Labs

Innovation through Inspiration 

برج خنک کن

برج خنک کن یک مبدل حرارتی است که در آن هوا و آب در تماس مستقیم با یکدیگر قرار می گیرند تا دمای آب را کاهش یابد. همانطور که این چرخه ادامه می یابد، حجم کمی از آب تبخیر می شود و دمای آب در حال گردش از طریق برج کاهش می یابد. آبی که توسط یک فرآیند صنعتی یا در یک کندانسور تهویه مطبوع گرم شده است، از طریق لوله ها به برج خنک کن پمپ می شود. آب از طریق نازل‌ها روی قسمتی ریخته می شود که جریان آب را از طریق برج خنک‌کننده کند می‌کند و تا آنجا که ممکن است سطح آب را برای حداکثر تماس هوا و آب در معرض دید قرار می‌دهد. هنگامی که آب از میان برج خنک کن جریان می یابد، در معرض هوا قرار می گیرد که توسط فن موتور الکتریکی از داخل برج کشیده می شود.

هنگامی که آب و هوا به هم می رسند، مقدار کمی آب تبخیر می شود و یک عمل خنک کننده ایجاد می کند. سپس آب سرد شده به کندانسور یا تجهیزات فرآیندی که گرما را جذب می کند، پمپ می شود. سپس دوباره به برج خنک کن پمپ می شود تا یک بار دیگر خنک شود.

قطعات اصلی برج خنک کن

فن: مکانیزمی جهت جابجایی اجباری هوا درون برج خنک کن می باشد. یا از نوع محوری (مکنده) است که در بالای برج قرار می گیرد و یا از نوع سانتریفیوژ (دمنده) که در جلوی برج تعبیه می شود.

نازل های آب پاش: نازل هایی نصب شده در کلکتور آب ورودی به برج، که جریان آب داغ واردشده را بر روی پکینگ ها توزیع می کنند. اتمیزه شدن آب توسط نازل ها، علاوه بر پراکندگی بهتر آن روی سطوح پکینگ، منجر به کاهش فشار آب شده که دمای تبخیر آن را پایین می آورد. ضمن آنکه با تبدیل شدن آب به قطرات متعدد، سطح تماس میان آب و هوا نیز افزایش می یابد.

پکینگ: عاملی است جهت افزایش سطح تماس میان آب و هوا که منجر به تشدید فرایند تبخیر می شود. به طوری که پس از پاشش آب توسط نازل ها، آب به صورت لایه های نازک در سطوح پکینگ، کاملاً پخش شده و این چنین در تماس با هوای بیشتری قرار می گیرد. علاوه بر این، بواسطه به تله افتادن آب درون پکینگ، زمان بیشتری برای تبخیر آن به وجود خواهد آمد.

پورت آب جبرانی: متصل به شناوری است که با پایین آمدن سطح آب درون تشتک برج (ناشی از تبخیر و تخلیه آب) آب جبرانی را تغذیه می کند. اساس کار شناور متصل به این پروت دقیقا مشابه شناور در کولرهای آبی است. زمانی که سطح آب داخل تشتک کاهش می یابد، شناور به سمت پایین حرکت می کند و آب بیشتری به داخل کولینگ تاور وارد می شود و بالعکس، زمانی که سطح آب داخل تشتک افزایش می یابد، شناور بر اساس قانون شناوری پاسکال، به سمت بالا حرکت می کند و مسیر آب ورودی به داخل تشتک را محدود تر می کند. در واقع وظیفه شناور و پورت آب جبرانی این است که سطح آب داخل تشتک برج خنک کن را در سطح بهینه ای حفظ کند.

پورت آب سر ریز: در صورت خرابی شناور و عمل نکردن آن هنگام پر شدن تشتک برج، از طریق این پورت، آب اضافی از تشتک سرریز می شود. چراکه در صورت تجمع بیش از حد برج و رسیدن سطح آب به پکینگ ها، عملکرد برج خنک کن دچار اختلال می شود.

