اجزاء تشکیل دهنده برج خنک کننده آسان صنعت
اجزای جانبی برج خنک کننده
- پکینگ برج خنک کن: این بخش در قسمت تابلو کنترل وظیفه تنظیم دستی یا اتوماتیک دور موتور توسط تغییر فرکانس را عهده پذیر است.
- آنتی فریز ضدیخ: دارای دو بخش هیتر و ترموستات می باشد که با قرارگرفتن در تشتک در زمستان از یخ زدن آب ممانعت به عمل می آورد.
- دک کاهش صدای فن: این قطعه در زیر قسمت کاهش دور بین فن و فولی نصب شده و لرزشهای موجود پروانه را کاهش می دهد.
- فن برج خنک کننده: سبب دمپ لرزشها و کاهش سطح ارتعاشات گشته که نمونه کاربری آن را می توان در هواسازها و چیلرها مشاهد کرد.
- تخلیه اتوماتیک: بلودان هوشمند مجهز به یک TDS متر و شیر برقی بوده که عامل کاهش میزان املاح سنگین در تشتک است.
- فیلتراسیون هوا: توری های هوای فلزی(آلومینیوم) در پشت کرکره ها نصب می شود و از ورود ذرات معلق به داخل جلوگیری می نماید.
- سایت گلس یا پنل بازدید: پنل شیشه ای یا تلقی که موجب سهولت بازدید اپراتور از شرایط کارکرد دستگاه در شرایط مختلف عمل می آورد.
- پمپ شاور: این بخش فقط در کولینگ تاور هیبریدی به کار می رود و دائماً آب مدار باز را بر روی کویل پاشش می کند.
- توری آشغالگیر: این تجهیز در جلوی فلنچ خروجی آب سرد نصب شده و باعث ممانعت از عبور آشغال های موجود در basin می گردد.
- فیلتر میکرونی: فیلتر کیسه ای سبب افزایش کیفیت آب جبرانی و کاهش میزان رسوب گرفتگی قطعات داخلی خواهد شد.
آشنایی با انواع برج های خنک کننده
تصویر انواع برج خنک کننده مرطوب، مداربسته هیبریدی و خشک
1- انواع برج خنک کننده: این مدل دستگاه با ایجاد یک سطح تبادل تماس مستقیم بین هوا و آب سبب کاهش دمای آب می شود. در این سیستم برودتی درصدی از آب(1.5 تا 2 درصد) دچار تبخیر شده و وارد هوای ورودی خواهد شد. این موضوع موجب مرطوب شدن هوای اطراف یا اشباع شدن آن می گردد. بخاطر همین موضوع به این مدل سیستم سردکننده کولینگ تاور مرطوب یا خیس نیز گفته می شود. آب خروجی از افشانک یا اسپرینکلر شروع به ریزش بر روی پکینگها کرده و از سوی دیگر در تماس با هوا دچار کاهش دما میگردد.
2- برج خنک کننده مداربسته خشک: در این مدل، آب در یک چرخه تماماً بسته (Close) در تماس با هوای خشک محیط سرد می گردد. از این رو این نوع سیستم برودتی را خشک یا درای نیز می نامند. به دلیل تماس غیر مستقیم آب با هوای خشک، دمای آب تحت تاثیر دمای محسوس اقلیم جوی قرار دارد. این تجهیز دارای شبکه های لوله ی مسی و فینهای آلومینیوم تحت عنوان کویل فیندار میباشد. آب در گذر از این شبکه های لوله ای کویل در تماس با هوای فن یا پروانه، سرد می گردد.
3- برج خنک کننده هیبریدی یا ترکیبی: نسل جدید تجهیزات برودتی تبخیری در واقع ترکیبی از دو سیستم مدارباز و مداربسته هستند. جریان اصلی سیال آب در گذر از سطوح نفوذ حرارتی کویل توسط یک جریان ثانویه پاششی قرار می گیرند. در این تماس، گرما توسط نفوذ و هدایت گرمایشی از آب گرم کویل به آب سرد مدار پاششی انتقال می یابد. مزیت بزرگ این مدل کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای مرطوب محیط طی یک سیکل بدون تبخیر است. این سیستم برودتی در عین حال رسوب گرفتگی به شدت کمتری نسبت به انواع کولینگ تاور مدار باز دارند.
