برج خنک کننده مرطوب چگونه کار میکند؟

آشنایی با اساس عملکرد برج خنک کن

چگونگی عملکرد برج خنک کننده بر اساس تبخیر بوده که وابسته به نوع کولینگ تاور، نحوه کارکرد آن تفاوت دارد و با طرز متفاوتی آب را خنک می‌کند. طرز کار برج های خنک کننده از طریق ارتباط بین آب و هوا صورت می‌پذیرد و نحوه تماس این دو سیال وجه تمایز نحوه کارکرد برجهای خنک کن است. در بررسی اساس عملکرد برج خنک کن باید بسته یا باز بودن مدار سیستم خنک کاری آب دقت ویژه نمود. به بیانی ساده تر کولینگ تاور با تماس مستقیم تحت یک سامانه باز یا غیر مستقیم تحت سامانه ای بسته، کار خود را صورت می‌دهد. در برج خنک کننده فارغ از مدل به هر میزان جریان هوادهی بیشتری در تماس با آب داغ قرار گیرد، انتقال حرارت هم  انجام می‌شود.

کار برج خنک کننده چیست؟

کار و وظیفه یک برج خنک کننده هدایت گرمای آب داغ به هوای خشک محیط اطراف توسط درصد کمی تبخیر است. این انتقال گرما در برج خنک کن با هدف کاهش دمای آب خروجی صورت می گیرد. دمای آب خارج شده از یک کولینگ تاور همواره کمی بالاتر از دمای مرطوب آن منطقه یعنی حباب تر می باشد. مثلاً برای شهری مثل تبریز که دمای مرطوبش حدود 17 درجه است، یک برج خنک کن می تواند آب را در تابستان تا 20 درجه سانتیگراد هم خنک نماید. در تصویر طرز کار برج های خنک کننده جریان متقاطع را به عنوان نمونه مشاهده می‌کنید.

کارکرد درست برج خنک کننده در کاربری خود زمانی مشخص خواهد شد که دمای خروجی نزدیک ترین میزان خود به دمای وت بالب را پیدا نماید. در واقع کار اصلی یک کولینگ تاور سرد کردن آب جهت دفع گرمای مازاد تجهیزات به محیط بیرون است. برج خنک کن بر اساس قوانین ترمودینامیک کارکردی بسیار شبیه به یک کولر تبخیری دارد. در کولر هوا از طریق تماس با آب پاشش بر روی پوشالها رطوبتش افزایش یافته و خنک تر می شود و حال این عملکرد در برج های خنک کن معکوس است.

چگونه از عملکرد درست برج خنک کننده مطمئن شویم؟

پاسخ به این سوال کلیدی کمک بسیاری به چک کردن محاسبات صورت پذیرفته برای ظرفیت برودتی کولینگ تاور خواهد کرد. به بیانی ساده تر اگر بخواهیم بفهمیم که برج خنک کننده ای که کار خود را انجام می دهد تا چه میزان کارکرد مطلوب دارد باید شاخص هایی را تعریف نمود. اصلی ترین شاخصه های بررسی نحوه کار برج خنک کن عبارتند از:

• نزدیکی 3 تا 5 درجه ای دمای خروجی آب سرد به دمای وت بالب منطقه نصب دستگاه
• افت دمای 5 الی 10 درجه ای آب در منیفولد ورودی و خروجی برجهای خنک کن
• شدت صوت خروجی ماکزیمم 80 دسیبل در فاصله 1 متری از تجهیز

هر یک از پارامترهای فوق اگر در خروجی کار برج خنک کننده اتفاق نیافتد به معنی بروز مشکل در کارکرد یکی از بخشهای داخلی یا کمبود ظرفیت طراحی شده است. به طور مثال اگر لرزش و صدای تولید کولینگ تاور بیش از حد استاندارد باشد عوامل مختلفی دخیل بر کار بوده و همگی حاکی از عدم کیفیت تولید برج خنک کن است. در مجموع ملاک های بسیاری جهت محک زدن چگونگی کارکرد یک برج وجود دارد که بکارگیری آنها در نتیجه گیری خالی از لطف نیست.

