شرایط جریان آب در برج های خنک کننده

۱۳۹۶/۱۰/۰۴

اکثر سیستم های تهویه مطبوع در صنعت تاسیسات HVAC (گرمایش و سرمایش و تهویه مطبوع) یا سیستم های سرمایش فرآیندی دارای ظرفیت سرمایش خالصی بالغ بر Btu/h 4000000 (معادل ۳۳۳ تن) بوده که از طریق تبخیر و به وسیله یک برج خنک کننده باز، عمل انتقال حرارت را انجام می دهند. تبخیر ۱ پوند آب باعث از دست رفتن حرارتی معادل Btu 1000 از آب باقی مانده می شود. بدین ترتیب تبخیر ۱ درصد از آب سیستم برای برقراری تعادل آن حین تغییر دمای ۱۰ درجه فارنهایتی کافی می باشد. در حالی که در سیستم های سرمایش یک گذره آب (با ۱۰۰ درصد آب جبران کننده)، سرمایش ۱۰ درجه ای ۱ پوند آب موجب از بین رفتن Btu 10 حرارت می گردد.


برج خنک کننده (E.S.I)، استخرهای آبی هستند که فضای بزرگ مورد نیاز برای انتقال حرارت تبخیری عظیم را فراهم می نمایند. صنعت برج خنک کننده به این دلیل به کار گرفته می شود که مالکین و اپراتورهای سیستم تهویه مطبوع بر این باور هستند که آب یک کالای ارزشمند بوده و نباید هدر رود. از این رو استفاده از سیستم های خنک کاری آب یک گذره در بسیاری از مناطق جهان ممنوع گردیده است.به علت وابستگی فرآیند تبخیر به دمای حباب تر، استفاده از چگالنده مبرد خنک کاری شده به وسیله آب دارای کارایی بیش تری نسبت به یک چگالنده خنک کاری شده به وسیله هوا می باشد. چگالنده خنک کاری شده به وسیله هوا برای دماهای حباب خشک بالاتر طراحی شده در نتیجه مصارف خاصی دارد.به منظور یافتن کارآمد ترین روش استفاده و بیش ترین ظرفیت سرمایش به ازای حجم برج (با واحد فوت مکعب)، پژوهش های گسترده ای بر روی برج خنک کننده انجام گردیده است. برج های خنک کن معمولا به صورت تن سیال خنک کننده (Btu/ton 12000) رده بندی می شوند. نوع دیگری از رده بندی نیز وجود دارد که در آن از واحد گالن بر دقیقه با یک اختلاف دمای خالص میان ورودی و خروجی استفاده می شود.
به منظور مطالعه شرح کاملی از ترمودینامیک برج خنک کننده و تفسیر جامع انواع مختلف برج خنک کن، می توانید به بخش برج خنک کننده (فصل ۳۶) هندبوک گرمایش و سرمایش و تهویه مطبوع ASHRAE سال ۲۰۰۴ جلد سیستم ها و تجهیزات مراجعه نمایید.
به طور مشهود انواع مختلفی از چیدمان های برج خنک کننده و الگوهای هوایی برای دستیابی به بالاترین کارایی و صرفه اقتصادی برج خنک کننده برای ابعاد و اندازه و انواع مختلف سیستم های گرمایش و سرمایش و تهویه مطبوع (HVAC) و کاربرد های صنعتی وجود دارد. جدول ۱ یک نمایش گرافیکی از انواع برج خنک کننده به کار رفته در صنعت امروزی را نمایش می دهد. به زبان ساده برج خنک کننده ظرفی است که درون آن، آب و هوا هر دو جریان پیدا می کنند. اغلب هوا به صورت دمشی یا مکشی درون برج جاری شده و از آب در حال سقوط عبور می کند. معمولا آب به صورت آبشارهای کوچک و در چند مرحله از محیطی که به نوعی طراحی شده که سرعت سقوط آب را کاهش می دهد، سقوط می کند. این عمل باعث افزایش زمان تماس آب و هوا شده و نرخ تبخیر آب را افزایش می دهد. انواع مختلفی از برج خنک کن نیز وجود دارد که نه از سیستم های به حرکت در آوردن هوا (فن ها) و نه از محیط های واسطه کاهش سرعت آب استفاده می کنند. بزرگ ترین برج خنک کننده فاقد فن، برج خنک کننده هایپربولیکی (هذلولوی) بوده که اغلب در نیروگاه های تولید برق به کار گرفته می شوند. اساسی ترین دسته بندی برج های خنک کن بر مبنای نوع حرکت هوا در برج یعنی جابجایی آزاد یا مکانیکی می باشد.
انواع دیگری از دسته بندی برج های خنک کن نیز وجود دارد. به عنوان مثال سوار کردن قطعات در کارخانه یا محل استفاده، شکل برج (مستقیم الخط، گرد، هشت گوش) و مواد سازنده اساسی (مانند برج خنک کن سرامیکی).

