برج خنک کننده | طراحی | انتخاب | فروش | نیل پالا

از نظر فن و چگونگی گردش اب نیز می توان از برج با فن گریز از مرکز، برج با فن جریان محوری، برج با گردش اب باز و بسته نام برد. برج های خنک کننده از نظر جنس و ساختار نیز در سه گروه عمده مکعب فلزی، ذوزنقه ای چوبی و فایبرگلاس دسته بندی می شوند.

انتخاب برج خنک کننده

انتخاب برج خنک کننده وابسته به تعیین چهار عامل زیر است :

۱- دبی ابی که باید سرد شود.

۲- دمای اب ورودی به برج خنک کننده

۳- دمای اب خروجی از برج خنک کننده

۴- دمای مرطوب هوای ورودی به برج خنک کننده

ارتباط چهار عامل فوق در روابط زیر شکل دیگری به خود می گیرد :

(دمای دامنه) = (دمای اب خروجی) –  (دمای اب ورودی)

(دمای نزدیکی) = (دمای مرطوب هوا) –  (دمای اب خروجی)

برج خنک کننده وظیفه خارج نمودن گرمای حاصل از چرخه سیستم سرمایش را به عهده دارد و از انجا که برج ها بر مبنای سیستم سرمایش تبخیری عمل می کنند، با افزایش دمای مرطوب، ظرفیت برج در خارج نمودن گرمای حاصل از چرخه سرمایش کاهش می یابد.

در حالت کلی ظرفیت برج خنک کننده بر اساس تن تبرید معدل  ۱۵۰۰۰btu/hr  در نظر گرفته می شود و

این مقدار شامل ۱۲۰۰۰btu/hr    (یک تن تبرید واقعی) ظرفیت اصلی دستگاه سرمایش و ۳۰۰۰btu/hr گرمای اضافی ناشی از چرخه فعال دستگاه سرمایش است.

در واقع ۱۵۰۰۰btu/hr  مقدار گرمایی است که باید توسط برج به خارج از سیستم هدایت شود.

این تنها بر اساس شرایط زیر قابل قبول است :

دبی = ۳ gpm (0.68 متر مکعب در ساعت)

دمای اب ورودی = ۹۵ در فارنهایت

دمای اب خروجی = ۸۵ درجه فارنهایت

دمای مرطوب هوا = ۷۸ درجه فارنهایت

GPM =  = 3 * 5000 = 15000 btu/hr

برای چیلر های تراکمی دبی ۳ gpm  قابل قبول است، اما در چیلر های جذبی دبی اب برج خنک کننده حداقل ۳.۶ gpm  در نظر گرفته می شود.

برای تعیین ظرفیت واقعی برج خنک کننده باید با در نظر داشتن دمای دامنه و دمای نزدیکی ضریب ظرفیت را از منحنی ها یا جداول ویژه استخراج و در ظرفیت نامی ضرب نمود .

نمونه ای از این جداول در ادامه مشاهده  می شود :

تعیین ضریب ظرفیت برج خنک کننده

دبی هوا در برج خنک کننده

هوای مورد نیاز برای برج خنک کننده تقریبا به ازای هر gpm بین ۹۰ تا ۱۰۰cfm در نظر گرفته می شود و چنانچه به ازای هر تن تبرید ظرفیت چیلر ۳ گالن بر دقیقه اب منظور شود، این مقدار هوا به ازای هر تن تبرید ۳۰۰ فوت مکعب در دقیقه خواهد بود.

بنابراین برای چیلر های جذبی که دبی اب برج خنک کننده برای ان ها بین ۳.۶ تا ۴.۵ گالن بر دقیقه به ازای  هر تن تبرید است، هوای مورد نیاز تغذیه برج را می توان به ازای هر تن تبرید ظرفیت چیلر در حدود ۳۶۰ تا ۴۰۰cfm  در نظر گرفت.

بازده برج خنک کننده

بازده برج از طریق رابطه زیر تعیین می شود :

۱۰۰  *      =  بازده

مقدار اب جبرانی برج خنک کننده

مقدار تبخیر اب برج خنک کن تقریبا ۲ گالن در ساعت به ازای هر تن تبرید در نظر گرفته می شود.

