آشنایی با عملکرد برج خنک کن

کولینگ تاور چیست ؟

آب خنک کاری(کولینگ واتر) پس از چرخش در داخل دستگاه ها و ماشین آلات، انرژی حرارتی را از آنها می گیرد و دمایش زیاد می شود. برای خنک کردن آب پروسس، معمولا از برج خنک کن استفاده می کنیم.

به علت حساسیت دستگاهها و خطوط تولید به دمای زیاد، اگر برج خنک کننده بی کیفیت بوده و یا راندمان عملکرد پایینی داشته باشد، ممکن است کل خط تولید یک کارخانه متوقف گردد.

اهمیت Cooling tower در کارخانه ها

با توجه به توضیح بالا، می توانیم بگوییم:

کولینگ تاور قلب سیستم خنک کاری کارخانه است. بنابراین انتخاب و خرید یک برج خنک کن صنعتی باکیفیت و استاندارد، اهمیت خاصی دارد.

برخی از مدیران فنی و مالکین کارخانه ها، تصور می کنند خریدن Cooling tower ارزان، باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود. اما واقعیت این است که خرید ارزان، معمولا هزینه و زمان تعمیرات را بالا می برد. به همین خاطر است که برج ارزان و بی کیفیت باعث دردسر همیشگی پرسنل تعمیرات و نگهداری خواهد شد. همچنین مقدار تولید مجموعه را هم کم می کند. این مساله در بازار رقابتی این روزها، مثل دور ریختن بخش زیادی از حاشیه سود است.

RMS Cooling tower Iran

بخاطر طولانی بودن این مقاله و راحتی دسترسی شما خوانندگان عزیز به بخش مورد نظر، در ابتدا فهرستی از تیترهای این مطلب قرار می دهیم. شما با کلیک بر روی هر عنوان، به بخش مورد نظر منتقل می شوید.

آشنایی با کولینگ تاور

انواع برج خنک کن

طرز کار برج خنک کننده

مفهوم تبخیر سطحی

وت بالب یعنی چه؟

رنج در ایرکولر و برج خنک کن به چه معنی است؟

مفهوم اپروچ

مقدار آب مصرفی کولینگ تاور

سیکل تغلیظ چطور تعریف می شود؟

ظرفیت برج خنک کننده به چه عواملی بستگی دارد؟

آشنایی با Cooling tower

کولینگ تاور، دستگاهی است که دمای سیال یا آب را، با استفاده از تبخیر سطحی کاهش می دهد. کاهش دما بر مبنای تبخیر سطحی نسبت به استفاده از چیلر یا ایر-کولر، راندمان مناسبتر، کم هزینه تر و ساده تر است. به همین خاطر از برج خنک کننده در صنایع مختلف به صورت گسترده ای استفاده می شود.

مقایسه برج خنک کننده جریان مخالف با جریان متقاطع

طبقه بندی انواع برج خنک کن

برج خنک کننده انواع مختلفی دارد که پر مصرف ترین آنها، کولینگ فایبرگلاس پکیج است. این نوع از Cooling tower در کارخانه شرکت سازنده و به صورت کامل تولید می شوند. دستگاه پکیج نیاز به ستون جداگانه و بدنه بتونی یا کامپوزیت و فایبر مونتاژ در محل ندارند. مناسب ترین نوع برج پکیچ، کولینگ تاور مکعب شکل کانترفلو(جریان مخالف) نامیده می شود. البته در زمان خرید، باید حتما به کیفیت محصول و داشتن استاندارد از طرف تولید کننده توجه داشته باشید. فراموش نکنید که برج خنک کن بطری شکل، از نظر کیفیت و عملکرد سطح بسیار پایینی دارد و به خاطر ایرادها و مشکلات تعمیر نگهداری، انتخاب خطرناکی است.

نمودار درختی طبقه بندی انواع کولینگ تاور صنعتی

روش کارکردن کولینگ تاور

در ابتدای این مطلب گفتیم که کارکرد برج خنک کننده بر اساس تبخیر سطحی آب است. پس برای اینکه متوجه شویم برج خنک کن چیست و چطور کار می کند، می خواهیم در مورد کلمات کلیدی مرتبط با Cooling tower توضیح دهیم. در این بخش مفهوم تبخیر سطحی که از مبانی انتقال حرارت در برج خنک کن است، را بررسی می کنیم.

