Bauteil 78: Kühlturm mit Kennfeld

In diesem Thema

Bauteil 78: Naturzugkühlturm (mit Kennfeld)

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Lufteintritt
2	Luftaustritt
3	Kühlwassereintritt
4	Kühlwasseraustritt
5	Zusatzwassereintritt
6	Abflutwasser

Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Das Bauteil "Nasskühlturm" simuliert das Betriebsverhalten eines Nasskühlturms mit Naturzug unter Nenn- und Teillastbedingungen. Ein Kennfeld beschreibt die Kühlturmleistung.

Kennfeld

Die Grundlage des Kennfelds ist die deutsche Industrienorm DIN 1947 (Version von Mai 1989). Die Detailstruktur der Beschreibung ist Seite 11 dieser Norm entnommen. Hauptsächlich dient DIN 1947 zur Unterstützung von Abnahmeprüfungen von Kühltürmen; daher deckt das Kennfeld nur einen schmalen Betriebsbereich hinsichtlich des Kühlwasserstroms ab. Bei Systemen mit ungeregelten Kühlwasserpumpen, d.h. konstantem Kühlwasserstrom in allen Betriebszuständen, kann dieses Nomogramm zur Modellierung der Kühlturmleistung über den ganzen jährlichen Klimazyklus verwendet werden.

Das Kennfeld legt die Kühlzonenbreite oder Kaltwassertemperatur als Funktion von

Eintrittsluft-Trockenkugeltemperatur,
relativer Eintrittsluftfeuchtigkeit,
relativem Wasser-Massendurchsatz und
Warmwasser-Eintrittstemperatur fest.

Zehn (10) Kennlinien, organisiert in drei (3) Liniensätzen, beschreiben das Leistungsnomogramm. Alle Liniensätze sind über derselben x-y-Fläche mit der Trockenkugeltemperatur (T1) als x-Achse und der Warmwasser-Eintrittstemperatur (TWARM) als y-Achse aufgetragen. Die folgenden Kennlinien sind erforderlich:

2 Kennlinien für Luftfeuchtigkeit PHI1_1 und PHI1_2 jeweils mit 2 Stützpunkten (lineare Abhängigkeit)
2 Kennlinien für die Lastfaktoren LOAD_1 und LOAD_2 mit jeweils 2 Stützpunkten (lineare Abhängigkeit)
6 Kennlinien für die Kühlzonenbreite CR_1-CR_6 mit 6 Stützpunkten (nichtlineare Abhängigkeit)

Die Ist-Werte von Luftfeuchtigkeit, relativem Wasserdurchsatz und Kühlzonenbreite müssen innerhalb des Definitionsbereichs der Kennlinien liegen. Daher gilt:

Min (PHI1_1, PHI1_2) <= PHI1 <= Max (PHI1_1, PHI1_2)
Min (LOAD_1, LOAD_2) <= M3/M3N <= Max (LOAD_1, LOAD_2)
CR_1 <= Kühlzonenbreite <= CR_6

Wird die Grenze durch Eingaben überschritten, so werden die Grenzwerte als Eingabeparameter angenommen. Andernfalls wird eine lineare Interpolation durchgeführt. Eine Extrapolation wird nicht durchgeführt; alle Rückgabewerte werden zwischen MIN und MAX Grenzen gehalten.

FMODE

Dieser Schalter gestattet die Anwendung verschiedener Teillastzustände.

FMODE = 0: Auslegungsrechnung durch Festlegung der Kaltwassertemperatur (T4CN). Die Warmwassertemperatur wird auf T3 (T3N=T3) gesetzt. Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit werden von Leitung 1 genommen. Mit dem Nomogramm wird eine Kennfeld-Kühlzonenbreite berechnet. CCR (Kühlzonenbreite-Korrektur) wird als Differenz zwischen der Kühlzonenbreite aus der Auslegungsrechnung und der Kennfeld-Kühlzonenbreite aus dem Leistungs-Nomogramm berechnet und gespeichert.
FMODE = 1: Lokale Teillastfall mit normierten Kennfeld und CCR-Korrektur, die durch die Referenzbedingungen festgelegt ist. Die Kühlzonenbreite wird durch das Nomogramm festgelegt und mit CCR korrigiert (tatsächliche Kühlzonenbreite = Kühlzonenbreite aus dem Nomogramm + CCR). Dieser Betrieb repräsentiert eine Parallelverschiebung des Leistungsnomogramms.
FMODE = 2: Teillast mit Kennlinien. Berechnung der Kühlturmleistung durch Anwendung des Leistungsnomogramms
FMODE = -1 (Identifikationsmodus): T4 wird von außen gegeben, die Kühlzonenbreite mit T3 und T4 daraus berechnet. Das Kennfeld wird nicht verwendet.