اب تخلیه شده از طریق زیر اب کشی نیز تقریبا ۲ گالن در ساعت به ازای هر تن تبرید منظور می شود. بنابراین مقدار اب جبرانی برج ۴ گالن در ساعت به ازای هر تن تبرید یا تقریبا ۲.۵ درصد اب در گردش براورد می شود.

برج خنک کننده وسیله ای برای سرد کردن آب است که از آب خنک شده آن به صورت مستقیم و غیر مستقیم برای انتقال حرارت استفاده می‌شود. در برج خنک کننده، قطرات آب که در برج خنک کننده جریان می‌یابند در اثر تماس با هوا به صورت جزیی تبخیر شده و باعث خنک شدن آب جریان یافته درون برج خنک کننده می‌شود. نمونه بسیار ساده از برج خنک کننده کولر آبی است. در کولر آبی، آب توسط خروجی‌ها روی پوشال‌های کولر جریان می یابد و هوا به صورت متقاطع به داخل کولر آبی مکش داده می‌شود که در نتیجه آن هوا در اثر برخورد با قطرات آب خنک شده و باعث خنک شدن فضای خانه می‌شود.

برج خنک کننده در واقع آب گرم شده که کندانسور را خنک می‌کند و آن را دوباره برای استفاده در کندانسور توسط پمپ سیرکولاتور به کندانسور برگشت می‌دهد. برجهای خنک کننده بسیار متنوع اند و در هر جایی که نیاز به خنک کردن باشد، از منازل مسکونی تا مجتمع‌های پتروشیمی کاربرد دارند. برج‌های خنک کننده معمولا در سه نوع جریان مستقیم و جریان متقاطع ساخته می‌شوند که در ادامه توضیح داده خواهد شد:

برج خنک کننده با جریان مخالف

در این نوع برج خنک کننده جریان آب توسط آب پاش از بالای برج خنک کننده به پایین سرازیر می‌شود. جریان هوا توسط فن از پایین مکیده شده و به سمت بالا حرکت می‌کند. با این کار روند تبخیر جزیی و در نتیجه آن سرد شدن آب سریع تر اتفاق می‌افتد. بعد از خنک شدن آب داخل برج خنک کننده، آب خنک شده داخل تشت هایی که در زیر برج خنک کننده تعبیه شده است جمع شده و به پشت پمپ سیرکولاتور هدایت می‌شود. پمپ سیرکولاتور، آب خنک شده را برای استفاده مجدد به کندانسور انتقال می‌دهد و این فرآیند به صورت چرخشی ادامه می‌یابد. از آنجا که طی این فرآیند مقداری آب تبخیر می‌شود، باید مقداری آب به فرآیند اضافه شود که اصطلاحا به آن آب جبرانی ( make up ) گفته می‌شود. آب داخل تشتهای زیر برج خنک کننده توسط یک شناور مانند شناور کولرهای آب کنترل می‌شود. معمولی این برج ها به صورت اختلاط مستقیم کار میکند. یعنی آبی که از بالا به پایین ریخته میشود و در تماس با هوای اطراف هست داخل کندانسور چیلر یا هر دستگاه دیگر وارد میشود. این برج‌ها بازده بسیار بالاتری نسبت به برج خنک کننده با جریان متقاطع را دارند.

برج خنک کننده با جریان متقاطع

در این نوع برج خنک کننده، آب از بالا به پایین ریخته می‌شود و هو به صورت افقی در برج خنک کننده جریان می‌یابد تا تبخیر جزیی باعث خنک شدن آب برج شود. در بقیه موارد، سیستم برج خنک کننده با جریان متقاطع شبیه برج با جریان مخالف است. اختلاف دمای آب ورودی و خروجی برج خنک کننده نزدیک به ۱۰ درجه فارنهایت یا حدودا ۶ درجه سانتی گراد در نظر گرفته می‌شود. معمولا برای اینکه این جریان را به وجود بیاورند، دراطراف برج خنک کننده محفظه‌های ورود هوا را در نظر می‌گیرند و در بالا فن گذاشته می‌شود وهوا از بغل وارد سیستم می‌شود. بیشتر برج‌های خنک کننده موجود در بازار از این نوع هستند.

برج خنک کننده با جریان موازی

در این نوع برج، جریان هوا و جهت حرکت آب با یکدیگر یکی است. مثلا زمانی را در نظر بگیرید که فن در پایین قرار دارد و هوا نیز از بالا به سمت پایین می‌آید. در اینحالت برج را با جریان موازی یا Parallel می‌نامند.

