دلایل اهمیت طراحی برج خنک کننده

موارد مهمی در انتخاب برج خنک کننده حائز اهمیت هستند که باید قبل از خرید برج خنک کننده آنها را در نظر داشت تا کولینگ تاور انتخابی ما، کارایی و عملکرد لازم برای سیستم ما را دارا باشد.

طراحی برج خنک کننده شامل مراحل مختلف انجام محاسبات اصلی و تخصصی فنی برای بهینه ترین عملکرد کولینگ تاور در سیستم های خنک کننده است. شایان ذکر است که انجام طراحی درست کولینگ تاور کمک بسزایی در عملکرد هر چه ببیشتر سایر تجهیزات خنک ساز می کند.

طراحی کولینگ تاور 

طراحی برج خنک کن یک فرآیند پیچیده است که نیاز به انجام محاسبات دقیق دارد. مهندسان طراح باید چندین پارامتر مانند دمای آب ورودی و خروجی، دمای هوا، رطوبت هوا و سرعت باد را در فرایند طراحی خود در نظر داشته باشند. نرم افزارهای مهندسی می توانند به طراحان برج کمک بسیاری کرده تا محاسبات را با دقت و سرعت بیشتری در طراحی برج خنک کن انجام دهند. زیرا طراحی و انتخاب صحیح کولینگ تاور تاثیر زیادی در عملکرد هر چه بهتر سایر تجهیزات صنعتی دارد. در جایی که مصرف آب در طراحی سیستم سرمایشی حائز اهمیت باشد، باید برج خنک کننده‌ای را انتخاب کرد که کمترین میزان مصرف انرژی را داشته باشد.

نحوه طراحی برج خنک کننده

یکی از چالش های مهم در طراحی کولینگ تاور، این است که چه نوع کولینگی برای سیستم ما کارایی لازم را دارد. بازدهی و هزینه خرید برج خنک کننده از جمله موضوعاتی هستند که در تمام فرایند انتخاب بهترین برج خنک کننده و حتی بعد از خرید آن، باید این اطمینان را داشته باشیم که کولینگ تاور انتخابی ما، کارایی و عملکرد لازم برای سیستم ما را دارا بوده و ما را از خرید خود پشیمان نمی کند.

موارد زیادی در انتخاب برج خنک کننده برای ما حائز اهمیت می باشند که باید قبل از خرید برج خنک کننده آنها را مدنظر قرار دهیم. در مقاله قصد داریم تا موضوعات اساسی و مهم در نحوه طراحی برج خنک کننده را توضیح دهیم تا شما مخاطبان گرامی با این موارد بیشتر آشنا شده و بتوانید به راحتی برج خنک کن مورد استفاده خود را انتخاب و خریداری نمایید.

پارامترهای اصلی طراحی برج خنک کننده

• دمای مرطوب محل جغرافیایی

دمای مرطوب شهر مورد استفاده برج خنک کننده، یکی از آیتم های مهم در طراحی کولینگ تاور می باشد. بنابراین بر این اساس باید از دمای مرطوب (Wet-bulb temperature) محل مربوطه اطلاع داشته باشیم تا بتوانیم آن را در فرایند محاسبه کولینگ تاور مورد استفاده قرار دهیم.

• دمای آب ورودی و خروجی

دمای ورود و خروج آب از برج خنک کن یکی دیگر از پارامترهای مهم در طراحی برج های خنک کن می‌ باشد. انتخاب این دماها بر روی میزان بار حرارتی برج خنک کننده تأثیرگذار است. اینکه ما آب را با چه میزان درجه حرارتی می خواهیم به چه میزان دمایی برسانیم از موارد مهم در بحث طراحی برج می باشد که در محاسبات کولینگ تاورها بسیار مهم بوده و لازم است که از قبل این مقدار دما را اندازه گیری کرده باشیم. اختلاف دمای آب ورود و خروج را به اصطلاح (Range) و اختلاف دمای خروج از کولینگ تاور و دمای مرطوب را اَپروچ (Approach) می‌ گویند. به عنوان مثال قصد داریم تا آب با دمای 40 درجه را به دمای 25 درجه سانتیگراد در سیستم خود برسانیم.

• دبی آب در گردش در برج خنک کننده

در یک سیستم، به مقدار جابجایی حجم آب در مقطع و مدت زمان مشخص، میزان آبدهی یا دبی می گویند. میزان دبی آب در حال گردش در برج خنک کننده، در فرایند محاسبه و طراحی برج خنک کننده بسیار مهم و اساسی می باشد و باید در طراحی کولینگ تاور میزان آن را از قبل به طور دقیق محاسبه کرده باشیم.
مواردی که در بخش نحوه طراحی برج خنک کننده ذکر شد، می توانند به ما در فرایند انتخاب و خرید کولینگ تاور، کمک کرده و از تحمیل هزینه های اضافی جلوگیری نماید. مشاوران شرکت مهندسی کارا فناور اطلس پارسی می توانند مشاوره های لازم را در طراحی انواع برج خنک کننده به صورت رایگان ارائه دهند.