شماتیک روش کارکردن برج خنک کننده

تبخیر سطحی چیست؟

تبخیر سطحی فرآیندی است که در آن، مایع مورد نظر به حالت بخار در می آید و گرمای نهان تبخیر را از محیط جذب می کند. هر مایعی در هر دمایی دچار تبخیر سطحی می شود. به عنوان مثال هنگامی که از استخر بیرون می آیید، با وجود اینکه دمای قطرات آب روی پوست شما به دمای تبخیر آب نرسیده، به دلیل تبخیر سطحی احساس سرما می کنید. شدت تبخیر سطحی به سرعت جریان هوا یا باد نیز بستگی دارد. به همین دلیل وقتی که از استخر خارج شدید، اگر باد شدیدی بوزد، احساس سرمای بیشتری می کنید.

تفاوت تبخیر سطحی و تبخیر عادی،Evaporation VS Vaporizatio

به صورت خلاصه می توان گفت تبخیر سطحی در هر دمایی اتفاق میافتد ولی تبخیر بر اثر جوش آمدن، نیازمند رسیدن مایع به دمای جوش می باشد.

نمودارتبخیر، میعان و انجماد آب

گرمای مورد نیاز برای تبخیر(Q) با جرم جسم (m)رابطه مستقیم دارد. برای تبدیل تناسب به تساوی به یک ضریب نیاز داریم که در اینجا به نوع مایع ارتباط داشته و با LV نشان داده می‏شود. بنابراین داریم:

QV=m*LV

به ضریب LV گرمای نهان تبخیر می گویند.

در ادامه می خواهیم با مفهوم دمای حباب مرطوب آشنا شویم.

دمای حباب مرطوبWet bulb temperature،

در مباحث مربوط به تهویه، دمای خشک محیط دمایی است که به وسیله دماسنجی که در فضای باز و محلی دور از تابش مستقیم آفتاب قرار گرفته باشد، مشخص شود. اگر دمای محیط ثابت باشد، با بالا رفتن رطوبت نسبی، دمای مرطوب نیز بیشتر می گردد. به عنوان مثال امکان دارد دمای شهر کرمان با بندر عباس در برخی از مواقع سال یکسان باشد، اما به خاطر بالا بودن رطوبت نسبی، دمای مرطوب در بندر عباس همیشه بالاتر است. به همین دلیل در شهرهای جنوبی و شمالی ایران که رطوبت نسبی بالایی دارند از کولر آبی برای سرمایش استفاده نمی شود.

تفاوت دمای حباب مرطوب یا وت بالب و دمای خشک هوا

دمای خشک، Dry bulb temperature

دمای حباب خشک در هر منطقه طبق اطلاعات استخراج شده از ایستگاههای هواشناسی مربوطه، دارای میانگین حداقل و میانگین حداکثر می باشد که در محاسبات مربوط به تهویه به عنوان مرجع مورد استفاده قرار می گیرد.

تعریف دمای حباب مرطوب یا وت بالب(Wet Bulb) : با توجه به تعریف بیان شده در خصوص دمای خشک، اگر به دور حباب یک دماسنج، پارچه ای پیچانده، آنرا خیس کنیم و دما سنج را بچرخانیم، دمایی که به دست می آید به Wet Bulb یا دمای حباب مرطوب معروف است. این دما یک دمای تعادلی است که به میزان دمای خشک هوا و رطوبت نسبی و همچنین ارتفاع از سطح دریا وابسته است.

نحوه محاسبه دمای مرطوب با استفاده از دمای خشک و رطوبت نسبی که کمک چارت سایکرومتریک-Psychrometric chart می باشد که در ادامه لینک دانلود چارت سایکرومتریک قرار داده شده است.

چارت سایکرومتریک

دانلود نمودار سایکرومتریک

به عنوان مثال در بسیاری از طرحها، محاسبات برج خنک کن در تهران بر مبنای دمای خشک 40 الی 44 درجه سانتیگراد و دمای مرطوب 24 درجه سانتیگراد انجام شده. البته در سالیان اخیر دمای خشک و مرطوب تهران افزایش یافته و حتی در مناطق مختلف شهر متفاوت می باشد. مثلا دمای مرطوب در نزدیکی دریاچه چیتگر بالاتر از بقیه نقاط تهران است و به همین دلیل برای این منطقه باید از برج خنک کننده با طراحی خاص استفاده کرد.

دلیل اهمیت دمای مرطوب در محاسبات برج خنک کن این مطلب است که بر خلاف چیلرها که ظرفیت مشخصی دارند، تخمین اندازه و مشخصات برج خنک کننده با استفاده از واحد تن تبرید در کشور ایران منطقی نیست. زیرا یک کولینگ تاور با ظرفیت 100 تن تبرید در تهران، مشخصاتی متفاوت از یک برج با همین ظرفیت در شهر اهواز(با رطوبت نسبی بالا) یا اصفهان و مشهد و تبریز خواهد داشت. یا همانطور که گفته شد، ابعاد و مشخصات یک برج خنک کن 500 تن تبرید برای مناطق اطراف دریاچه چیتگر، با مشخصات کولینگ 500 تن در منطقه 1 تفاوت دارد.

