Auswahl der Ersatzfüllung für den Kühlturm

Kühltürme bieten eine bewährte und kostengünstige Lösung zur Wärmeabführung aus Kondensatorwasser und Industrieprozessen. Um die Betriebskosteneinsparungen zu maximieren, müssen die Füllmedien – die Wärmeübertragungsfläche, über die das Wasser fließt – richtig konstruiert und in gutem Zustand sein.

Die Füllung ist das Herzstück des Systems und die Leistung des gesamten Systems hängt von der Maximierung der Oberfläche der Füllung, der gleichmäßigen Verteilung des Wassers über die Oberflächen und der Optimierung der Dicke des Wasserfilms ab, um eine effiziente Leistung zu erzielen.

Nach Jahren des Betriebs kann sich das Füllmedium irgendwann so stark verschlechtern, dass es ersetzt werden muss. Für Gebäudeeigentümer und -betreiber kann es schwierig sein, die Aussagen verschiedener Hersteller darüber zu bewerten, welche Art von Ersatzfüllung die beste Wahl ist

Der ideale Weg, um zu verstehen, welche Füllung optimal ist, ist eine unabhängige Forschung, anstatt sich darauf zu verlassen, dass Hersteller ihr eigenes Produkt bewerben. Die objektivste Bewertung würde sich aus einem unvoreingenommenen Vergleich in einer realen Betriebssituation ergeben. Die Konkurrenzprodukte würden jahrelang beobachtet, um nicht nur festzustellen, wie gut sie zum Zeitpunkt der Installation funktionieren, sondern auch, wie sie im Laufe der Zeit standhalten.

Genau das geschah, als eine große Profisportarena in Südkalifornien die Füllung ihrer Kühltürme ersetzte. Drei Kühltürme der Serie 3000 der Baltimore Aircoil Company (BAC) mit Querstromkonstruktion trugen 18 Jahre lang zum Komfort und zur Sicherheit der Besucher der Arena mit 20.000 Sitzplätzen bei. Die Leistung der Kühltürme war ausreichend, aber aufgrund ihres Alters wurde entschieden, dass die Füllung im Rahmen eines langfristigen Wartungsplans ausgetauscht werden sollte.

Der Plan bestand darin, das Füllpaket in einem Kühlturm pro Jahr auszutauschen, anstatt alle drei Türme gleichzeitig vom Netz zu nehmen. Im ersten Turm und ein Jahr später im zweiten Turm wurde die Füllung durch die VersaCross®-Ersatzfüllung von BAC ersetzt, eine „hängende“ Füllung, die der ursprünglich installierten Füllung entsprach. Als es an der Zeit war, die Füllung im dritten Turm auszutauschen, entschied sich der Bauherr für ein Konkurrenzprodukt, eine Füllung im „Block“-Stil.

Der Kühlturm der BAC-Serie 3000 verfügt über ein Querstromdesign, was bedeutet, dass das Wasser vertikal durch die Füllung fließt, während die Luft horizontal darüber strömt. Heißes Wasser aus dem System gelangt in den Kühlturm und wird über die Füllung (Wärmeübertragungsfläche) verteilt. Durch die Füllung wird Luft angesaugt, wodurch ein kleiner Teil des Wassers verdunstet. Durch diese Verdunstung wird dem verbleibenden Wasser Wärme entzogen, die im Kaltwasserbecken gesammelt und dem System wieder zugeführt wird, um weitere Wärme aufzunehmen. Der Kühlturm der BAC-Serie 3000 wurde für die Verwendung hängender Blechfüllungen entwickelt, und BAC VersaCross® Replacement Fill ist die OEM-Ersatz-Hängefüllung auf dem Markt. Lange, durchgehende Laken mit eingeprägten Mustern zur Vergrößerung der Oberfläche werden aufgehängt, um einen gleichmäßigen Wasserfluss von oben nach unten zu ermöglichen.