سایر موارد مهم در طراحی کولینگ تاور

• تعیین نوع کاربری و وظیفه برج خنک کننده (دائم کار یا شیفتی)
• جانمایی محل قرارگیری دستگاه و امکان فراهم نمودن این مکان جهت نصب برج خنک کن
• تخمین میزان مصرف انرژی دستگاه و کلیت امکان فراهم نمودن این انرژی
• فراهم کردن تجهیزات جانبی مورد نیاز در راه اندازی سیستم سرمایشی کولینگ تاور
• تعیین میزان املاح موجود در آب گردشی و آب جبرانی سیستم

اقدامات لازم در طراحی کولینگ تاور

• محاسبه ظرفیت خنک کنندگی کولینگ تاور

این مرحله در واقع تعیین کننده اصلی ظرفیت سرمایشی برج خنک کننده در فرایند خنک کاری آب است. زیرا شرط لازم و مهم در طراحی سیستم خنک کننده با محوریت کولینگ تاور می باشد. تعیین ظرفیت و میزان تن تبرید برج خنک کن نیازمند داشتن اطلاعات اولیه و پارمترهای مختلف شرایط طراحی کولینگ تاور است.

مهمترین عوامل در برآورد ظرفیت برج خنک کننده عبارتند از:

• میزان دبی حجمی یا دبی جرمی سیال در گردش
• دمای ورودی و خروجی مورد نظر از برج خنک کننده
• دمای مرطوب یا دمای وت بالب محیط محل قرارگیری کولینگ تاور
• میزان نزدیکی دمای سرد خروجی نسبت به دمای مرطوب محیط
• نوع سیال درگردش و مشخصات آنالیزی آن از جمله میزان TDS،EC  و TH

انتخاب نوع کولینگ تاور

انتخاب و تعیین نوع سیستم خنک کاری کولینگ تاور مهمترین مرحله بعد از برآورد میزان ظرفیت برج خنک کن است که در واقع مشخص کننده نوع کولینگ تاور مورد نیاز مطابق با شرایط طراحی است. به عنوان مثال شرایط محیط و اقلیم محل نصب یکی از مهمترین عوامل تعیین کننده نوع کولینگ تاور در یک طراحی اصولی به شمار می آید.

سایر عوامل موثر بر انتخاب مدل کولینگ تاور

• میزان تامین آب جبرانی جهت تبخیر آب
• دمای خروجی آب سرد ایده آل مورد انتظار
• شرایط وزش باد در محل قرارگیری
• بارش های جوی، میزان رطوبت نسبی و مقدار دمای خشک و تر محیط
• محاسبه میزان تامین انرژی برق جهت کارکرد سیستم هوادهی

یکی از مراحل مهم در طراحی و محاسبه برج خنک ‌کننده، برآورد میزان آب مصرفی کولینگ‌تاور در شرایط مختلف اقلیمی و فصلی است. آب جبرانی (Make Up) برج خنک کننده در واقع میزان مصرف آب کولینگ ‌تاور در واحد زمان معین است. در یک چرخه گردش آب، این سیال به سه روش متفاوت از چرخه خارج می شود. محاسبه آب جبرانی، شامل پارامترهای زیادی است. آب جبرانی در برج خنک ‌کننده مدار باز در واقع میزان آبی است که جهت ایجاد چرخه دائم باید بصورت دائمی وارد کولینگ‌تاور شود.

محاسبه آب جبرانی در برج خنک ‌کننده تابع سه پارامتر مهم است.

سه پارامتر تأثیرگذار بر محاسبه آب جبرانی کولینگ تاور عبارتند از:

1. تبخیر آب
2. بلودان
3. دریفت قطرات آب به بیرون کولینگ ‌تاور

در واقع آب جبرانی بسته به عملکردهای متفاوت در کولینگ‌تاور در جهات مختلف هزینه می ‌شود. محاسبه آب جبرانی از این جهت حائز اهمیت است که تأمین این آب در فصول گرم عملاً باید با دورنگری و در طراحی اولیه در نظر گرفته شود.

روش های محاسبه آب جبرانی در برج خنک ‌کننده

• روش محاسبه آب جبرانی به صورت تخمینی (1.5 تا 2 درصد آب در گردش)
• محاسبه آب جبرانی برج خنک ‌کننده با استفاده از فرمول
• محاسبه آب جبرانی توسط نرم افزارهای آنلاین مهندسی ( PX CalculatorوWater Waste)

در این مطلب سعی کرده ایم تا هر سه روش اساسی در تعیین محاسبه آب جبرانی را توضیح دهیم. البته در ادامه، فقط به روش کلی محاسبه آب جبرانی برج خنک ‌کننده با کمک فرمول های مهندسی اشاره شده است.