اختلاف دمای رنج(range) در برج خنک کن، چیست؟

اختلاف دمای بین سیال ورودی به برج و سیال خروجی از برج خنک کننده را Range(اختلاف دمای رنج) می نامند. در حقیقت این عدد نشانگر میزان تغییر دمای سیال یا آب در برج خنک کننده است.

آیا برای مقدار خنک کردن آب در کولینگ تاور محدودیت وجود دارد؟

شاید برای شما هم این سوال به وجود آمده باشد که آیا برج خنک کن می تواند دمای آب را بیشتر از 10 یا 15 درجه خنک کند؟ مثلا با استفاده از Cooling tower می توانیم آب را 20 یا 30 درجه سانتیگراد خنک تر کنیم؟

در پاسخ به این سوال باید بگوییم اگر دمای آب خروجی مورد نظر، حداقل 3 الی 5 درجه از وت-بالب بیشتر باشد، در بعضی از موارد ممکن است بتوانیم آب ورودی را 30 تا 40 درجه و در یک مرحله با برج خنک کننده صنعتی مدار باز، سردتر کنیم. هر چقدر دمای آب گرم ورودی بیشتر باشد، احتمال ایجاد اختلاف دمای، افزایش پیدا می کند.

برای اینکه دمای آب در سیستم کولینگ را بیشتر از 15 درجه، خنک کنیم، لازم است از نرم افزارهای تخصصی طراحی استفاده شود. اگر می خواهید در این بخش بیشتر مطالعه کنید می توانید مقاله ما را با عنوان برج خنک کننده حداکثر چه مقدار آب را سرد می کند؟ مطالعه کنید.

با این توضیحات مشخص است تولیدکنندگان قدیمی و سنتی که برج خنک کننده را به صورت تن تبریدی می فروشند، توانایی و دانش انجام این کار را ندارند. به همین دلیل بعضی از کارگاهها می گویند "نمی شود با کولینگ تاور آب را بیشتر از 10 تا 15 درجه خنک کرد"، که این تصور کاملا اشتباه است.

اختلاف دمای اپروچ در برج خنک کننده ، Approach

اپروچ یا دمای تقرب یعنی چه؟ اختلاف دمای سیال یا آب خنک شده در برج خنک کن و دمای مرطوب محیط(Wet bulb)، را اپروچ می گویند. بر اساس توضیحات قبلی، از نظر تئوری مقدار دمای Approach در کولینگ تاور، نمی تواند کمتر از 2 تا 3 درجه سانتیگراد باشد.

تعریف اپروچ و رنج در برج خنک کن

نمایش معنی اپروچ و رنج در طراحی و محاسبات برج خنک کننده

فاکتور اندازه(size factor) در برج خنک کن چه معنی دارد؟

خریدن یک تجهیز صنعتی با قیمت پایین به شرطی که کیفیت آن کم نشود برای همه مشتریان جذاب است. شاید برای شما جالب باشد اگر بدانید با داشتن اطلاعات مناسب در زمان طراحی برج خنک کن می توانید اندازه و ابعاد محصول مورد نظر را کمتر کنید. در نتیجه هزینه کمتری هم برای خرید بپردازید.

در این روش با حفظ کردن اختلاف دمای ورودی و خروجی برج خنک کننده(یا دمای رنج)، مقدار اپروچ را زیاد می کنیم. با افزایش عدد اپرچ، تا اندازه و ابعاد کولینگ تاور کمتر شود.

برای مثال فرض کنید در شهر تهران با ثابت بودن دبی آب، دمای ورودی و خروجی Cooling tower را از اعداد 38(دمای ورودی به کولینگ تاور) و 28(دمای خروجی کولینگ تاور) تغییر بدهیم. در شرایط بهینه این مقادیر را به دمای 40 درجه سانتیگراد به 30 درجه می رسانیم. با این تغییر و بدون کم شدن عدد رنج، می توانیم اندازه کولینگ تاور را بین 10 الی 15 درصد بدون تغییر در ظرفیت حرارتی، کم کنیم. در نتیجه قیمت برج خنک کن نیز بدون کاهش کیفیت، کمتر می شود.

