برج خنک کن هیبریدی دستگاهی صنعتی است که با استفاده از دو مدار سری هوا خنک و آب خنک، سیال مورد نظر را سرد می کند. استفاده از کویل مجزای هوا خنک در بخشی از سال، باعث صرفه جویی در مصرف آب خواهد شد. این تعریف خلاصه و کوتاهی از Hybrid cooling tower بود. احتمالا قبل از خواند این مقاله در ذهن شما چند مورد از سوالهای زیر ایجاد 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 به گونه ای با 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 هوا خنک خدمت شما عزیزان ارائه کنیم.
هیبرید به چه معنی است؟
بهتر است اول از همه با مفهوم واژه ) بیشتر آشنا شویم. هیبرید در لغت به معنی ترکیب دو یا چند روش و یا رویکرد متفاوت، با هدف بهبود راندمان و عملکرد کلی مجموعه و بهره بردن از مزیتهای هر روش است. به عنوان مثال خودرو یا ماشین هیبریدی ترکیبی از موتور احتراق داخلی و باتری است. با ترکیب این دو روش، یک وسیله نقلیه هیبرید می تواند مسافت بیشتری نسبت به انواع بنزینی یا برقی طی کند و در عین حال آلایندگی بسیار کمتری نیز دارد. در برج خنک کن، روش هیبرید با ترکیب دو حالت هوا خنک و آب خنک، موجب کاهش مصرف آب کولینگ می شود. 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
کولینگ تاور تر یا خیس
کولینگ تاور هیبرید
کولینگ تاور هلر بتنی نیروگاهی(Dry Cooling tower)
این نوع برج خنک کن صرفا با گردش جریان هوا کار می کند و تبخیر آب در روند خنک کاری آن تاثیری ندارد. نمونه قابل توجه این گروه را می توان در سیستم کولینگ نیروگاه مشاهده کنید. در این مدل Cooling tower، آب از داخل رادیاتور در قسمت پایینی بدنه رد شده، و اختلاف فشار بین دهانه بالایی برج و قسمت پایینی، موجب ایجاد جریان هوا و خنک شدن سیال(آب) داخل رادیاتور می گردد. البته در برخی نمونه های این نوع برج خنک کن، برای افزایش شدت جریان هوا از فن نیز استفاده می گردد. باید توجه داشت که فرم مخروطی یا بتونی کولینگ تاور نیروگاهی، دلیل بر خشک بودن آنها نیست و در برخی موارد این نوع برجهای خنک کن از پاشش آب برای سرد کردن استفاده می کنند که این مطلب را از بخار خارج شده از دهانه بالایی می توان فهمید. مشکل این نوع برج خنک کننده محدودیت در کاهش دمای سیال و دمای بالای آب خروجی در تابستان است.
برای مثال اگر شما بخواهید دمای کولینگ واتر را از 40 درجه به 30 درجه سانتیگراد برسانید، استفاده از سیستم هوا خنک، در بیشتر شهرهای ایران امکانپذیر نیست. تصویر کولینگ تاور بتنی نیروگاهی خشک(برج خنک کن هلر) 2 – برج خنک کننده تر (مرطوب) نمونه کولینگ تاور مدار باز فایبر گلاس(برج خنک کننده تر) تولیدی با بهترین کیفیت و قیمت مناسب ، ترکیبی از کولر هوایی خشک و کولینگ آب خنک است که در زمان اوج گرما از تبخیر آب، و در سایر موارد از هوای محیط برای سرمایش سیستم استفاده می کند. مزیت اصلی برج خنک کن هیبرید، کاهش قابل توجه مصرف آب سالیانه است. با استفاده از کولینگ تاور هیبریدی، بر اساس شرایط پروژه و موقعیت جغرافیایی می توانید بطور متوسط بین 40 تا 80 درصد، در تامین آب میک-آپ صرفه جویی کنید.
