نحوه کارکرد برج خنک کننده

نحوه کارکرد برج خنک‌ کننده (Cooling Tower) یا کولینگ تاور بر پایه کاهش دمای آب از طریق انتقال حرارت و تبخیر انجام می‌پذیرد و بخشی از آب گرم با تماس مستقیم یا غیرمستقیم با هوا تبخیر شده و با جذب گرمای نهان موجب کاهش چشمگیر دمای آب می‌گردد. اساس عملکرد برج خنک کننده بر پایه کاهش دمای آب از طریق تبخیر و تبادل حرارتی میان آب گرم و هوای محیط است. عمدتاً تمامی کولینگ ‌تاورها هدف مشترکی دارند. اما نوع تماس آب و هوا، سازوکار جریان هوا و شکل مدار گردشی آب سبب تفاوت در نحوه کارکرد انواع برج خنک کننده می‌شود. در این متن به طور کامل و مرحله ‌به‌ مرحله نحوه کارکرد برج خنک کننده، شاخص ‌های ارزیابی کارایی، دسته‌ بندی ‌ها و نکات مربوط به عملکرد صحیح آنها توضیح داده می‌شود.

برج خنک کننده چیست؟

برج خنک کننده دستگاهی برای خنک کردن آب گرمی که در یک فرآیند صنعتی یا گرمایشی تولید شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. آب در اثر عبور از تجهیزات مختلف دما و انرژی گرمایی بالایی به خود می‌گیرد. همچنین باید پیش از بازگشت دوباره به سیکل مصرف خنک گردد. عمل خنک‌ سازی با ایجاد ارتباط میان آب گرم و هوای خشک صورت می‌گیرد. بخش کوچکی از آب در این فرآیند تبخیر می‌شود. سپس همین تبخیر باعث گرفتن گرمای بیشتری از آب باقی ‌مانده و کاهش دما خواهد شد.

اصول فنی نحوه کارکرد برج خنک کننده

الف) مکانیزم تبادل حرارتی در برج خنک کننده

اصلی ‌ترین فرآیند در برج خنک‌ کن انتقال حرارت از آب گرم به هوای نسبتا خشک محیط است. این انتقال به سه روش انجام می‌گیرد.

• انتقال حرارت محسوس (کاهش دما با جابجایی هوا)
• انتقال حرارت نهان (تبخیر بخشی از آب)
• اختلاط هوای مرطوب و گرم با هوای خشک ورودی

زمانی که آب گرم بر روی ساختارهای داخلی برج خنک کننده می‌پاشد سطح تماس وسیعی ایجاد شده و قطرات آب با جریان هوا درگیر می‌شوند. این تماس منجر به تبخیر مقداری از آب می‌شود. انرژی لازم برای تبخیر از آب موجود گرفته می‌شود. نتیجتاً آب باقی مانده سردتر خواهد شد.

ب) وابستگی کارکرد برج خنک کننده به دمای حباب تر

کمترین دمایی که یک برج خنک کننده قادر به رساندن آب به آن است به دمای وت بالب یا دمای مرطوب هوا بستگی دارد. معمولاً دمای خروجی آب در بهترین شرایط ۳ تا ۵ درجه بیشتر از دمای مرطوب محیط خواهد بود. به عنوان مثال اگر در شهری دمای حباب تر ۱۷ درجه باشد حتی یک برج خنک‌ کن استاندارد نیز آب را بیشتر از حدود ۲۰ درجه خنک نخواهد کرد. همین موضوع نشان دهنده محدودیت‌های طبیعی کارکرد برج خنک کننده می‌باشد.

اجزای موثر در نحوه کارکرد برج خنک کننده

۱. فن یا پروانه

فن برج خنک‌ کننده به عنوان عامل اصلی جابجایی مکانیکی هوا نقش تعیین ‌کننده ‌ای در بهبود راندمان حرارتی دستگاه ایفا می‌کند. در کولینگ ‌تاورهایی که از سیستم ‌های جریان اجباری یا جریان القایی بهره می‌برند فن با دمیدن یا مکیدن حجم مشخصی از هوا نرخ تبادل انرژی را به حداکثر می‌رساند. در واقع پروانه با تسریع گردش هوا بین پکینگ ‌ها پتانسیل تبخیر را افزایش می‌دهد. حتی گرمای مازاد آب با سرعت بیشتری به اتمسفر منتقل می‌شود. انتخاب فن مناسب و تنظیم دقیق زاویه پره ‌های آن برای دستیابی به بیشترین میزان هوادهی با کمترین میزان مصرف انرژی و صدا بسیار حائز اهمیت است.

