Qu’est-ce que l’eau du condenseur ? Définition, fonction, températures et principes de base du système

Qu’est-ce que l’eau du condenseur ? Une réponse directe

L'eau du condenseur est le flux d'eau qui évacue la chaleur perdue du condenseur dans un système de réfrigération ou de refroidissement refroidi par eau et la transmet à une tour de refroidissement, un condenseur évaporatif ou un autre dispositif de rejet de chaleur. La boucle d'eau glacée refroidit le bâtiment ou le processus ; la boucle d'eau du condenseur fait le travail inverse. Il évacue la chaleur du réfrigérant dans le condenseur et la rejette dans l’air extérieur.

En une phrase : l'eau du condenseur est le fluide de travail du côté chaud d'un système de refroidissement refroidi par eau, l'eau qui absorbe la chaleur du réfrigérant dans le condenseur et la libère dans l'atmosphère à travers la tour de refroidissement.

Si vous ouvrez une salle mécanique qui dessert un refroidisseur à eau, vous voyez normalement deux boucles d'eau distinctes. La boucle d'eau glacée quitte l'évaporateur à environ 44 °F (6,7 °C) et traverse des appareils de traitement d'air ou des échangeurs de chaleur de procédé. La boucle d'eau du condenseur quitte le condenseur à environ 95 °F (35 °C), s'écoule vers une tour de refroidissement sur le toit ou à côté de l'usine et retourne au condenseur à environ 85 °F (29,4 °C) après avoir été refroidie par évaporation.

• Il s'agit d'un circuit à circulation continue : la même eau est pompée partout, mais dans une tour ouverte, elle est exposée à l'air, donc l'évaporation et la dérive éliminent constamment une partie de l'eau.
• Dans des conditions de conception typiques, le débit d'eau du condenseur est d'environ 2,5 à 3 gallons par minute par tonne de refroidissement (0,045 à 0,054 L/s par kW) .
• L'eau du condenseur entre dans le condenseur à environ 85 °F (29,4 °C) et sort à environ 95 °F (35 °C) dans une conception standard.
• Ce n’est pas la même chose que l’eau glacée, et les deux boucles ne doivent jamais être mélangées dans une installation de refroidissement conventionnelle.
• La qualité de l’eau, le débit et la température contrôlent directement la quantité d’énergie consommée par le compresseur.

Obtenir ces détails est plus important que ce à quoi de nombreux propriétaires d’usines s’attendent. Une boucle d’eau de condenseur sous-dimensionnée augmente la pression de condensation, augmente la puissance du compresseur et réduit la durée de vie de l’équipement. Le reste de ce guide explique le fonctionnement de la boucle, les conditions de conception à utiliser et les problèmes possibles en service.

Comment fonctionne l’eau du condenseur dans le cycle de réfrigération

L'eau du condenseur n'est qu'une partie d'un cycle de réfrigération en quatre étapes. Pour comprendre son travail, suivez d'abord le côté réfrigérant. Le compresseur augmente la pression et la température du gaz réfrigérant. Le gaz chaud à haute pression s'écoule dans le condenseur. L'eau du condenseur traverse le condenseur et absorbe la chaleur de ce gaz. L'élimination de la chaleur condense le gaz en un liquide. Le liquide passe ensuite à travers un dispositif de détente, chute en pression et en température et accumule de la chaleur dans l'évaporateur, où l'eau glacée est produite.

La quantité de chaleur que l'eau du condenseur doit absorber est toujours supérieure à la charge de refroidissement, car le travail du compresseur ajoute de la chaleur au réfrigérant. Un refroidisseur de 100 tonnes avec un COP de 5,0 rejette environ 120 tonnes de chaleur au condenseur : 100 tonnes de charge de refroidissement plus 20 tonnes de travail du compresseur. Les concepteurs dimensionnent le débit d'eau du condenseur et les tours de refroidissement en fonction de ce total, et non en fonction de la charge de refroidissement indiquée sur la plaque signalétique du refroidisseur.

1. La pompe à eau du condenseur aspire l'eau du bassin de la tour de refroidissement à environ 85 °F (29,4 °C).
2. L'eau s'écoule à travers les tubes du condenseur, absorbant la chaleur du gaz réfrigérant, et sort à environ 95°F (35°C).
3. L'eau chaude retourne au sommet de la tour de refroidissement et est pulvérisée sur le matériau de remplissage.
4. L'air aspiré à travers la tour évapore une petite partie de l'eau ; l'évaporation élimine la chaleur et fait baisser la température de l'eau.
5. L'eau refroidie s'accumule dans le bassin et est pompée vers le condenseur. Le cycle se répète continuellement.

