جریان گردابی هوا و تاثیر آن بر برج خنک کننده

Cooling tower re circulation

محل نصب برج خنک کن کجا است؟

فاصله کولینگ تاور ها از هم در موقع نصب چقدر باید باشد؟

آیا برج خنک کننده را باید در سایه گذاشت؟

چطور می شود برج خنک کننده را زیر سقف روشن کرد؟

در این مطلب که برای ارائه توضیحات بیشتر در مورد نحوه نصب و جانمایی cooling tower تهیه شده، سعی کردیم به این سوال ها پاسخ دهیم. روش عملکرد برج خنک کن بر اساس تبخیر سطحی است. کولینگ تاور در شرایط عادی هوای اطراف را به داخل کشیده و پس از برخورد آب و هوا، درصد کمی از آب تبخیر می شود. بر اثر تبخیر سطحی دمای آب کاهش پیدا میکند و آب به مدار خنک کاری برمی گردد. در این فرآیند هر میزان که هوای ورودی رطوبت کمتری داشته باشد، راندمان تبخیر بالا میرود. به همین دلیل یکی از مهمترین نکات اجرایی در مورد برج خنک کننده، جلوگیری از ایجاد جریان گردابی- Cooling tower Recirculation و بازگشت هوای اشباع خروجی است.

به عنوان مثال اگر به علت عملکرد ضعیف فن و طراحی اشتباه فن استک هوا به درستی به سمت بالا پرتاب نشود، درصدی از هوای خروجی که رطوبت نسبی بالایی دارد به سمت ورودی های لوور کولینگ تاور بر می گردد و باعث کم شدن ظرفیت سرمایش برج خنک کننده خواهد شد. در این بخش به بررسی دلایل برگشت هوای خروجی و کاهش راندمان برج خنک کننده می پردازیم.

قرار گرفتن کولینگ تاور در نزدیکی دیوار و زیر سقف (فضای سر بسته)

اگر محل قرار گیری و جانمایی برج خنک کننده، در نزدیکی دیوار و زیر سقف باشد، هوای تازه به راحتی وارد بخش ورودی نخواهد شد. در نتیجه عملکرد cooling tower دچار مشکل می گردد و دمای آب به اندازه کافی خنک نخواهد شد. در مواردی مشاهده شده که برای جلوگیری از تابش آفتاب، برج خنک کن را در فضای سرپوشیده و دارای سقف قرار می دهند. این کار اشتباه است و باعث بالا رفتن رطوبت نسبی خواهد شد. علاوه بر این درصدی از هوای خروجی از فن استک کولینگ تاور به سمت ورودی برگشته و باعث بالا رفتن نسبی دمای حباب تر یا وت بالب - Wet bulb می شود که در نتیجه راندمان برج خنک کننده به شدت کم می شود. حداقل فاصله برج خنک کن از دیوار های اطراف به صوت تقریبی باید برابر نصف ارتفاع برج خنک کن باشد. ارتفاع دیوارهای اطرف برج خنک کننده نباید بیشتر از ارتفاع فن استک باشد. برای محاسبه دقیق فاصله برج خنک کننده از دیوار باید از فرمول هایی بر مبنای میزان جریان هوای خروجی استفاده کرد.

در تصاویر بعدی، اشتباه در قرار گیری کولینگ تاور در فضای سر بسته و نزدیک دیوار را مشاهده می کنید.

با افزایش فاصله کولینگ تاور تا دیوار، شدت جریان برگشتی و گردابی کم می شود

 

اشتباه در نصب برج خنک کننده در نزدیک دیوار

وجود مشکل در فن یا فن استک

اگر توان فن و پره برج خنک کن به میزان مناسب نباشد و یا فن استک درست طراحی نشود، پس از وزش باد ،هوای خروجی که رطوبت بالایی دارد به سمت لوور ورودی رفته و خنک کاری را دچار مشکل می کند. شکستگی فن، راندمان پایین سیستم تسمه پولی، شکسته شدن فن استک و وجود درز در محل اتصالات از جمله مواردی است باعث ایجاد جریان هوای برگشتی به برج خنک کننده خواهد شد.

