برج خنک کننده چیست
برج های خنک کننده یا پکینگ کولینگ تاور (Cooling Tower) مبدل های حرارتی هستند که از آب و هوا برای انتقال گرما از سیستم تهویه هوا به محیط خارجی استفاده می کنند و اکثر اوقات در حذف گرما از آب کندانسوری که از چیلر خارج می شود کاربرد دارند. این برج ها معمولا روی پشت بام ها و دیگر محیط های بیرونی قرار می گیرند. به دلیل دور بودن از دید رس تکنسین ها در محافظت و عملکرد صحیح آن ها غفلت می شود که این امر سبب کاهش راندمان سیستم خنک کننده خواهد شد. این مقاله در بکار گیری روش های مناسب برای عملکرد بهینه و محافظت از برج های خنک کننده به شما کمک خواهد کرد.
انواع برج خنک کننده
برج های خنک کننده در دو نوع اصلی وجود دارند : باز و بسته ( بعضا به آن ها مستقیم و غیر مستقیم نیز گفته می شود)
برج خنک کننده ی باز ( مستقیم )
خرید دستگاه کولینگ تاور: در برج های خنک کننده ی باز آب کندانسور چیلر مستقیما در معرض اتمسفر قرار دارد. این آب گرم بر روی صفحات (پکینگ) در برج خنک کننده اسپری می شود یا سطح تماس را افزایش دهد و هوا از اسپلش پکینگ ها عبور می کند. مقدار زیادی از گرما با تبخیر حذف می شود. آب سرد باقی مانده پس از فرآیند تبخیر به درون سینی گرد آوری می چکد و به کندانسور چیلر باز می گردد.
برج خنک کننده باز (مستقیم)
برج خنک کننده بسته ( غیر مستقیم )
برج خنک کننده ی بسته آب گرم چیلر را از لوله های موجود در برج خنک کننده به گردش در می آورد. در برج بسته آب سرد با هوای خارجی تماسی ندارد. آبی که صرفا در برج خنک کننده به گردش در می آید ، بر لوله ها اسپری می شود و یک فن هوا را به آن لوله ها می دمد. این عمل آب کندانسور را در لوله ها خنک می کند و آن را مجددا در چیلر به چرخش در می آورد.
برج خنک کننده بسته ( غیر مستقیم)
اجزای برج خنک کننده
در این بخش به توضیح چگونگی فعالیت همزمان اجزای برج خنک کننده می پردازیم.
توزیع آب
آب داغ از سیستم آب سرد و از طریق پمپ کندانسور در لوله های توزیع آب به بخش فوقانی برج خنک کننده ارسال می گردد. در برج باز، آب داغ از طریق آبپاش بر پکینگ ها انتقال گرما در برج خنک کننده اسپری می شود. بعضی برج ها این آبپاش هارا با لوله های قابل کنترل فشار تغذیه می کنند .دیگر برج ها از طریق یک حوض توزیع آب و با استفاده از نیروی جاذبه آبپاش را تغذیه می کنند. در برج های بسته آب دستگاه کندانسور از طریق لوله ها به برج می رود و تماسی با هوای خارجی ندارد. آبی که برای خنک کردن لوله ها بکار برده می شود فقط در برج گردش می کند.
در برج های باز ، یک حوض گرد آوردی در بخش تحتانی برج، آب سرد را پس از عبور از صفحات انتقال گرما جمع آوری می کند. آب سرد مجددا به درون کندانسور پمپاژ می شود تا چرخه ی بسته سرمایش آب را تکمیل کند. در برج های بسته، آب کندانسور حین عبور از لوله های برج سرد می شود و سپس به چیلر باز می گردد.
