تاثیر جهت گردش هوا در عملکرد برج خنک کننده

یکی از تاثیرگذارترین پارامترها در عملکرد بهینه برج خنک کننده، نحوه ورود هوا به آب در حال گردش درون سیستم خنک کاری است. آب در برج خنک کننده در اثر تبادل گرمایی با هوا، خنک می شود، بنابراین تامین هوای خنک کافی برای برج های خنک کن در طراحی باید در نظر گرفته شود. تامین هوا در سیستم های خنک کننده به روش های مختلفی صورت می گیرد که هر کدام بسته به نوع کاربری برج خنک کننده و محل استفاده از آن بستگی دارد. جریان یا گردش هوا درون برج‌ های خنک کننده به دو صورت جریان مخالف و جریان متقاطع تامین می شود.

گردش هوا در برج خنک کننده مکعبی

برج خنک کننده جهت کاهش دمای آب می باشد. این کاهش دما حداقل تا 3 الی 4 درجه سانتی گراد بالای دمای مرطوب هر شهر می باشد. از نظر گردش هوا در برج خنک کننده و ریزش آب بر روی پکینگ ها بر دو نوع و می باشد. در مورد برج خنک کننده جریان مخالف که بر دو نوع برج مکعبی و مدور موجود می باشد، آب گرم در برج های مکعبی جریان مخالف توسط پمپ وارد لوله های پخش آب می شود و از آنجا توسط نازل بر روی پکینگ ها ریخته می شود.

گردش هوا در برج خنک کننده مدار بسته

هوا توسط فن و نیرو اجباری به صورت جریان مخالف با آب از پکینگ ها عبور کرده و دمای آب را خنک می کند و آب پس از جمع شدن در تشتک برج خنک کننده از طریق لوله برای مصرف و تبادل حرارت منتقل می شود. آب گرم در برج های مدور جریان مخالف ابتدا از طریق لوله به آب پخش کن وارد می شود و سپس توسط لوله های متصل به آب پخش کن در حالت چرخش، آب بر روی پکینگ ها به صورت جریان مخالف با هوا می ریزد و آب خنک می شود.

مقایسه LMTD برج خنک کننده جریان مخالف و جرریان متقاطع

در برج خنک کننده جریان متقاطع که معروف ترین آن برج های ساخته شده توسط شرکت ابارا ژاپن می باشد و آب توسط پمپ به بالای برج انتقال پیدا می کند و توسط سینی آب پخش کن، آب بر روی پکینگ ها ریزش می شود و هوا از اطراف به صورت جریان متقاطع با آب انتقال حرارت جریان می یابد و آب را خنک می کند.

در نتیجه جهت گردش هوا در برج خنک کننده به صورت جریان متقاطع و جریان مخالف با جریان آب می باشد. از نظر اینکه کدام برج خنک کننده دارای بازده بیشتری می باشد، می توان از روی LMTD هر نوع برج خنک کننده اختلاف بازده برج خنک کننده را مشخص کرد.

فرمول محاسبه LMTD جریان متقاطع یا Cross-Flow

فرض می کنیم یک برج خنک کننده دمای آب را از 35 به 29.4 درجه سانتی گراد دما را کاهش می دهد و از طرفی دمای مرطوب محیط از 24 درجه سانتی گراد به 27 درجه سانتی گراد انتقال می یابد. در این صورت LMTD هر برج خنک کننده جریان متقاطع برابر 5.65 و LMTD هر برج جریان مخالف برابر 6.62 می باشد.

مطابق با فرمول بالا باید سطح انتقال حرارت برای جریان متقاطع بیشتر باشد که اختلاف LMTD را خنثی کند. اختلاف LMTD حدودا برابر 17 درصد می باشد. پس باید سطح پکینگ جریان متقاطع حدود 17 درصد از پکینگ جریان مخالف بیشتر باشد که این در شرایطی است که هر دو برج خنک کننده دارای U یا ضریب انتقال حرارت یکسان باشد.

مطابق فرمول ذیل:

فرمول محاسبه ضریب انتقال حرارت

تفاوت های برج های خنک کننده جریان متقاطع و جریان مخالف

مقایسه جریان هوا در برج خنک کننده مدار بسته و مکعبی

به صورت کلی این نوع برج ها از نظر ورود هوا به داخلشان تفاوت های عمده ای را دارا هستند. برج خنک کننده ابارا وظیفه دفع گرمای حاصل از تجهیزات‌صنعتی گرمازا را به عهده دارد و از آنجا که خود نوعی مولد سرمایش تبخیری محسوب می‌شود سبب افزایش رطوبت محیط می‌گردد و درنتیجه با افزایش رطوبت هوا ظرفیت‌برودتی کولینگ تاور نیز کاهش می‌یابد.

برج های خنک کننده جریان مخالف نیاز به فضای کمتری دارند درحالی که برج های خنک کننده جریان متقاطع نیاز به فضای بیشتری دارند.برج های خنک کننده جریان مخالف به دلیل طراحی فشرده، دسترسی محدودی برای تعمیر و نگهداری دارند. برج های خنک کننده جریان متقاطع فضای مناسب جهت تعمیر و نگهداری دارند و درب بازدید نیز در برج خنک کننده دیده شده است.

