برج خنک کننده مهمترین بخش تهویه هوا در ساختمان ها

آشنایی با کولینگ تاور

با نزدیک شدن تابستان و گرمای طاقت فرسای آن، بی شک همه به فکر خنک کردن محیط زندگی خود هستند. اما در این میان ساختمان های بسیاری بزرگی وجود دارند که با نصب کولر و یا دستگاه های مشابه امکان خنک کاری آن ها وجود ندارد. بنابراین مهندسین شروع به طراحی سیستمی به نام کولینگ تاور را استارت زدند که بی شک بهترین دستگاه برای انجام امورات خنک کاری است. اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی و دستگاه های سنجشی امکاناتی برای متخصصین ایجاد شده است که به کمک آن ها می توان میزان بازدهی و عملکرد برج ها را مورد بررسی قرار داده و با بهبود پارامترها راندمان برج را افزایش داد. در این مقاله نیز در مورد پارامترهای مهم در کارکرد برج خنک کننده را بحث خواهیم کرد.

برج خنک کننده چیست؟

برج های خنک کننده بخشی از خدمات فنی-صنعتی ساختمان و یکی از محرک های اصلی تقاضای آب و انرژی در صنعت هستند. برای برنامه ریزی و بهره برداری، مدیریت سیستم های برج خنک کن باید بر چندین هدف از منظر استراتژیک، تاکتیکی و عملیاتی تمرکز کرد. این اهداف به قابلیت اطمینان عملیاتی، بهره وری انرژی و منابع و همچنین تأثیرات بر سلامت و محیط زیست مربوط می شود.

با توجه به وابستگی متقابل پویا در سیستم های متصل و نصب شده در ساختمان، مدیریت برج خنک کن می تواند به عنوان یک کار پیچیده در نظر گرفته شود. بنابراین، یک پشتیبانی مبتنی بر دستورالعمل های گام به گام برای تصمیم‌گیرندگان درگیر در مدیریت برج خنک‌کننده بر اساس مفهوم جدید سیستم‌های تولید فیزیکی-سایبری ارائه می‌شود.

نحوه کار برج‌های خنک کن

می دانیم اکثر فرآیندهای تولید صنعتی برای عملکرد موثر و کارآمد به آب خنک نیاز دارند که بدون ایجاد مشکل و خطر سیستم بتواند به روند عملیاتی خود ادامه دهد. از جمله کاربرهای آن می توان به نصب کولینگ تاور در پالایشگاه ها، کارخانه‌های فولاد، کارخانه های تولید پتروشیمی، تاسیسات برق و کارخانه های کاغذ اشاره کرد که همگی به شدت به تجهیزات یا فرآیندهایی که نیاز به کارایی خنک کاری می باشند، متکی هستند تا کنترل دمای آن ها به صورت دائمی انجام شود. سیستم های آب خنک کننده این دماها را توسط انتقال حرارت از سیالاتی که تحت فرآیندی داغ شده اند به برج خنک کن این کار انتقال حرارت را انجام می دهند.

درون سیستم برج خنک کننده، آب خنک کننده خود گرم می شود و قبل از اینکه بتوان دوباره از آن استفاده کرد باید یا خنک شود یا با منبع تازه آب خنک جایگزین شود که قطعا روش دوم کمی هزینه بر و غیر منطقی است. به همین جهت از کولینگ تاور ها برای خنک کاری آب استفاده می شود. با این اوصاف متوجه شدیم که برج خنک کن یک دستگاه دفع گرما است که گرمای اتلاف را به داخل کشیده و از طریق جو با خنک کردن یک جریان آب گرم در برج عملیات خنک کاری را انجام می دهد. این نوع دفع حرارت "تبخیر" نامیده می شود زیرا اجازه می دهد بخش کوچکی از آب تبخیر شده و خنک شود که میزان کمی از آب به کمک یک جریان هوای متحرک تبخیر می‌شود و در نتیجه خنک کنندگی قابل توجهی برای برج فراهم می کند.

 در ادامه به اصطلاحات و تعاریف برج خنک کننده اشاره می کنیم که در انتخاب و یا زمان مشاوره می تواند به کمک شما آمده و باعث شود به درستی صحبت های کارشناس ناب زیست را متوجه شده و انتخاب صحیحی داشته باشید. البته خالی از لطف نیست که بگوییم این متخصصان با داشتن دانش و تجربه کافی، عمل مشاوره را انجام می دهند، به صورتی که اگر شما اطلاعات بسیار کمی در این زمینه هم داشته باشید، باز هم بهترین نوع برج را به شما پیشنهاد خواهند کرد که متناسب با نیازهای سیستم و مجموعه شما باشد.