دسته بندی برج خنک کننده بر اساس شکل ظاهری
1- برج خنک کننده با استراکچر مکعبی: این مدل از سیستم های برودتی دارای ظاهر مکعب مستطیل بوده و بسیار فضای کمی را اشغال می نماید. برج خنک کننده مکعبی می تواند به صورت مدارباز، مداربسته و یا هیبریدی تولید و طراحی گردد. کولینگ تاور مکعبی دارای سیستم پاشش آب ثابت و بسیار کم رسوب می باشد. برج خنک کننده مکعبی به دلیل داشتن ارتفاع زیاد و سیستم پاشش آب منظم دارای راندمان بالایی می باشد. سیستم های برودتی مکعبی امروزه در بیشتر صنایع بزرگ و همچنین در تهویه مطبوع کاربرد فراوانی دارد.
مزایای برج خنک کننده مکعبی
- رسوب گرفتگی کمتر در تجهیزات داخلی همچون نازل و پکینگ مدیا
- اشغال فضای کمتر به دلیل نداشتن فضای پرت و اضافی
- راندمان بالاتر و کاهش دمای بیشتر آب
- تعمیر و نگهداری آسان تر
- ارسال و حمل بسیار سریع، کم هزینه و آسوده
- دارای مخزن آب سرد بزرگتر نسبت به مدلهای مخروطی
2- برج خنک کننده با استراکچر مدور یا استوانه ای: کولینگ تاور مدور یا گرد یکی از قدیمی ترین طرح های تولیدی بسیاری از شرکتهای سازنده به شمار می آید. یکی از مشخصه های اصلی آن سیستم پاشش آب دوار دارای به حساب می آید. ابعاد بزرگ استوانه ای شکل و ارتفاع کم نسبت به مدل مکعبی از دیگر مشخصات بارز آنها حساب میشود. بیشترین کاربرد این نوع در انواع ساختمان های مرتفع به منظور توازن گرمایی در کندانسور چیلر میباشد.
مزایای برج خنک کننده استوانه ای یا مدور
- نصب آسان در محل پروژه
- صدای کمتر فن یا پروانه و گردش آسان تر و بهینه هوا
- قیمت پایین تر و اقتصادی تر بودن نسبت به تیپ مکعبی
- مکندگی بهر هوا بدلیل داشتن لوورهای بزرگتر
دسته بندی برج خنک کننده بر اساس نوع جریان هوای ورودی
الف) برج خنک کننده جریان مخالف یا کانتر فلو: کولینگ تاور کانترفلو دارای ورودی هوا از تمامی جوانب دستگاه در قسمت بالایی تشتک و بخش زیرین پکینگ ها می باشد. جهت جریان هوای ورودی به برج خنک کننده جریان مخالف در جهت مخالف با جریان آب پاششی از نازل می باشد. هوا در این مدل از قسمت لوورهای پایین وارد می شود و از بخش بالای تنوره فن خارج می شود. کارایی این مدل کولینگ تاور بسیار مناسب برای محیط های گرم و خشک می باشد. در شهرهایی همانند یزد، شیراز، مشهد، تهران، اراک و اصفهان که رطوبت نسبی هوا پایین می باشد، بسیار کاربرد دارند. سیستم های کانترفلو راندمان بالاتری نسبت به سیستم کراس یا متقاطع دارند. البته کاربری این سیستم ها در مناطق مرطوب و شرجی کارایی کمی دارد.
ب) برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو: کولینگ تاور کراس فلو یا جریان عمود دارای دو ورودی اصلی هوا در دو طرف می باشد. هوا در ورود به این بخش به صورت عمود بر جریان ریزشی آب سبب سرد شدن این سیال می شود. برج خنک کننده جریان متقاطع به دلیل تماس هوای تازه در سراسر قسمت پکینگ دارای عملکرد خوبی در مناطق شرجی می باشد. در مناطق شمالی و جنوبی کشور عزیزمان که به دلیل نزدیکی به دریا، رطوبت محیط محل نصب کولینگ تاور بالا می باشد. در این گونه مناطق اقلیمی از کولینگ تاورهای جریان متقاطع یا ابارا استفاده می شود. شهرهایی همانند اهواز، ماهشهر، بوشهر، رشت، گرگان و … بسیار مناسب جهت کاربری این دستگاه می باشد. این مدل اولین بار توسط شرکت ابارا ژاپن ایده پردازی شده است. به همین دلیل به این چنین سیستم های برودتی برج خنک کننده ابارا نیز گفته می شود.
