برج خنک کننده مدار بسته

برج های خنک کن یا کولینگ تاور در اصل وسایل خنک کردن آب می باشند و وسیله ای می باشد که گرمای تولید شده توسط کندانسور را به محیط آزاد منتقل میکند. آبگرم خروجی از کندانسور به بالای خنک کن میشود و از آنجا به تشتک برج میریزد. آب گرم شده برای خنک شدن به برج خنک کن بازمیگردد. آب در برج به گردش در میآید و از بالای برج بطرف پایین ریخته میشود. این آب در حین سقوط از درون پوشش های داخلی به برج با هوا برخورد کرده و گرمای خود را به هوا می دهد. الان ممکن است سوال کنید که برج خنک کننده مدار بسته که نام مقاله را به خود اختصاص داده است چیست؟ پاسخ شما در ادامه مطلب است که با خواندن آن به خوبی متوجه خواهید شد.

برج خنک کننده

برج های خنک کننده سیستم توزیع و پخش آب گرم دارند که آب را به صورت یکنواخت روی شبکه مشبک نزدیک به هم می‌پاشد. این شبکه ها آکنه یا پرکننده نامیده می شود. آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج را با هوایی که از میان آن حرکت میکنند کاملا مخلوط کرده به طوری که آب به صورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود می ریزد. هرچند در این برج ها مقداری انتقال حرارت محسوس از آب به هوا وجود دارد ولی تقریباً اثر خنک کنندگی تماماً از تبخیر قسمتی از آب اسپری شونده در برج حاصل می‌شود.

بخار حاصل از فرایند تبخیر در برج توسط جریان هوایی که یک دمنده ایجاد می کند از برج خنک کن خارج می‌شود.با توجه به اینکه دما رطوبت هوای ازبرج افزایش می یابد بدیهی است که میزان تأثیر برج خنک کن تا حد زیادی به درجه حرارت مربوط به هوای ورودی بستگی دارد با کاهش آن افزایش می‌یابد، همچنین برج خنک کننده مدار بسته نیز فعالیت مشابهی دارد و فقط در عملکرد ریزتز تفاوت اساسی با این مجموعه دارد.

عواملی عملکرد برج خنک کن را تحت تاثیر قرار می دهند عبارتند از:

• سطح و زمان تماس آب و هوا
• سرعت هوای عبوری از برج
• جهت جریان هوا نسبت به سطح تماس آب(همسو و غیر همسو)
• سطح تماس آب با هوا شامل:
• سطح آب در تشتک برج
• کلیه سطوح خیس شده در برج
• سطح کل قطرات آب پاشیده شده در برج می شود

از نظر تئوری پایین ترین دمای قابل حصول برای آب در برج خنک کن دمای مربوط به هوای ورودی می باشد که در آن شرایط هوای خروجی از بخار آب اشباع خواهد بود ولی اغلب دمای آب خروجی از برج 4تا5.5 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب هوای ورودی میباشد. بنابراین هوای خروجی از برج انبار مقداری از حالت اشباع پایین تر خواهد بود.

برج خنک کننده از لحاظ نحوه خنک کاری به دو حالت کلی تقسیم می گردند:

1- برج خنک کن مرطوب : در این نوع برج خنک کن آب توسط کانال ها و نازل ها پاشیده میشود و پس از برخورد با هوای ورودی و خنک شدن دوباره به مدار بر می گردد. در این حالت به دلیل تبخیرآب در گردش، مصرف آب نسبتا بالا خواهد بود. (به دلیل جبران آب تبخیر شده)

 2- برج خنک کن خشک : در مناطقی که بعلت عدم وجود آب کافی باید از اتلاف آب و تبخیر بیشتر جلوگیری نمود از برج های خنک کن خشک (هِلِر) استفاده می شود. این نوع برج های خنک کن دارای رادیاتورهایی در قسمت ورودی می باشند که با جریان هوای عبوری، آب داخل آن خنک می شود. این حالت باعث می شود سیال خنک شونده (آب) با هوا در ارتباط نباشد و مصرف آب در اثر تبخیر در حد صفر باقی بماند. در سیستم هلر آب تماما در درون رادیاتورهایی که درمعرض عبورهوای آزاد قرار دارند خنک می شود.

توجه داشته باشید که برج خنک کننده مدار بسته  به این موارد رابطه مستقیم ندارد بلکه منظور از نحوه عملکرد آن است.

برج خنک کن از نظر مدار بسته یا باز به دو دسته زیر تقسیم میشود:

 1-برج مدار باز: به برجهایی گفته میشود که دمای آب در تماس مستقیم با هوا کاهش مییابد. در اینگونه کولینگ تاورها، آب خنک کننده کندانسورها به طور مستقیم با هوای جو در تماس قرار میگیرد و بخشی از آن تبخیر می شود.

 2-برج مدار بسته: در سیستم برج خنک کننده مدار بسته (غیر مستقیم) آب داخل لوله های مبدل حرارتی با هوای محیط و آب پاشیده شده روی لوله ها تبادل حرارت انجام میدهد و دمای آن کاهش می یابد.

