برج خنک کننده چگونه آب را خنک می کند؟

انواع برج خنک کننده و مزایا و معایب آن

برج خنک کننده دستگاهی برای کاهش دمای آبگرم است. طرز کار برج خنک کننده بر اساس تماس مستقیم یا غیر مستقیم آبگرم و هوا و در نتیجه انتقال حرارت اضافه آب به هوای اتمسفر بنا نهاده شده است. برج خنک کننده یک نوع مبدل حرارتی است که در آن هوای اتمسفر و آبگرم در اثر تماس مستقیم یا غیر مستقیم با یکدیگر تبادل حرارتی انجام داده تا دمای آب کاهش یابد. در واقع دستگاه برج خنک کننده حرارت اضافه آب را گرفته و به هوای اتمسفر منتقل می کند. این دستگاه ها در اشکال و سایزهای مختلف از مدل های کوچک تا بسیار بزرگ با قابلیت حذف هزاران Btu انرژی گرمایی از آب ساخته می شوند که در ادامه انواع آنها را بیان و مزایا و معایب آنها را بررسی می کنیم.

انواع پر کاربرد برج های خنک کننده

۱ . نوع مدار باز

۲ . نوع مدار بسته

برج خنک کننده مدار باز

منظور از مدار باز این است که آبگرم و هوا تماس و برخورد مستقیم با هم دارند و در نتیجه قسمتی از آبگرم تبخیر شده و به همراه هوا از برج خنک کننده خارج می شود و بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب خواهیم داشت. همچنین از نوع مدار باز نمی توان در مناطق با آب و هوای مرطوب استفاده کرد زیرا وقتی رطوبت هوای محیط بالا باشد، راندمان دستگاه برای خنک کردن آبگرم شدیدا افت می کند.

۱ . پکینگ (Fill)

پکینگ که در شکل زیر نشان داده شده است از جمله مهمترین قطعات برج خنک کننده بوده که آبگرم از بالا بر روی آن ریخته می شود. پکینگ باعث به حداکثر رسیدن سطح تماس مستقیم آبگرم و هوا شده و باید متناسب با آلاینده های آب و محیط، انتخاب گردد که معمولا از فیلم هایی از جنس PVC ساخته می شود. بنابرین هدف از کاربرد پکینگ در برج این است که سطح تماس آبگرم و هوا به حداکثر خود برسد.

۲ . جدا کننده قطرات آب مخلوط شده با هوا یا همان قطره گیر (Drift Separators)

Drift Separator یا قطره گیر، بین پکینگ و مجموعه موتور فن قرار گرفته و تا حدودی از خروج ذرات آب مخلوط شده با هوا از بالای برج جلوگیری می کند.

۳ . فن، موتور الکتریکی، شفت منتقل کننده نیرو و گیربکس

موتور الکتریکی و فن در بالایی ترین قسمت برج نصب می شوند و فن با چرخش خود موجب مکش هوا از پایین به سمت بالای برج می شود.

۴ . لوله های توزیع آب و افشانک های پاشش آب

افشانک های پاشش آب که آبگرم را بر روی پکینگ از بالا به پایین تزریق می کنند تا آب به طور کامل با هوای مکیده شده توسط فن تماس پیدا کند.

 ۵ . لوورها یا دریچه های ورودی هوا از پایین برج

۶ . استراکچر یا بدنه اصلی آن

۷ . تشتک جمع آوری آب خنک شده در پایین برج

۸ . سوپاپ ها و سیستم های کنترلی، الکتریکی و …

طرز کار برج خنک کننده مدار باز

طرز کار برج خنک کننده تر (مدار باز) بدین شکل است که آبگرم با پمپ به سیستم توزیع آب موجود در بالای برج ارسال می گردد. آب توسط افشانک هایی (Nozzles) از قسمت بالا بر روی پکینگ تزریق می شود. همزمان با آن، هوا از طریق لوورهایی (ورودی های هوا) از قسمت پایین و کنار برج توسط فن به طرف بالا کشیده می شود و هوا با آبگرم تماس و برخورد مستقیم پیدا می کند.