برای اطلاع از قیمت پکینگ برج خنک کننده می توانید به سایت ما مراجعه نمایید.

چگونگی کارکرد انواع برج های خنک کننده

1-مقایسه کارکرد انواع برج خنک کن بر اساس نوع جریان هوادهی

در این قیاس برجهای خنک کن به سه دسته اتمسفریک، جریان اجباری محوری و جریان القایی حلزونی تقسیم می شوند. برج های خنک کننده امروزه نسبت به نحوه چگونگی انجام کار خنک کاری آب توسط هوا به دسته بندی هوای اجباری و هوای طبیعی تقسیم می شوند. در واقع اگر یک کولینگ تاور با جریان طبیعی هوای اتمسفر محیط آب را سرد کند به آن اتمسفریک می گویند. در صورت استفاده از فن یا پروانه در جریان انتقال سیال هوا به برج خنک کننده، جریان اجباری یا القایی اطلاق می شود. در تصویر زیر نحوه چگونگی عملکرد و طرز کار انواع کولینگ تاورهای مذکور نمایش داده شده است.

2-مقایسه کارکرد برج های خنک کننده بر اساس نوع زاویه جریان هوا

در این تمایز کولینگ تاورها با توجه به نوع نحوه برخورد هوا با آب به دو دسته کانترفلو و کراس فلو تقسیم میگردند. برجهای خنک کن کانترفلو که به آنها جریان مخالف نیز گفته می شود امروزه بیشترین کاربرد را در میان انواع این منبع برودتی پیدا کرده است. در این مدل هوای خشک و خنک از چهار طرف دستگاه از قسمت زیرین وارد شده و از پایین به سمت بالا (خلاف جهت ریزش آب) گذر می کند.

در برج های خنک کننده کراس فلو یا جریان متقاطع هم هوا تحت زاویه عمود بر آب ریزشی جریان می یابد. نتیجه هر دو عمل تماس آب داغ ریزشی با جریان هوای مکشی است ولی تفاوت در روش این کار موجب بروز یک سری مزایا و معایب در هر مدل گردیده است. در تصویر زیر علاوه بر دیدن نحوه کار برج خنک کننده می‌توانید مقایسه ای از عملکرد هر دو تیپ را مشاهده کنید.

3-مقایسه کارکرد انواع برج خنک کننده بر اساس نوع مدار گردشی آب

چنانچه قصد کنیم به طور خلاصه کولینگ تاورها را بر اساس طرز خنک کردن آب دسته بندی کنیم دو ساید مدار باز و مدار بسته را سریعاً می توان انتخاب کرد. برج های خنک کننده مدار بسته با تماس غیر مستقیم بین آب گرم با هوای خشک و سرد موجب کاهش دمای آب درون کویل می گردد.

این در حالی است که در برجهای خنک کن مرطوب یا باز عمل ارتباط هوای اطراف با اب مستقیماً انجام می پذیرد. خروجی هر دو کار کاهش میزان معینی دمای آب بوده ولی چگونگی این عملکرد سبب تمایز اصلی بین این دو مدل می گردد. در تصویر زیر نحوه کارکرد یک دستگاه برج خنک کننده فایبرگلاس را مشاهده می نمایید.

 برج خنک کننده دستگاهی برای کاهش دمای آبگرم است. طرز کار برج خنک کننده بر اساس تماس مستقیم یا غیر مستقیم آبگرم و هوا و در نتیجه انتقال حرارت اضافه آب به هوای اتمسفر بنا نهاده شده است. برج خنک کننده یک نوع مبدل حرارتی است که در آن هوای اتمسفر و آبگرم در اثر تماس مستقیم یا غیر مستقیم با یکدیگر تبادل حرارتی انجام داده تا دمای آب کاهش یابد.