توجه داشته باشید که برج خنک کن هیبرید هزینه اولیه ساخت بالاتری دارد و در عین حال ابعاد آن بزرگتر از کولینگ تاور مدار بسته و مدار باز می باشد. روش کاهش مصرف آب در کولینگ هیبرید بدین ترتیب است که سیال یا آبی که نیاز به سرد شدن دارد، ابتدا به بخش بالایی کولینگ تاور(کویل هوا خنک) وارد می شود. در این بخش آب یا سیال مورد نظر، ابتدا در کویل و توسط هوای محیط تا حدی سرد می گردد. این مرحله از کاهش دما در بسیاری از فصول سال کمک میکند تا درصد خنک کاری مورد نیاز توسط تبخیر، بمقدار چشمگیری کاهش یابد. در تصویر زیر نمودار دمای متوسط سالیانه ایران را می بینید. مطابق اطلاعات این نمودار در فصلهای پاییز، زمستان و بهار و همچنین در طول مدت شب، امکان صرفه جویی مصرف آب بین 40 تا 80 درصد، به صورت سالیانه وجود دارد.
پس از گذر آب از مبدل هوایی، سیال به قسمت پایینی برج خنک کن هیبرید منتقل می گردد و توسط نازل بر روی پکینگ برج خنک کننده پاشیده شده و یا داخل لوله های سیکل بسته آب خنک خواهد شد. در نهایت تا رسیدن دمای سیال به دمای ایده آل، تبخیر سطحی سیال را سرد می کند. همانطور که توضیح دادیم در برج خنک کننده هیبرید بخاطر پایین بودن دمای هوای محیط در فصول پاییز، زمستان و بهار، درصد قابل توجهی از انتقال حرارت و سرمایش توسط سیستم کندانسور هوایی انجام می پذیرد و به همین خاطر مصرف آب سالیانه Hybrid Cooling tower نسبت به سایر مدل های کولینگ تاور کمتر است.
نحوه عملکرد برج خنک کننده هیبرید مدار بسته
نیاز کمتر به آب عامل اصلی است که موجب شده برج خنک کن هیبرید گزینه مناسبی برای مناطق نسبتا خشک باشد. در چنین پروژه هایی برج خنک کننده کم مصرف هیبریدی، مقدار تبخیر آب را کنترل کرده و تا جای ممکن با استفاده از سیستم هوا خنک، دمای کولینگ واتر را کم می کند. تولید و ساخت کولینگ تاور هیبرید نیازمند آشنایی با علم مکانیک سیالات و انتقال حرارت بوده و انجام شبیه سازی و محاسبات اولیه در آن، بسیار مهم است. در تصویر زیر مقایسه ای کلی بین ابعاد و قیمت حدودی برج خنک کن مدار باز، کولینگ تاور مدار بسته و برج هیبریدی را ملاحظه می کنید. اختلاف قیمت و تفاوت اندازه در برج خنک کننده هیبریدی، مدار بسته و مدار باز
برج خنک کننده هیبرید برای چه دما و شرایطی توصیه می شود؟
اما در مثال دیگری اگر دمای آب ورودی به کولینگ تاور 35 درجه، دمای آب خروجی 29.5 درجه سانتیگراد و دمای حباب تر در حدود 25 درجه باشد، استفاده از کولینگ هیبریدی توجیه اقتصادی ندارد و صرفه جویی قابل توجهی در مصرف آب اتفاق نمی افتد. به این خاطر بهتر است قبل از اقدام به خرید، طرح امکان سنجی و نیاز سنجی برای استفاده از هایبرید کولینگ تاور با همکاری یک مشاور تهیه کنید و ببینید آیا برج هیبریدی برای کاربری مورد نظر شما مناسب است یا خیر؟ ما با استفاده از نرم افزارهای معتبر اروپایی و آمریکایی، و تجربه مناسب در صنایع مختلف، آماده ارائه هستیم.