دلیل این مساله مفهومی بسیار مهم در طراحی برج خنک کننده به نام، فاکتور اندازه و ابعاد است. مقدار فاکتور اندازه با عدد اپروچ(اختلاف وت-بالب با دمای خروجی از کولینگ تاور) نسبت نمایی دارد.

همانگونه که مطالب قبل بیان شده از نظر تئوری دمای اپروچ(Approach) در کولینگ تاور نمی تواند کمتر از 2 الی 3 درجه سانتیگراد باشد. در حقیقت هر اندازه دمای مورد نظر جهت خروجی برج خنک کننده به دمای حباب تر(Wet Bulb) نزدیک باشد، ابعاد برج خنک کن افزایش می یابد. نمودار تغییرات فاکتور ابعاد به نسبت اپروچ را در ادامه مشاهده می کنید.

براس استفاده از نمودار زیر فرمول تبدیل دمای فارنهایت به سانتیگراد را C=(F-32)*5/9 در نظر بگیرید. با حذف عدد ثابت 32(به این دلیل که اختلاف دما مورد نظر است) خواهید دید که در عدد اپروچ حدود 17 درجه فارنهایت(معادل 9.5 درجه سانتیگراد) فاکتور ابعاد برج خنک کننده برابر 1 خواهد بود.

این در حالی است که در صورت کاهش دمای Approach(یعنی نزدیکتر شدن دمای خروجی برج خنک کن و وت-بالب) به عددی حدود 10 درجه فارنهایت معادل 5.5 درجه سانتیگراد، سایز برج خنک کن مورد نظر 1.5 برابر می شود. این مساله به بزرگ شدن بیش از حد ابعاد برج خنک کن و بالا رفتن قابل توجه قیمت کولینگ تاور می انجامد.

برای همین توصیه می کنیم به منظور امکان ارائه پیشنهاد قیمت مناسب برای برج خنک کننده، دمای خروجی کولینگ واتر را حداقل در حدود 7 الی 10 درجه سانتیگراد بالاتر از وت بالب یا دمای حباب تر انتخاب کنید. با این روش، فاکتور ابعاد کولینگ تاور(Cooling tower size factor) به مقدار 1 نزدیک خواهد بود.

فاکتور اندازه برج خنک کن در مقایسه با اپروچ بر حسب درجه فارنهایت

معنی آب جبرانی(میک-آپ) در کولینگ تاور

Cooling tower make up water

میک آپ کولینگ تاور به آبی گفته می شود که برای جبران آب تبخیر شده و سر ریز به داخل مخزن و بسین برج خنک کننده اضافه می شود. آب Make up در برج خنک کننده حتما باید شرایط خاصی از لحاظ سختی و PHداشته باشد.

میزان آب میک آپ(جبرانی) در برج خنک کن = میزان تبخیر + میزان تلاف ناشی از پرتاب قطرات + میزان آب سر ریز یا بلو دان

معنی آب سر-ریز یا زیر-کش در برج خنک کنندهCooling tower Blow Down))

آب سرریز یا زیرکشBlow down)) در برج خنک کننده به میزان آبی گفته می شود که به منظور حفظ شرایط آب(سختی آب، ذرات معلق و ...) در محدوده ای معین، از مخزن کولینگ تاور تخلیه می گردد.

تعریف چرخه تغلیظ در برج خنک کننده

Cycle Of Concentration in Cooling tower

سیکل تغلیظ یا COC در کولینگ تاور به نسبت ذرات محلول در آب درون برج خنک کن، به ذرات محلول در آب ورودی(آب میکاپ) گفته می شود. همانگونه که گفتیم ذرات معلق و محلول درون مدار برج خنک کن به همراه بخار از کولینگ تاور خارج نمی شوند. بنابراین به مرور زمان غلظت آنها افزایش می یابد. به همین دلیل از طریق آب زیر کش یا همان آب بلو داون، باید مقدار این ذرات را به حد استاندارد و مناسبی برسانیم.

میزان سیکل تغلیظ یا Cycle Of Concentration در برج خنک کن صنعتی بستگی به شرایط آب و کاربری Cooling tower دارد. به صورت کلی عدد مناسب برای سیکل تغلیظ برج خنک کن بین 3 الی 8 می باشد.

برای جلوگیری از سردرگمی و رعایت این نکات در پروژه های صنعتی، پبشنهاد می کنیم برای انتخاب یک برج خنک کن از یک مشاور متخصص در این حوزه استفاده کنید. به این صورت پس از خرید کولینگ تاور، از نظر کارایی و عملکرد متحمل خسارت نخواهید شد.