در بعضی از موارد کیفیت نامناسب بدنه فایبرگلاس باعث به وجود آمدن درز و شکستگی در بدنه می شود. در این موارد هم راندمان تبخیر برج خنک کننده کم خواهد شد. به صورت کلی برج خنک کننده گرد و بطری شکل بدترین شرایط را در زمینه جریان هوای برگشتی و گردابی دارد و استفاده از آن در پروژه های صنعتی و خط تولید توصیه نمی شود.

قرار دادن ایرکولر، کندانسور آیس بانک، ژنراتور و چیلر در نزدیک برج خنک کننده

در این موارد به دلیل اینکه هوای خروجی از فن کندانسور گرم است، دمای هوای اطراف محوطه به مرور زمان افزایش پیدا می کند و راندمان تبخیر کم می شود. به همین دلیل بهتر است در زمان جانمایی تجهیزات تهویه حتما با یک متخصص مشورت کنید. یک راه دیگر برای بررسی شرایط هوای ورودی برج خنک کن و اطمینان از بازده مناسب، شبیه سازی و تحلیل سیالاتی و نحوه حرکت جریان هوا در اطراف کولینگ تاور و سایر تجهیزات تهویه است. با استفاده از سیمولیشن CFD مسیر حرکت جریان هوا و وضعیت دما در نقاط مختلف مشخص می شود. در تصاویر بعدی نمونه های از سیمولیشن و شبیه سازی جریان هوای برج خنک کننده قابل مشاهده است.

سیمولیشن و شبیه سازی جریان هوای برج خنک کن، چیلر و دیزل ژنراتور بر روی سقف 

نصب برج خنک کننده در سایه

یک اشتباه رایج که در بعضی از شرایط باعث کم شدن قدرت سرمایش برج خنک کن می شود، این تصور است که کولینگ تاور باید در سایه باشد. این تصور اشتباه به این خاطر است که بعضی از افراد فکر می کنند Cooling tower مثل کولر آبی است. در حالیکه بدنه و حوضچه برج های خنک کننده از فایبرگلاس هستند و انتقال حرارت بسیار کمی دارند. بعلاوه قرار دادن و نصب کولینگ تاور در زیر سایه بان و فضای سر بسته برای ایجاد سایه باعث خواهد شد که جریان هوا از فن و فن استک به خوبی خارج نشده و فضای اطراف برج گرمتر و مرطوب تر بشود. به همین دلیل به هیچ عنوان و بدون مشورت با کارشناسان یا مشاوران، برج خنک کننده را در سایه قرار ندهید چون معمولا نتیجه برعکس خواهد داد.

قرار گیری چند برج خنک کننده در کنار هم

اگر چند سلول Cooling tower در کنار هم باشند باید فاصله مناسبی بین آنها در نظر گرفت. پیشنهاد می گردد حداقل فاصله بین چند سلول کولینگ تاور معادل نصف ارتفاع آنها باشد. البته اگر فاصله بین سلول ها را بیشتر از این ارتفاع برج خنک کن در نظر بگیرید شرایط بهتری به وجود می آید. نصب برج خنک کننده بر روی سکو به بهبود عملکرد و کارایی کولینگ کمک می کند. توجه داشته باشید که برج خنک کن کراس فلو یا جریان متقاطع به دلیل اینکه هوا را تنها از دو سمت به داخل می کشند، امکان قرار گیری طولی در کنار هم را دارند.

روش نصب و جانمایی صحیح برج خنک کننده کانترفلو فایبرگلاس

در نظر گرفتن شرایط بالا در هنگام نصب و راه اندازی برج خنک کننده به بهبود راندمان عملکرد، افزایش ظرفیت سرمایش برج خنک کن و کم شدن مصرف انرژی می انجامد. همچنین پیشنهاد می شود، با استفاده از تخصص یک مشاور، نسبت به انجام شبیه سازی سیالاتی و سیمولیشن جریان هوا با در نظر گرفتن چیدمان برج خنک کن اقدام کنید تا هزینه سعی و خطا در محل نصب کولینگ تاور کم شود.