Dans certaines conceptions, la boucle d'eau du condenseur est complètement fermée et est refroidie par un échangeur de chaleur à plaques connecté à une deuxième boucle à tour ouverte. Cette disposition est courante dans les installations de refroidissement urbain et dans les bâtiments où le circuit du condenseur doit utiliser un fluide spécial pour protéger les équipements. Le principe de fonctionnement est identique : l'eau du condenseur est le fluide qui déplace la chaleur rejetée vers l'atmosphère.

Eau de condenseur ou eau glacée : deux boucles, deux tâches

La confusion la plus courante dans les locaux techniques est la confusion entre la boucle d'eau glacée et la boucle d'eau du condenseur. Les deux circuits sont des systèmes d’eau autour d’un refroidisseur, mais ils fonctionnent à des températures différentes, utilisent des équipements différents et ne doivent jamais être connectés l’un à l’autre.

Les mots « approvisionnement » et « retour » sont également utilisés de points de vue opposés dans ces boucles. L'alimentation en eau glacée est froide car elle quitte l'évaporateur pour desservir le bâtiment. L'alimentation en eau du condenseur, du point de vue du refroidisseur, correspond à l'eau qui quitte la tour de refroidissement et qui entre dans le condenseur, qui est d'environ 85°F. Définissez toujours de quel point vous parlez avant de citer les températures dans les spécifications ou lors du dépannage.

Températures, débits et conditions de conception typiques de l'eau du condenseur

Une installation standard refroidie par eau dans un climat tempéré est conçue avec de l'eau de condenseur entrant dans le condenseur à 85°F (29,4°C) et le laissant à 95°F (35°C) , une plage de 10 °F (5,6 °C), à la température de bulbe humide de conception locale.

Portée, approche et bulbe humide : trois termes qui contrôlent tout

• La plage est la chute de température de l'eau à travers la tour de refroidissement, qui est la même valeur que l'augmentation de température à travers le condenseur. Dans une conception 85/95, la plage est de 10°F.
• L'approche est la différence entre l'eau froide quittant la tour et la température ambiante du bulbe humide. Une approche de 5 à 7°F est typique ; pousser pour 3°F achète une taille de tour supplémentaire et de l'énergie du ventilateur pour un gain très faible du refroidisseur.
• Le bulbe humide est la limite théorique. Une tour de refroidissement ne peut pas refroidir l'eau en dessous de la température ambiante du bulbe humide, c'est pourquoi les données locales sur le bulbe humide définissent le plancher pour le dimensionnement de la tour.

Le débit découle directement de la plage. La chaleur rejetée par le condenseur est égale à 500 x GPM x plage en unités usuelles aux États-Unis, où 500 est le produit de la densité de l'eau, de la chaleur spécifique et des facteurs de conversion. Un refroidisseur de 300 tonnes avec un COP de 5,0 rejette environ 360 tonnes de chaleur au niveau du condenseur ; à une plage de 10 °F, le débit d'eau du condenseur s'élève à environ 864 gpm (360 x 24/10). Vérifiez le COP à pleine charge du fabricant du refroidisseur lors du calcul de la demande de débit réel au lieu de supposer une valeur fixe.

Le côté condenseur : types de condenseurs refroidis à l’eau

La boucle d'eau du condenseur ne fait son travail que si le condenseur transfère efficacement la chaleur du réfrigérant à l'eau. Quatre modèles de base de condenseurs refroidis à l'eau dominent le marché, et chacun convient à une plage de capacité et à un type de bâtiment différents.

Condenseurs refroidis à l'eau à calandre et tubes

Dans un condenseur à calandre et tubes, l'eau s'écoule à l'intérieur des tubes tandis que le gaz réfrigérant chaud entoure les tubes dans la coque. La grande surface et la possibilité de nettoyer les tubes font de cette conception la norme pour les refroidisseurs de plus de 20 à 30 tonnes environ et pour les installations de réfrigération industrielle. De nombreuses unités emballées utilisent une conception utilisable avec des plaques d'extrémité amovibles, de sorte que les tubes peuvent être brossés lorsqu'un encrassement apparaît. Pour une usine qui fonctionnera pendant 15 à 20 ans, un Condenseur refroidi à l'eau à coque et tube série KCWS avec des boîtes à eau de qualité marine et des tubes remplaçables, c'est un choix pratique et facile à entretenir.

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Condenseurs à calandre et serpentin

Un condenseur à coque et serpentin enveloppe un serpentin soudé continu à l'intérieur de la coque. Il n'y a pas de couvercles avec joints, ce qui réduit les chemins de fuite, mais le serpentin ne peut pas être nettoyé mécaniquement. Ceux-ci sont principalement utilisés dans les petits refroidisseurs emballés où la surface du tube est nettoyée uniquement par circulation chimique.