FSPECL

Bei diesem Bauteil wird die Bauteilphysik durch ein Betriebskennfeld bestimmt. Wenn man sich außerhalb des Kennfelds befindet, können Ergebnisse auftreten, die physikalisch nicht sinnvoll ist. Es wurde ein Mechanismus eingebaut, der die Temperatur auf den Bereich des Kennfelds eingrenzt. Durch diese Maßnahme können sich jedoch andere Ergebnisse ergeben.

Wenn diese Änderung vermieden werden muss, können Sie die Einschränkung deaktivieren, indem Sie das Flag FSPECL im Eigenschaftsfenster des Kühlturms deaktivieren.

T4 - Vorgabe

Für den Identifikationsmodus (T4-Vorgabe) gibt es Ergebniswerte T3CL und T3CLCCR, die angeben, welche Warmwassertemperatur sich aufgrund des Kennfelds zu der von außen vorgegebenen Kühlzonenbreite einstellen würde. T3CL legt dabei das unveränderte Kennfeld zugrunde, T3CLCCR das um den Offset CCR korrigierte Kennfeld.

Abflutwasser

Der Massenstrom für das Abflutwasser kann auch von außen vorgegeben werden.

Identifikationsmodus
Bei den Kühltürmen besteht die Möglichkeit, die Kaltwassertemperatur T4 von außen (FMODE=-1) vorzugeben. Die Kühlzonenbreite wird dann berechnet.

Anpassungspolynom ADAPT / Anpassungsfunktion EADAPT
Die Kühlzonenbreite oder die Kaltwassertemperatur kann mit Hilfe eines Anpassungspolynoms oder Anpassungsfunktion berechnet bzw. korrigiert werden.

Hinweise:

Bei diesem Bauteil wird die Bauteilphysik durch ein Kennfeld bestimmt. Wenn man sich außerhalb des Kennfelds befindet, können Ergebnisse auftreten, die physikalisch nicht sinnvoll sind. Es wurde ein Mechanismus eingebaut, der die Temperatur auf den Bereich des Kennfelds eingegrenzt. Durch diese Maßnahme können sich jedoch andere Ergebnisse ergeben.

Wenn diese Änderung vermieden werden muss, können Sie die Einschränkung deaktivieren, indem Sie das Flag FSPECL im Eigenschaftsfenster des Kühlturms deaktivieren.

Es kann Situationen geben, in denen aufgrund der Vorgaben die Energiebilanz nicht geschlossen werden kann. Häufig liegt die Ursache in zu hohen Angaben für die Sprühverluste.

In solchen Fällen erfolgt eine Begrenzung des Luftmassenstroms auf einen plausiblen Bereich zwischen dem 0,2- und 5-fachen des Kühlwassermassenstroms (unter Ausgabe einer Warnung).
Dadurch kann es leichte Änderungen für die Ergebnisse (Massenstrom, Wassergehalt) auf der Luftseite geben.

