عملکرد حرارتی برج های خنک کننده

5
(73)

همانطور که می‌دانید برج خنک کننده برای خنک کردن آب استفاده می شود؛ البته می توان علاوه بر آب، مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول و روغن هایی با لزجت پایین و سایر سیالات با لزجت کم را خنک کرد. عملکرد حرارتی برج های خنک کن، به این صورت می باشد که آب گرم از طریق لوله ها به برج خنک کن وارد شده و سپس از طریق نازل یا سینی پخش کن آب، بر روی اجسامی مثل چوب هایی با ضخامت کم و ورق های پلاستیکی مثل پکینگ و… ریزش می شود تا آب در معرض هوای عبوری از این اجسام قرار گیرد.

هوای عبوری به وسیله فن های برج خنک کننده ایجاد می شود. سپس آب گرم با هوای خنک انتقال حرارت انجام داده و مقداری جزیی از آب تبخیر می شود و الباقی به صورت آب خنک شده از برج خنک کننده خارج می شود. مقداری از آب در گردش در هر بار چرخش یا تبخیر می شوند یا توسط فن از کولینگ تاور خارج می شود.

برای جبران هدر رفت این مقدار آب به جمع آب های تبخیر شده و خارج شده از طریق فن و مقدار آب بلودان (زیر آب کشی) که در ادامه این مقاله از بادران تهویه صنعت به آن می پردازیم، آب جبرانی یا Make up می گویند.

بلودان عبارت است از مقدار آبی که در هر چند بار سیکل چرخش آب در برج خنک کننده از برج خارج شده و به همان مقدار به برج جایگزین می شود. این کار برای جلوگیری از تشکیل رسوب در برج خنک کننده می باشد.

محاسبه آب جبرانی به صورت ذیل می باشد:

معادلات محاسبه آب جبرانی
معادلات محاسبه آب جبرانی

همانطور که می دانیم عملکرد حرارتی کولینگ تاورهابه پکینگ های برج خنک کننده نیز بستگی دارد. پکینگ های فیلم در گام های مختلف 12، 14، 19 و به بالا و در جنس ها و ضخامت های مختلف از جمله 400 و 600 میکرون ساخته می شود.

معمولاً پکینگ های فیلم در ابعاد استاندارد تولید می شوند که به آن یک بلوک پکینگ گفته می شود. یکی از ابعاد استاندارد پکینگ 30×30×120 سانتی متر می باشد. معمولاً مواد تشکیل دهنده پکینگ های فیلم P.V.C یا P.P (پلی پروپیلن) می باشد.

انواع پکینگ کولینگ تاور
انواع پکینگ کولینگ تاور

پکینگ های P.V.C غالباً برای تحمل گرمای آب تا 50 درجه سانتی گراد می باشد و پکینگ های P.P معمولاً تا تحمل دمایی 80 درجه سانتی گراد است. در این میان پکینگ های نت اسپلش و گرید اسپلش و رندوم اسپلش و… هم در صنعت استفاده می شود که نسبت به پکینگ های فیلم بازده کمتری دارد.

نوع دیگر پکینگ ها به چوب کاج روسی معروف می باشد که معمولاً در برج های ذوزنقه ایی و قدیمی کاربرد دارد. بازده این نوع پکینگ ها نسبت به پکینگ های فیلم نیز بالاتر می باشد، ولی باعث استفاده بیش از حد چوب شده و قطع درختان را شامل می شود که به خاطر همین دلایل زیست محیطی بهتر است از این نوع پکینگ ها استفاده نشود تا منابع طبیعی نابود نشوند.

بدنه برج های خنک کننده در تشکیل وزن برج بسیار پر اهمیت می باشد. در قدیم بدنه برج ها را فلزی می ساختند که باعث استحکام برج خنک کننده میشده است، اما وزن برج بسیار سنگین و خوردگی و زنگ زدن برج خنک کننده را باعث می شد.

امروزه ساخت برج خنک کننده فایبرگلاس (FRP) با استقبال بیشتری روبرو شده است، زیرا که هم مقاومت بالا و هم وزن سبکتری دارد و در برابر خوردگی و زنگ ضدگی مقاوم می باشد.

برج‌ خنک کننده فایبرگلاس

دمای برج خنک کننده برای چیلر های آب خنک یکسان می باشد، البته بستگی به دمای مرطوب نیز دارد. معمولاً دمای برج های خنک کننده که جهت چیلر های آب خنک استفاده می شود، برابر دمای ورودی 35 درج سانتی گراد و دمای خروجی از برج برابر 29.4 درجه سانتی گراد و در شهرهای مرطوب 37 به 32 درجه سانتی گراد می باشد.

محاسبه آب جبرانی کولینگ تاور براساس تناژ کندانسور چیلر محاسبه می شود که طبق فرمول ذیل محاسبه می شود:

فرمول محاسبه دبی برج خنک کننده براساس تناژ کندانسور چیلر
فرمول محاسبه دبی برج خنک کننده براساس تناژ کندانسور چیلر

دمای برج در عملکرد حرارتی برج ها و تناژ برج خنک کننده بسیار تاثیر می گذارد. هرچه که دمای خروجی مورد نیاز برج خنک کننده به دمای مرطوب هر شهر یا محل پروژه نزدیک باشد، تناژ برج خنک کن افزایش می یابد و هرچقدر دمای خروجی مورد نیاز برج خنک کننده از دمای مرطوب فاصله داشته باشد، تناژ برج خنک کن کمتر می شود.

کلیه برج های خنک کننده از هر نوعی که باشد قادر هستند تا دمای خروجی آب را به میزان 3 درجه سانتی گراد بالای دمای مرطوب خنک کند که در این مورد، هیچ برجی توانایی رساندن دمای خروجی به کمتر یا برابر دمای مرطوب را ندارد.