Condensateurs tube dans tube (coaxiaux)

Les condenseurs coaxiaux placent de l'eau dans une chambre à air et du réfrigérant dans l'espace annulaire qui l'entoure. Ils sont compacts, tolèrent un encrassement modéré et sont largement utilisés dans les petits refroidisseurs, les pompes à chaleur à eau et les unités de récupération de chaleur dédiées. La disposition à contre-courant permet un bon transfert de chaleur dans une petite enveloppe.

Condenseurs à plaques brasées

Les échangeurs de chaleur à plaques brasées utilisent une pile de plaques en acier inoxydable avec des canaux étroits pour le réfrigérant et l'eau. Ils offrent des coefficients de transfert de chaleur très élevés et un faible encombrement, c'est pourquoi la plupart des refroidisseurs à vis et à spirale modernes de la gamme 50 à 500 tonnes les utilisent. Le volume côté réfrigérant est petit, donc la charge est plus faible, mais les passages côté eau nécessitent une bonne filtration car ils peuvent se boucher plus facilement que les tubes.

Pourquoi utiliser l’eau du condenseur ? Compromis entre refroidissement par air et refroidissement par eau

L'eau du condenseur ajoute des pompes, des tuyaux, une tour, le traitement de l'eau et la maintenance. La récompense est l’efficacité énergétique. Étant donné que l'eau à 85 °F rejette la chaleur beaucoup plus efficacement que l'air d'été à 95 °F, un refroidisseur à eau condense le réfrigérant à une température plus basse et le compresseur fonctionne moins. Les refroidisseurs commerciaux refroidis par eau ont un rendement à pleine charge d'environ 0,55 à 0,70 kW/tonne dans des conditions standard, tandis que les unités refroidies par air de taille comparable fonctionnent généralement entre 1,0 et 1,3 kW/tonne. Cet écart, largement documenté dans les catalogues de refroidisseurs et les données de référence ASHRAE, génère d'importantes économies de charge partielle dans les usines qui fonctionnent plusieurs heures par an.

La solution refroidie à l'eau est généralement gagnante lorsque l'usine est de grande taille, fonctionne pendant de longues heures ou se trouve dans un climat chaud où les températures de l'air estivales font perdre de la capacité aux refroidisseurs refroidis par air. Il perd lorsque l’eau locale est chère, que les restrictions d’eau sont sévères ou que le bâtiment n’a pas de place pour une tour de refroidissement. C'est pourquoi certains propriétaires choisissent des alternatives sèches ou hybrides.

Lorsque la décision est d'opter pour un refroidissement par eau, le condenseur et le refroidisseur doivent être soigneusement adaptés. En regardant un complet ensemble refroidisseur à eau qui inclut le circuit du condenseur vous évitera des travaux d'intégration et de dépannage ultérieurs, car l'évaporateur, le condenseur et les commandes sont déjà dimensionnés comme un seul système.

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Qualité, traitement et entretien de l'eau du condenseur qui comptent réellement

Les boucles d’eau du condenseur constituent le circuit d’eau le plus sale dans la plupart des bâtiments. Les tours de refroidissement ouvertes exposent l’eau à l’air, à la poussière, aux insectes, aux déjections d’oiseaux et à la lumière du soleil. Si elle n'est pas traitée, cette eau tartrera les tubes du condenseur, développera un biofilm et corrodera les canalisations en une saison ou deux.

Tartare et encrassement

Les minéraux de dureté dissous dans l’eau d’appoint précipitent lorsque l’eau est chauffée et évaporée dans la tour. Le tartre sur les tubes du condenseur agit comme un isolant : le gaz réfrigérant chaud ne peut pas libérer de chaleur efficacement, donc la pression de condensation augmente, le compresseur consomme plus d'énergie et la capacité du refroidisseur diminue. Le manuel ASHRAE recommande de mesurer la chute de pression et la température d'approche à travers le condenseur, car une augmentation de quelques degrés d'approche est presque toujours le premier symptôme d'encrassement.

Corrosion et érosion

Le chlorure, l'oxygène dissous et les matières en suspension attaquent les tubes du condenseur et les composants de la tour. Les tubes en cuivre se corrodent rapidement dans les environnements riches en ammoniac ; les aciers inoxydables peuvent se piquer sous des teneurs élevées en chlorures ; et la vitesse élevée de l'eau érode les extrémités d'entrée des tubes. Maintenir la vitesse de l'eau de conception en dessous de 10 pi/s (3 m/s) dans les tubes en cuivre et appliquer un contrôle raisonnable du chlore et de la filtration permet d'éviter la plupart de ces cas.

