Menu X

Bij vloeistofkoelers voor (grotere) warmtepompen en industriële processen is er de keuze uit vijf principes, van een eenvoudige dry cooler tot een grote koeltoren. Wanneer kies je voor welke koeltechniek?

Dry cooler-1
V-model droge vloeistofkoeler

Tekst: Richard Mooi

Kijk omhoog bij grote gebouwen en industriële installaties en je ziet op het dak meestal een groot scala aan dry coolers en koeltorens opgesteld staan. Ze worden gebruikt om warmte uit koelmachines voor gebouwen af te voeren, maar ook om water of andere vloeistoffen in industriële processen af te koelen.

Keuze van het juiste koelsysteem
De hamvraag daarbij is tot hoever het koelwater afgekoeld moet worden. Een retourtemperatuur van 40°C uit de koeler is minder kritisch dan wanneer het proces een gekoeld water temperatuur van 25°C vereist. Hoe lager de gegarandeerde watertemperatuur moet zijn, hoe belangrijker de keuze van het juiste koelsysteem. Daarnaast spelen ook het energiegebruik en waterverbruik van een koeltoren of koeler een rol. We lopen vijf typen koelers langs en zetten de kenmerken en voor- en nadelen op een rij.

Principe 1:
Dry cooler
De droge koeler is het eenvoudigst en komt het meest voor. Het principe erachter is vergelijkbaar met dat van de condensor van een koelmachine. Het te koelen medium (glycolwater) stroomt door een leiding in een kast. Aan die leiding zijn lamellen bevestigd die de koeloppervlakte vergroten. Een ventilator zuigt buitenlucht aan, die via de onderkant of zijkanten van de kast de lamellenwisselaar in wordt gezogen en aan de bovenzijde de koeler verlaat. De dry cooler wordt niet alleen gebruikt om te koelen, maar ook om in de winter koude in een WKO-systeem te stoppen als dat in thermische onbalans is.

Tafelmodel droge vloeistofkoeler

Eenvoudig en goedkoop
Het voordeel van de dry cooler is het eenvoudige principe. Het is de goedkoopste oplossing. Nadeel is dat de buitentemperatuur de eindtemperatuur van het te koelen water sterk bepaalt. Die eindtemperatuur ligt gemiddeld zo’n 5°C boven de buitentemperatuur. Dry coolers worden meestal ingezet als het medium een uittredetemperatuur van 35 tot 40°C mag hebben. Als het buiten 35°C is, kan het medium in de dry cooler op zijn best tot 40°C worden teruggekoeld. Er zijn echter processen die een lagere uittredetemperatuur vereisen. Legionella speelt bij een dry cooler geen rol.

Principe 2:
Dry cooler met sproeiers
Dit is een dry cooler met een uitbreiding in de vorm van sproeiers voor de lamellen. Ze zorgen voor verneveling van leidingwater aan de aanzuigzijdes. Door de verneveling verdampt een deel van het water, waardoor de lucht wordt gekoeld. Voor het verdampen van water is immers energie nodig, die aan de luchtstroom wordt onttrokken. Niet al het water verdampt. Een deel van de nevel en fijne druppels slaat neer op de lamellen, wat daar voor een extra koelend effect zorgt. Daardoor ontstaat echter een aanslag op het oppervlak en door het vocht raken de lamellen en leidingen op den duur aangetast door corrosie. Dat is deels te voorkomen door waterbehandeling. Ook duurdere, corrosievaste materialen verlengen de levensduur van de wisselaar. Dan gaat het om RVS-leidingen en lamellen van aluminium met magnesium.

Dry and spray vloeistofkoeler
Dry and spray vloeistofkoeler

Slecht regelbaar
Een belangrijk nadeel is de slechte regelbaarheid van het sproeisysteem. De sproeiers staan aan of uit. Het water dat neerslaat op de lamellen druppelt er vanaf en stroomt weg, meestal op het dak. Er wordt daardoor veel water verspild. Ten opzichte van een standaard dry cooler is een uittredetemperatuur mogelijk die maximaal 4°C lager is. Een dry cooler met sproeisysteem maakt dus een uittredetemperatuur van 30 tot 35°C haalbaar. Het eenvoudige principe kan bovendien achteraf op een dry cooler worden gemonteerd.

Smart controls
Een trend bij koeltorens en dry coolers is remote monitoring. Door de specifieke kennis van de leverancier of installateur kan het optimale werkpunt worden bepaald, zodat op water en energie wordt bespaard. Met name bij koeltorens is dit van belang in periodes dat niet op vol vermogen wordt gedraaid. Een remote monitoringsysteem geeft ook inzicht in de mechanische staat van de installatie, zodat het onderhoud op het juiste moment wordt uitgevoerd. Dashboards met alarmeringen geven actuele en historische informatie over de installatie of het proces, zodat een ‘smart’ systeem ontstaat.

Principe 3:
Koeler met adiabatische bevochtiging
Bij dit principe is een dry cooler aan de aanzuigzijdes voorzien van een speciaal adiabatisch pakket dat met leidingwater wordt bevochtigd. Buitenlucht wordt door dit vochtige pakket van cellulose papier getrokken, neemt water op en koelt via het adiabatische principe af. Deze gekoelde luchtstroom passeert de lamellenwisselaar en koelt het proceswater. Er ontstaan geen nevels of druppels die op de lamellen terecht kunnen komen. De luchtstroom na de adiabatische bevochtiging heeft een relatieve vochtigheid van bijna 100 procent.

Adiabatische koeling

Extra eisen aan de lamellenwisselaar
Doordat de lucht zo vochtig is, zijn er extra eisen aan de lamellenwisselaar. Die is meestal gemaakt van aluminium-magnesium. De levensduur van het cellulosepakket is zo’n zes of zeven jaar. Het waterverbruik is minder hoog dan bij de dry cooler met sproeiers, maar toch wordt er meer leidingwater toegevoerd dan er verdampt. Dat overtollige water stroomt weg naar het riool.