اصطلاحات مفید در مورد کولینگ تاورها

1. BTU (واحد حرارتی بریتانیا) - BTU انرژی گرمایی مورد نیاز برای بالا بردن حرارت است.
2. محدوده خنک کننده - تفاوت دما بین آب گرم ورودی برج و آب سرد خروجی از برج محدوده خنک کنندگی است.
3. رویکرد - تفاوت بین دمای خروجی آب سرد برج و دمای بیرون به عنوان رویکرد شناخته می شود.

(بررسی رویکرد، دمای عملیاتی برج، مهمترین پارامتر در تعیین اندازه و قیمت برج است)

1. دریفت - قطرات آبی که با فشار هوای ایجاد شده توسط اگزاست فن از برج خنک کننده خارج می شوند.

این تلفات رانش شامل آب از دست رفته در اثر تبخیر نیست بلکه قطرات واقعی آب است که به شکل قطره از برج به هوای بیرون خارج می شوند. طراحی مناسب برج می تواند در به حداقل رساندن تلفات دریفت کمک شایانی کند. نرخ رانش معمولاً با استفاده از بافل کاهش می یابد. این دستگاهها حذف کننده های رانش نامیده می شوند، که هوا باید پس از خروج از آن عبور کند و قطراتی که احتمال از دست رفتنشان هست، توسط این دستگاه به دام بیوفتند.

1. بار حرارتی - مقدار گرمایی که باید از آب در حال گردش توسط کولینگ تاور حذف شود. بار حرارتی برابر است با نرخ گردش آب (گالن بر دقیقه) ضربدر سرد شدن بازه زمانی 500 و بر حسب BTU/hr بیان می شود. بار حرارتی نیز یک پارامتر مهم در تعیین اندازه و قیمت برج می باشد.
2. تن تبرید - یک تن خنک کننده تبخیری 15000BTU در ساعت است.

دمای حباب مرطوب (WBT) - کمترین دمایی که آب می تواند از نظر تئوری از طریق تبخیر به آن رسید. این دما در نقاط مختلف کشورمان بسیار متفاوت است و یکی از پارامتر مهم در انتخاب و طراحی برج است و باید توسط یک متخصص اندازه گیری شود.

1. Dry-Bulb Temperature - دمای هوای ورودی یا محیطی که در مجاورت برج خنک کننده است و با یک دماسنج اندازه گیری می شود.
2. فشار پمپاژ - فشار مورد نیاز برای پمپاژ آب از نقاط مختلف به برج و برعکس
3. آب پشتیبان - مقدار آب مورد نیاز برای جایگزینی تلفات طبیعی ناشی از تبخیر، رانش و سرریز.
4. Bleed off – بخشی از آب در گردش است که برای حفظ و یا جلوگیری از میزان زیاد جامدات محلول در آب استفاده می شود. در واقع هدف این بخش این است که میزان آب مورد نیاز برای کارکرد سیستم را مورد بررسی قرار داده و در صورت کمبود، آن را افزایش دهد تا با کاهش میزان آب، گرفتگی هایی در بخشهای مختلف ایجاد نشود.

پارامترهای مهم طراحی برج خنک کننده

• رابطه بین محدوده، جریان و بار حرارتی: با افزایش بار حرارتی، هم دامنه و هم جریان افزایش می یابد. با افزایش محدوده دو حالت ممکن وجود دارد:

1. مورد قابل قبول و اقتصادی: با افزایش دمای آب خنک کننده ورودی، دمای برج خنک کن خروجی را ثابت نگه دارید.
2. مورد غیر قابل قبول و غیراقتصادی: با کاهش دمای آب خنک کننده خروجی، دمای آب برج خنک کن ورودی را ثابت نگه دارید. این روش غیراقتصادی است زیرا رویکرد در حال کاهش است.

• رابطه بین رویکرد و WBT: ارزش طراحی WBT بر اساس موقعیت جغرافیایی پروژه تعیین می شود. ثابت نگه داشتن رویکرد و با تغییر WBT به صورت افزایشی خواهد بود و در نتیجه برج خنک کننده کوچکتر خواهد شد.

انواع برج خنک کننده

برج‌های خنک کننده به روشهای مختلفی دسته بندی می‌شوند. از لحاظ جنس بدنه (فلزی، بتنی، فایبرگلاس، چوبی، پلی اتیلن و...)، از لحاظ شکل ظاهری (مکعبی، مخروطی یا گردو هذلولی)، از لحاظ روش برخورد هوا با آب (جریان متقاطع یا کراس فلو و جریان مخالف یا کانترفلو)، از لحاظ بسته یا باز بودن سیکل چرخش آب درون کولینگ تاور (مدار باز، مداربسته و خشک).