مقدار صرفه جویی آب در کولینگ هیبرید
هدف اصلی ساخت برج خنک کن Hybrid، کم کردن مصرف آب سالیانه است. اما بعضی از مشاور ها و پیمانکاران، در مورد مقدار کاهش مصرف آب سیستم هیبریدی اغراق می کنند تا مشتری بیشتر به خرید این سیستم رغبت پیدا کند. اما در واقعیت و با توجه به اقلیم ایران، مقدار صرفه جویی مصرف آب در Hybrid cooling tower و در یک سال تقریبا بین 40 الی 80 درصد خواهد بود. محاسبه دقیق کاهش مصرف آب پکینگ رندوم اسپلش ، با توجه به دمای آب ورودی و خروجی و وت بالب(wet bulb) انجام می شود.
حداکثر مقدار صرفه جویی در مصرف آب در برج خنک کن
برای کاهش مصرف آب در کولینگ تاور های هیبریدی، معمولا اعدادی بین 40 تا 80 درصد بیان می شود. البته این مقدار صرفه جویی در مصرف متوسط سالیانه آب است. اگر شرایط عملکرد شما به گونه ای باشد که نیاز به کاهش مصرف آب به مقداری بیشتر از 50 درصد داشته باشید(مثلا پروژه در استانهای یزد، اصفهان و یا کرمان واقع شده باشد)، دیگر استفاده از سیستم هیبرید عادی امکان پذیر نیست. پیشنهاد ما در این شرایط بکار گرفتن سیستم هیبرید ترکیبی است که امکان صرفه جویی آب بیشتر از 50 درصد در طول سال را هم فراهم می کند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این نوع سیستم Hybrid cooling tower با ما تماس بگیرید. البته یک گزینه قابل بررسی دیگر در این پروژه ها، خواهد بود.
انواع مختلف برج خنک کننده هیبرید
برج هیبرید را می توان به سه دسته مختلف تقسیم کرد. این سه دسته با توجه به نحوه کارکرد کولینگ تاور، طبقه بندی می شود. ارزانترین نوع که کمترین مقدار صرفه جویی در مصرف آب را هم دارد، سیستم کولینگ هایبرید مدار باز است. در این مدل، قسمت بالای برج تعدادی کویل هوا خنک دارد که پس از رد شدن آب از آنها، نهایتا بر روی فیلینگ ها پاشیده می شود. مقدار کاهش مصرف آب در این سیستم (هیبرید مدار باز)، بین 20 تا 40 درصد نسبت به متوسط مصرف سالیانه است. نوع دوم برج خنک کن هیبرید مدار بسته است.
در این مدل از کولینگ تاور آب پس از عبور از کویل هوا خنک، وارد کویل های آب خنک می شود که روی آن آب پاشیده خواهد شد. صرفه جویی در مصرف آب این نوع کولینگ تاور بین 30 تا 50 درصد است. جدیدترین و کاملترین نوع کولینگ هیبریدی، برج خنک کن آدیاباتیک است که می تواند تا حدود 80 درصد از مصرف آب متوسط سالیانه را کاهش دهد. این سیستم برای پروژه هایی مناسب خواهد بود که در مناطق خشک مثل یزد، کرمان، اردکان، اصفهان، بافق، کاشان اجرا شده اند. برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره در مورد Hybrid cooling tower با ما تماس بگیرید.
بازیابی بخار خارج شده از برج خنک کننده
توضیح مهم : اخیرا و با افزایش توجهات به حوزه مدیریت آب، شرکت های بسیاری شروع مطالعه در خصوص روش های کاهش مصرف آب نموده اند و در این میان عده ای مدعی شده اند که با به دام انداختن قطرات آب می توان مصرف آب برج خنک کننده را کاهش داد. در خصوص این ادعا کافی است ابتدا به نمونه های مشابه این روش در جهان مراجعه نمود که تقریبا هیچ نمونه عملیاتی و اقتصادی از دستگاه بازیافت آب برج خنک کننده که بر روی فن استک نسب می شود در دنیا وجود ندارد. دلیل این مساله درصد بسیار پایین قطرات معلق در بخار آب است که به نسبت آب تبخیر شده بسیار ناچیز است (0.003 الی 0.0001 آب در گردش)