 

شبیه سازی جریان هوای اطراف برج خنک کن

مشاوره در چیدمان و نصب کولینگ تاور

مشاوره کاهش مصرف انرژی 

مشاوره کاهش مصرف آب برج خنک کننده

طراحی و ساخت برج خنک کننده صنعتی

محمد قربانعلی بیک

09124780268

02166561974

02166129745

www.araco.ir

کانال آپارات ویدئو آموزشی برج خنک کن : https://www.aparat.com/ARACo_cooling

همانطور که قبلا گفتیم، کولینگ تاور به عنوان قلب سیکل خنک کاری شناخته می شود. بدلیل خشکسالی های اخیر تعیین حجم تبخیر آب در برج اهمیت بسیار زیادی پیدا کرده است.

مقدار تبخیر و هدر رفت آب کولینگ تاور چقدر است؟

(Cooling tower water consumption)

 برتری برج خنک کننده نسبت به ایر-کولر، قابلیت خنک کردن آب، به مقداری کمتر از دمای محیط است. مثلا شما برای اینکه در تابستان و در شهری مثل اهواز بخواهید دمای آب را به 37 درجه سانتیگراد برسانید باید از کولینگ تاور استفاده کنید. در این شرایط ایر-کولر انتخاب مناسبی نخواهد بود. علاوه بر این، قیمت کولر هوایی از برج خنک کن بسیار بیشتر است.

کولینگ تاور قلب یک سیستم خنک کاری است

در مورد مقایسه چیلر با برج، باید در نظر گرفت که چیلر جذبی یا تراکمی، بیش از 5 الی 10 برابر کولینگ تاور قیمت دارند. برای همین  در کاربردهای صنعتی، برج خنک کن حرف اول را میزند. البته بسیاری از چیلرها، برای خنک کردن باز هم نیاز به برج خنک کننده یا ایر کولر دارند.

با وجود مزایای Cooling tower نسبت به چیلر و کندانسور هوایی، مساله ای که استفاده از برج خنک کننده را در نقاط خشک به چالش می کشد، مصرف آب آن است. 

در این مقاله می خواهیم در مورد بهینه کردن مقدار آب مورد نیاز کولینگ تاور توضیحاتی را بدهیم.

چرا مصرف آب برج خنک کن برای شرکت ها و کارخانجات مهم است؟

مقدار آب مورد نیاز کولینگ تاور صنعتی و مسکونی یکی از موارد مهمی است که در هنگام خرید باید به آن توجه ویژه ای داشته باشید. خشکسالی های اخیر و کاهش منابع آب و افزایش قیمت آب و برق، باعث شده که مدیران سازمانها و کارخانجات، در فکر کاهش مصرف آب و برق در تجهیزات خود باشند. به صورت کلی کشور ما ایران، یکی از اقلیم های نسبتا خشک در جهان است. به همین دلیل دچار مشکلات عمده ای در تامین آب مصرفی شرب و نیز آب صنعتی هستیم. در تصویر زیر پیشبینی شدت بحران کم آبی در سال 2040 نمایش داده شده. بر اساس این پیش بینی کشورهای منطقه خاورمیانه، بویژه ایران در شرایط بسیار خطرناکی در حوزه تامین آب قرار خواهند گرفت.

نقشه پیش بینی وضعیت آب در سال 2040 و بررسی بحران آب در جهان

حجم آب لازم برای برج خنک کن از چند منظر قابل بررسی است.در ادامه به ارائه توضیحاتی در خصوص هر مورد خواهیم پرداخت. دلیل اهمیت ویژه مصرف آب برج خنک کننده، شرایط آب و هوای تابستان ایران است که دمای هوا در ماه تیر و مرداد بسیار زیاد می شود. دقیقا در ماه های تابستان و به علت بالا رفتن مصرف آب، کارخانه ها، مجتمع های تجاری و مسکونی با مشکل تامین آب درگیرند. در نتیجه خط تولید و یا چیلر صدمه دیده و نمی توانند سرمایش مورد نیاز را تامین کنند.

میزان مصرف آب کولینگ تاور بر اثر تبخیر

همانگونه که می دانید اصول کارکرد برج خنک کننده بر مبنای تبخیر سطحی(Evaporation) است و کاهش دمای آب و خنک شدن بر اساس تبخیر اتفاق می افتد. مقدار تبخیر آب برج خنک کننده را می توانید به صورت تقریبی از روی فرمول های زیر محاسبه کنید.