دسته بندی برج خنک کننده با متریال بدنه متفاوت
1- برج خنک کننده فایبرگلاس: فایبرگلاس امروزه بیشتر تولیدات صنعتی را معطوف خود کرده است. استفاده از صنعت کامپوزیت در تولید قطعات فایبرگلاس از نوع FRP (fiber reinforce polymer) می باشد. فایبرگلاس به معنی الیاف شیشه مقاوم شده با پلاستیک می باشد که از دو عنصر الیاف و رزین تشکیل می گردد. به بیانی ساده تر ساختار کامپوزیت بدنه متشکل است از الیاف تقویت شده با رزینهای پلی استر. قطعات فایبرگلاس بدنه ابتدا در قالب مورد نظر تحت پوشش الیاف، رزین، اروزیل و تیتان قرار می گیرد. بعد از مدت ژل تایم و پخت از قالب اولیه جداسازی میشوند. به منظور پخت و فرآوری نهایی، قطعات بدنه را در تماس با تابش مستقیم نور خورشید قرار می دهند.
دقت کنید !! نوع الیاف و رزین بکار رفته در ساخت قطعات فایبرگلاس بیشترین تاثیر را در کیفیت نهایی بدنه می گذارد.
الیاف فشرده فایبرگلاس در برج خنک کننده در دو تیپ کلی حصیری و سوزنی در قطعات بدنه به کار برده می شود. ترکیب این دو الیاف در تولید قطعات بدنه سبب افزایش مقاومت نهایی سازه کامپوزیتی می شود. البته الیاف های پودری نیز تحت عنوان پرکن در لایه های آخر سبب ضد نفوذ شدن بدنه در مقابل آب می شود. تولید قطعات بدنه فایبرگلاس باید مطابق با استانداردهای لازم صورت پذیرد تا کیفیت مورد انتظار را داشته باشد. امروزه عمدتاً در دو تیپ مکعبی و مدور تولید و عرضه می گردد. این دستگاه جایگزین بسیار عالی برای انواع کولینگ تاور بتنی و فلزی در صنعت به شمار می رود. قسمت های مختلف بدنه فایبرگلاس این نوع شامل فن استک، پنل، لوور، ستونی و تشتک می باشد.
مزایای برج خنک کننده فایبرگلاس
- لرزش کم و فرکانس ارتعاش پایین به دلیل دمپ عالی ارتعاشات توسط الیاف شیشه
- دسترسی آسان به بخشهای داخلی همانند پکینگ، قطره گیر، نازل و آب پخش کن
- عدم پوسیدگی در مقابل جریان آب در داخل و گرد و غبار در بیرون
- عدم نفوذ پذیری گرمایشی و جذب حرارت توسط نیروی تابشی خورشید
- عدم رسوب پذیری در مقابل تبخیر آب و افزایش مواد محلول
- قابلیت اسیدشویی بدنه و رسوب زدایی تجهیزات داخلی
- سبک و دارای قابلیت حمل و جابجایی آسوده و راحت
2- برج خنک کننده سیمانی یا بتنی: کولینگ تاور بتنی (concert cooling tower) دارای یک سازه تمام سیمانی به شکل مکعبی یا به شکل هذلولی می باشد. سیستم هوادهی در این تجهیز به خصوص عموماً سیستم دمش یا مکش القایی از نوع axial میباشد. سیستم هوادهی این سیستم های برودتی شامل یک فن محوری دمنده بزرگ یا چند فن محوری مکنده کوچک می باشد. این نوع بیشتر در نیروگاه ها و پالایشگاه های بزرگ دیده می شود و به همین دلیل به آن ، برج خنک کن نیروگاهی نیز گفته می شود. امروزه نوع بتنی عمدتاً برجها برای صنایعی که دارای دبی آب بالایی می باشند کاربرد فراوان دارد.