۲. پکینگ یا سطوح تبادل حرارت

پکینگ (Fill) یکی از مهم ‌ترین اجزای برج خنک‌ کننده به شمار می‌رود. نقش اصلی پکینگ افزایش سطح تماس بین آب و هواست. با عبور آب از بین لایه ‌های پکینگ آب به صورت گسترده پخش می‌شود. پس فرصت بیشتری برای تبادل حرارت با جریان هوا ایجاد می‌گردد. این فرآیند باعث افزایش راندمان خنک ‌سازی در برج خنک کننده می‌گردد. هرچه کیفیت پکینگ بالاتر و سطح تماس آن بیشتر باشد کارکرد برج خنک ‌کننده بهتر خواهد بود.

۳. سیستم توزیع آب

آب گرم باید به‌ شکل یکنواخت روی سطوح داخلی برج خنک‌ کننده بپاشد. بدین صورت تماس مؤثری با جریان هوا برقرار خواهد شد. این کار موجب افزایش سطح تبادل حرارت و بهبود فرآیند خنک ‌سازی می‌گردد. نازل‌ ها، اسپرینکلرها یا لوله ‌های توزیع وظیفه پخش یکنواخت آب در داخل برج خنک کننده را بر عهده دارند. کارکرد صحیح تجهیزات برج خنک کننده تأثیر زیادی در افزایش راندمان آن دارد.

۴. لوور یا دریچه ورود هوا

لوور یا دریچه ورود هوا وظیفه هدایت هوای محیط به داخل برج خنک‌ کننده را بر عهده دارد. لوور کولینگ تاور باعث ورود جریان هوا به‌ صورت یکنواخت به برج خنک کننده خواهد شد. پس شرایط مناسبی را برای تبادل حرارت فراهم می‌آورد. از پاشش و خروج قطرات آب به بیرون نیز جلوگیری خواهد کرد. در نتیجه استفاده از لوور مناسب به بهبود عملکرد برج خنک کننده و کاهش هدررفت آب کمک می‌نماید.

۵. قطره ‌گیرها

قطره‌ گیرها (Drift Eliminators) در مسیر هوای خروجی برج خنک کننده نصب می‌شوند. چون باید از خروج قطرات آب همراه با جریان هوا جلوگیری کنند. نبود قطره‌ گیرها منجر به هدررفت آب و کاهش بهره ‌وری سیستم خواهد شد. علاوه بر این عملکرد صحیح قطره‌ گیر مانع از ایجاد رطوبت نامطلوب و آسیب ‌های ناشی از خوردگی در تجهیزات محیط اطراف می‌گردد. در مجموع استفاده از قطره‌ گیر استاندارد برای مدیریت بهینه آب و حفظ سلامت محیط الزامیست.

بررسی نشانه‌ های عملکرد صحیح برج خنک ‌کننده

کارکرد صحیح کولینگ تاور با شاخص‌ های مشخصی سنجیده می‌شود. مهم ‌ترین آنها عبارتند از:

۱. اختلاف دمای ورودی و خروجی آب

اختلاف ۵ تا ۱۰ درجه سانتیگراد میان آب ورودی و خروجی نشان‌ دهنده عملکرد استاندارد برج خنک کننده است. اختلاف کمتر یعنی کاهش راندمان.

۲. نزدیکی دمای خروجی به دمای مرطوب محیط

دمای آب خروجی باید حدود ۳ تا ۵ درجه بالاتر از دمای وت بالب باشد. اگر تفاوت بیش از حد باشد پتانسیل کامل برج خنک کننده به کار گرفته نشده است.

۳. میزان نویز و لرزش دستگاه

سطح صدای یک برج خنک کننده استاندارد نباید در فاصله یک متری بیش از حدود ۸۰ دسیبل باشد. صدای غیرعادی نشانه خرابی فن، موتور یا تنظیم نبودن قطعات است.

۴. یکپارچگی و سلامت اجزا

گرفتگی پکینگ ‌ها، فرسودگی نازل ‌ها، نشتی آب و عدم تعادل فن راندمان خنک ‌سازی را به شدت کاهش می‌دهند.