فرمول اول حجم آب تبخیر شده در کولینگ تاور

 E= 0.0015*R*C

در این فرمول 

E : مقدار تبخیر آب برج خنک کننده بر حسب متر مکعب بر ساعت

R : اختلاف دمای رنج (ورودی و خروجی کولینگ تاور) بر حسب درجه سانتیگراد

C : دبی آب در گردش بر حسب متر مکعب بر ساعت است.

فرمول دوم محاسبه آب تبخیر شده در برج خنک کن

E = 0.0018*R*C

که در این فرمول هم ضرایب مثل فرمول اول است.

با این توضیحات نسبت تبخیر به دبی آب در گردش، به صورت تقریبی برابر 0.0015 تا 0.0018 ضرب در عدد رنج خواهد بود.

E/C = 0.0015 ~ 0.0018 *R

به عنوان مثال اگر در برج خنک کننده ای دمای ورودی آب 40 درجه سانتیگراد و دمای خروجی معادل 30 درجه سانتیگرد باشد، اختلاف دمای رنج معادل 10 درجه است. اگر دبی آب در گردش را معادل 50 متر مکعب در ساعت در نظر بگیریم، حجم تبخیر آب در برج خنک کن برابر 750 لیتر در ساعت یا 0.75 متر مکعب بدست می آید(با استفاده از ضریب 0.0015). با ضرب عدد 10 در 0.0015  نسبت تبخیر به آب در گردش برابر 0.015 بدست می آید. نکته بسیار مهم در این فرمول عدم وابستگی آن به دمای حباب-تر یا وت بالب(Wet Bulb) است.

بر اساس فرمولهای فوق، اختلاف دمای حباب تر با دمای آب خروجی از برج خنک کننده(عدد اپروچ)، بر روی مقدار تبخیر آب تاثیری ندارد. بلکه عدد اپروچ بر فاکتور اندازه(Size Factor) کولینگ تاور و در نتیجه ابعاد و قیمت دستگاه موثر خواهد بود. 

عدد بدست آمده به عنوان مقدار تبخیر و مصرف آب کولینگ تاور، در بدترین شرایط آب و هوایی یعنی مرداد و بین ساعات 12 الی 16 اعتبار دارد. توجه داشته باشید برای محاسبه مقدار  واقعی مصرف آب روزانه برج خنک کن به خاطر تبخیر، نمی توان عدد حاصله از فرمول فوق را در 24(ساعات شبانه روز) ضرب کنیم.

پس مصرف آب متوسط روزانه، ماهیانه و سالیانه برج خنک کننده، بسیار کمتر از حاصلضرب حداکثر مصرف، ضرب در ساعات روز، ماه و یا سال خواهد بود. توجیه این مساله با در نظر گرفتن نمودار متوسط دما در طول سال و همچنین در طول روز امکان دارد. 

نمودار تغییرات دمای متوسط و رطوبت نسبی در ساعت های روز

توضیحات بیشتر در ادامه مطلب

پی اچ آب کولینگ تاورCooling tower Water PH-

اسیدی و قلیایی بودن آب برج خنک کننده

یکی از موارد بسیار مهم در طراحی و ساخت برج خنک کننده صنعتی، وضعیت پی اچ آب(PH)، یا همان قلیایی و اسیدی بودن آب کولینگ تاور است. با تغییر پی اچ آب، احتمال خوردگی قطعات و بدنه افزایش پیدا می کند

در بسیاری از صنایع و کارخانجات تولیدی، به دلیل شرایط خاص،PH  آب در برج خنک کننده در حالت خنثی قرار ندارد، به عنوان مثال در برج خنک کننده صنایع ذوب و احیاء فلز روی، آب(محلول حاوی یون روی) بسیار اسیدی بوده و در کارخانجات دارای خط تولید اسید سولفوریک و اسید فسفریک نیز آب کولینگ تاور به شدت اسیدی است. اما در برخی کاربری ها، آب برج خنک کننده می تواند قلیایی باشد.

باید توجه داشت که اسیدیته و قلیایی بودن و PH غیر معمول آب موجب خوردگی شدید در قطعات برج های خنک کننده معمولی می گردد و به همین دلیل در زمان طراحی کلیه قطعات باید با توجه به شرایط آب کولینگ تاور در آن پروژه طراحی شوند.

