どのセントラル・チルドウォーター・プラントにも、スキッド上にほとんど同じように見える2組のポンプがある。一組はビル負荷ループを通して冷水を循環させ、もう一組はチラーと冷却塔の間でコンデンサー水を移動させる。ポンプは 冷水ポンプと復水ポンプの比較 それは、各ポンプがどのような回路で機能するかということである。.
選定段階を誤れば、プラントの耐用年数を通じて、エネルギーの浪費、汚損、部品の早期故障という形でその代償を払うことになる。.
要点
- 冷水ポンプは閉ループで運転され、揚程は摩擦損失のみで、静的揚程成分はない。.
- 復水ポンプはオープンループで作動し、タワー分配ヘッダーまでの垂直上昇を克服しなければならない。.
- コンデンサー回路が建物の熱に加えてコンプレッサーの熱も拒絶するため、1トン当たりのコンデンサー水流量はチルド水流量を上回る。.
- オープンループは大気にさらされるため、コンデンサー回路には個別の材料と水処理要件が求められる。.
- VFDはどちらのタイプのポンプにも適用できるが、NPSHマージン分析は凝縮器側ではゲート要因になるが、冷水側ではほとんど問題にならない。.
図解でわかる回路の違い
同じチラーを共有する2つの油圧回路を思い浮かべてほしい。蒸発器側は、冷水供給ヘッダーと戻りヘッダーを接続し、建物全体の空気処理ユニットとファンコイルユニットを循環する。コンデンサー側は、大気に開放された冷却塔の水槽に接続されている。水は水槽の水溜りから上昇し、チラーコンデンサーを通過して塔の充填物に噴霧され、一部が蒸発して熱を放出する。.
この2つの回路は、ポンプに根本的に異なる水理学的、化学的条件を課す。凝縮器ポンプの選定を、流量の調整だけで、冷水ポンプ選定のコピーペーストとして扱うことは、最も一般的な中央プラントの設計ミスであり、試運転後にシステムのコールバックを繰り返す原因となっている。.
冷水ポンプ：冷却を負荷へ
冷水ポンプがチラーの蒸発器出口から水を汲み上げ、ビル全体の端末ユニットに分配する。冷水はより温かくなって蒸発器へ戻り、閉ループを完成させます。ループには自由表面がないため、静圧は回路全体で相殺され、ポンプがループ全体の高さの正味重力に逆らって水を持ち上げることはありません。.
閉ループヘッド予算
冷水ポンプの全動作揚程は、配管摩擦損失、継手損失、コイル圧力降下、制御バルブ権限、および蒸発器圧力降下の合計です。ポンプでの静的揚程は、ポンプの選択揚程ではなく、充填圧力と膨張タンクのサイジングを決定します。.
一次-二次ポンプ配置は、この回路を定流量一次ループ(短絡デカップラー付き)とゾーンに供給する可変流量二次ループに分割します。各セグメントは、その特定の摩擦経路にサイズを合わせた独自のポンプを受け取ります。そのため、ポンプ曲線をシステム曲線に個別に合わせることで、ビル全体に対して1台のポンプを選択するよりも効率的なプラントが得られます。.
復水ポンプ：熱をタワーに移動
コンデンサー水ポンプは、クーリングタワーコールドベイスンからチラーコンデンサーを通り、タワー配水ヘッダーに水を戻します。建物に供給される1トンの冷却に対して、凝縮器回路はそのトンとコンプレッサー作業の熱等価分を拒絶しなければならない。これが、同じ温度差の場合、1トン当たりの凝縮水流量が1トン当たりの冷水流量よりも高くなる理由です。.
オープンループのヘッド予算
チルド水回路とは異なり、コンデンサー水ループはタワーベイスンで自由表面を持っている。ポンプは、水槽の水位からタワー配水ヘッダーの高さまで物理的に水を持ち上げなければならない。 スタティックリフト, ループの中でキャンセルされることはない。. ASHRAEハンドブック HVACシステムと機器 は、静的ヘッドコンポーネントとサクション配管ガイドラインを含む、完全なコンデンサー水配管解析を文書化します。.