Sturing op luchtvochtigheid
Ten opzichte van de dry cooler met sproeiers verbruikt dit principe minder water en is het bevochtigingsproces goed regelbaar. Er wordt gestuurd op de luchtvochtigheid in de kast, dus na de adiabatische verdamper. Bij adiabatische koeler zit ook de besturing van de complete koeler. Alles is op elkaar afgestemd, dus ook de snelheid van de ventilatoren. Daarnaast is er de keuze uit een energie- of waterbesparingsmodus. Als meer water wordt toegevoerd, kunnen de ventilatoren langzamer draaien.
Het te koelen medium kan worden teruggekoeld naar zo’n 26/27°C. Het proces is afhankelijk van de luchtvochtigheid van de buitenlucht. Bij een hoge luchtvochtigheid daalt het  koelvermogen. Meer dan 80 procent van de tijd draait de koeler als een vrije koeler en staat het adiabatische gedeelte uit. Het gevaar op legionella is gering. Er ontstaan geen druppels of nevels en aantoonbaar is dat in de luchtstroom na de ventilator geen legionella-aerosolen aanwezig zijn.

Principe 4:
Hybride koeler
Een hybride koeler is een mix van de adiabatische koeler en sproeiers. Grote delen van het jaar fungeert de hybride koeler als dry cooler, dankzij de lamellenwisselaar die een groot koeloppervlak heeft. Als de buitentemperatuur oploopt en het koelvermogen vermindert, komt de verdampingskoeling erbij. Water stroomt in die modus over de panelen naar beneden. De aangezogen lucht zorgt voor verdamping van het water en koelt daardoor af.

Adiabatische vloeistofkoeler
Hybride vloeistofkoeler met adiabatische bevochtiging en sproeiers

Groter koelvermogen, lager stroomgebruik
Bij principe 2 en 3 wordt eerst de luchtstroom adiabatisch gekoeld en die luchtstroom koelt vervolgens de lamellenwisselaar. Bij de hybride koeler verdampt tevens water op de warmtewisselaar, wat het meest efficiënt is. Het te koelen medium kan een eindtemperatuur van 25/26°C halen. Doordat de lamellen nat worden, moeten ze worden beschermd tegen corrosie. Voordelen ten opzichte van principe 3 zijn het hogere koelvermogen en lagere stroom- en waterverbruik. Slechts enkele bedrijven leveren hybride koelers. Een hybride koeler is echt een high end-oplossing, bijvoorbeeld voor datacentra die veel koelvermogen nodig hebben maar ook worden afgerekend op energie- en waterverbruik.

Principe 5:
Koeltoren
Koeltorens zijn er in open en gesloten varianten. Een open koeltoren kent een eenvoudig principe. Sproeiers verdelen het proceskoelwater bovenin de koeltoren over een koelpakket. Door de vorm van het koelpakket vormt het water een dunne egale laag over het pakket waardoor een groot warmtewisselend oppervlak ontstaat. Vanaf de onderzijde blaast lucht langs de egale waterfilm. Door verdamping van een deel van het proceswater wordt dit gekoeld. De vochtige lucht verlaat de koeltoren aan de bovenkant. Het te koelen water komt onderin de toren in een waterbak terecht en keert terug in het industriële proces.

Koeltoren
Open koeltoren

Groot koelvermogen
Het kenmerk van een open koeltoren is het grote koelvermogen op een relatief klein vloeroppervlak. Nadeel van het open principe is de vervuiling van het te koelen medium. Er kunnen stof, bladeren en insecten in het water terechtkomen. Als dat ongewenst is, is een extra warmtewisselaar of een gesloten koeltoren (zie hieronder) noodzakelijk. Doordat het koelwater direct in aanraking komt met de buitenlucht en er indikking plaatsvindt, is waterbehandeling noodzakelijk. Een legionellabeheersplan is verplicht bij het beheren van een koeltoren.

Proceswater door stalen buizen
Bij een gesloten koeltoren stroomt het proceswater door buizen van verzinkt staal. Van bovenaf loopt koelwater – na passering van het koelpakket – over de buizen naar beneden. Een ventilator brengt een luchtstroom tussen de verzinkte stalen buizen op gang, zodat water verdampt en het proceswater afkoelt. Het water dat niet verdampt, komt onderin de koeltoren in een opvangbak terecht en wordt met een circulatiepomp opnieuw versproeid. Waterbehandeling en een legionellabeheersplan is ook hier noodzakelijk om legionella te voorkomen.

Gesloten koeltoren met EC ventilatoren

Meest effectieve koelproces
Het koelproces in een koeltoren is het meest effectief en er kan een watertemperatuur van 25 of 26°C mee worden bereikt. Een koeltoren is goedkoper dan een hybride koeler, maar de operationele kosten zijn hoger, door het hogere waterverbruik en de waterbehandeling. Bij de gesloten koeltorens ontbreken lamellen op de buizen, waardoor in de droge modus (zonder verdampingskoeling) het koelvermogen minder groot is. Bij een oplopende buitentemperatuur is al snel verdampingswater nodig om het proceswater af te koelen. Bij een lamellenwisselaar is tot 80 procent van de tijd vrije koeling mogelijk; alleen in de zomer is ondersteuning van verdampingskoeling nodig. Bij een koeltoren is vrije koeling slechts 20 procent van de tijd mogelijk.

Het originele artikel vind je op koudeenluchtbehandeling.nl:  Overzicht: van drycoolers via adiabatische bevochtiging naar koeltorens – Airconditioning en koeling op RCC Koude en Luchtbehandeling