پورت آب تخلیه: با توجه به ارتباط مستقیم آب با هوا و در نتیجه کثیف شدن آن، آب آلوده شده از طریق این پورت تخلیه شده و بوسیله پورت آب جبرانی، آب تمیز جایگزین می شود. پورت آب تخلیه همواره در پایین ترین قسمت از تشتک کولینگ تاور نصب می شود.

پورت آب داغ ورودی: محل ورود آب داغ به برج خنک کن می باشد. این آب داغ می تواند از خروجی کندانسور چیلر تراکمی آب خنک و یا خروجی کندانسور یک چیلر جذبی باشد که حامل گرمای جذب شده از داخل ساختمان هستند.

پورت آب سرد خروجی: محل خروج آب سرد از برج خنک کن می باشد، در واقع آب سرد شده مجددا در دستگاه یا سیستم مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرد.

نحوه انتخاب و خرید انواع برج خنک کن

به طور کلی برج خنک کن عمل خنک کردن آب در گردش کندانسور سیستم های تهویه مطبوع، فرآیندهای صنعتی، نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها و صنایع مختلف ( براساس روش انتقال حرارت توسط انتقال جرم ) را بر عهده دارد. در برج‌های خنک کننده، ریزش آب روی پکینگ‌ها یا المان‌های واسط (مانند تخته‌ها) باعث پخش شدن آب روی سطوح آنها و افزایش سطوح مرطوب و کاهش سرعت جریان عبور آب و ایجاد فرصت بیشتر برای تبادل حرارت کافی بین جریان آب ورودی به برج خنک کن و هوای عبوری از داخل برج خنک کن و نتیجتاً کاهش دمای آب در برج خنک کن می‌شود.

برای انتخاب ظرفیت مناسب برج‌های خنک کننده در نظر داشته باشید که حداکثر اختلاف دمای آب ورودی و خروجی از برج خنک کن (ΔT) همواره کمتر از اختلاف دمای آب ورودی و دمای مرطوب هوا (Wet Bulb Temperature) در محیط مورد نظر است. به عبارت دیگر حداقلِ دمای آب خروجی از برج خنک کن همیشه چند درجه بیشتر از دمای هوای مرطوب محل نصب برج خنک کن خواهد بود.

بطور مثال در شهر تهران که حداکثر دمای هوای مرطوب در تابستان حدود 23 درجه سانتیگراد است، حداقل دمای آب خروجی از برج خنک کن 26 درجه سیلیسیوس خواهد بود.

نکته دیگر اینکه حتی در بهترین شرایط و حتی در آب و هوای خشک نیز نباید از هر برج خنک کن انتظار کاهش دمای آب خروجی نسبت به آب ورودی بیشتر از 8 درجه سیلیسیوس را داشت. ضمناً اگر دمای آب خروجی فرآیندهای صنعتی، در کارخانه‌ای بالا باشد و بخواهید دمای آنرا با یک یا دو و یا حتی 3 دستگاه برج خنک کن مدار باز بصورت سری تا محدوده دمای 26 درجه در تهران کاهش دهید، توجه داشته باشید که دمای آب ورودی به برج اول نباید تا حدی بالا باشد که به پکینگ‌های برج خنک کن آسیب وارد گردد. بنابراین چنانچه از برج خنک کن مدار باز برای کاهش دمای آب فرآیندهای تولید استفاده می‌کنید، دمای آب ورودی به برج نباید از ℃55 بیشتر باشد!

و چنانچه دمای آب بیشتر از این بود باید ابتدا دمای آنرا با روش‌های دیگری مثل در معرض جریان وزش هوای محیط قرار دادن آب، کاهش دهید و سپس آنرا وارد برج خنک کن نمائید. همچنین، هرچه رطوبت نسبی هوای محل نصب برج خنک کن کمتر باشد، دمای هوای مرطوب محل کمتر و در نتیجه راندمان خنک کنندگی و کاهش دمای آب خروجی از برج، بیشتر خواهد بود.

  • istanbul house
  • Mar 15 2022
  • Attach files