正味吸込揚程(NPSHA)は復水ポンプの設計チェックポイントであるが、冷水ポンプには通常無関係である。水槽の水位が低下したり、吸込ラインが制限されたりすると、ポンプがキャビテーションを起こす可能性があります。サンプの深さ、サクションパイプのサイジング、ポンプに対するタワーの配置はすべてNPSHマージンの計算に反映されます。.
オープンループとクローズドループでヘッド計算が変わる理由
技術的な違いの核心は、大気圧が油圧回路に入る場所である。クローズドループでは、膨張タンクが基準圧力を設定し、ポンプは摩擦に打ち勝つためだけにエネルギーを加えます。オープンループでは、流域の自由表面は大気圧に固定されるため、ポンプは配水ヘッダーへの水をその表面より高くするためのエネルギーも供給しなければならない。.
摩擦損失のみを考慮して選択されたコンデンサーポンプは、静的揚程を伴わないため、設置後、その最良効率ポイントから大きく外れたポイントで運転されることになる。流量は設計を下回り、タワーアプローチ温度は上昇し、チラーリフトは増加し、コンプレッサーのエネルギー消費は上昇する。この故障モードは、凝縮器ポンプスケジュールが冷水ポンプスケジュールをコピーして構築されたプロジェクトに定期的に現れる。.
水の化学的性質も問題を複雑にしている。冷却塔は純水が蒸発する際に溶存ミネラルを濃縮し、濃縮のサイクルが凝縮器チューブやポンプ内部にスケールを形成する。. ベル＆ゴセット社の冷却塔ポンプガイド オープンコンデンサー回路の汚損許容量と推奨材料について説明する。.
よくメンテナンスされた閉ループの冷水回路は、汚れの可能性がはるかに低く、これは、異なる、時には安価な材料仕様をサポートする。.
選定表：流量、ヘッド、材料、制御
パラメータ | 冷水ポンプ | コンデンサー水ポンプ |
|---|---|---|
ループタイプ | クローズド（加圧、自由表面なし） | オープン（タワーベースンの大気圧） |
ヘッドコンポーネント | パイプ摩擦＋コイル／機器 ΔP | パイプの摩擦＋タワーヘッダへのスタティックリフト |
流量ベース | 負荷÷（ΔT×Cp×ρ） | コンデンサーは、吸収された負荷とコンプレッサーの熱を取り除きます。 |
NPSHの懸念 | 低い；正のループ圧力が吸引を保護する | 最小水位におけるNPSHA対NPSHRを検証しなければならない。 |
好ましいインペラ／ケーシングの材質 | インヒビテッド・クローズド・ループで許容される鋳鉄 | ブロンズまたは316ステンレスを推奨；オープンループの酸素とスケールが鋳鉄を侵す |
水処理 | クローズドループ抑制プログラム | フルプログラム：殺生物剤、スケール防止剤、ブローダウン制御 |
VFDの適用性 | 高；二次可変流量が標準 | 適用可能だが、最低使用流量でのNPSH分析が必要 |
プライマリー・セカンダリー・アレンジメント | ゾーン負荷の多様性のために大規模プラントで一般的 | あまり一般的ではありません。一定またはそれに近い流量がNPSHマージンとチラー効率を守ります。 |
よくあるプラント設計の間違い
コンデンサーポンプの揚程計算から静的揚程を省く。. ポンプは始動時には機能しているように見えるが、流量不足で運転され、タワーのアプローチは悪化し、プロジェクトチームは元のポンプを再選定するのではなく、ブースターポンプを追加する。選定前に洗面器からヘッダーまでの垂直寸法を確認することで、このような事態を防ぐことができます。.
コンデンサー回路に鋳鉄トリムを指定すること。. オープンループの溶存酸素とミネラル濃度は、鋳鉄部品の腐食を促進します。オープンループでの使用に適したブロンズまたはステンレストリムが適切なベースラインです；; グルンドフォスのポンプ選定リソース 様々な水の化学的性質に対する材料の適合性ガイダンスを含む。.
NPSHの不確実性を避けるため、コンデンサーポンプのVFD変調を無効にする。. オペレーターは、チルドウォーターポンプをフル可変流量で運転しながら、コンデンサーポンプをフルスピードでロックすることがある。最小許容流量での適切なNPSHマージン分析により、コンデンサー回路での安全なVFDの使用が可能になり、有意義なエネルギー節約を回収することができます。.