واسط ( پکینگ یا صفحات ) انتقال حرارت
برج های خنک کننده برای آزاد سازی گرما از سیستم تأسیسات از فرآیند تبخیر استفاده می کنند. در برج های بسته، آب کندانسور به آرامی بر روی پکینگ ها پخش می شود. مقداری از آب داغ در محل پکینگ و یا روی لوله های مداربسته بخار می شود که این فرآیند آب را خنک می کند. پکینگ های برج خنک کننده عموما در بسته های از جنس ورقه های نازک پلاستیکی و یا لایه ی نفوذ پذیر با طرح توری چیشده شده اند.
جریان هوا
بالا بودن مقادیر جریان هوا در صفحات انتقال گرما میزان تبخیر را بالا می برد و درنتیجه سبب افزایش ظرفیت سرمایشی برج می شود. فن های برج خنک کننده این جریان هوا را تولید می کنند. سایز فن های برج و میزان جریان هوا بر اساس شرایط طراحی و دمای آب کندانسور، میزان جریان آب و دمای مرطوب مخزن انتخاب می شود تا به میزان سرمایش مطلوب دست پیدا کند.
برج های خنک کننده می توانند دارای فن های پروانه ای یا دمنده های قفس سنجابی باشند. فن های کوچک می توانند مستقیما به موتور درایو متصل باشند اما اغلب طراحی ها به یک کاهش سرعت متوسط نیاز دارند که توسط تسمه برقی و یا دنده کاهشی انجام می شود. فن و سیستم درایو در ارتباط با سیستم کنترل فعالیت می کنند تا سرعت و استارت / توقف را کنترل کنند. هنگامی که درایو های سرعت متغیر (VSD ) به موتور فن ها اضافه شوند ، سرعت فن هارا کنترل و به طور دقیق تر دمای آب را هنگام خروج از برج تنظیم می کنند.
حذف کننده ی جریان هوای مکشی
هنگامی که هوا از بین پکینگ ها عبور می کند، قطرات کوچک آب سرد کشیده می شوند و می توانند به شکل carry-over یا جریان هوای مکشی از برج خنک کننده خارج شوند. دستگاه هایی به نام حذف کننده ی جریان هوای مکشی، قطرات آب carry-over را حذف می کنند. چکیدن قطرات جریان هوای مکشی برج خنک کننده روی مردم و سطوح زیر برج می تواند آزار دهنده باشد. حذف کننده ی هوای مکش مناسب می تواند کم و بیش مکش را از جریان هوا حذف کند.
مسائل امنیتی
تصفیه آب : آب برج خنک کننده باید مرتبا تصفیه شود. عموما تصفیه باید با مواد شیمیایی صورت گیرد تا از رشد باکتری های مضر ، انباشته شدن رسوب ( ته نشینی مواد معدنی ) روی صفحات جلوگیری شود و میزان خوردگی را به حداقل برساند.
محافظت پرسنل
برج های خنک کننده معمولا در محیط های نامعلوم قرار دارند و بررسی آن ها در محل های نسبتا غیر قابل دسترسی و یا مکان های بدون حفاظ صورت می گیرد که باعث ایجاد خطر در محیط کار می شود. حتما سنجش ها و دستورالعمل های لازم برای جلوگیری از سقوط را اعمال کنید. همچنین تدابیر امنیتی برای قفل های امنیتی را دنبال کنید.
پیمانکار باید دارای چه ویژگی هایی باشد؟
راه اندازی برج خنک کننده
اوایل هر سال و قبل از راه اندازی چیلرها برای فصل تابستان، سرویس و راه اندازی برج ها انجام می شود.
برای آماده سازی برج خنک کننده هر ساله مهندسین تاسیسات و پیمانکاران نگهداری تاسیسات ساختمان عملیات پاکسازی و سرویس را انجام می دهند که درباره ی پاکسازی برج در ادامه به آن پرداخت شده است. مراحل راه اندازی برج خنک کننده به ترتیب زیر است :
- نظافت صافی های مکش پمپ برج
- نظافت سینی برج
- تست عملکرد صحیح فن برج و سرویس موتور آن
- نظافت و پاکسازی پکینگ ها ( دیواره ها و صفحات داخل برج)
- تست فلوتر
- تست پاشش صحیح آب از لوله های گردون روی پکینگ ها
نحوه کار برج خنک کننده
قبل از روشن کردن چیلر برج وارد مدار و روشن می شود. پمپ برج آب را از کندانسر چیلر مکش کرده و به سمت برج پمپاژ کرده و پس از عبور آب از پکینگ ها و انتقال گرما به محیط بیرون به وسیله فن برج به سمت چیلر برگشته و به ابزوربر ( در چیلر جذبی ) رفته و دوباره به کنداسر و همین سیکل هر بار تکرار می شود.