در اثر این تماس، هوا گرمای آب را گرفته و در نتیجه آب سردتر در پایین برج جمع می گردد و از طریق دریچه ای از پایین دستگاه برج خنک کننده خارج می شود تا مجددا به دستگاه صنعتی یا تهویه (چیلر) مورد نظر رفته و عمل خنک کاری را در آن انجام دهد. همزمان با آن، هوا که گرم شده از قسمت بالایی برج خارج می شود. در ضمن در اثر برخورد آب با هوا، بخشی از آب بخار شده و به همراه هوا از بالای برج خارج می شود.

برج خنک کننده مدار بسته

منظور از مدار بسته این است که آبگرم و هوا تماس و برخورد مستقیم با هم ندارند و در نتیجه قسمتی از آبگرم تبخیر نشده و به همراه هوا از دستگاه خارج نمی شود و بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب نخواهیم داشت. در واقع آبگرم از درون یک سری لوله به نام کویل عبور کرده و هوا هم از سطح پیرامونی لوله ها و توسط فن دمیده می شود تا حرارت اضافه آبگرم از جداره لوله ها به هوا منتقل شود. از این نوع می توان در هر شرایط آب و هوایی استفاده نمود و همچنین به جای آبگرم می توان هر نوع گاز یا مایع داغ دیگری را از درون لوله ها عبور داد و آن را خنک نمود. نکته اینکه راندمان نوع مدار بسته نسبت به مدار باز کمتر بوده و قیمت آن نیز بالاتر است.

طرز کار برج خنک کننده مدار بسته

مطابق شکل زیر طرز کار برج خنک کننده خشک (مدار بسته) بدین شکل است که آبگرم یا هر گاز یا مایع داغ دیگری که قرار است خنک شود ، وارد ردیفی از لوله ها (کویل) شده و همزمان هوا توسط فن از سطوح پیرامونی کویل مکیده می شود تا حرارت را به خود جذب و به هوای اتمسفر منتقل کند. این دستگاه ها در اشکال مختلف V شکل (مطابق شکل زیر) ، افقی و عمودی ساخته می شوند.

شرکت دلتا کولینگ، طراح و سازنده انواع سیستم های خنک کننده از جمله دستگاه برج خنک کننده ، انواع مبدل های حرارتی ، درای کولر ، چیلر و غیره برای صنایع مختلف است. محصولات شرکت ما با کیفیت بالا و مطابق با استانداردهای روز طراحی و تولید شده و به طور مستقیم از کارخانه و با قیمت مناسب به فروش می رسند.

برج های خنک کن

در یک برج خنک کننده ، جریان آب گرم ضمن ورود به برج و ریزش بر روی سطوح تبخیر، طی تبادل حرارتی با هوا سرد شده و سپس از طریق مجرای خروجی، خارج میگردد.
فاکتورهای تعین ظرفیت برج خنک کننده :
• میزان آب در گردش Q
• دمای آب گرم ورودی به برج خنک کنHWT
• دمای آب خروجی برج خنک کنCWT
• دمای مرطوب WBT.

معرفی و طبقه بندی برج خنک کننده ها:

1- طبقه بندی برجهای خنک کننده از نظرچگونگی جریان آب مدار:

بطور کلی برجهای خنک کننده از نظر چگونگی جریان آب سیستم ، به دو نوع جریان باز و جریان بسته تقسیم بندی می شوند:
الف) برج های خنک کننده مدار باز (Open Circuit Cooling Tower )
در این برجها سیال مدار بر روی سطوح تبخیر رها شده و بار گرمایی خود را به هوای عبوری منتقل و خنک می شود و مجددا به مدار باز می گردد.