توزیع آب در برج خنک‌کن مدل جریان مخالف به ‌وسیله لوله می باشد که بر روی لوله نازل در نظر گرفته می شود که نازل برج ها معمولا پس از چند فصل دچار گرفتگی می شوند.توزیع آب در برج های خنک کن مدل جریان متقاطع توسط سینی پخش آب می باشد که دیگر مشکلاتی از قبیل گرفتگی نازل را ندارند.

• عملکرد برج در ظرفیت های کم برج خنک کننده

جریان مخالف در بارهای زیر 70 درصد به مشکل دچار می شوند در حالی که برج های جریان متقاطع تا بارهای نزدیک به 30 درصد و بیشتر دارای عملکرد بدون تغییر می باشند.برج های جریان مخالف نیاز به کیفیت بالای آب می باشند و اگر آب برج کیفیت لازم را نداشته باشد باعث گرفتگی نازل و اختلال در عملکرد برج می شود.

برج های جریان متقاطع می توانند با کیفیت پایین تر آب و ذرات محلول بیشتر در آب کار کنند و مشکلی در عملکرد برج خنک کننده نداشته باشیم.برج های جریان مخالف نسبت به برج های جریان متقاطع نیاز به دبی هوای کمتری می باشند.

• فشار استاتیک و قدرت مورد نیاز فن

فشار استاتیک مورد نیاز فن برای برج های جریان مخالف بیشتر از جریان متقاطع می باشد در نتیجه نیاز به فن با الکتروموتور و فشار استاتیک تولیدی بالایی داریم و فن جریان مخالف می تواند با فن فشار استاتیک کمتری کار کند.مشکل ریزش آب در برج خنک کننده جریان مخالف وجود ندارد زیرا جریان آب کاملتر بسته شده و داخل حوضه است.

در اکثر برج های خنک کننده با جریان متقاطع، حوضچه پایین تر از بالای برج خنک کننده است، از این رو نشت آب مشکل رایجی است که این نوع برج خنک کننده با آن مواجه است.

از آنجایی که برج خنک کن مدل جریان مخالف از کنار بسته است، آب برج خنک کننده مستقیماً در معرض نور خورشید قرار نمی گیرد، بنابراین رشد جلبک ها حداقل است.به دلیل قرار گرفتن در معرض نور خورشید رشد جلبک در برج خنک کن مدل جریان متقاطع زیاد است.

وزن برج های جریان مخالف کمتر از وزن برج های خنک کننده جریان متقاطع می باشد.صدای تولید شده توسط برج خنک کننده جریان مخالف بیشتر از صدای تولید شده در برج های جریان متقاطع می باشد.

پکینگ های برج خنک کننده مدل جریان مخالف با پکینگ های هر برج خنک کن مدل جریان متقاطع متفاوت است. زیرا نحوه ورود هوا به داخل هر برج خنک کننده جریان مخالف و جریان متقاطع با یکدیگر متفاوت است.

در برج خنک کننده جریان مخالف از پکینگ های فیلم PVC همانطور که میدانید یکی از تاثیرگذارترین پارامترها در عملکرد بهینه ، نحوه تزریق هوا به آب در حال گردش درون سیستم خنک کاری است. آب با تبادل گرمایی با هواست که خنک می شود پس تامین هوای خنک کافی برای برجهای خنک کن در طراحی باید در نظر گرفته شود.

جریان یا گردش هوا درون برج‌های خنک کننده به دو صورت جریان مخالف و جریان متقاطع تامین می شود. بر این اساس این دستگاه ها به دو طبقه کلی تقسیم بندی می شوند:

جریان مخالف (COUNTER FLOW)

در این نوع برج خنک کننده  آب و هوا در جهت مخالف هم جریان دارند به این صورت که آب از بالا ریزش می کند و هوا از پایین از طریق دریچه های هوا (لوورها) وارد شده و در مسیر مخالف با آب به سمت بالا حرکت می کند.آب و هوا در مسیر مخالف هم تبادل گرمایی می کنند.

برجهای خنک کن مدل جریان مخالف از متریال مختلفی اعم از فایبرگلاس، بتن، فلز و ….ساخته می شود که هر کدام بسته به نیاز مشتری و ظرفیت کولینگ واتر انتخاب می شود.سیستم توزیع آب در برج خنک کننده جریان مخالف تحت فشار پمپ و از طریق نازل ها صورت می گیرد.

نازل وظیفه پراکنده کردن آب و توزیع آن بصورت قطره قطره بر روی سطوح خنک کننده یعنی پکینگ ها را بر عهده دارد.سطوح خنک کننده یا پکینگ ها در این نوع برج خنک کننده باید به شکلی باشد که هوا از آن به راحتی به سمت بالا حرکت کند و اخلالی در کارکرد فن ایجاد نکند.

در این نوع سیستم های خنک کاری پروانه معمولا در مرکز کولینگ تاور قرار می گیرد و به دلیل ساز و کار این نوع برج ها و حرکت خلاف جهت آب و هوا پرتاب آب یا همان (DRIFT) از دهانه بالای برج زیاد است.به همین دلیل حتما باید قطره گیر در بالای برج نصب شود.

قطره گیر یکی از اجزا برجهای خنک کن مدار باز یا تر است که هوا از درون آن عبور می کند ولی قطرات آب در آن به دام می افتد و از پاشش به بیرون دستگاه جلوگیری می نماید. برج خنک کننده در چیلر جذبی و تراکمی “کولینگ تاور” نام دارد.