در واقع دستگاه برج خنک کننده حرارت اضافه آب را گرفته و به هوای اتمسفر منتقل می کند. این دستگاه ها در اشکال و سایزهای مختلف از مدل های کوچک تا بسیار بزرگ با قابلیت حذف هزاران Btu انرژی گرمایی از آب ساخته می شوند که در ادامه انواع آنها را بیان و مزایا و معایب آنها را بررسی می کنیم.

انواع پر کاربرد برج های خنک کننده

۱ . نوع مدار باز

۲ . نوع مدار بسته

۱ . برج خنک کننده مدار باز (یا همان تر یا مرطوب)

در این قسمت از مقاله شرکت دلتا کولینگ به بررسی برج خنک کننده مدار باز می پردازد. منظور از برج مدار باز این است که آبگرم و هوا تماس و برخورد مستقیم با هم دارند و در نتیجه قسمتی از آبگرم تبخیر شده و به همراه هوا از دستگاه خارج می شود و بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب خواهیم داشت. همچنین از نوع مدار باز نمی توان در مناطق با آب و هوای مرطوب استفاده کرد زیرا وقتی رطوبت هوای محیط بالا باشد، راندمان دستگاه برای خنک کردن آبگرم شدیدا افت می کند.

در تصویر زیر، ساختار برج خنک کننده مدار باز با اجزای اصلی آن نشان داده شده است.

ساختار برج خنک کننده مدار باز یا همان تر (مرطوب) شامل قطعات اصلی زیر است :

۱ . پکینگ (Fill)

پکینگ که در شکل زیر نشان داده شده است از جمله مهمترین قطعات برج خنک کننده بوده که آبگرم از بالا بر روی آن ریخته می شود. پکینگ باعث به حداکثر رسیدن سطح تماس مستقیم آبگرم و هوا شده و باید متناسب با آلاینده های آب و محیط، انتخاب گردد که معمولا از فیلم هایی از جنس PVC ساخته می شود. بنابرین هدف از کاربرد پکینگ در برج این است که سطح تماس آبگرم و هوا به حداکثر خود برسد.

۲ . جدا کننده قطرات آب مخلوط شده با هوا یا همان قطره گیر (Drift Separators)

Drift Separator یا قطره گیر، بین پکینگ و مجموعه موتور فن قرار گرفته و تا حدودی از خروج ذرات آب مخلوط شده با هوا از بالای برج جلوگیری می کند.

۳ . فن، موتور الکتریکی، شفت منتقل کننده نیرو و گیربکس

موتور الکتریکی و فن در بالایی ترین قسمت برج نصب می شوند و فن با چرخش خود موجب مکش هوا از پایین به سمت بالای برج می شود.

۴ . لوله های توزیع آب و افشانک های پاشش آب

افشانک های پاشش آب که آبگرم را بر روی پکینگ از بالا به پایین تزریق می کنند تا آب به طور کامل با هوای مکیده شده توسط فن تماس پیدا کند.

۵ . لوورها یا دریچه های ورودی هوا از پایین برج

۶ . استراکچر یا بدنه اصلی آن (که معمولا از فایبرگلاس ساخته می شود)

۷ . تشتک جمع آوری آب خنک شده در پایین برج

۸ . سوپاپ ها و سیستم های کنترلی، الکتریکی و …

طرز کار برج خنک کننده مدار باز

طرز کار برج خنک کننده تر (مدار باز) بدین شکل است که آبگرم با پمپ به سیستم توزیع آب موجود در بالای برج ارسال می گردد. آب توسط افشانک هایی (Nozzles) از قسمت بالا بر روی پکینگ تزریق می شود. همزمان با آن، هوا از طریق لوورهایی (ورودی های هوا) از قسمت پایین و کنار برج توسط فن به طرف بالا کشیده می شود و هوا با آبگرم تماس و برخورد مستقیم پیدا می کند. در اثر این تماس، هوا گرمای آب را گرفته و در نتیجه آب سردتر در پایین برج جمع می گردد و از طریق دریچه ای از پایین دستگاه برج خنک کننده خارج می شود تا مجددا به دستگاه صنعتی یا تهویه (چیلر) مورد نظر رفته و عمل خنک کاری را در آن انجام دهد. همزمان با آن، هوا که گرم شده از قسمت بالایی برج خارج می شود. در ضمن در اثر برخورد آب با هوا، بخشی از آب بخار شده و به همراه هوا از بالای برج خارج می شود.

