تاثیر جهت گردش هوا در عملکرد برج خنک کننده

یکی از تاثیرگذارترین پارامترها در عملکرد بهینه برج خنک کننده، نحوه ورود هوا به آب در حال گردش درون سیستم خنک کاری است. آب در برج خنک کننده در اثر تبادل گرمایی با هوا، خنک می شود، بنابراین تامین هوای خنک کافی برای برج های خنک کن در طراحی باید در نظر گرفته شود. تامین هوا در سیستم های خنک کننده به روش های مختلفی صورت می گیرد که هر کدام بسته به نوع کاربری برج خنک کننده و محل استفاده از آن بستگی دارد. جریان یا گردش هوا درون برج‌ های خنک کننده به دو صورت جریان مخالف و جریان متقاطع تامین می شود. در این مقاله از بادران تهویه صنعت قصد داریم تا درباره تاثیر جهت گردش هوا در عملکرد برج خنک کننده مطالبی را ارائه کنیم.

برج خنک کننده جهت کاهش دمای آب می باشد. این کاهش دما حداقل تا 3 الی 4 درجه سانتی گراد بالای دمای مرطوب هر شهر می باشد. از نظر گردش هوا در برج خنک کننده و ریزش آب بر روی پکینگ ها بر دو نوع برج خنک کننده جریان مخالف (Counter Flow) و برج خنک کننده جریان متقاطع (Cross Flow) می باشد. در مورد برج خنک کننده جریان مخالف که بر دو نوع برج مکعبی و مدور موجود می باشد، آب گرم در برج های مکعبی جریان مخالف توسط پمپ وارد لوله های پخش آب می شود و از آنجا توسط نازل بر روی پکینگ ها ریخته می شود.

هوا توسط فن و نیرو اجباری به صورت جریان مخالف با آب از پکینگ ها عبور کرده و دمای آب را خنک می کند و آب پس از جمع شدن در تشتک برج خنک کننده از طریق لوله برای مصرف و تبادل حرارت منتقل می شود. آب گرم در برج های مدور جریان مخالف ابتدا از طریق لوله به آب پخش کن وارد می شود و سپس توسط لوله های متصل به آب پخش کن در حالت چرخش، آب بر روی پکینگ ها به صورت جریان مخالف با هوا می ریزد و آب خنک می شود.

مقایسه LMTD برج خنک کننده جریان مخالف و جرریان متقاطع

در برج خنک کننده جریان متقاطع که معروف ترین آن برج های ساخته شده توسط شرکت ابارا ژاپن می باشد و آب توسط پمپ به بالای برج انتقال پیدا می کند و توسط سینی آب پخش کن، آب بر روی پکینگ ها ریزش می شود و هوا از اطراف برج خنک کننده به صورت جریان متقاطع با آب انتقال حرارت جریان می یابد و آب را خنک می کند.

در نتیجه جهت گردش هوا در برج خنک کننده به صورت جریان متقاطع و جریان مخالف با جریان آب می باشد. از نظر اینکه کدام برج خنک کننده دارای بازده بیشتری می باشد، می توان از روی LMTD هر نوع برج خنک کننده اختلاف بازده برج خنک کننده را مشخص کرد.

• فرمول محاسبه LMTD جریان مخالف یا Counter Flow

• فرمول محاسبه LMTD جریان متقاطع یا Cross Flow

فرض می کنیم یک برج خنک کننده دمای آب را از 35 به 29.4 درجه سانتی گراد دما را کاهش می دهد و از طرفی دمای مرطوب محیط از 24 درجه سانتی گراد به 27 درجه سانتی گراد انتقال می یابد. در این صورت LMTD هر برج خنک کننده جریان متقاطع برابر 5.65 و LMTD هر برج جریان مخالف برابر 6.62 می باشد. مطابق با فرمول بالا باید سطح انتقال حرارت برای جریان متقاطع بیشتر باشد که اختلاف LMTD را خنثی کند. اختلاف LMTD حدودا برابر 17 درصد می باشد. پس باید سطح پکینگ جریان متقاطع حدود 17 درصد از پکینگ جریان مخالف بیشتر باشد که این در شرایطی است که هر دو برج خنک کننده دارای U یا ضریب انتقال حرارت یکسان باشد.

مطابق فرمول ذیل:

تفاوت های برج های خنک کننده جریان متقاطع و جریان مخالف

به صورت کلی این نوع برج ها از نظر ورود هوا به داخلشان تفاوت های عمده ای را دارا هستند.