توجه: برج خنک کننده مدار بسته یعنی آب تماس مستقیم با هوای بیرون ندارد

 مشکلات برج خنک کن ها

 خوردگی قطعات داخلی برج و همچنین تشکیل رسوب در قسمت های مختلف برج عمده ترین مشکلات به وجود آمده برای یک برج خنک کن هستند. علی رغم عملکرد بسیار ساده این نوع برجه ای خنک کن، به علت ارتفاع و حجم بسیار بزرگی که دارند هزینه های ساخت و سرمایه گذاری اولیه آنها بسیار بالا می باشد. همچنین بیشتر برج های خنک کننده در برخورد مستقیم با هوا و نور خورشید می باشند که محیطی مناسب برای رشد باکتری ها و میکروارگانیسم ها بشمار می آید. از این رو برجه ای خنک کن با جنس کامپوزیت علاوه بر رفع مشکلات خوردگی به دلیل مقاومت مطلوب در مقابل هوای محیط و شرایط جوی و همچنین خصوصیات آنتی باکتریال پیشنهاد شرکت صدرآب جهت استفاده در مصارف صنعتی و ... می باشد.

در نتیجه گیری ساده برج خنک‌کننده دستگاهی است که برای خنک‌سازی آب موجود در سیستم‌های تهویه مطبوع و دیگر سیستم‌های خنک کننده، از آن استفاده می شود. برج خنک‌کننده یکی از سیستم‌های پرکاربرد است که نسبت به سیستم‌های دیگر کم هزینه‌تر بوده و با آب کار می‌کند. به طور کلی، برج‌های خنک کننده برای خارج کردن حرارت محیط‌هایی مثل کارخانجات، پالایشگاه‌ها، ادارات سازمانی، آپارتمان‌های بزرگ، و برج‌ها استفاده می‌شود. همچنین، دمای تجهیزات موجود در نیروگاه‌ها، سازمان‌ها، کارخانجات، واحدهای صنعتی، و غیره را نیز می‌توان با کمک برج خنک‌کننده پایین آورد. آبی که گرم شده نیز دوباره به چرخه خنک‌سازی باز می‌گردد تا با تکرار این فرآیند، تمام تجهیزات داخل این فضاها همیشه خنک بماند.

اجزای تشکیل دهنده برج خنک کننده

اجزای تشکیل دهنده برج خنک‌کننده عبارت‌اند از بدنه، فن، پکینگ، تشک، الکتروموتور، اسپرینکلر، گریل، لوور، نازل، و فلوتر قطع کن. در ادامه به اختصار به بررسی برخی از این اجزاء و قطعات می‌پردازیم.

• بدنه برج خنک کننده مدار بسته

بدنه برج خنک کننده در جنس‌های مختلفی موجود است؛ از قبیل بتن، گالوانیزه، فایبرگلاس و غیره. به دلیل اینکه فایبرگلاس در برابر نور خورشید مقاوم بوده و استحکام بالایی نیز دارد، بدنه این دستگاه به صورت گسترده و با ابعاد مختلف از جنس فایبرگلاس ساخته می‌شود.

• فن برج خنک کننده

برج خنک‌کننده با استفاده از قسمت مهمی به نام «فن» می‌تواند کار خود را انجام دهد. این فن موجب به جریان درآمدن هوا می‌شود. در واقع، حرکت هوا به دو صورت انجام می‌شود؛ حرکت طبیعی و حرکت اجباری. در حرکت طبیعی به دلیل اختلاف دما، هوا از پایین به بالا حرکت می‌کند. ولی در حرکت اجباری، هوا توسط فن به بالا مکیده می‌شود . فن نیروی مورد نیاز خود برای به حرکت درآمدن را از الکتروموتور می‌گیرد.

• پکینگ برج خنک کننده

پکینگ بخش مهم دیگر برج خنک کننده است. پکینگ باعث می‌شود هوا بیشتر با آب تماس داشته باشد؛ به این ترتیب که سرعت هوا را در حین برقراری با آب کم می‌کند.

• حوضچه برج خنک کننده

با کم شدن دمای آب، آب سرد شده در مکانی به نام حوضچه قرار می‌گیرد. بعد از قرارگیری در حوضچه، دوباره آب برای پمپاژ منتظر می‌شود.

• تیغه قطره‌گیر

از آنجایی که جریان هوا در برج خنک کننده مدار بسته زیاد است، زمانی که آب از پکینگ‌ها عبور می‌کند ممکن است سرعت بالایی داشته باشد و مقداری از آب خارج شود. به همین منظور، برای جلوگیری از  هدر رفتن آب، تیغه‌های قطره‌گیر در اطراف برج قرار داده می‌شوند تا جلوی خروج آب را بگیرند.