بخش هایی از برج خنک کننده

پنکه: فن هوای محیط خنک را از طریق فیلترهای موجود در پایه جمع می کند و آن را از بالای برج خنک کننده بیرون می آورد و گرما و رطوبت را با آن می گیرد.

کمربند درایو و درایو موتور: ساده ترین روش چرخاندن پره های فن. این همچنین می تواند درایو مستقیم ، زنجیر محور یا چرخ دنده نصب شود.

Drift Eliminator: این باعث می شود هوا جهت خود را تغییر داده و مقداری از رطوبت موجود در هوا را ترک کند که باعث کاهش هزینه های عملیاتی می شود.

ورودی آب کندانسور: اینجاست که آب کندانسور گرم وارد برج خنک کننده می شود

نازل های اسپری: آب کندانسور گرم از طریق این نازل ها ریخته می شود و باعث می شود تا در اسپری قطرات کوچک ریخته شود.

Fill Packaging: قطرات اسپری آب کندانسور باعث افزایش سطح انتقال حرارت می شوند و به هوا (که در جهت مخالف جریان دارد) اجازه می دهد تا مقداری از گرما را از بین ببرد و همچنین رطوبت ناشی از تبخیر را از بین ببرد.

فیلتر: این جایی است که فن آن هوا را از آن بیرون می کشد. فیلتر میزان خاک و برگهای ورودی به برج خنک کننده را محدود می کند. هوا هنگام خنک شدن و وارد شدن در قسمت خنک تر ، خشک می شود.

خروجی آب کندانسور: در اینجاست که آب کندانسور برج خنک کننده را ترک می کند. در دمای پایین تر از زمانی که در قسمت بالا وارد می شود ، باقی می ماند.

Water Makeup: حداقل سطح آب در حوضه برج خنک کننده نگه داشته می شود. آب از برج خنک کننده در اثر تبخیر از بین می رود ، بلکه هنگامی که برج خنک کننده برای خلاص شدن از شر خاک و نمک انباشته شده تخلیه می شود.

سرریز: اگر سطح آب در حوضه بیش از حد زیاد شود ، در اینجا و به بیرون تخلیه می شود.

زهکشی: در حین کار معمولی ، هنگامی که سطح ناخالصی های موجود در آب خیلی بالا می رود ، از برج خنک کننده تخلیه می شود. ناخالصی ها از تجمع خاک و نمکی هستند که با تبخیر آب و تشکیل این گردوغبارها تشکیل می شوند. این اغلب به “انفجار” گفته می شود.

چگونه برج خنک کننده گرما را رد می کند؟

آب کندانسور گرم در نزدیکی بالای برج خنک کننده وارد می شود. از طریق برخی نازل ها عبور می کند که آب را در قطرات کوچک در سراسر بسته بندی پر می کند. سطح اسپری باعث افزایش سطح آب می شود و باعث می شود گرمای بیشتری رد شود.

نازل های اسپری برج خنک کننده

بسته بندی برج خنک کننده برج

آب در سراسر بسته بندی پر شده اسپری می شود

اسپری آب کندانسور برای پر کردن بسته بندی

این قطرات از اسپری ، بسته بندی پر شده را پایین می آورند و باعث ایجاد فیلم نازک آب روی سطح آن می شود. آب در هوا تبخیر می شود و گرما را با خود دور می کند.

برای خنک کنندگی بیشتر ، برجهای خنک کننده از فن استفاده می کنند تا تبخیر بیشتری ایجاد کند. پنکه هوا را از طریق فیلترهای موجود در قسمت پایین دستگاه می کشد و آن را از طریق بالای برج خنک کننده به بالا و خارج می کند و از داخل بسته بندی پر شده و از بین می رود. هوا در جهت مخالف جریان آب کندانسور جریان می یابد.