تقسیم بندی برج خنک کن از جهت نوع همرفت

 برج های خنک کن از نظر همرفت، به دو گروه جریان طبیعی یا اجباری تقسیم بندی کرد. در برج‌هایی که با جریان طبیعی کار می‌کنند معمولا جریان را به صورت جریان مخالف در نظر می‌گیرند و در نهایت با گرم شدن هوا و همرفت طبیعی، این نوع عمل انجام می‌گیرد. در نوعی که همرفت به صورت اجباری هست، از فن برای خنک کردن هوا استفاده می‌شود که با بالاتر رفتن دبی، بازده برج نیز بالا میرود.

انتخاب برج خنک کننده

بعد از اینکه نوع برج را انتخاب کردیم، که به چه صورت باشد، با توجه به کاتالوگ شرکت سازنده باید به انتخاب برج خنک کننده پرداخت. برای انخاب برج خنک کننده، ۴ عامل بسیار تاثیر دارد.

دبی آبی که باید سرد شود

دمای آب ورودی به برج خنک کننده

دمای آب خروجی از برج خنک کننده

دمای مرطوب هوای ورودی به برج خنک کننده (که از اطلاعات هواشناسی به دست می‌آید.)

ارتباط این ۴ عامل به صورت پارامترهای مختلفی درمی آید که به آن می پردازیم

دمای دامنه

ابتدا باید دمای دامنه را به دست آورد. دمای دامنه برابر با دمای آب ورودی منهای آب دمای آب خروجی است.

T(Range)=T_in -  T_out

دمای نزدیکی

دمای نزدیکی برابر است با دمای آب خروجی منهای دمای حباب تر هوای موجود در محیط است.

 T(Approach) = T_out - T_WB

استفاده از اب جهت حذف گرمای اضافی سیستم ها، متداول ترین روش خنک کردن است. در این حالت دمای اب افزایش می یابد. جهت تامین اب سرد مجدد، از برج های خنک کننده که در انها خنک سازی اب توسط هوا صورت می گیرد، استفاده می کنند. در این راستا، هوا با جذب انرژی گرمایی اب و نیز تبخیر بخشی از ان، دمای اب را کاهش می دهد.

برج های خنک کننده در نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی و مجتمع های اپارتمانی بزرگ بسیار کاربرد دارند.

ساختمان و عملکرد برج خنک کننده را می توان به شرح زیر توضیح داد:

اب گرم خروجی از مبدل حرارتی، توسط توزیع کننده هایی از بالای برج، روی صفحات چوبی (یا پلیمری) پخش می شود و به سمت پایین حرکت می کند. هوای محیط به وسیله دمنده هایی به داخل برج فرستاده می شود که در جهت مخالف با اب، به سمت بالا حرکت می کند. در اثر تبادل حرارت بین دو سیال اب وهوا، هوای گرم و مرطوب از بالا و اب سرد از پایین برج خارج می شود و در حوضچه مخصوصی جمع اوری می گردد. اب سرد توسط یک پمپ، بعد از لجن گیری، به مبدل حرارتی بر می گردد و این حلقه تکرار می شود.

چرا از صفحات چوبی استفاده می شود؟ و چرا امروزه به جای انها، صفحات پلیمری را به کار می برند؟

صفحات چوبی به دلیل داشتن ضریب انتقال حرارت پایین، مورد استفاده قرار می گیرند ولی عیب بزرگ انها، پوسیدگی در مجاورت اب است. به همین جهت امروزه از صفحاتی با جنس پی وی سی یا پلی پروپیلن استفاده می کنند. تفاوت های برج های خنک کننده و مبدل های حرارتی در این است که :

• مبدل های حرارتی محدودیتی در استفاده از سیالات ندارند. در حالی که برج های خنک کننده فقط از دو سیال اب و هوا استفاده می کنند.
• این دو دستگاه از نظر فرایند انقال حرارت با هم تفاوت دارند، به این صورت که در برج های خنک کننده بر خلاف مبدل های حرارتی، دو سیال در تماس مستقیم با یکدیگر، تبادل حرارت می کنند.
• روش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی به دلیل حرکت و سرعت جابه جایی است، در حالی که در برج های خنک کننده، علاوه بر این روش ، تبخیر نیز بسیار موثر است.