محاسبه آب جبرانی در برج خنک کننده
محاسبه آب جبرانی در برج خنک کننده

هر چه قدر اختلاف دمای ورودی و خروجی برج خنک کننده کمتر باشد دبی آب در گردش افزایش می یابد و هرچقدر اختلاف دمای ورودی و خروجی برج خنک کن بیشتر باشد دبی برج خنک کننده کاهش می‌یابد. تناژ برج های خنک کننده مدار بسته از طریق فرمول ذیل محاسبه می شود.

تناژ برج های خنک کننده مدار بسته
تناژ برج های خنک کننده مدار بسته

برج های خنک کننده‌ای که دارای پکینگ می باشند، از نوع مدار باز می باشند که تناژ این برج ها را نمی توان از طریق فرمول بالا محاسبه کرد، چون به دمای مرطوب بسیار مرتبط می باشند. به عنوان مثال برج خنک کننده ای که در تهران 100 تن تبرید ظرفیت دارد، اگر همان برج خنک کننده را به آبادان ببریم و با همان دماهای ورودی و دبی آب در گردش کار کند، ظرفیت کمتری را به ما می دهد و دمای آب خروجی بالاتری را به ما نشان خواهد داد.

چون وت بالب (Wet Bulb) یا دمای مرطوب آبادان 29 درجه سانتی گراد می باشد و دمای مرطوب تهران 24 درجه سانتی گراد است. برج های خنک کن مدار باز در انواع مختلف مکعبی و مدور جریان مخالف یا (Counter Flow) و نوع جریان متقاطع یا Cross Flow که اولین بار توسط شرکت ابارا ژاپن ساخته شد نام برد.

اما برج های دیگری مثل برج مدار بسته، برج خنک کننده هیبریدی، برج های آدیاباتیک و درای کولر (Dry Cooler) از جمله خنک کننده ها یا برج های خنک کننده می باشد.

در برج های مدار بسته ما به جای پکینگ ها لوله های مسی یا گالوانیزه و استیل داریم و آب خنک شونده در لوله های مسی در جریان می باشد. در برج های خنک کننده هیبریدی نیز مانند برج های مدار بسته آب خنک شونده درون لوله مسی در گردش است با این تفاوت که آب در کویل خشک و فین دار خنک سازی اولیه می شود مقداری از گرما و درجه حرارت خود را از دست می دهد و سپس وارد کویل ثانویه و مدار بسته می شود و تا دمای مورد نظر آب را خنک می کند.

استفاده از لوله های مسی نسبت به لوله های گالوانیزه از این جهت بهتر می باشد که وزن لوله های مسی در مقابل لوله های استیل و گالوانیزه کمتر است و انتقال حرارت را به خوبی منتقل می کند و زنگ ضدگی در لوله های مسی وجود ندارد اما در آب هایی اسیدی که ما قصد خنک سازی آنها را داریم نباید از لوله مسی استفاده کرد چون باعث خوردگی مس می شود و بهتر است از لوله های گالوانیزه و استیل استفاده کرد.

برج خنک کننده آدیاباتیک (ADV)
برج خنک کننده آدیاباتیک (ADV)

برج های آدیاباتیک که به نوعی خنک کننده های درای کولر می باشد که امکان استفاده از آن در فصل تابستان نیز وجود دارد که از پد های سلولزی برای خنک کردن هوای عبوری از کویل های این برج استفاده می شود. درای کولر نیز که از کویل و لوله های مسی و فین دار استفاده می شود که هوا از طریق فن های نصب شده بر روی دستگاه از کویل عبور می کند و آب را خنک می کند.

کولینگ تاور هاپپربولیک (هذلولی بتنی)
کولینگ تاور هاپپربولیک (هذلولی بتنی)

برج های خنک کننده صنعتی معمولاً با تناژ های بالا می باشند که از جمله این برج های خنک کننده می توان برج های بتنی مدار باز، برج های هایپربولیک و برج های خشک هایپربولیک (هلر) را نام برد. می توان از برج های خنک کننده فایبرگلاس با تناژ ها و تعداد بالا نیز در پروژه های صنعتی نیز استفاده کرد.

سوالات تکمیلی

1. ظرفیت برج های خنک کننده به چه پارامتری بستگی دارد؟

ظرفیت برج های خنک کننده به مقدار پکینگ (در مدار باز) طول لوله کویل (مدار بسته) و دبی هوای عبوری از آنها، دمای ورودی و خروجی از برج خنک کننده، دبی آب در گردش و همچنین دمای مرطوب محل نصب بستگی دارد.

2. حداقل دمای آب خروجی از برج خنک کننده در تمام مدل ها چند درجه می باشد؟

حداقل دمای خروجی از برج خنک کننده برابر 3 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای مرطوب (Wet Bulb) محل نصب برج خنک کننده می باشد.

3. دمای آب برج خنک کننده برای چیلرهای آب خنک چه مقدار می باشد؟

معمولا دمای آب ورودی به برج های خنک کننده چیلرهای آب خنک برابر 35 درجه سانتی گراد و دمای خروجی 29.4 درجه سانتی گراد می باشد و در مناطق مرطوب تر دمای ورودی 37 درجه سانتی گراد و دمای خروجی 32 درجه سانتی گراد می باشد.

4. استاندارد ابعاد پکینگ های فیلم چه مقدار می باشد؟

پکینگ های فیلم در بلوک هایی به ابعاد 120×30×30 سانتی متر می باشند. هر پکینگ در این ابعاد را یک بلوک می گویند و برج خنک کننده از چندین بلوک تشکیل شده است.

چقدر این مطلب برای شما مفید بوده است؟