Kühltürme für nachhaltige Bauprojekte

Da die meisten heute errichteten Gebäude irgendeine Methode zur Kühlung der Innenluft nutzen, suchen Ingenieure und Architekten möglicherweise nach der effizientesten und umweltfreundlichsten Methode, die möglich ist. Nachhaltigkeitsbewertungssysteme belohnen ökologisch nachhaltige Praktiken, die Energie-, Material- und Wasserressourcen schonen. Hier sind Beispiele für die Verwendung des LEED-Systems:

Ein Verdunstungskühlturmsystem, das diese Ziele erreichen kann, hat das Potenzial, Punkte für den LEED-Energieoptimierungskredit zu sammeln, darunter bis zu 20 in bestehenden Gebäuden und bis zu 18 in neuen Gebäuden. Ein Gebäudeplanungsteam, das die Energieleistung optimieren möchte, kann etwa die Hälfte der Zertifizierung erreichen, indem es HVAC-bezogene Strategien und Geräteauswahlen implementiert, die zu einer höheren Effizienz beitragen. Ein Gebäude wird mit mindestens 40 Punkten LEED-zertifiziert.

Um Punkte für die Zertifizierung zu erhalten, müssen Gebäude zunächst einige Voraussetzungen erfüllen. Bei neuen Gebäuden können Planungsteams den Beitrag des Kühlturms zur Wasserreduzierung in Innenräumen mit Nachspeisewasserzählern, Leitfähigkeitsreglern und Überlaufalarmen sowie Tropfenabscheidern demonstrieren. Auch neue Gebäude können sich für die Zertifizierung vorab qualifizieren, wenn sich die Eigentümer zur Wassermessung sowie zur grundlegenden Inbetriebnahme und Überprüfung verpflichten.

Zu den grundlegenden Inbetriebnahme- und Verifizierungsmaßnahmen gehört die Implementierung eines „Anlagenanforderungen- und Betriebsplans“, der sich mit Laufzeitplänen für Geräte und HVAC-Sollwerten zur Optimierung des Energieverbrauchs befassen kann.

Kühltürme verdampfen das umgewälzte Wasser eines HVAC-Systems, um Wärme abzuführen. Es müssen nur geringe Wassermengen durch das System rezirkuliert werden. Das Wasser im Verdunstungskühlturm vermischt sich mit dem Luftstrom, der normalerweise von einem Ventilator erzeugt wird (häufig mit einem Frequenzumrichter, um Energie zu sparen); Es kommt zur Verdunstung des heißen Wassers, wodurch eine Kühlwirkung entsteht.

Der Kühlturmbetrieb kann auf verschiedene Arten optimiert werden, um direkt zur LEED-Zertifizierung beizutragen:

• Der Betrieb eines Kühlturms unter variablen Strömungsbedingungen außerhalb der Spitzenzeiten kann durch Reduzierung der Durchflussrate und der Lüfterenergie zu einer höheren Effizienz führen, sofern eine ordnungsgemäße Wasserverteilung gewährleistet ist. Beispiele:
  • Betreiben Sie die Hälfte der Lüfter mit voller Geschwindigkeit für 50 Prozent Kühlung bei halbem Energieverbrauch.
  • Alle Lüfter mit halber Geschwindigkeit laufen lassen, um 50 Prozent Kühlung bei einem Achtel des Energieverbrauchs zu erzielen.

• Überwachung des Wasserverbrauchs, um Möglichkeiten zur Minimierung des Wasserverbrauchs zu ermitteln. Wie bereits erwähnt, kann die Wassermessung dazu beitragen, dass ein bestehendes Gebäude bis zu zwei Punkte und ein neues Gebäude bis zu einen Punkt erhält. Der Marley-Wasserverbrauchsrechner hilft Gebäudeplanern dabei, zu ermitteln, wie viel Wasser sie durch den Einsatz von Verdunstungskühlung in ihren spezifischen Anwendungen einsparen können.

• Einbindung von Wasserqualitätsmanagement, Schadstoffkontrolle und Konzentrationszyklen als Teil der Systemwassereinsparung. Durch den Wasserschutz kann ein bestehendes Gebäude bis zu drei Punkte und ein neues Gebäude bis zu zwei Punkte erhalten.

Die Maximierung der „Konzentrationszyklen“ ist eine empfohlene Maßnahme zum Wassersparen. Konzentrationszyklen sind definiert als das resultierende Verhältnis der konzentrierten gelösten Feststoffe im zirkulierenden „Abschlämmwasser“ im Vergleich zu denen im frischen Ergänzungswasser. Durch zunehmende Konzentrationszyklen kann gleichzeitig die Abschlämmung und das Zusatzwasser erheblich reduziert werden, wodurch ein Gleichgewicht der Wasserchemie entsteht, das Wasser spart und Mineralien entfernt, die sich während des Verdunstungskühlungsprozesses gelöst haben.

Gleichzeitig muss die Menge der gelösten Feststoffe sorgfältig kontrolliert werden. Durch die Implementierung eines effektiven Wasseraufbereitungsprogramms mit Tools zur Überwachung der Wasserqualität können Kühlturmbetreiber Probleme im Zusammenhang mit Mikroorganismen, Korrosion, Ablagerungen und Wassereinsparung proaktiv angehen.