コンデンサーポンプの設置に冷水吸込配管レイアウトを適用する。. コンデンサーポンプは、ベイスンサンプから短くてまっすぐな吸込管を必要とします。加圧冷温水ポンプで許容される緩い吸込管レイアウトは、オープンループ設置において吸込渦と流れの分離を生じます。.
よくある質問
流量と揚程が書類上一致していれば、1台のポンプで冷水回路と復水回路の両方に対応できますか？
油圧性能は揃うかもしれないが、材質は通常揃わない。クローズドループ冷水サービス用に指定されたポンプは、オープンコンデンサー回路で急速に腐食する鋳鉄内部を使用する場合があります。材料仕様を一致させることなくポンプ曲線を一致させると、最初の数シーズンで早期故障が発生します。.
凝縮水ポンプのサイジングにおいて、ファウリングは冷水ポンプのサイジングとどのように異なるのでしょうか？
コンデンサー水回路は、タワーフィルとコンデンサーチューブ表面にスケールと生物学的成長を蓄積する。エンジニアの中には、コンデンサーの圧力損失計算にファウリング許容値を追加する者がいるが、これは設計揚程をシフトさせ、従ってポンプ選定ポイントをシフトさせる。インヒビター・プログラムが適切に維持されている冷水システムでは、クローズド・ループが再汚染を制限するため、揚程計算においてファウリング許容値が正当化されることはほとんどない。.
一次-二次ポンピングは、どのような場合にコンデンサー回路に適しているのでしょうか？
一次-二次配置は、ゾーン負荷が大きく変化し、可変流量が配水系統のエネルギーを節約する冷水回路で最も一般的である。コンデンサー回路は、一般的に一定かそれに近い流量に保たれる。なぜなら、コンデンサー水の流量を減少させると、コンプレッサーのリフトが上昇し、チラー効率が急速に低下するからである。コンデンサー・アプローチ温度に連動したVFDベースのコンデンサー・ポンプ変調は、機能する可能性があるが、実施する前に流量を減らした運転ポイント毎にNPSHマージンを検証する必要がある。.
ピーク負荷時に冷却塔の水槽レベルが低下した場合、NPSHマージンはどうなりますか？
NPSHAは、吸込水位が低下すると直接減少する。極端な高温時に、補給水の供給が蒸発やドリフト損失より遅れると、ポンプインペラーでキャビテーションが発生するほど流域水位が低下することがある。設計者は、公称設計水位だけでなく、蒸発がピークとなる条件下で予想される最低水位でのNPSHマージンを確認すべきである。.
凝縮水温度の設定値を上げることは、ポンプの選択に影響しますか？
復水温度設定値は、ポンプ油圧よりも、主にチラー効率とタワーのサイジングに影響する。しかし、高い設定値がチラー制御によって低い設計流量を可能にする場合、ポンプの動作点は曲線上で左にシフトする。このシフトによってポンプが不安定な領域に移動すると、ポンプはサージ、振動、またはベアリング寿命の減少を経験する可能性があるため、流量設定点の変更はポンプ曲線の見直しが必要です。.
結論
冷水ポンプとコンデンサー水ポンプは、それらが機能する回路によって完全に区別される。冷水ポンプは、閉ざされた加圧ループ内で作動し、ヘッドエネルギーの各単位が単独で摩擦と戦う。.
凝縮水ポンプは、冷却塔ヘッダーへの実質的な静的揚程、ミネラルや生物学的成長を濃縮する大気暴露、塔槽レベルに連動するNPSH感度、凝縮器側の熱除去が蒸発器側の吸収をコンプレッサーの全熱寄与で上回るため冷却トンあたりの流量が高くなるオープンループで動作する。このような回路固有の要因なしにポンプを選定すると、スケジュールでは正しく見えても、運転では性能不足のプラントとなる。.
最初にクローズド・エバポレーター・ループかオープン・コンデンサー・ループかを特定し、次にその回路の実際の水力および化学的条件に基づいて、ヘッド予算、材料仕様、およびVFD戦略を構築する。.