Traitement et surveillance de l'eau

• Maintenez le pH entre 7,5 et 9,0 dans la plupart des systèmes à tour ouverte, avec une conductivité et des cycles de concentration gérés par purge.
• Utilisez des inhibiteurs de tartre et un programme biocide adapté à la chimie locale de l’eau d’appoint.
• Surveillez la température d'approche du condenseur, la chute de pression côté eau et le débit chaque semaine pendant la saison de refroidissement.
• Installez des crépines à panier ou une filtration latérale pour éliminer les matières en suspension entrant dans le bassin.
• Dans les zones d'eau dure, vérifiez la dureté de l'eau d'appoint avant de choisir un matériau de condenseur ; le cupronickel ou les tubes revêtus supportent mieux l’eau agressive que le cuivre ordinaire.

Alternatives pour économiser l’eau

Les systèmes à tour ouverte évaporent une quantité importante d'eau, généralement environ 1 pour cent du débit de circulation pour chaque 10°F de plage de refroidissement . Une usine de 300 tonnes circulant environ 860 gpm perd donc environ 8 à 9 gallons par minute par évaporation à la charge de conception, avant de compter la purge et la dérive. Dans les régions sèches ou les sites soumis à un stress hydrique, de nombreux propriétaires remplacent une tour de refroidissement séparée par un condenseur évaporatif, qui combine le condenseur et la tour de refroidissement dans une seule machine construite en usine et maintient la boucle de tuyauterie plus courte. Des unités comme le Condenseur évaporatif série KD LN Réduisez également la hauteur de pompe et le volume d’eau du condenseur car ils sont situés à proximité des compresseurs. Là où l’eau est encore plus rare, les tours à circuit fermé et les systèmes hybrides refroidis par air deviennent la réponse pratique.

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Problèmes courants d'eau du condenseur, causes et éléments à vérifier

La plupart des plaintes en cas de panne de refroidisseur remontent au côté condenseur. Le tableau ci-dessous répertorie les échecs que nous constatons le plus souvent dans le travail de service, ainsi que les vérifications rapides qui indiquent la cause première.

Rien ne remplace une base de référence propre. Enregistrez les températures de l'eau du condenseur, l'approche, le débit et les pressions du réfrigérant lorsque le refroidisseur est neuf ou fraîchement nettoyé. Les problèmes futurs sont beaucoup plus faciles à détecter lorsque vous disposez d’un ensemble de chiffres connus avec lesquels comparer. Le même principe s'applique lorsque vous associez un condenseur au reste du système de réfrigération, c'est pourquoi nous guidons les acheteurs tout au long de la sélection complète de l'équipement avant de proposer une machine. Si vous êtes confronté à des décisions similaires, notre guide pour choisir la bonne unité de condensation pour les applications de stockage frigorifique couvre la logique de sélection dans le contexte des installations à basse température.

Considérations relatives au dimensionnement et à la conception pour un système d'eau à condenseur fiable

Dimensionnez la boucle d'eau du condenseur en fonction de la chaleur rejetée par le compresseur dans les conditions de conception, et non en fonction de la charge de refroidissement nominale du refroidisseur. Cette décision unique contrôle la taille de la tour, le débit de la pompe, la taille des tuyaux et les coûts d’exploitation.

La charge thermique du condenseur est égale à la charge de refroidissement plus la chaleur du compresseur. Pour un refroidisseur dans les conditions de conception, estimez-le comme charge de refroidissement x (1 1/COP). Un refroidisseur de 200 tonnes avec un COP à pleine charge de 5,0 rejette environ 240 tonnes (200 x 1,2), et à une plage de 10°F, cela nécessite environ 576 gpm d'eau de condenseur (240 x 24/10). Ajoutez de la chaleur au moteur de la pompe si la pompe se trouve dans la boucle et ajoutez une petite marge de sécurité pour les performances de la tour par temps chaud.

• Sélectionnez le bulbe humide de conception à partir des données climatiques locales, généralement les conditions de conception à 1 %, et non à partir d'un chaud après-midi d'été dont vous vous souvenez.
• Gardez l'approche dans la plage de 5 à 7°F ; une approche plus petite coûte plus cher à la tour mais peut économiser la puissance du compresseur, il faut donc évaluer le coût du cycle de vie.
• Assurer une redondance d'au moins N 1 sur les pompes et les tours dans les usines qui ne peuvent tolérer les arrêts ; il est essentiel d'adapter les courbes de la pompe à la chute de pression du condenseur.
• Concevez des vitesses de canalisation comprises entre 4 et 10 pi/s (1,2 à 3 m/s) pour équilibrer la puissance de la pompe, l'érosion et la séparation de l'air.
• Planifiez le traitement de l'eau dès le premier jour : un robinet pour l'alimentation chimique, un robinet d'échantillonnage, un contrôle de conductivité et un drain de purge.
• Dans les climats froids, prévoyez une protection contre le gel des bassins des tours, des canalisations exposées et des dispositions de drainage.