ب) برج های خنک کننده مدار بسته (Closed Circuit Cooling Tower )
در مناطقی که به علت عدم وجود آب کافی و جلو گیری از هدر رفتن آب از این سیستم استفاده می شود که در آن سیال گرم با عبور از لوله های کنار هم (کویل) با هوای کشیده شده از پایین برج برخورد کرده و کاهش دمای سیال از طریق تماس با هوای سرد با لوله انجام می شود و با تبخیر و گرفتن حرارت از کویل باعث کاهش دمای سیال داخل کویل می شود.

2- طبقه بندی برجهای خنک کننده از نظرچگونگی جریان هوا:

از نظر سیستم ایجاد جریان هوا ، برجها به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

الف) برجهای خنک کننده دمشی (Forced Draft Towers )
برج خنک کننده هایی هستند که در آنها یک یا چند فن در بخش ورودی هوا قرار گرفته و هوا را به داخل برج می دمند.
ب) برج خنک کن جریان متقاطع (Induced Draft Towers)
برج خنک کننده هایی هستند که تعداد یک یا چند فن در بخش خروجی هوا قرار گرفته و هوا را از داخل برج مکش کرده و به بیرون آن تخلیه می کنند.

3- طبقه بندی برجهای خنک کننده از نظرچگونگی تداخل آب و هوا:

در یک برج خنک کننده انتقال حرارت از طریق تماس آب با هوای عبوری ، در مجاورت یک واسطه ( Inter Face ) انجام می گردد. نوع تماس آب با هوا باعث شده است که برجهای خنک کننده به دو دسته تقسیم بندی شوند :

الف) برج های جریان مخالف ( Counter Flow Towers )
در این برج ، هوا از قسمت پائین وارد شده و به سمت بالا جریان می یابد و بصورت مخالف با آبی که از بالا در حال ریزش است برخورد می کند.

ب) برج های جریان متقاطع ( Cross Flow Tower )
در یک برج جریان متقاطع ، هوا بصورت افقی در برج جریان داشته و با آب گرم که بصورت عمودی در حال ریزش است تماس برقرار می کند.

4- طبقه بندی برجهای خنک کننده از نظر چگونگی توزیع:

سیستم توزیع آب در برج های خنک کننده به دو نوع تقسیم بندی می شوند :
الف) سیستم توزیع ثقلی
ب) سیستم توزیع تحت فشار یا اسپری ( پاششی )

الف) ویژیگی های توزیع ثقلی :
– تشکهای توزیع آب بصورت باز عمل می کنند.
– اوریفیس های بزرگ و نازل های با پوشش 360 درجه دارند.
– جهت توزیع مناسب باید سطح آب در حد کافی نگهداری شود.

ب) ویژگیهای سیستم توزیع تحت فشار یا اسپری ( پاششی ) :
– سیستم ، تحت فشار ، آب را توزیع می کند .
– اوررفیس های بزرگ و نازلهای با پوشش 360 درجه و 180 درجه دارد .
– دارای لوله اصلی و انشعابات فرعی جهت نازلها می باشد.
– معمولا فشار 2 psi در ورودی لوله اصلی وجود دارد.

5- طبقه بندی برجهای خنک کننده از جهت بکارگیری سطوح تبادل:

سطوح تبادل حرارتی، بعنوان یک واسطه جهت ایجاد بستری برای تبادل حرارت بین آب و هوا ، در فرصت زمانی مناسب ، بکار می روند و انواع مختلفی دارند :

الف) سطوح تبادل از جنس P.V.C یا مواد مصنوعی دیگر
ب) سطوح تبادل از جنس چوب و مواد خاص

6- طبقه بندی برجهای خنک کننده از جهت سیستم محرکه هوا:

در برج خنک کننده هایی که با جریان اجباری هوا کار می کنند، دو نوع فن جهت به حرکت در آوردن هوا مورد استفاده قرار می گیرد :

الف) فن آکسیال (محوری)
ب) فن سانتریفیوژ (گریز از مرکز)
الف) ویژگیهای فن آکسیال (محوری) :
– حدود 80% برجهای خنک کننده از این سیستم استفاده می کنند.
– حجم جریان هوای زیاد و فشار استاتیک کم ایجاد می کنند.
– بازدهی بالایی دارند.
– معمولا دربخش خروجی برج خنک کننده نصب می شوند.
– مصرف انرژی کمی دارند و الکتروموتورهای ضعیفتری بکار می گیرند.
– صدای بیشتری نسبت به نوع سانتریفیوژ دارند.