روش های مؤثر در عملکرد بهینه
همیشه برای استفاده از برج خنک کننده از دفترچه راهنمای سازنده کمک بگیرید. یکی دیگر از منابع مناسب برای دست یابی به اطلاعات و استاندارد ها برای برج های خنک کننده کانون تکنولوژی سرمایش (Cooling Technology Institute ) است. در ادامه برای بهینه سازی عملکرد برج ها به چند روش پیشنهادی می پردازیم.
اعمال یک برنامه محافظتی برای پیشگیری از مشکلات احتمالی
این برنامه شامل تصفیه آب و محافظت از سیستم های الکتریکی و مکانیکی به طور منظم می باشد. برای اطلاعات بیشتر به برنامه ی زمانبندی محافظت برج ها در انتهای مقاله مراجعه کنید.
کاهش دمای آب خروجی از برج
دمای آب خروجی از برج باید به میزانی سرد باشد که سازنده برای آب ورودی کندانسور توصیه کرده است. چیلر های جدید تر معمولا می توانند دمای پایین تر آب را برای آب برگشتی از برج تحمل کنند. با کمک گرفتن از توصیه های سازنده و یا دفترچه راهنما دمای آب کندانسور ورودی را در پایین ترین دمای ممکن تنظیم کنید .( مشابه دمای آب خروجی از برج)
فعالیت همزمان برج های خنک کننده
آب را صرف نظر از میزان فعالیت چیلر ها ، به همه ی برج ها هدایت کنید. فن های برج باید درصورت نیاز فعالیت مرحله داشته باشند. راه اندازی همزمان برج ها معمولا انرژی کمتری مصرف می کند تا اینکه آز ان ها به صورت مرحله ای استفاده شود. این استراتژی مخصوصا برای درایو های سرعت متغیر در فن ها بسیار مؤثر است. وقتی یک فن درایو به سرعت ۴۰% (قابل تنظیم) می رسد، فن بعدی به صورت موازی شروع به فعالیت می کند و هردو در یک سرعت مینیمم ۲۰% کار می کنند.
توزیع آب بین چندین برج ( و یا چند محفظه در یک برج ) و در هریک از برج ها یا محفظه ها را متعادل سازی کنید. جریان آب اغلب در یک سمت از برج پایین می رود و یا یک برج ممکن است نسبت به برج های مجاور جریان بیشتری داشته باشد. این امر دمای آب برگشتی به چیلر را افزایش و راندمان برج را کاهش می دهد.
یک استراتژی مناسب را برای تنظیم دمای آب کندانسور لحاظ کنید
حداقل دمای تنظیمی برای آب خروجی از برج باید ۵ درجه ی فارنهایت و بیشتر از دمای مرطوب مخزن در محیط باشد ( با توجه به طراحی آن قابل تنظیم است ). اگر سیستم کنترل دیجیتال مستقیم ( DDC ) دارای سنسور دمای مرطوب مخزن باشد می تواند این تنظیمات را به صورت اتوماتیک اعمال کند.
قبل از راه اندازی فن های برج خنک کننده شیر های عبوری را ببندید
مطمئن شوید که ترتیب کنترل سیستم DDC از فعالیت فن ها قبل از بسته شدن کامل شیر های عبوری جلوگیری می کند. اگر شیر های عبوری کامل بسته نشده باشند آب خروجی از چیلر به درون آب برگشتی به چیلر مسیر چرخش کوتاه شده و بار غیر ضروری را به کمپرسور اضافه می کند.