تعیین ظرفیت کولینگ تاور

تناژ تبرید برج خنک کن چقدر است؟

در ابتدای این بحث باید مساله ای که متاسفانه در بازار تهویه و سرمایش به شدت رواج دارد را برای شما توضیح بدهیم.

در پروژه های صنعتی ظرفیت برج خنک کننده بر حسب تن تبرید، ارتباطی با ابعاد و اندازه آن ندارد. بنابر این نباید در کاربرد صنعتی، تن تبرید برج خنک کننده را از سازنده استعلام کنیم!

معنای این جمله این است که مثلا یک کولینگ تاور با ظرفیت 100 تن تبرید، می تواند از یک برج خنک کن 200 تن بزرگتر باشد.

قیمت ها و استعلام هایی که در بازار Cooling tower بر حسب تن تبرید، انجام می شود با فرض این است که برج خنک کن مورد نظر برای چیلر جذبی و یا تراکمی استفاده می شود. زیرا در پروژه های تهویه مطبوع اختلاف دمای ورودی و خروجی چیلر 5 درجه سانتیگراد و دماهای آن هم مشخص است.

به همین علت در برج خنک کن صنعتی که اختلاف دمای آب ورودی با خروجی کولینگ تاور معمولا از 10 درجه شروع می شود و در مواردی به بالای 30 درجه سانتیگراد میرسد، نمی توانید با استفاده از تن تبرید، اندازه برج خنک کننده و مدل آن را مشخص کنید. در این شرایط خریدارانی که بدون طراحی و مشخص کردن دبی آب در گردش و دمای رنج و اپروچ، برج خنک کن می خرند، در خط تولید دچار مشکل خواهند شد و در فصل تابستان نمی توانند به دمای دلخواه خود برسند.

به عنوان مثال یک برج خنک کن 500 تن تبرید که به روش سنتی از بازار خریداری شده باشد، برای اختلاف دمای 5 الی 7 درجه سانتیگراد و در شرایط آب و هوایی تهران می تواند با ظرفیت کامل کار کند. یعنی اگر مثلا دمای آب ورودی 45 الی 50 درجه و دمای آب خروجی کولینگ، 30 درجه باشد، دیگر آن برج نمی تواند به ظرفیت نامی برسد. حتی ممکن است ظرفیت کاری سرمایش این کولینگ تاور، از 250 تن تبرید هم کمتر شود

این موارد لزوم نیاز به طراحی و ارائه اطلاعات دقیق در طراحی را مشخص می کند.

ظرفیت برج خنک کن (کولینگ تاور) : به مقدار حرارتی که برج خنک کننده با عمل تبخیر از آب جذب می کند، ظرفیت سرمایش می گویند. ظرفیت نامی برج خنک کننده با ظرفیت واقعی و عملکردی آن تفاوت دارد.

واحد ظرفیت برج خنک کننده بر حسب کیلو-وات یا تناژ تبرید است. هر کیلووات معادل 0.2843 تن تبرید است.

آیا برج خنک کننده در خوزستان، هرمزگان، مازندران و گیلان هم کار می کند؟

یک سوال بسیار متداول این است که در شهرهای ساحلی یا جاهایی نزدیک دریا و اقیانوس، با وجود رطوبت خیلی زیاد، آیا باز هم Cooling tower کار می کند. در پاسخ این سوال باید بگوییم بله. برج خنک کننده در شهرهایی با رطوبت نسبی 95 درصد هم کار می کند. البته دمای کولینگ واتر خروجی، از شهرهای خشک بیشتر خواهد شد.

برای مثال اگر در مرداد ماه با برج خنک کن در کرمان بتوانید به دمای 25 درجه سانتیگراد برسید، همان کولینگ تاور در شمال(مازندران، گیلان، گلستان) نهایتا می تواند آب را تا 28 الی 29 درجه سانتیگراد خنک کند. این مساله به خاطر رطوبت نسبی بالا در شهرهای ساحلی رخ می دهد.

خدمات ما در بخش انتخاب و طراحی برج خنک کننده صنعتی و مجتمع های تجاری و مسکونی به شرح زیر است می باشد:

ارزیابی اطلاعات فنی (مشخصات چیلر یا دیتای دمای آب ورودی و خروجی برج در کارخانه ها)
دریافت اطلاعات اقلیمی و شرایط آب در منطقه
ارائه پیشنهاد مالی و زمانی خدمات مشاوره و عقد قرارداد
طراحی اولیه برج خنک کن - کولینگ تاور
تامین و فروش پکینگ و قطره گیر PVC و PP کولینگ تاور
فروش پکینگ نت اسپلش ضد رسوب آلمانی
مشاوره در حوزه خرید قطعات و تجهیزات برج خنک کننده