Die relative Luftfeuchtigkeit misst den Unterschied zwischen der tatsächlich in der Luft vorhandenen Feuchtigkeit und der Menge an Feuchtigkeit, die die Luft aufnehmen könnte. Das ist der Unterschied zwischen der Feuchtkugeltemperatur, also dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft, und der Trockenkugeltemperatur, der Außentemperatur. Bei 100 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit sind die Feucht- und Trockenkugeltemperaturen gleich. In Verdunstungskühlsystemen erfolgt die Wärmeübertragung auf Basis der Feuchtkugel, während Trockensysteme auf der Trockenkugel basieren. Verdunstungssysteme sind in der Lage, Kaltwassertemperaturen in der Nähe des Feuchtkugelniveaus zu erzeugen, die häufig unter die Trockenkugeltemperaturen im Freien fallen, was in trockenen Gebieten zu Energieeinsparungen führt. Trockensysteme hingegen müssen in Gebieten wie dem Nahen Osten das ganze Jahr über hohen Trockentemperaturen standhalten.

In trockenen Klimazonen mit begrenzten oder keinen Wasserressourcen können Hybridkühltürme dazu beitragen, den Wasserverbrauch zu begrenzen. Die Hybridkombination aus Nass- und Trockenkomponenten maximiert die Kühleffizienz unter Bedingungen hoher Wärmelast und ermöglicht gleichzeitig Wassereinsparungen bei reduzierter Last. Innovative Hybridprodukte, die sowohl Nass- als auch Trockentechnologien nutzen – wie das Marley NCWD-Kühlturm – Kühlen Sie zunächst das Wasser durch einen Trockenbereich an der Spitze des Turms ab, was zusätzliche Wassereinsparungen und eine weitere Möglichkeit bietet, möglicherweise Punkte für den Innovationskredit zu sammeln. Der NCWD-Turm kann den jährlichen Wasserverbrauch je nach Klima und Wärmelastprofil der Anlage um bis zu 20 Prozent senken

Der Einsatz von Frequenzumrichtern (VFDs) mit Lüftern wird empfohlen. Bei Lüftermotoren mit zwei Geschwindigkeiten muss die Lüfterleistung jedes Mal, wenn eine Kühlleistung von mehr als 50 Prozent benötigt wird, auf 100 Prozent erhöht werden, um diese Leistung zu erreichen. VFD-Systeme sind so konzipiert, dass sie eine absolute Temperaturkontrolle mit einem idealen Energiemanagement kombinieren. Der Benutzer des Kühlturms wählt eine Kaltwassertemperatur und das Antriebssystem variiert die Lüftergeschwindigkeit, um diese Temperatur aufrechtzuerhalten. Der Einsatz von Frequenzumrichtern kann in den meisten Klimazonen den jährlichen Energieverbrauch erheblich senken, was sie für Projekte mit Schwerpunkt auf Energieeffizienz und Nachhaltigkeit unerlässlich macht.

Bei Verwendung mit einem VFD kann die Verwendung eines Permanentmagnetmotors genauso energieeffizient sein wie ein Zahnradantrieb, die Anschaffungskosten können jedoch deutlich höher sein. Zusätzlich zu diesen beiden Faktoren sollten Gebäudemanager die Wartungsfreundlichkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer berücksichtigen und dabei die Installationskosten, die betriebliche Komplexität und die Umweltauswirkungen berücksichtigen.

Physisch größere Kühltürme sind effizienter, da sie in der Regel über ein größeres Volumen des Wärmeübertragungsmediums (Füllung) verfügen, sodass sie weniger Luftstrom und eine geringere Lüfterleistung verbrauchen und so mehr Energie sparen können. Zahlreiche Kombinationen aus physikalischer Turmgröße und Ventilatorleistung können bestimmte Temperaturanforderungen für einen bestimmten Wasserdurchfluss erfüllen. Da die Maximierung der Energieeinsparungen im Allgemeinen den Einsatz eines größeren und potenziell teureren Kühlturms erfordert, sollten sich Systementwickler mit den Herstellern von Kühltürmen beraten, um Hilfe bei der Abwägung der Kosten im Vergleich zu den Vorteilen beim Stromverbrauch zu erhalten, um eine Lösung zu finden, die ihren Anforderungen am besten entspricht.

LEED legt die ASHRAE 90.1-Effizienz als Schwellenwert für die Einhaltung fest, bevor für LEED-Credits in Betracht gezogen wird. Credits werden auf der Grundlage von Verbesserungen der Gesamtenergieeffizienz des Gebäudes gewährt, die besser als ASHRAE 90.1 sind.

Türme, deren physische Größe größer gewählt wird und deren Energieeffizienz in Gallonen pro Minute und PS über ASHRAE 90,1 liegt, können zum Erwerb von LEED-Credits beitragen. Der Einsatz von Frequenzumrichtern (VFDs) kann in den meisten Klimazonen auch erhebliche jährliche Energieeinsparungen ermöglichen, was auch zur Erlangung von LEED-Credits beitragen kann.

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