روند ثبت گزارش دمای آب خروجی از برج
از قابلیت ثبت گزارشات در سیستم DDC برای تشخیص دمای خروجی از برج استفاده کنید. دمای بالاتر از حد نرمال می تواند نشان دهنده ی این باشد که برج به درستی فعالیت نمی کند.
بهترین روش های محافظت از سیستم
فعالیت درون برج مشابه یک طوفان است. این محیط آشفته و ناهنجار باید برای دستیابی به عملکرد مناسب مرتبا بررسی و نگهداری شود.
تصفیه آب کارآمد
تصفیه آب به طور مؤثر می تواند باکتری های مضر و پوسته هارا حذف و رسوب ها ، جامدات و خوردگی را کنترل کند. پخش یا زیرآب زنی ( بخش کوچکی از آب در حال گردش مجدد که برای حذف مواد نامحلول به سمت تخلیه جریان پیدا می کند ) به تنهایی برای کنترل رسوب و خوردگی مناسب نیست و تأثیری بر کنترل آلاینده های بیولوژیکی ندارد. برای کنترل ارگانیسم های بیولوژیکی ، رسوب و خوردگی داشتن یک برنامه ی منظم برای تصفیه شمیایی الزامی است.
جلوگیری از ته نشینی رسوبات
وقتی آب از برج تبخیر می شود، مواد معدنی حل نشده ی آن به شکل رسوب و پوسته روی سطح پکینگ ها ته نشین می شوند. انباشته شدن رسوبات مانع انتقال حرارت از آب به هوا می شود و از میزان اثر بخشی پکینگ ها می کاهد. انباشته شدن بیش از حد رسوب نشانگر فقدان تصفیه آب به میزان کافی است.
از مسدود شدن آبپاش های اسپری جلوگیری و یا آن هارا پاکسازی کنید
خزه و رسوباتی که در حوض جمع می شوند نیز می توانند به اندازه ی جامدات اضافی که وارد برج می شوند ، آبپاش های اسپری را مسدود کنند. این امر باعث توزیع غیر یکنواخت آب روی پکینگ ها و جریان غیر یکنواخت هوا در آن می شود که از میزان تبخیر می کاهد. این مشکلات می توانند حاکی از تصفیه غیر صحیح آب و انسداد صافی ها باشند.می توان از کیت های مختلف برای تعویض با قطعات قدیمی یا آبپاش های کوچکتر ، با آبپاش های با منفط بزرگ تر و یا طراحی های ضد انسداد استفاده کرد.
از کافی بودن میزان جریان هوا اطمینان حاصل نمایید
کم بودن جریان هوا در برج انتقال گرما از آب به هوا را کاهش می دهد. کم بودن جریان هوا می تواند به دلیل ذرات باقی مانده در بخش ورودی یا خروجی برج یا در پکینگ ها ، شل بودن نصب فن و موتور ، تنظیمات ضعیف فن و موتور ، نگهداری ضعیف گیربکس ، تراز نامناسب فن ، آسیب دیدن پره های فن و یا لرزش اضافی باشد. کاهش جریان هوا به دلیل عملکرد ضعیف فن در نهایت می تواند باعث خراب شدن فن یا موتور شود.
از عملکرد صحیح و به اندازه ی پمپ ها اطمینان حاصل کنید
برج خنک کننده ی بسته از یک پمپ برای حمل آب در لوله ها به منظور خنک سازی با تبخیر ، استفاده می کند. برای دست یابی به انتقال حرارت بهینه وجود جریان متناسب آب الزامی است. اتصالات شل ، فرسودگی تکیه گاه ها ، هواگرفتگی، انسداد صافی ها، لرزش اضافی و فعالیت نا مطابق با شرایط طراحی باعث کاهش جریان آب، کاهش راندمان و فرسودگی نا به هنگام تجهیزات می شود