به عنوان مثالی دیگر، در صورت استفاده از قطعات آهنی گالوانیزه و یا فولاد معمولی در PH پایین یا حالت اسیدی شدید و اسیدیته بالای آب، کلیه قطعات و تجهیزات به سرعت خورده شده و رسوب گرفته و در بسیاری از موارد حتی رزین استفاده شده در بدنه فایبر گلاس برج نیز آسیب می بیند. انتخاب نوع رزین مناسب برای ساخت بدنه فایبرگلاس برج خنک کننده نیازمند تجربه و دانش زیادی است.

اسیدی بودن آب کولینگ تاور

در حالتی که آب برج خنک کننده اسیدیته بالایی داشته باشد و PH آن کم باشد، آسیب پذیرترین قطعات برج خنک کننده در مقابل آب اسیدی، پیچ ها، مهره ها و ساپورت های فلزی هستند. البته قطعات گالوانیزه گرم می توانند پی اچ(PH) تا حدود 5.5 را تحمل کنند اما اگر میزان اسیدی بودن آب بیش از این مقدار باشد یا عدد پی اچ کمتر از 5.5 باشد، باید در برج خنک کن از استیل ضد زنگ 304 و 316 استفاده کرد. بدون در نظر گرفتن یون خاصی، استیل Stainless Steel 316 L بیشترین مقاومت را در مقابل شرایط اسیدی برج خنک کننده دارد که البته قیمت بسیار بالاتری نسبت به فولاد ضد زنگ Stainless Steel 304 L یا قطعات گالوانیزه گرم خواهد داشت. همچنین در مواردی که میزان PH یا اسیدیته آب زیر 5 باشد، باید از رزین های خاص برای ساخت قطعات فایبرگلاس و بدنه برج خنک کن استفاده کرد.به صورت کلی استفاده از فلزات دیگری غیر از آهن و فولاد، تنها در مواردی که شرایط آب برج خنک کننده بسیار اسیدی باشد، توصیه می گردد.

یکی از مشکلات دیگر هنگام اسیدی بودن آب کولینگ تاور، صدمه دیدن و خرد شدن پکینگ PVC(پی وی سی) و قطره گیر های برج خنک کن است. بدین ترتیب در شرایط اسیدی و به منظور جلوگیری از آسیب دیدن و خرد شدن پکینگ و قطره گیر، باید از پکینگ نت اسپلش پلی پروپیلن PP استفاده نمود.

به همین دلیل باید در هنگام انتخاب و یا تعویض پکینگ و فیلینگ کولینگ تاور، حتما شرایط مربوط به آنالیز آب سیستم کولینگ تاور را بررسی کرد. همانگونه که بیان شد در صورتیکه آب برج خنک کننده در وضعیت قلیایی بوده و یا اسیدی باشد، استفاده از پکینگ فیلم پی وی سی - PVC سبب خواهد شد که فیلینگ کولینگ تاور در مدت زمان کوتاهی خورده شده و چسب بین ورق ها از هم باز گردد. در عین حال پکینگ خرد و شکسته شده و پس از مدتی باعث بسته شدن منافذ پکینگ و عدم عملکرد مناسب برج خنک کننده خواهد شد.

قلیایی بودن آب برج خنک کننده

در مواردی که آب کولینگ تاور خاصیت قلیایی داشته باشد، بهترین راه مشخص کردن یونی است که موجب الکالاین شدن آب برج خنک کن شده است. به عنوان مثال در صورتیکه در آب برج خنک کن میزان زیادی کلر-Chloride وجود داشته باشد، استفاده از قطعات گالوانیزه سرد و گرم توصیه نمی گردد. بالا بودن میزان کلراید آب موجب محدودیت در استفاده از قطعات استیل و همچنین رزین مورد استفاده در قطعات فایبرگلاس کولینگ تاور می شود.

دستگاه رسوب زدای برج خنک کننده

نمونه پکینگ تعویض شده و خرد شده فیلم از جنس پی وی سی که در معرض آب اسیدی برج خنک کن قرار گرفته است.

با این توضیحات در زمان طراحی و انتخاب برج خنک کننده صنعتی باید به میزان قلیایی یا اسیدی بودن آب، سختی آب و میزان ذرات معلق موجود در آب کولینگ تاور بسیار دقت کرد تا پس از راه اندازی، برج خنک کننده صدمه ندیده و در عین حال هزینه تعمیرات و نگهداری کاهش یابد.