• از نظر عملکرد

برج خنک کننده جریان مخالف عملکرد بالاتری نسبت به برج خنک کننده جریان متقاطع دارد. حتی می توان یک برج خنک کننده جریان مخالف را با Approach 2 درجه سانتیگراد نیز طراحی کرد. برج های جریان متقاطع برای ظرفیت های کوچک مناسب نمی باشد. فضایی که برای طراحی این گونه برج ها لازم است بالا می باشد و ممکن است برای طراحی های با ظرفیت کم مقرون به صرفه نباشد. به طور کلی عملکرد برج های خنک کننده جریان متقاطع کمتر از عملکرد برج های خنک کننده جریان مخالف است.

• از نظر فضای مورد استفاده

برج های خنک کننده جریان مخالف نیاز به فضای کمتری دارند درحالی که برج های خنک کننده جریان متقاطع نیاز به فضای بیشتری دارند.

• از نظر تعمیر و نگهداری

برج های خنک کننده جریان مخالف به دلیل طراحی فشرده، دسترسی محدودی برای تعمیر و نگهداری دارند. برج های خنک کننده جریان متقاطع فضای مناسب جهت تعمیر و نگهداری دارند و درب بازدید نیز در برج خنک کننده دیده شده است.

• توزیع آب

توزیع آب در برج خنک‌کن مدل جریان مخالف به ‌وسیله لوله می باشد که بر روی لوله نازل در نظر گرفته می شود که نازل برج ها معمولا پس از چند فصل دچار گرفتگی می شوند.

توزیع آب در برج های خنک کن مدل جریان متقاطع توسط سینی پخش آب می باشد که دیگر مشکلاتی از قبیل گرفتگی نازل را ندارند.

• عملکرد برج در ظرفیت های کم برج خنک کننده

عملکرد برج های خنک کننده جریان مخالف در بارهای زیر 70 درصد به مشکل دچار می شوند در حالی که برج های جریان متقاطع تا بارهای نزدیک به 30 درصد و بیشتر دارای عملکرد بدون تغییر می باشند.

• کیفیت آب

برج های جریان مخالف نیاز به کیفیت بالای آب می باشند و اگر آب برج کیفیت لازم را نداشته باشد باعث گرفتگی نازل و اختلال در عملکرد برج می شود.

برج های جریان متقاطع می توانند با کیفیت پایین تر آب و ذرات محلول بیشتر در آب کار کنند و مشکلی در عملکرد برج خنک کننده نداشته باشیم.

• دبی هوا

برج های جریان مخالف نسبت به برج های جریان متقاطع نیاز به دبی هوای کمتری می باشند.

• فشار استاتیک و قدرت مورد نیاز فن

فشار استاتیک مورد نیاز فن برای برج های جریان مخالف بیشتر از جریان متقاطع می باشد در نتیجه نیاز به فن با الکتروموتور و فشار استاتیک تولیدی بالایی داریم و فن جریان مخالف می تواند با فن فشار استاتیک کمتری کار کند.

• مشکل ریزش آب

مشکل ریزش آب در برج خنک کننده جریان مخالف وجود ندارد زیرا جریان آب کاملتر بسته شده و داخل حوضه است.

در اکثر برج های خنک کننده با جریان متقاطع، حوضچه پایین تر از بالای برج خنک کننده است، از این رو نشت آب مشکل رایجی است که این نوع برج خنک کننده با آن مواجه است.

• رشد جلبک

از آنجایی که برج خنک کن مدل جریان مخالف از کنار بسته است، آب برج خنک کننده مستقیماً در معرض نور خورشید قرار نمی گیرد، بنابراین رشد جلبک ها حداقل است.

به دلیل قرار گرفتن در معرض نور خورشید رشد جلبک در برج خنک کن مدل جریان متقاطع زیاد است.

• از نظر وزن

وزن برج های جریان مخالف کمتر از وزن برج های خنک کننده جریان متقاطع می باشد.

• از نظر صدا

صدای تولید شده توسط برج خنک کننده جریان مخالف بیشتر از صدای تولید شده در برج های جریان متقاطع می باشد.

پکینگ های برج خنک کننده مدل جریان مخالف با پکینگ های هر برج خنک کن مدل جریان متقاطع متفاوت است. زیرا نحوه ورود هوا به داخل هر برج خنک کننده جریان مخالف و جریان متقاطع با یکدیگر متفاوت است. در برج خنک کننده جریان مخالف از پکینگ های فیلم PVC و P.P با گام های مختلف استفاده می شود. همچنین پکینگ های اسپلش نیز نوع دیگر پکینگ های جریان مخالف می باشد، اما در برج های خنک کننده جریان متقاطع از پکینگ های جریان متقاطع PVC و P.P یا پکینگ های ابارایی استفاده می شود.

سوالات تکمیلی