Основната тайна на охлаждането: Как разсейването на топлината чрез изпарение охлажда хъбовете на оборудването?

Охладителната кула е устройство за топлообмен между вода и въздух. Състои се основно от структурна рамка, странични панели за поддръжка, вентилатор, двигател, пълнеж, система за разпределение на вода, тяло на кула и резервоар за събиране на вода. Топлообменът се постига основно чрез топлинното взаимодействие между въздух с относително ниска температура (задвижван от вентилатора) и вода в пълнежния материал, като по този начин се намалява температурата на водата. За проектите за центрове за данни общото топлинно натоварване на оборудването и електрическите устройства остава относително стабилно. Системата за охладена вода, системата за охлаждаща вода и дизайнът на охладителната кула са критични за осигуряване на непрекъснато охлаждане в компютърната зала. Следователно охладителните кули трябва да работят непрекъснато през цялата година (центровете за данни в северните региони обикновено приемат безплатно охлаждане от страна на водата за своите системи за охладена вода, които също работят през цялата година).

Принцип на работа на охладителните кули

Принципът на работа на охладителните кули се основава на пренос на топлина и маса чрез изпаряване. Задвижвана от вентилатора, горещата вода се пръска върху повърхността на топлоотвеждащия материал и влиза в контакт с движещия се въздух, преминаващ през него. В този момент се осъществява обмен на топлина и влага между горещата вода и студения въздух. Едновременно с това част от горещата вода се изпарява и латентната топлина от изпарението се отделя във въздуха. Накрая охладената вода попада в резервоара за вода и след това циркулира обратно към необходимото оборудване за повторна употреба. В мокрите охладителни кули горещата вода има висока температура, докато въздухът, протичащ над водната повърхност, има ниска температура. Водата предава топлина на въздуха, който я отнася и разсейва в атмосферата. Водата разсейва топлината във въздуха по три начина: (1) Чувствителен пренос на топлина; (2) Пренос на топлина чрез изпаряване; (3) Радиационен топлопренос. Охладителните кули разчитат главно на първите два метода на топлопренос. Радиационният топлопренос е незначителен поради малката си величина. Сред тях преносът на топлина чрез изпаряване се осъществява чрез пренос на маса, по-специално непрекъснатата дифузия на водни молекули във въздуха. Водните молекули притежават различни нива на енергия, като средната енергия се определя от температурата на водата. Близо до повърхността на водата някои водни молекули с висока кинетична енергия преодоляват силите на привличане на съседните молекули, излизат от повърхността на водата и се превръщат във водна пара. Когато тези високоенергийни молекули избягат, енергията на водата близо до повърхността намалява, което води до спад на температурата на водата. Това е пренос на топлина чрез изпаряване. Обикновено се смята, че изпаряващите се водни молекули първо образуват тънък слой наситен въздух близо до повърхността на водата с температура, равна на тази на повърхността на водата. Скоростта, с която водните пари дифундират от този наситен слой в атмосферата, зависи от разликата в налягането между водните пари в наситения слой и тези в атмосферата.

Основна структура на охладителните кули

Рамка на кулата: Осигурява външна опора.

Материал за топлообменен пълнеж: Максимизира площта на топлообмен между вода и въздух.

Резервоар за съхранение на вода (резервоар за охлаждаща вода): Разположен в долната част на охладителната кула за събиране на охладена вода.

Дюзи за разпределение на вода: Осигурете равномерно разпределение на водата върху топлообменния пълнеж.

Вентилатор с аксиален поток: Ускорява въздушния поток.

Класификация по посока на потока вода и въздух

Охладителните кули се категоризират на охладителни кули с противопоток и охладителни кули с кръстосан поток въз основа на посоката на потока вода и въздух.

Противопоточни охладителни кули

Корпус на кула: Подходящ за райони с променливи посоки на вятъра.

Пълнежен материал за разпределение на вода: Идеален за среда с добро качество на водата.

Вентилатор: Кулите с противоток имат малко по-високо статично налягане и някои модели изискват двигатели с малко по-висока мощност.

Екологични ограничения: Единична кула с кръстосан поток от същия модел заема повече площ от кула с противоточен поток. Въпреки това, когато се използват множество кули, кулите с кръстосан поток могат да бъдат свързани паралелно, докато противопоточните кули изискват разстояние повече от половината от диаметъра на кулата между две единици. По този начин комбинираните кули с кръстосан поток могат да намалят подовото пространство. Противопоточните кули са полезни в райони със заобикалящи ги високи сгради, комини или други източници на топлина, както и в сценарии, изискващи малък брой охладителни кули, поради компактния им отпечатък.

Нанасяне и шум: Предлагат добра вентилация, което ги прави подходящи за зони с по-малко строги изисквания за защита на околната среда и шум.

Ежедневна поддръжка: Смяната на пълнителя е тромава, така че те са подходящи за използване в райони с чисто качество на водата и ниски нива на пясък и прах.

Охладителни кули с кръстосан поток

Тяло на кулата: Кулите с кръстосан поток използват стоманена рамка като основна опорна конструкция, което води до по-висока консумация на материал и по-тежко тяло на кулата в сравнение с кръглите кули с противоточен поток. Могат да се свързват паралелно и са подходящи за открити площи.

Пълнежен материал за разпределение на водата: Обемът на пълнежния материал на кулите с кръстосан поток е приблизително два пъти по-голям от този на кулите с противоточен поток, което води до по-високи разходи. Подходящи са за среда с лошо качество на водата.

Екологични ограничения: Комбинираните или големи кули с кръстосан поток са подходящи за открити площи с голямо търсене на вода за охлаждане и ограничено пространство, тъй като са по-съвместими с околните сгради.

Отнасяне и шум: Кулите с напречен поток имат по-ниска скорост на входящия въздух от кулите с противоток, което води до по-малки загуби от дрейф (0,005% за кулите с напречен поток срещу 0,1% за кръглите кули с противоток). Шумът от противоточните кули идва главно от падаща вода и работа на вентилатора, докато кръстосаните кули основно генерират шум от вентилатора с минимален воден шум. По този начин общото ниво на шум на кулите с кръстосан поток е по-ниско от това на кулите с противоточен поток, въпреки че кулите с противоточен ултра нисък шум също работят тихо. В обобщение, кръстосаните кули се представят по-добре в зони със строги изисквания за шум и опазване на околната среда.

Консумация на енергия: Кулите с кръстосан поток имат големи входове за въздух, ниска скорост на вятъра и малки загуби на съпротивление, така че някои модели имат по-ниска мощност на двигателя от кулите с противоточен поток. Сравнявайки разходите, транспортните такси, разходите за поддръжка и потреблението на енергия от двигателя на двата типа, общите им разходи са приблизително сходни в рамките на 2-4 години. Колкото по-дълъг е експлоатационният живот, толкова по-ниска е относителната цена на кръстосаните кули.

Ежедневна поддръжка: Подмяната и поддръжката на различни компоненти в кулите с напречен поток са удобни, докато поддръжката на водоразпределителната система и подмяната на листовете за пълнене в кулите с противоток са тромави. Crossflow кулите са по-приспособими към проекти с лошо качество на водата и изискват по-лесна ежедневна поддръжка за потребителите.