برخی از کارخانجات و صنایعی که شرایط آب برج خنک کننده در آنها خاص است عبارتند از :

-برج خنک کننده و کولینگ تاور خط تولید رب گوجه فرنگی 

-کولینگ تاور کارخانه تولید فلز روی(Zinc)

-برج خنک کن کارخانه و خط تولید اسید

-برج خنک کننده کارخانه تولید لبنیات

-برج خنک کن صنایع فولاد

-کولینگ تاور کارخانه تولید کربنات کلسیم

-برج خنک کننده کارخانه تولید کاغذ و مقوا

-کولینگ تاور کارخانه تولید آلومینیوم

شرکت آراکو، محمد قربانعلی بیک

فروش پکینگ پی وی سی و پ پ برج خنک کننده

فروش پکینگ ضد رسوب اسپلش PP کولینگ تاور

مشاوره در زمینه شرایط آب و قطعات برج خنک کننده صنعتی

فروش برج های خنک کن صنعتی مدار باز، مدار بسته و هیبرید

مشاوره در خصوص بهینه سازی برج های خنک کننده

شماره تماس مستقیم : 09124780268

خدمات کولینگ تاور در سایت آراکو

کانال آپارات ویدئو و فیلم آموزشی کولینگ تاور

[e-mail]

02166561974

02166129745

کولینگ تاور هیبرید دستگاهی صنعتی است که با استفاده از دو مدار هوا خنک و تبخیری(بصورت سری)، آب را سرد می کند. در برج هیبرید استفاده از کویل مجزای هوا خنک در ماههای خنک سال، باعث صرفه جویی در مصرف آب خواهد شد. 

این تعریف خلاصه و کوتاهی از Hybrid cooling tower بود، در ادامه مقاله به توضیح بیشتر در مورد این دستگاه می پردازیم.

کولینگ تاور هیبرید چطور کار می کند؟

احتمالا قبل از خواند این مقاله چند مورد از سوالهای زیر در ذهن شما بوجود آمده باشد.

-چگونه می توانیم مصرف آب برج خنک کن را کم کنیم؟

-راه صرفه جویی آب در کولینگ تاور چیست؟

-برای مناطق خشک سیستم سرمایشی مناسب است؟

-آیا می توان از بخار آب خروجی از Cooling tower مجددا استفاده کرد؟

-میزان کاهش مصرف آب در برج خنک کننده هیبریدی چقدر است؟

-قیمت کولینگ هیبریدی چقدر است؟

پاسخ این سوالها همگی با درک صحیح مفهوم برج خنک کننده هیبرید در ارتباط است. به همین دلیل، در این مطلب سعی کردیم توضیحات فنی و اقتصادی مناسب در مورد برج های خنک کن کم مصرف هیبریدی و سیستم های هوا خنک خدمت شما عزیزان ارائه کنیم.

هیبرید به چه معنی است؟

بهتر است اول از همه با مفهوم واژه هیبرید(Hybrid) بیشتر آشنا شویم. هیبرید در لغت به معنی ترکیب دو یا چند روش و یا رویکرد متفاوت است. این ترکیب با هدف بهبود راندمان و عملکرد کلی مجموعه و بهره بردن از مزیتهای هر روش انجام می شود. به عنوان مثال خودرو یا ماشین هیبریدی با ترکیبی از موتور احتراق داخلی و باتری کار می کند. با ترکیب این دو روش، یک وسیله نقلیه هیبرید می تواند مسافت بیشتری نسبت به انواع بنزینی یا برقی طی کند. در عین حال آلایندگی بسیار کمتری نیز دارد.

برج خنک کن هیبرید با ترکیب دو روش انتقال حرارت و دو کویل هوا خنک و آب خنک، مقدار متوسط تبخیر آب را کم می کند.

مدل سه بعدی کولینگ تاور هیبریدی فلزی (سیستم هیبرید مدار بسته)

در حالت کلی برج های خنک کننده از لحاظ نحوه سرمایش آب، به سه گروه تقسیم می شوند: 

- کولینگ تاور خشک

- برج تر یا خیس

- کولینگ هیبرید

توضیحات بیشتر در ادامه مطلب