جدول۱ دسته بندی برج های خنک کن باز
شرایط جریان آب در برج های خنک کننده ابتکار صنعت ایرانیان .
برج های خنک کننده برای داشتن عملکرد قابل قبول به یک محدوده بسیار خاصی از جریان نیاز دارند. در اکثر برج های خنک کننده، این محدوده تنها ۱۰۰-۸۰ درصد جریان طراحی می باشد. محدوده جریان برخی از برج های خنک کن ممکن است توسط سازنده و از طریق اصلاح سیستم توزیع آب در برج خنک کن، افزایش داده شود. اگر نرخ جریان عملی کم تر یا بیش تر از نرخ مشخص شده باشد، مشکلات عملکردی پدید می آید. جریان آب درون برج غیریکنواخت گردیده و تعادل ان با جریان هوا از دست می رود. کسب اطمینان از تطابق نرخ جریان آب با نرخ جریان مورد نیاز بر عهده سازنده می باشد.
سازگار کردن پمپ با برج خنک کننده ممکن است سایر الزامات طراحی مانند نرخ جریان مورد نیاز چگالنده چیلر را با مشکل مواجه سازد. باید توجه شود که این دوگانگی وجود داشته و طراحی سیستم آب باید الزامات هر دو را تامین نماید. آشکار شدن این حقیقت موجب ساخت انواع مخازن چیلر و آرایش پمپ ها برای ارضای هر دو مورد برج خنک کن و سایر تجهیزات، شده است. برخی از این راه حل ها در ادامه فصل ارائه خواهند شد.
نخستین اطلاعاتی که در پمپاژ یک برج خنک کننده باید جمع آوری گردد، تعیین حداقل و حداکثر جریان مورد نیاز توسط تجهیزات به کار رفته مانند چگالنده های چیلر می باشد. در گذشته بدین منظور قواعد ساده ای وجود داشت مانند قاعده نرخ ۳ گالن بر دقیقه به ازای هر تن خنک کاری برای هر چیلر الکتریکی. در این قاعده فرض شده است که نرخ خروج حرارت برابر است با Btu/ton 12000 برای کمپرسور چیلر و Btu/ton 3000 برای تجهیزات کمکی (Btu/ton 15000). امروزه و با اصلاح عملکرد چیلر، نرخ جریان آب به دقت محاسبه می گردد. نرخ جریان واقعی در چیلر یا سایر تجهیزات باید با در نظر گرفتن دمای طراحی آب مانند ۹۵ درجه فارنهایت برای آب بازگشتی و ۸۵ درجه فارنهایت برای آب مخزن، بررسی شود. اگر حرارت خارج شده از چیلر به ازای واحد حرارت در سیستم آحاد انگلیسی بر واحد ساعت مشخص شود، معادله زیر می تواند نرخ جریان آب را محاسبه کند:

اگر بار خنک کاری به صورت تن سیال خنک کاری بیان گردد، رابطه زیر به کار می رود:

در این روابط وزن مخصوص آب ۳۳/۶۲ پوند بر فوت مکعب در نظر گرفته شده است. در حالی که وزن مخصوص اب در دمای ۸۵ درجه فارنهایت، ۱۵/۶۲ پوند بر فوت مکعب می باشد. در نتیجه از این روابط استاندارد در مواقعی که به محاسبه دقیق نرخ آب بر واحد گالن بر دقیقه یا پوند بر ساعت نیاز باشد، نمی توان استفاده نمود. در چنین مواقعی می توان از جدول ۳-۲ بهره گرفته و وزن مخصوص واقعی آب در دمای عملکردی را در محاسبات مد نظر قرار داد.
بسیاری از سازندگان چیلرها، نرخ واقعی جریان در واحد گالن بر دقیقه را مشخص کرده ولی نرخ خروج حرارت را تعیین نمی کنند در نتیجه از این شکل ها می توان به جای روابط فوق استفاده نمود.
چیلرهای بخار جذبی یا چیلرهای گرم شده به وسیله آب گرم دارای نرخ خروج حرارت بالاتری نسبت به چیلرهای الکتریکی می باشند. سازندگان این چیلرها نرخ جریان این ماشین ها را معمولا در اختلاف دماهای خاصی مشخص می کنند.
استفاده از چیلرهای احتراق مستقیم که از گاز طبیعی به عنوان منبع حرارت بهره می گیرند، نیازمند اندازه خاصی از برج های خنک کننده می باشد. حرارت خروجی نیز دارای راندمان احتراق می باشد بنابراین حرارت خروجی کل برج خنک کن باید بالغ بر Btu/ton 20000 باشد. در این حالت اختلاف دمای مجاز ممکن است از ۱۰ درجه فارنهایت بیش تر باشد. در نتیجه نرخ جریان بر واحد گالن بر دقیقه ممکن است با آن چه پیش تر محاسبه گردید، متفاوت باشد.

  کلمات کلیدی :
  •   اشتراک گذاری در شبکه های اجتماعی :