Vorgabewerte

T4CN	Kaltwassertemperatur (nominal)
DP34N	Druckverlust Leitung 34 (nominal) Dieser Wert kann leer gelassen werden. In diesem Fall sind beide Drücke von außen vorzugeben.
MSM3	relativer Sprüh-Verlust (MS/M3)
M6M3	Abflutwasser-Anteil (M6/M3) Dieser Wert kann leer gelassen werden. In diesem Fall ist die Abflutmenge von außen vorzugeben.
FMODE	Schalter für Berechnungsmodus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: GLOBAL 1: lokale Teillast mit normalisiertem Leistungsnomogramm [ T4 = T3- (CCR+CR) ] = 2: Verwendung von Leistungsnomogramm [ T4 = T3 CR ] = -1: T4-Vorgabe von außen (Identifikationsmodus, Kennfeld wird nicht verwendet)
FSPEC	Schalter für Make-up Modus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Umlaufmodus, d. h. M3=M4 und M5=M2-M1+M6 =1: Ablaufmodus, d.h. M4=M3-(M2-M1+M6) und M5=0
FSPECL	Temperaturbegrenzungen Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Keine Begrenzung =1: Temperatur beschränkt gemäß Kennfeld
FADAPT	Schalter für Verwendung von Anpassungspolynom ADAPT / Anpassungsfunktion EADAPT Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Nicht verwendet und nicht ausgewertet =1: CR=Polynom * CR aus Kennfeld =2: CR=Polynom =3: T4=T4CNPolynom =1000: nicht verwendet, aber ADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit) = -1: CR=Anpassungsfunktion CR aus Kennfeld = -2: CR=Anpassungsfunktion = -3: T4=T4CN*Anpassungsfunktion = -1000: nicht verwendet, aber EADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit)
EADAPT	Anpassungsfunktion
PHI1_1	Kennfeldparameter Feuchtigkeit 1
PHI1_2	Kennfeldparameter Feuchtigkeit 2
LOAD_1	Kennfeldparameter M3/M3N_1
LOAD_2	Kennfeldparameter M3/M3N_2
CR_1	Kennfeldparameter Kühlzonenbereich 1
CR_2	Kennfeldparameter Kühlzonenbereich 2
CR_3	Kennfeldparameter Kühlzonenbereich 3
CR_4	Kennfeldparameter Kühlzonenbereich 4
CR_5	Kennfeldparameter Kühlzonenbereich 5
CR_6	Kennfeldparameter Kühlzonenbereich 6
PHI1N	Luftfeuchtigkeit (nominal)
T1N	Lufttemperatur am Eintritt (nominal)
T3N	Warmwassertemperatur (nominal)
CCR	Korrektur des Kennfeldparameters
M1N	Luftmassenstrom (nominal)
M3N	Kühlwassermassenstrom (nominal)

Die blau markierten Identifikationswerte sind Referenzwerte für Teillastrechnungen. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich auf die in den Gleichungen verwendeten Werte.

Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.

Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte

Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen

Kennlinien

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_PHI1_1: T3=f(T1,PHI1_1)

X-Achse          1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

Y-Achse          1          T3(PHI1_1)                1. Punkt
                        2          T3(PHI1_1)                2. Punkt
                        .
                        N         T3(PHI1_1)                letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_PHI1_2: T3=f(T1,PHI1_2)

X-Achse       1          T1                               1. Punkt
                     2          T1                               2. Punkt
                      .
                    N         T1                                letzter Punkt

Y-Achse      1          T3(PHI1_2)                  1. Punkt
                    2           T3(PHI1_2)                 2. Punkt
                     .
                    N         T3(PHI1_2)                  letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT_M3M3N_1: T3=f(T1,LOAD_1)

X-Achse        1          T1                                1. Punkt
                      2          T1                                2. Punkt
                      .
                      N         T1                                letzter Punkt

Y-Achse        1          T3(LOAD_1)                1. Punkt
                      2           T3(LOAD_1)               2. Punkt
                      .
                      N          T3(LOAD_1)                letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_M3M3N_2: T3=f(T1,LOAD_2)

X-Achse          1          T1                                1. Punkt
                        2          T1                                2. Punkt
                        .
                      N         T1                                letzter Punkt

Y-Achse          1         T3(LOAD_2)                  1. Punkt
                        2          T3(LOAD_2)                 2. Punkt
                        .
                        N         T3(LOAD_2)                 letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_CR_2: T3=f(T1,CR_1)

X-Achse           1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                              letzter Punkt

Y-Achse           1          T3(CR_1)                     1. Punkt
                        2          T3(CR_1)                     2. Punkt
                        .
                        N         T3(CR_1)                    letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_CR_3: T3=f(T1,CR_2)

X-Achse          1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

Y-Achse          1          T3(CR_2)                     1. Punkt
                        2          T3(CR_2)                     2. Punkt
                        .
                       N         T3(CR_2)                      letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie: CT3_CR_1: T3=f(T1,CR_3)

X-Achse          1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

Y-Achse          1          T3(CR_3)                     1. Punkt
                        2          T3(CR_3)                     2. Punkt
                        .
                        N         T3(CR_3)                     letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_CR_4: T3=f(T1,CR_4)

X-Achse          1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

Y-Achse          1          T3(CR_4)                   1. Punkt
                        2          T3(CR_4)                   2. Punkt
                        .
                        N         T3(CR_4)                   letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_CR_5: T3=f(T1,CR_5)

X-Achse          1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

Y-Achse          1          T3(CR_5)                     1. Punkt
                        2          T3(CR_5)                    2. Punkt
                        .
                        N         T3(CR_5)                    letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_CR_6: T3=f(T1,CR_6)

X-Achse          1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

Y-Achse          1          T3(CR_6)                     1. Punkt
                        2          T3(CR_6)                     2. Punkt
                        .
                        N         T3(CR_6)                    letzter Punkt