تبخیر آب در برج خنک ‌کننده

اولین فاکتور موثر در هدررفت آب برج خنک کننده، تبخیر (Evaporate) است. مقدار کمی از آب در اثر تماس با جریان هوای القاء شده توسط فن برج خنک ‌کننده، تبخیر شده و حرارت جذب شده برای تبخیر آب، سبب کاهش دمای آب می ‌شود. فرایند تبخیر، بیشترین میزان آب جبرانی را در خنک ‌کننده های تبخیری شامل می شود. تبخیر آب در برج خنک‌کننده بیشترین میزان تأثیر در محاسبات آب جبرانی در برج خنک ‌کننده را را دارد. میزان تبخیر آب با توجه به اختلاف دمای ورودی و خروجی و همچنین وابسته به شرایط اقلیمی محیط نصب کولینگ ‌تاور متفاوت است.

تعیین دقیق میزان تبخیر آب در کولینگ ‌تاور تأثیر بسزایی در نتیجه محاسبات آب جبرانی در برج خنک ‌کن دارد. در واقع مهم ترین بخش محاسبات برج خنک‌کننده در تعیین دقیق میزان آب مصرفی تبخیر است. انرژی لازم گرفته شده از آب سبب تبخیر در برج خنک‌ کن می ‌شود. همین موضوع، مهمترین عامل تاثیرگذار در محاسبات آب جبرانی است. به عبارت دیگر با استفاده از ضریب محسوس گرمای ‌ویژه تبخیر در برج خنک ‌کننده، میزان این پارامتر در محاسبه آب جبرانی به راحتی مشخص می گردد. در بخشهای بعدی این مقاله به بررسی عددی میزان تبخیر و محاسبه دقیق آب جبرانی در برج خنک‌کننده به طور مفصل پرداخته می شود.

بلودان برج خنک ‌کننده

دومین فاکتور از هدررفت آب در کولینگ‌تاور، زیرآب یا بلودان (Blow Down) است که یکی دیگر از فاکتورهای موثر در محاسبات برج خنک ‌کننده به شمار می رود. مقدار بلودان برج خنک ‌کننده یک پارامتر عددی قابل تغییر است. محاسبات مربوط بلودان برج خنک‌ کننده از فاکتورهای اساسی در طراحی کولینگ‌تاور است. منظور از بلودان برج خنک‌کننده (Blow Down)، تخلیه پیوسته یا متناوب درصدی از آب در کولینگ ‌تاور به منظور جلوگیری از افزایش غلظت مواد معدنی حل نشده (TDS) و سایر ناخالاصی‌ های موجود است.

میزان دقیق بلودان برج خنک ‌کننده در واقع براساس میزان کیفیت آب ورودی و آب در گردش و همچنین براساس دمای ورودی و خروجی و چرخه غلظت محاسبه می گردد. اگر میزان بلودان از عدد استاندارد کمتر باشد، غلظت مواد محلول در برج خنک‌ کننده افزایش یافته که این موضوع سبب افزایش رسوب و گرفتگی و در نتیجه کاهش راندمان برج خنک کننده خواهد شد. اگر بلودان از مقدار تعیین شده خود، افزایش یابد باعث بالا رفتن مصرف بی ‌رویه آب جبرانی در کولینگ ‌تاور می ‌شود. بنابراین تنظیم میزان جریان بلودان در برج خنک ‌کننده از موضوعات مهم در محاسبات آب جبرانی برج خنک‌ کن محسوب می شود.

تظیم میزان بلودان در کولینگ تاور بر اساس دو روش کلی زیر انجام می شود:

• روش اول تنظیم دستی مقدار بلودان برج خنک کننده است. در این روش با استفاده از یک شیر دستی و توسط یک اپراتور در هر چند ساعت جریان تخلیه تنظیم می شود.
• روش دوم تنظیم بلودان برج خنک کننده، روش Automatic است که بهترین روش در تنظیم میزان بلودان برج خنک کننده است.

دریفت یا پرتاب قطرات آب

دریفت  (Drift) در برج خنک ‌کننده، شامل پرتاب قطرات ریز آب خروجی از اسپرینکلر یا آب پخش کن به وسیله جریان مکش هوای عبوری است. میزان دریفت یا پرتاب قطرات آب به سمت پروانه تابعی از طراحی برج و سرعت هوای عبوری از کولینگ‌ تاور می باشد. دریفت در واقع 2 درصد از مصرف آب جبرانی برج خنک ‌کننده را شامل می شود.

به منظور کاهش میزان دریفت در برج خنک ‌کننده، استفاده از قطره‌گیر (Drift Eliminator) توصیه شده است. با استفاده از قطره گیر در برج خنک‌ کننده میزان پرتاب قطرات آب به خارج کولینگ‌ تاور تقریباً به 0.005 قطرات کاهش می ‌یابد.

طراحی قطعات تشکیل دهنده کولینگ تاور

شرکت های سازنده برج خنک کننده، علاوه بر طراحی انواع کولینگ تاور، سازنده بیشتر قطعات این دستگاه از جمله پکینگ، نازل، اسپرینکلر، کاهنده دور، قطره گیر، لوور، فن و… با بکارگیری بهترین متریال موجود در بازار نیز می‌باشند. محاسبات و طراحی هر کدام از بخش ‌های داخلی ذکر شده در کولینگ تاور دارای اهمیت زیاد است. زیرا عملکرد هر قطعه بطور مجزا روی راندمان برج خنک کننده تاثیر بسزایی دارد.