Die Ersatzfüllung im Blockstil ist ein grundlegend anderes Design. Blöcke bestehen aus gewellten Schichten aus PVC-Platten, wobei gewellte Platten zwischen Schichten aus flachen Platten eingelegt sind. Die 12 x 12 x 42 Zoll großen Blöcke werden vertikal gestapelt.

BAC äußerte Bedenken, ob die Blockfüllung eine angemessene Leistung erbringen würde und ob sie mit dem Design des Kühlturms der Serie 3000 kompatibel sei. Der vertikale Abstand der Blockfüllung ist größer als bei der BAC-Hängeschüttung und bietet somit weniger physische Oberfläche als die Hängefüllung. Eine verringerte Oberfläche führt zu einer geringeren Verdunstungskühlung.

(Mit freundlicher Genehmigung von Baltimore Aircoil Company, Inc.)

Ein weiteres Problem bestand darin, dass das Wasser nicht reibungslos und gleichmäßig durch die Blockfüllung fließen würde. Innerhalb jedes Blocks, wo die gewellten Schichten miteinander verbunden sind, kann der Wasserfluss beeinflusst werden. Darüber hinaus unterbricht der Übergang zwischen Blöcken den Fluss erheblich.

Diese Verbindungen zwischen den flachen Teilen und den gewellten Schichten sowie die Übergänge zwischen Blöcken neigen auch dazu, Feststoffe einzufangen. Dies kann zu Kalkablagerungen und Verschmutzungen führen, was bereits nach wenigen Jahren zu einer unzumutbaren Verschlechterung der Leistung führt.

Nach Gesprächen zwischen dem Gebäudeeigentümer und dem Installationsunternehmer einigten sich die Parteien darauf, dass die Blockfüllung installiert werden würde und dass der Arenabesitzer ein unabhängiges Testunternehmen, American Air Balance Co., damit beauftragen würde, Tests zum Vergleich der Leistung der Zelle durchzuführen die Blockfüllung an die Leistung einer der Zellen mit dem VersaCross® Fill an.

Die thermische Prüfung wurde kurz nach dem Einbau der Blockfüllung durchgeführt. Der gewählte Zeitpunkt war während eines NHL-Spiels am Samstagabend, da die Arena voll war und die Zuschauer viel Hitze erzeugten. Alle drei Kühltürme liefen auf Hochtouren.

Als die beiden Kühltürme getestet wurden, schnitt Kühlturm 1 (CT-1) mit Blockfüllung ab72 %der Wärmekapazität der ursprünglichen Füllung und Kühlturm 2 (CT-2) mit der VersaCross®-Füllung durchgeführt96 %der Wärmekapazität der ursprünglichen Füllung.

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(Mit freundlicher Genehmigung von Baltimore Aircoil Company, Inc.)

Die Zelle mit Blockfüllung wurde 16 Monate nach der Installation und erneut nach 28 Monaten vom unabhängigen Labor erneut getestet. Die Ergebnisse zeigten einen zusätzlichen Leistungsabfall während dieses 28-Monats-Zeitraums.

Das reale Experiment der Arena mit Paralleltests hat gezeigt, dass die Art der Füllung einen großen Unterschied machen kann. Die Kühltürme waren in diesem Fall für eine hängende Schüttung konzipiert. Der Austausch durch eine Blockfüllung eines Drittanbieters verringerte die Verdunstungskühlleistung erheblich.

Nachdem die Tests deutliche Leistungsmängel der Blockfüllung zeigten, ersetzte die Arena die Blockfüllung durch BAC VersaCross® Fill.

Der Anschaffungspreis für die Blockfüllung war möglicherweise niedriger, am Ende waren jedoch die Kosten für den Energieverbrauch, die Wartungskosten und die kurze Nutzungsdauer höher, als wenn die OEM-Ersatzfüllung gewählt worden wäre. Die Arena musste auf die harte Tour lernen, dass das Design und die Qualität der Füllung von entscheidender Bedeutung für die kostengünstige, effiziente und zuverlässige Leistung des Verdunstungskühlturms sind.

Von Steve Kline, PE, MBA Product Applications Manager, Baltimore Aircoil Company, Inc.