Verwendete Physik

Gleichungen

Alle Betriebsfälle

Feuchtigkeit

MOL:=Molare Masse
Y1H2O = X1H2O*MOL1SUM/18.0152
P1S = fsat(T1)
PHI1 = Y1H2O*P1/P1S

LOAD = M3/M3N

wenn (FMODE=2) dann {
Teillast mit Leistungsnomogramm
}

wenn (GLOBAL=Auslegung und FMODE=GLOBAL), dann {
Auslegungsfall
LOAD=1
}

wenn(GLOBAL=Teillast oder FMODE=1), dann {
Teillast mit normalisiertem Leistungsnomogramm
}

Kennfeldinterpolation

Interpolation Feuchtigkeit
WW1 = f(T1) aus Kennlinie 1 mit PHI1_1
WW2 = f(T1) aus Kennlinie 2 mit PHI1_2
ZW = WW1+(PHI1-PHI1_1)/(PHI1_2-PHI1_1)*(WW2-WW1)

Interpolation Last
WW1 = f(ZW) aus Kennlinie 3 mit LOAD_1
WW2 = f(ZW) aus Kennlinie 4 mit LOAD_2
ZW = WW1+(LOAD-LOAD_1)/(LOAD_2-LOAD_1)*(WW2-WW1)

Interpolation Warmwassertemperatur
WW1 = f(ZW) aus Kennlinie 5 mit CR_1
WW2 = f(ZW) aus Kennlinie 6 mit CR_2
WW3 = f(ZW) aus Kennlinie 7 mit CR_3
WW4 = f(ZW) aus Kennlinie 8 mit CR_4
WW5 = f(ZW) aus Kennlinie 9 mit CR_5
WW6 = f(ZW) aus Kennlinie 10 mit CR_6
wenn(T3 >= WW(I) UND T3 < WW(I+1)), dann {
ZW = (WW(I+1)-WW(I))
CR = CR_(I)+[T3-WW(I)] / ZW * [CR_(I+1)-CR_(I) ]
}

T4-Berechnung

wenn (FMODE=2), dann {
T4 = T3-CR
}

sonst {
wenn (GLOBAL=Auslegung und FMODE=GLOBAL), dann {
    T4 = T4CN
    ZW    = T4N-T3N
    CCR = ZW-CR }

    sonst {
      ZW    = CCR+CR
      T4 = T3-ZW }
}

Zustand 4

HX4 = f(P4,T4)
HX6 = HX4

Näherung Zustand 2

FAC   = .8
T2 = FAC*T3+(1-FAC)*T4
P2S    = fsat(T2)
Y2H2O   = P2S/P2
XH2O = Y2H2O*18.0152/MOL1SUM
DSR = XH2O-X1H2O
MSM1     = M3*MSM3/M1

M2M1 = 1+DSR+MSM1
X2H2OG = XH2O/M2M1

ZW = 1/M2M1
X2H2OL = MSM1*ZW

wenn ( i != H2O), dann {
X2i=X1i*ZW }

HX2 = f(P2,T2)

Berechnung von M1

H2_1 = f(P1,T2)
H2_2 = f(P3,T2)

wenn (FSPEC = 0), dann {
ZW = HX2_1-H1+DSR*(H2_2-H4)
M1 = M3*(H3-H4)/ZW }
sonst {
ZW = H2_1-H1+DSR*(H2_2-H4)
MX1 = M3*(H3-H4)/ZW
}

Druck Gleichungen

F= (M3/M3N) ** 2
DP34 = DP34N * F
P4    = P3 - DP34                                                                         ( 1)
P2    = P1                                                                                    ( 2)
P4    = P6                                                                                    ( 3)
P4    = P5                                                                                    ( 4)

Enthalpie Gleichungen

      H2   = HX2                                                                             ( 5)
      H4   = HX4                                                                             ( 6)
      H6   = HX6                                                                             ( 7)

Massenstrom Gleichungen

wenn FSPEC=0, dann {
M3 = M4 }                                                                                  ( 8)
sonst {
M3*(M6M3+MSM3)+DSR*M1 = M4                                              ( 8a)
}

M1 = MX1                                                                                     ( 9)
M2 = M2M1*M1                                                                            (10)
M6 = M6M3*M3                                                                            (11)

wenn FSPEC=0, dann {
M5 = (M6M3+ MSM3)*M3+DSR*M1 }                                          (12)
sonst {
M5 = 0 }                                                                                   (12a)

Bauteilform

Form 1

Beispiel

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