دلایل رد سیستم کولینگ تاورهای بتنی
- وزن بسیار زیاد و سنگینی بیش از حد بدنه و استراکچر اصلی
- عدم قابلیت حمل و جابجایی و تغییر مکانی محل نصب
- هزینه بسیار زیاد سازه عمرانی بتنی
- سرعت ساخت پایین سازه سیمانی
- مصرف آب بسیار زیاد به دلیل عملکرد ضعیف تبادل حرارت
- رشد جلبک و میکرو ارگانیسم ها و باکتری های داخل تشتک بتنی
3- برج خنک کننده فلزی گالوانیزه یا استیل: بکارگیری بدنه فلزی به نظر گزینه هوشمندانه ای جهت جلوگیری از اتلاف وقت در تولید دستگاه محسوب می شود. بدنه فلزی بکار رفته با ایجاد پوشش های مناسب می تواند مقاومت کافی در برابر رسوب و خوردگی را داشته باشد. برج خنک کن با بدنه فلزی قالباً از متریال فولاد گالوانیزه یا استنلس استیل تولید و عرضه می شود. کولینگ تاور فلزی عموماً دارای یک چارچوب و اسکلت فلزی به صورت چند پارچه می باشد. استراکچر و فریم اصلی دستگاه توسط پیچ و مهره اسمبل (مونتاژ) می گردد. برجهای خنک کننده فلزی بیشتر توسط شرکت شرکتهای بالتیمور و سارآفرین در گذشته تولید و عرضه میشدند. امروزه به دلیل معایب زیاد طراحی از این مدل سیستم های برودتی استفاده چندانی نمی شود.
دلایل رد سیستم کولینگ تاور فلزی یا گالوانیزه در صنعت
- رسوب و خوردگی بدنه فلزی در مقابل جریان آب
- وزن بسیار بالا و سنگین بودن بیش از حد
- عدم حمل و جابجایی آسان به دلیل سنگینی بیش از حد قطعات فلزی
- عدم دسترسی آسان به اجزای داخلی به دلیل زنگ زدگی اتصالات
- رشد جلبک ، لجن و میکروارگانیسم ها و کاهش کیفیت آب سرد خروجی
- جذب و نفوذ آسان انرژی گرمایی تابشی حاصل از تابش نورخورشید
- ایجاد سر و صدای زیاد به دلیل ارتعاش بدنه و نوع سیستم های هوادهی نامرغوب
نحوه محاسبه توان یا ظرفیت برج خنک کننده
قابلیت کولینگ تاور در دفع انرژی گرمایی از سیال آب و انتقال آن به هوا توان برودتی یا ظرفیت سرمایشی نامیده می شود. به هر میزان این توان برودتی بالاتر باشد پتانسیل دستگاه در کاهش دمای آب بهتر خواهد بود. سیال خنک شونده، میزان مایع در گردش و اختلاف دمای ورودی و خروجی عوامل اولیه تعیین ظرفیت برودتی حساب می شوند. به نرخ حجمی آب گردشی، دبی آب سیرکوله (water flow rate) میگویند. البته دمای مرطوب محیط، میزان رطوبت نسبی و ارتفاع از سطح دریا نیز عوامل ثانویه در شرایط کارکرد هستند. اختلاف دمای ورودی و خروجی سیال را اصطلاحاً دلتاتی یا رنج (range) می نامند.
مشخصه های تعیین کننده ظرفیت کولینگ تاور
- دبی جرمی سیال در گردش (گذر اسمی سیال)
- نوع سیال خنک شونده و تعیین ظرفیت گرمایشی ویژه در فشار ثابت
- دمای ورود و خروج سیال (دمای خروجی محدود به دمای حباب تر)
- ضریب تأثیر طراحی در محاسبه ظرفیت نامی و تفکیک آن از توان واقعی
روش های رایج و مرسوم در محاسبه ظرفیت کولینگ تاور
- معادلات ترمودینامیکی حاکم بر شرایط طراحی (q=m*c*delta T)
- استفاده از نرم افزارهای آنلاین و آفلاین همچون نرم افزارهای محاسباتی دماگستر
- محاسبه براساس ظرفیت و نوعیت چیلر
منظور از تن تبرید در برج خنک کننده چیست؟
حتماً بارها شنیده اید که ظرفیت دستگاه چیلر معادل 100 تن یا 200 تن می باشد. در بیشتر سیستمهای سرمایشی کلمه “تن تبرید” را معادل توان سرمایی در خنک سازی آب تعریف می کنند. لفظ تن را در این اصطلاح مهندسی، خلاصه شده کلمه تن تبرید یا تن سرمایی می دانند که یکی از واحدهای انتقال حرارت حساب می شود. تن سرمایی در اصول ترمودینامیک معیار سنجش قدرت دستگاه های برودتی به شمار می آید. واحد جابجایی انرژی در زمان یعنی تن تبرید (RT) هم ارز یکاهایی همچون KW و BTU/H است. هر تن تبرید برابر با 3.51 کیلووات و برابر با 12 هزار پوند انرژی بر ساعت محاسبه میگردد