigne l'eau drainée intentionnellement de la tour pour éviter la formation de solides dans l'eau suite à l'évaporation. La valeur saisie dans ce champ est sans dimension. Elle peut être interprétée comme le ratio entre les solides dans l'eau de déconcentration et les solides dans l'eau de purge. Les valeurs types pour le fonctionnement de la tour sont comprises entre 3 et 5. La valeur par défaut est « 3 ».

Planning utilisé pour définir la quantité d'eau (en m3/s) vidée du préparateur à intervalles réguliers pour purger la tour des dépôts minéraux et autres contaminants. Ce planning est utilisé uniquement si l'option 2-Débit Planifié est sélectionnée dans le champ Mode de Calcul de Déconcentration. La quantité d'eau utilisée par la déconcentration varie selon la qualité de l'eau de purge et l'emplacement géographique. Les valeurs types sont comprises entre 0,0002 et 0,0013 m3/s (17,3 à 112,3 m3/jour). Cette eau vient en complément de la quantité d'eau perdue dans l'atmosphère par évaporation ou dérive. Comme la déconcentration survient lorsque la teneur de l'eau du préparateur en contaminants est élevée, elle n'a lieu que lorsque la tour de refroidissement fonctionne et que de l'eau coule dans celle-ci (indépendamment de l'utilisation de l'eau définie par ce planning).

Contrôle de la puissance de refroidissement de la tour. Deux options sont disponibles :

Lorsque la charge est partielle, il existe deux possibilités de maintenir la température d'eau en sortie au niveau de la consigne : en activant le ventilateur de la tour ou en dérivant une partie du débit de la tour à l'aide d'une valve à trois voies. Avec l'option 2-Bypass du Fluide, le ventilateur de la tour fonctionne à plein régime pendant toute la durée de l'opération, mais seule une partie de l'eau est refroidie dans la tour de refroidissement ; l'autre partie est dérivée. Les deux flux sont ensuite remélangés au niveau de la pompe à eau commune pour atteindre la température de consigne.

Ce paramètre spécifie la méthode employée pour contrôler le nombre de cellules utilisées pour répondre à la charge. Les options disponibles sont les suivantes :

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1-Nombre Minimum de Cellules : le programme utilise le nombre minimum de cellules requises ; les autres cellules sont fermées et n'autorisent aucun débit d'eau. Le programme tente de refroidir le fluide avec ce nombre minimum de cellules. Cependant, le débit par cellule ne peut en aucun cas dépasser la valeur maximum définie dans le champ Fraction du Débit d'Eau Maximum de Cellule.

•	2-Nombre Maximum de Cellules : le nombre de cellules sollicitées est le plus élevé possible. Cependant, le débit par cellule ne peut en aucun cas chuter en deçà de la valeur minimum définie dans le champ Fraction à Débit d'Eau Minimum de Cellule.

Fraction minimum autorisée du débit d'eau en conception. Les débits inférieurs à cette valeur provoquent généralement des problèmes de distribution de fluide. La pression à chaque tuyère est trop faible pour distribuer le fluide correctement. Seule une partie de l'espace est remplie. Si ce champ est laissé vide, la valeur sélectionnée par défaut est « 0,33 ».

Fraction maximum autorisée du débit d'eau en conception. Si ce champ est laissé vide, la valeur par défaut est « 2,5 ».