• لوور

کیفیت هوای ورودی به برج خنک کننده، به قسمت مهمی از برج به نام لوور یا کرکره ورودی هوا بستگی دارد. این لوورها دارای انواع مختلف با میزان هوادهی متفاوت هستند. دبی هوا یا همان میزان ورود هوا به داخل برج خنک کننده به دو عامل بستگی دارد. عامل اول این است که هوای ورودی با چه سرعتی وارد برج خنک کننده می‌شود. معمولا این سرعت چیزی معادل 5 الی 10 متر بر ثانیه است. عامل دیگر، مساحتی است که در قسمت لوور وجود دارد و هوا را به داخل می‌کشد. با ضرب این دو عامل با یکدیگر، دبی هوای ورودی به دست می‌آید. وظیفه لوور جلوگیری از پاشیدن آب و هدر رفتن آن است.

• سطوح خنک کننده

سطوح تبادل برج خنک کننده از دیگر بخش‌های مهم برج است. میزان کاهش حرارت و انتقال حرارت، رابطه مستقیم با افزایش تعداد سطوح تبادلات دارد. اوایل که برج خنک کننده ساخته شد، جنس سطوح تبادل از چوب، پوشال، سفال یا بلوکه های بتنی بود. اما امروزه با پیشرفت علم، از سطوحی استفاده می‌شود که به راحتی خنک شوند؛ مانند سرامیک، پی‌وی‌سی، و پلی اتیلن.

• سیستم توزیع آب

لوله‌کشی، رایزرها، اتصالات، پمپ، پخش کننده آب و نازل‌های توزیع آب از اجزای سیستم توزیع آب در برج‌های خنک کننده می‌باشند. این سیستم‌ها باید طوری طراحی شوند که افت فشار، انتقال حرارت، و مشکلاتی ناشی از یخ زدگی آب را به‌طور کامل مد نظر قرار دهند.

نکته: دمای مطلوب هوای ورودی برج هر چه کمتر باشد و راندمان برج افزایش می یابد بنابراین در مناطق مرطوب کندانسور آبی مقرون به صرفه نیست و از کندانسور هوایی استفاده می‌شود.

1-      فن یا پنکه

تنها کار مهم خنک سازی را انجام میدهند و در دو نوع فن محوری و سانتریفیوژ هستند.

2-      پکینگ ها

جهت ایجاد افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کننده مدار بسته از پکینگ ها استفاده می شود.المان های انتقال حرارت یا پکینگ جایی است که آب دوزی شده توسط بازوهای توزیع آب و هوای مکیده شده از هواکش ها که در تقاطع با یکدیگر موجب انتقال حرارت شده و مقداری از آب تبخیر می شود.

افزایش میزان تبخیر باعث افزایش ظرفیت برج خنک کننده می‌شود. این المان‌ها سبب میشوند که آب در یک لایه نازک با حداکثر سطح جریان داشته باشد که این امر به افزایش میزان انتقال حرارت کمک می‌کند. در صورتی که جریان آب به صورت مناسب عمل کند استفاده از آب نرم درmakeup waterاین المان ها برای مدت ۱۰ تا ۱۵ سال ماندگاری دارند.

همه پیچ و مهره ها و واشر های استفاده در برج از جنس گالوانیزه گرم و یا از استنلس استیل و سایر تکیه گاه های فلزی دستگاه ها از جنس آهن گالوانیزه گرم و یا از استنلس استیل با ضخامت ۸۳ میکرون ساخته می‌شود.پارکینگ ها به صورت شبکه‌ای بوده و در دو نوع غشایی واسپلاش در برج خنک کن ها استفاده می شوند.

3-      حوضچه مخزن برج خنک کننده

در قسمت زیرین برج خنک کن قرار دارد که آب عبوری از المان‌های انتقال حرارت در آنجا جمع می‌شود و به وسیله فلنج ها و لوله های ارتباطی که به لوله کشی خارجی متصل است آب خنک شده را به سیستم انتقال می‌دهد.

4-      قطره گیر ها

تیغه های قطره ای برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آنها به محیط بیرون از برج خنک کن مدار بسته به کار میروند. آب گرم ورودی به وسیله لوله هایی که از جنس pvc مرغوب و فشار قوی هستند ،به مرکز برج انتقال یافته و به وسیله قطعه آبگردان که از جنس abs و یا آلیاژهای آلومینیوم برج و یا برنز ساخته شده ، تقسیم می شود و از طریق بازوها که از جنس پی وی سی هستند ، با زاویه مناسب بر روی سطح المان‌های انتقال حرارت می ریزد بعداز گذشتن از آنها به انجام فرایند خنک کاری در حوضچه جمع‌آوری می‌شوند.

المان های قطره گیر وظیفه مهار کردن قطرات آب مکش شده توسط نیروی محرکه و بازگشت آن به چرخه خنک کاری را دارند.

5-      جنس ساختاری بدنه

برج خنک کننده مدار بسته بیشتر مواقع از سه جنس فلز ، بتن ، فایبرگلاس ساخته می شود.