Pour une vue plus large des options, vous pouvez parcourez notre gamme de produits à condensateur pour comparer les configurations de condenseurs refroidis par air, refroidis par eau et par évaporation avant de fixer votre base de conception.

Foire aux questions sur l’eau du condenseur

1. Qu’est-ce que l’eau du condenseur en termes simples ?

L'eau du condenseur est l'eau qui élimine la chaleur du réfrigérant dans le condenseur d'un système de refroidissement refroidi par eau. Il absorbe la chaleur dans le condenseur, la transporte vers une tour de refroidissement, la libère dans l'air et revient plus froide pour répéter la boucle.

2. L’eau du condenseur et l’eau réfrigérée sont-elles identiques ?

L'eau glacée est l'eau froide produite par l'évaporateur à environ 44 °F et envoyée vers les espaces à refroidir. L'eau du condenseur est l'eau chaude à environ 85 à 95°F qui rejette la chaleur dans la tour de refroidissement. Les deux boucles sont distinctes et ne doivent pas être mélangées.

3. Quelle doit être la température de l’eau du condenseur ?

Pour une conception typique, l'eau du condenseur doit entrer dans le condenseur à environ 85 °F (29,4 °C) et en sortir à environ 95 °F (35 °C). Les valeurs exactes dépendent de l'approche de la tour de refroidissement et de la température locale du bulbe humide.

4. Pourquoi l’eau du condenseur doit-elle être traitée ?

Parce que la tour de refroidissement expose l’eau à l’air, à la saleté, aux minéraux de dureté, aux algues et aux micro-organismes. Sans traitement, du tartre et un biofilm se forment dans les tubes du condenseur, ce qui augmente la pression de condensation et augmente la consommation d'énergie. La corrosion des tubes et de la tour peut également réduire la durée de vie des équipements.

5. Que se passe-t-il si le débit d’eau du condenseur est trop faible ?

Un faible débit augmente la température de l’eau à travers le condenseur et fait monter la pression de condensation. Le refroidisseur consomme plus d'énergie, perd de sa capacité et la sécurité haute pression peut déclencher la machine. Les causes habituelles sont une crépine bouchée, une roue de pompe usée ou une vanne d'équilibrage fermée.

6. Quelle quantité d’eau un système d’eau de condenseur utilise-t-il ?

Une tour de refroidissement ouverte perd de l'eau par évaporation, dérive et purge. L'évaporation seule est à peu près 1 pour cent du taux de circulation pour chaque 10°F de plage de refroidissement . Une usine de 300 tonnes circulant environ 860 gpm peut donc s'évaporer environ 8 à 9 gpm à la charge de conception, avant de compter le saignement et la dérive.

L’essentiel : ce qui compte le plus avec l’eau du condenseur

L’eau du condenseur n’est pas un détail secondaire. Il détermine la pression de condensation, la puissance du compresseur et la durée de vie du refroidisseur. L'essentiel : maintenir l'alimentation à près de 85 °F lors de la conception, maintenir la plage à environ 10 °F, maintenir le débit adapté à la chaleur rejetée, traiter l'eau et surveiller la température d'approche.

La meilleure boucle d'eau du condenseur est celle à laquelle on ne pense qu'une seule fois : une tour de taille adéquate, des tubes de condenseur nettoyables, un débit de pompe correct, un traitement de l'eau simple et un enregistrement de test de base. Cette combinaison offre des décennies de service avec une maintenance prévisible. Notre usine construit des condenseurs refroidis par eau, des condenseurs évaporatifs et des refroidisseurs monoblocs pour les installations commerciales et industrielles depuis 1995, nous avons donc constaté sur le terrain la plupart des modes de défaillance décrits ci-dessus.

Si vous dimensionnez une boucle d'eau de condenseur ou sélectionnez un condenseur refroidi par eau pour une nouvelle installation, vous pouvez contactez notre équipe d'ingénierie avec vos données de conception sur le bulbe humide, la charge de refroidissement et la qualité de l'eau. Ils vous aideront à adapter le condenseur et la boucle à l'application avant de vous engager dans une mise en page.