نحوه عملکرد انواع برج های خنک کننده

دسته ‌بندی بر اساس روش ورود و خروج هوا

الف) برج های اتمسفریک (جریان طبیعی)

در برج های اتمسفریک حرکت هوا تنها از طریق اختلاف چگالی هوا و جریان طبیعی اتمسفر انجام می‌گیرد. برج های اتمسفریک مصرف انرژی ندارند اما راندمان آنها نسبت به انواع مجهز به فن کمتر است.

ب) برج های جریان اجباری (Forced Draft)

در برج ‌های جریان اجباری فن در قسمت ورودی قرار دارد و هوا را به داخل دستگاه می‌دمد. سرعت بالاتر هوا سبب افزایش تبادل گرما می‌گردد.

ج) برج های جریان القایی (Induced Draft)

فن یا پروانه در برج های جریان القایی در قسمت خروجی نصب شده است. هوا را از میان پکینگ ‌ها مکش می‌کند. این روش بسیار رایج بوده و راندمان بالاتری نسبت به سیستم جریان اجباری دارد.

مقایسه عملی عملکرد انواع کولینگ ‌تاورها

در مقایسه عملی عملکرد انواع کولینگ‌ تاورها تفاوت ‌هایی از نظر راندمان، مصرف انرژی و میزان سروصدا مشاهده می‌شود. از نظر راندمان حرارتی برج ‌های خنک ‌کننده کانترفلو بالاترین کارایی را ارائه می‌دهند. زیرا تماس مؤثرتری میان جریان آب و هوا برقرار می‌شود. برج ‌های کراس‌ فلو برای ظرفیت ‌های متوسط گزینه‌ ای مناسب و اقتصادی به شمار می‌روند. همچنین برج ‌های مدار بسته در محیط ‌هایی که مشکل رسوب، آلودگی یا تماس مستقیم آب با هوا وجود دارد عملکرد کارآمدتری دارند. از نظر مصرف انرژی برج ‌های با جریان طبیعی کمترین میزان مصرف انرژی را دارند. چون برای گردش هوا به فن نیاز ندارند. در میان برج‌ های مجهز به فن نیز سیستم ‌های جریان القایی بهتر عمل می‌کنند. از نظر میزان سروصدا برج ‌های کراس ‌فلو کم‌ صداترند. در حالی که برج‌ های کانترفلو با وجود توان و راندمان بالاتر صدای بیشتری دارند. اما سیستم‌ های اتمسفریک تقریباً بدون صدا کار می‌کنند.

برای حفظ عملکرد صحیح برج خنک ‌کننده رعایت چند نکته مهم ضروریست. یکی از مهم ‌ترین موارد کنترل کیفیت آب است. زیرا رسوب، خوردگی و رشد میکروبی به شدت راندمان سیستم را کاهش می‌دهند. پس استفاده از تجهیزات تصفیه مانند سختی ‌گیر، سیستم کلرزنی یا سامانه‌ های ضدعفونی UV توصیه می‌شود. انجام سرویس‌ های دوره ‌ای نقش مهمی در افزایش طول عمر تجهیزات دارد. سرویس ‌ها شامل شستشوی پکینگ ‌ها، بررسی وضعیت فن، پاکسازی نازل ‌ها و کنترل لرزش ‌های احتمالی سیستم است. تنظیم صحیح دبی یا جریان آب نیز اهمیت زیادی دارد.

تهیه برج خنک کننده از تهویه دماگستر

مجموعه تهویه دماگستر با ارائه انواع برج ‌های خنک ‌کننده در ظرفیت‌ ها و مدل ‌های مختلف امکان انتخاب متناسب با نیاز پروژه ‌های صنعتی، تهویه مطبوع و نیروگاهی را فراهم می‌آورد. در فرآیند خرید، عواملی مانند ظرفیت مورد نیاز، شرایط آب ‌و هوایی محل نصب، نوع کاربری و میزان مصرف انرژی مورد بررسی قرار می‌گیرد. استفاده از متریال باکیفیت، طراحی مهندسی ‌شده و ارائه خدمات مشاوره و پشتیبانی از مزایای مجموعه دماگستر است. برای کسب اطلاعات بیشتر به سایت دماگستر به نشانیhttps://dama-goostar.ir مراجعه فرمایید.