Bauteil 79: Ventilatorkühlturm

In diesem Thema

Bauteil 79: Ventilatorkühlturm (mit Kennfeld)

Vorgaben

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

Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Das Bauteil "Ventilatorkühlturm" simuliert das Betriebsverhalten eines Nasskühlturms mit Saugzügen für Nenn- und Teillastbedingungen. Ein Kennfeld beschreibt die Kühlturmleistung.

Abweichend von früheren Versionen erlaubt ein zusätzlicher Schalter (FCHRX) die Verwendung der Eintritts-Feuchtkugeltemperatur zur Suche im Leistungsnomogramm. Dies entspricht den in DIN 1947 dargelegten Definitionen. Aus Gründen der Kompatibilität mit früheren EBSILON-Versionen kann man (inkorrekterweise) die Luft-Trockenkugeltemperatur (T1) verwenden.

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 ab.

Das Kennfeld legt die Kühlzonenbreite oder die Kaltwassertemperatur als Funktion von

Luft-Feuchtkugeltemperatur,
relativer Ventilatorleistung,
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 Feuchtkugeltemperatur als x-Achse und der Warmwasser-Eintrittstemperatur (TWARM) als y-Achse aufgetragen.

Folgende Kennlinien sind erforderlich:

2 Kennlinien für die relative Ventilatorleistung QRFAN_1 und QRFAN_2 mit jeweils 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 jeweils mit 6 Stützpunkten (nichtlineare Abhängigkeit)

Die Ist-Werte der Parameter relative Ventilatorleistung, relativer Wasserdurchsatz und Kühlzonenbreite müssen innerhalb des Definitionsbereichs der Kennlinien liegen. Daher gilt:

Min (QRFAN_1, QRFAN_2) <= H7 <= Max (QRFAN_1, QRFAN_2)
Min (LOAD_1, LOAD_2) <= M3/M3N <= (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. Die Lufttemperatur wird von Leitung 1 genommen. Die Kühlzonenbreite wird unter Verwendung der Eintritts-Wassertemperatur (T3) und der Anwendereingabe für die Kaltwassertemperatur (T4CN) berechnet. 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: Teillastfall mit 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 Kennfeld + CCR). Dieser Betrieb repräsentiert eine Parallelverschiebung des Kennfelds.
FMODE = 2: Berechnung der Kühlturmleistung durch Anwendung des Leistungsnomogramms
FMODE = -1 (Identifikationsmodus): T4 wird von außen gegeben, die Kühlzonenbreite mit T3 und T4 berechnet. Das Kennfeld wird nicht verwendet.

FCHRX

Dieser Schalter legt fest , welcher Temperaturwert der Eintrittsluft für den Suchvorgang im Leistungsnomogramm verwendet wird.

FCHRX = 0 Suche wird unter Verwendung der Luft-Trockenkugeltemperatur (=T1) durchgeführt.

FCHRX = 1 Suche wird unter Verwendung der Luft-Feuchtkugeltemperatur durchgeführt.

FSPECL

Bei diesem Bauteil wird die Bauteilphysik durch ein Kennfeld bestimmt. Wenn man sich außerhalb des Kennfelds befindet, können Ergebnisse auftreten, die physikalisch nicht sinnvoll ist. In Release 8.00 wurde ein Mechanismus eingebaut, der die Temperatur auf den Bereich des Kennfelds eingegrenzt. Durch diese Maßnahme können sich jedoch andere Ergebnisse als bei Release 7.00 ergeben. Wenn dies nicht erwünscht ist, kann man die Eingrenzung mit Hilfe des Flags FSPECL im Eigenschaftenfensters des Kühlturms wieder deaktivieren.

T4 specification

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. In Release 8.00 wurde ein Mechanismus eingebaut, der die Temperatur auf den Bereich des Kennfelds eingegrenzt. Durch diese Maßnahme können sich jedoch andere Ergebnisse ergeben. Wenn dies nicht erwünscht ist, kann die Eingrenzung mit Hilfe des Flags FSPECL im Eigenschaftenfensters des Kühlturms wieder 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. Deshalb wurden in Release 9 die Sprühverluste in solchen Fällen automatisch reduziert (mit Ausgabe einer Warnmeldung). Auf Kundenwunsch wurde diese automatische Reduktion wieder entfernt (ab Release 19). Stattdessen erfolgt eine Begrenzung des Luftmassenstroms auf einen plausiblen Bereich zwischen dem 0,2- und 5-fachen des Kühlwassermassenstroms (ebenfalls 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	relative Sprühverluste (MS/M3)
M6M3	relativer Abflutmassenstrom (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 and M5=M2-M1+M6 =1: Ablaufmodus, d.h. M4=M3-(M2-M1+M6) and M5=0
FCHRX	X-Wert der Kennlinie Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Einfache Lufttemperatur =1: Feuchtkugeltemperatur
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 Leistungsnomogramm =2:CR=Polynom =3:T4=T4CNPolynom =1000: nicht verwendet, aber ADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit) = -1:CR=Anpassungsfunktion CR aus Leistungsnomogramm = -2:CR=Anpassungsfunktion = -3:T4=T4CN*Anpassungsfunktion = -1000: nicht verwendet, aber EADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit)
EADAPT	Anpassungsfunktion
QRFAN_1	Kennfeldparameter relative Ventilatorleistung 1
QRFAN_2	Kennfeldparameter relative Ventilatorleistung 2
LOAD_1	Kennfeldparameter M3/M3N_1
LOAD_2	Kennfeldparameter M3/M3N_2
CR_1	Kennfeldparameter Kühlbereich 1
CR_2	Kennfeldparameter Kühlbereich 2
CR_3	Kennfeldparameter Kühlbereich 3
CR_4	Kennfeldparameter Kühlbereich 4
CR_5	Kennfeldparameter Kühlbereich 5
CR_6	Kennfeldparameter Kühlbereich 6
QFANN	Ventilatorleistung (nominal)
T1N	Temperatur am Lufteintritt (nominal)
T3N	Warmwassertemperatur (nominal)
CCR	Korrektur des Kühlbereichs
M1N	Luftmassenstrom (nominal)
M3N	Kühlwassermassenstrom (nominal)

Die blau markierten Identifikationswerte sind Referenzwerte für den Teillastmodus. 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_QRFAN_1 : T3=f(T1,QRFAN_1)

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

Y-Achse           1          T3(QRFAN_1)            1. Punkt
                        2          T3(QRFAN_1)             2. Punkt
                        .
                        N         T3(QRFAN_1)             letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_QRFAN_2 : T3=f(T1,QRFAN_2)

X-Achse          1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt
Y-Achse          1          T3(QRFAN_2)             1. Punkt
                        2          T3(QRFAN_2)             2. Punkt
                        .
                        N         T3(QRFAN_2)             letzter Punkt

Kennlinie: Warmwasser (T3) Kennlinie CT3_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_1 : 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_2 : 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_3 : 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 Kennfeld
}

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 QRFAN_1
WW2 = f(T1) aus Kennlinie 2 mit QRFAN_2
ZW = WW1+(H7-QRFAN_1)/( QRFAN _2- QRFAN _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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