ب) ویژگیهای فن سانتریفیوژ (گریز ازمرکز)
– حجم جریان هوای زیاد وفشار استاتیک بالا ایجاد می کنند.
– مصرف انرژی بیشتری نسبت به فن محوری دارند.
– کارکرد کم صداتری نسبت به فن محوری دارند.

7- طبقه بندی برجهای خنک کننده از جهت مقایسه سیستم های محرک جریان هوا:

جهت خنک کردن 1500 GPM آب از 95 ˚F به 85 ˚F در هوای مرطوب 78 ˚F باید یکی از راههای زیر را انتخاب کرد :
– برج جریان مخالف : فن سانتریفیوژ – باتوان الکتروموتور معادل 60 hp
– برج جریان متقاطع : فن آکسیال – با توان الکتروموتور معادل 30 hp
مشاهده می شود که در برج خنک با فن آکسیال توان کمتری مصرف می شود.

 چگونگی کارکرد انواع برج های خنک کننده

1-مقایسه کارکرد انواع برج خنک کن بر اساس نوع جریان هوادهی

در این قیاس برجهای خنک کن به سه دسته اتمسفریک، جریان اجباری محوری و جریان القایی حلزونی تقسیم می شوند. برج های خنک کننده امروزه نسبت به نحوه چگونگی انجام کار خنک کاری آب توسط هوا به دسته بندی هوای اجباری و هوای طبیعی تقسیم می شوند.

در واقع اگر یک کولینگ تاور با جریان طبیعی هوای اتمسفر محیط آب را سرد کند به آن اتمسفریک می گویند. در صورت استفاده از فن یا پروانه در جریان انتقال سیال هوا به برج خنک کننده، جریان اجباری یا القایی اطلاق می شود. در تصویر زیر نحوه چگونگی عملکرد و طرز کار انواع کولینگ تاورهای مذکور نمایش داده شده است.

2-مقایسه کارکرد برج های خنک کننده بر اساس نوع زاویه جریان هوا

در این تمایز کولینگ تاورها با توجه به نوع نحوه برخورد هوا با آب به دو دسته کانترفلو و کراس فلو تقسیم میگردند. برجهای خنک کن کانترفلو که به آنها جریان مخالف نیز گفته می شود امروزه بیشترین کاربرد را در میان انواع این منبع برودتی پیدا کرده است. در این مدل هوای خشک و خنک از چهار طرف دستگاه از قسمت زیرین وارد شده و از پایین به سمت بالا (خلاف جهت ریزش آب) گذر می کند.

در برج های خنک کننده کراس فلو یا جریان متقاطع هم هوا تحت زاویه عمود بر آب ریزشی جریان می یابد. نتیجه هر دو عمل تماس آب داغ ریزشی با جریان هوای مکشی است ولی تفاوت در روش این کار موجب بروز یک سری مزایا و معایب در هر مدل گردیده است. در تصویر زیر علاوه بر دیدن نحوه کار برج خنک کننده می‌توانید مقایسه ای از عملکرد هر دو تیپ را مشاهده کنید.

3-مقایسه کارکرد انواع برج خنک کننده بر اساس نوع مدار گردشی آب

چنانچه قصد کنیم به طور خلاصه کولینگ تاورها را بر اساس طرز خنک کردن آب دسته بندی کنیم دو ساید مدار باز و مدار بسته را سریعاً می توان انتخاب کرد. برج های خنک کننده مدار بسته با تماس غیر مستقیم بین آب گرم با هوای خشک و سرد موجب کاهش دمای آب درون کویل می گردد.