هوای برج خنک کننده در گذشته بسته های پر شده را پر می کند

با ترکیب اسپری آب ، فیلم نازک آب روی بسته بندی پر شده و جریان هوای خنک ، مقدار زیادی از انتقال گرما دریافت می کنید.

جریان هوا و آب کندانسور

فقط برای یادآوری آب کندانسور گرم وارد برج می شود و روی بسته بندی پر شده اسپری می شود. این اسپری باعث می شود که بسته بندی پر شود و یک فیلم نازک از آب روی آن ایجاد شود ، آب تبخیر می شود و سرد می شود. هوای خشک خنک از زیر برج وارد می شود و از بسته بندی پر شده در جهت مخالف به جریان آب کندانسور عبور می کند ، این باعث می شود گرما و رطوبت از فیلم نازک آب برداشت شود. آب کندانسور کف برج خنک کننده را با دمای پایین تر می کند. هوا با آن گرما بالای برج خنک کننده را ترک می کند اما مقداری از آب را نیز با خود دور می کند.

انتقال حرارت برج خنک کننده

آب هزینه دارد بنابراین به منظور پایین نگه داشتن هزینه های بهره برداری و مصرف آب ، برجهای خنک کننده اغلب از دستگاههای برقی استفاده می کنند. اینها در بالای بسته های پر شده و نازل های اسپری اما در زیر فن قرار دارند.

برجهای برقی برج خنک کننده

حذف کننده های رانش عمداً جهت را تغییر می دهند تا هوای خارج شده در مقابل آن متراکم شود. این رطوبت مقداری از رطوبت موجود در هوا را از بین می برد و سپس برای خنک کردن بیشتر به داخل بسته بندی پرشده می رود و در نهایت در حوضه برج خنک کننده جمع می شود تا به چیلر فرستاده شود.

درایور بر روی برج خنک کننده

آب خازن خنک کننده در حوضه برج جمع می شود. این به چیلر برمی گردد که در آن گرمای بیشتری را برداشت می کند و چرخه دوباره شروع می شود. معمولاً یک فیلتر در قسمت خروجی وجود دارد تا از ورود اجسام خارجی به لوله اطمینان حاصل نکند زیرا این کار وارد پره های پمپ می شود.

حوضچه برج خنک کننده

دریچه شناور در حوضه جریان آب از ورودی آب آرایش را کنترل می کند و تضمین می کند حداقل سطح آب حفظ می شود. این آب به دلیل تلفات تبخیر و همچنین در هنگام ریزش ضربه در صدر قرار دارد.

سرریز از ورود آب خازن زیاد در حوضه برج خنک کننده جلوگیری می کند. آب ورودی به اینجا معمولاً برای تخلیه ارسال می شود.

تخلیه معمولاً دارای دریچه خودکار متصل است. سنسورهای واقع در حوضه یا لوله های سیستم کندانسور سطح ناخالصی ها (خاک و نمک) را تشخیص می دهند و اگر سطح بیش از حد بالا باشد ، تخلیه آب شروع می شود. این زهکشی به عنوان “ضربه” شناخته می شود و باعث ریزش دریچه شناور می شود که اجازه می دهد آب شیرین از داخل ورودی آرایش وارد شود. ناخالصی ها در حال حاضر در آب کندانسور و همچنین هوا هستند ، اما با تبخیر آب ، این موارد را پشت سر می گذارد. در صورت تبخیر کافی از آب ، باعث ایجاد ناخالصی هایی می شود که به تجهیزات آسیب می رساند و باعث کاهش برج خنک کننده ، چیلر و پمپ و کارآیی آن می شود.

در آب و هوای خنک تر ، برخی از حوضچه های برج خنک کننده دارای یک بخاری برقی برقی نصب می شوند. این در حداقل دمای مشخص شده هوا (به عنوان مثال ۵ درجه سانتیگراد ، ۴۱ درجه فارنهایت) روشن می شود تا از سرمازدگی جلوگیری شود.