مبانی برج خنک کننده

. مقدمه

ماشین ها  و فرایندهای صنعتی و رفاهی اسایشی اسان گرمای بسیار زیادی تولید می کند که اند به طور مستمر دفع شود تا این ماشین ها و فرایندها بتوانند به طور موثر به کار گرفته شوند هرچنذ این گرما به حجمی از آب سیال سرد منتقل میشود ولی دفع نهایی گرما همواره به هوایمحیط است توسط مبدل های حرارتی انجام می شود. بسیاری از این مبدل های حرارتی شناخته شده نیستند زیرا آنها چیزی جز جویبارها، رودخانه ها و دریاچه ها نیستند فرآیند طبیعی تبخیر باعث موثر واقع شدن جنین محیط های انتقال گرمایی می شود. ولی محدود بودن سطوح و وابستگی آنها به وزش بادهای اتفاقی  باعث کاهش اثر بخشی چنین مبدل های حرارتی می گردد .ولی او از خنک شدن طبیعی استفاده می کند. انسان های اولیه به نسیم ها و بادهای خنک طبیعی وابسته بودند،چرا که فرآیند خنک شدن تبخیری را تسریع می بخشید و آنها را خوشحال می کرد. در گذشته دوره از دست برای تکان دادن برگ های بزرگ و ایجاد باد مصنوعی استفاده امی شد که در واقع نخستین مفهوم اساسی برج خنک کننده بود. قرن ها بعد، تکنولوژی پیشرفته به مرد تصویر شماره10.1اجازه میدهد که از جریان هوای خنک مکانیکی برج خنک کننده لذت ببرد.

B انواع برج های خنک کننده

برج های خنک کننده در چندین نوع و مدل مختلف طراحی و ساخته می شوند. تمام آنها برای هرگونه ترکیب بار گرمایی مناسب نیستند. برای مصرف کننده شناخت انواع برج و مزایا و محدودیت های آنها بسیار مهم است برج های اتمسفری از هیچ گونه وسیله مکانیکی (فن) برای ایجاد جریان هوای برج استفاده نمی کنند برج اتمسفری کوچک شکل 10.2 جریان هوای خود را از القای طبیعی سیستم  توزیع آب پاششی- فشاری به دست می آورد.

هر چند چنین برجی نسبتا ارزان است ولی فقط در اندازه کوچک به کار می رود و به شدت تحت تاثیر شرایط باد نامساعد قرار می گیرد. استفاده  از آنها  در در فرآیند های  نیازمند دماهای دقیق و مطمئن آب توصیه نمی شود. برج اتمسفری نوع معروف به برج خنک کننده هذلولی مکش  طبیعی  (شکل 10.3 الف و 10.3ب ) به شدت به عملکرد حرارتی خود وابسته است .

جریان هوای آن توسط اختلاف چگالی بین این هوای گرم داخل دودکش (با چگالی کمتر) و هوای نسبتا خنک محیط ( با چگالی بیشتر ) بوجود می اید معمولا این گونه برج  بزرگ هستند (250000gpm یا 1000m/min وبیشتر از آن )و ارتفاع آنها  بیش از (150m)ft500  است. نام این برج ها از شکل هندسی پوسته آنها گرفته شده است. هر برج های هذلولی گران تر هستند ولی به طور گسترده در نیروگاه های تولید برق با گرمای زیاد به کار می روند. صنعت سوخت نیز با بارهای گرمایی قابل ملاحظه خود از ما هذلولی استفاده می کند. با این وجود، برج های مکش طبیعی برای مناطقی با رطوبت نسبی بالا مقیدند و باید از برج های مکش مکانیکی در مناطق خشک یا مرتفع استفاده کرد.

اجزای مختلف فایبرگلاس برج خنک کننده

 

اجزای مختلف فایبرگلاس برج خنک کننده

• 1-پنلها یا فریم اصلی:

پنلها (Panel) دیواره‌های اصلی بدنه فایبرگلاس کولینگ‌تاور می‌باشند. پنلها می‌توانند به صورت ماژولار به بخشهای دیگر متصل شوند و فریم نهایی را تشکیل بدهند.

• 2-ستونی یا فریم جانبی:

ستونی (Column) از یک سو به پنلها و از سوی دیگر به بیسین و لوور متصل می‌شود. وزن اصلی فن دک یا فن استک توسط ستونی بر روی سازه تقسیم می‌گردد.

• 3-بیسین یا تشتک ذخیره:

تشتک (Basin) در زیری ترین بخش تحتانی برج خنک کننده قرار می گیرد . آب سرد پس از عبور از پکینگها در تشتک یا بیسین جمع می شود . این آب خنک جمع شده توسط پمپ سیرکولاتور وارد مدار خنک کاری می شود.

• 4-لوور یا کرکره ورودی هوا:

کرکره مکش هوا (Louvre) در بخش ورودی هوا به صورت پره ای قرار می گیرد . هوای مکش شده فن از این دریچه ها به داخل برج خنک کننده هدایت می شود. لوورها قالباً از دو نوع لانه زنبوری یا تیغه‌ای در کولینگ تاور بکار می‌روند.

• 5-فن دک یا محفظه خروجی هوا:

 گلویی خروجی هوا (Fan Deck) به صورت یک محفظه دودکش مانند در قسمت بالایی قرار داده می شود . هوای گرم و اشباع خروجی از این بخش به محیط بیرون هدایت می شود. فن دک به صورت یک مخروط واگرا در قسمت فوقانی برج قرار می‌گیرد.

• 6-ساپورتهای پالتورژن نگهدارنده:

نسل جدید تولید قطعات فایبری یا کامپوزیتی فرآیند پالتروژن می باشد. قطعات پالتروژنی به صورت قوطی یا نبشی از متریال الیاف و رزین (فایبرگلاس) تولید می شود. این قطعات در برج خنک کننده جایگزین ساپورتهای فلزی شده است.

---

انواع مدل های تولیدی برج خنک کننده فایبرگلاس

سیستم‌های برودتی فایبرگلاس در یک طبقه‌بندی کلی در دو زیرگروه مدار باز و مدار بسته تقسیم می‌شود. سیستمهای برودتی مداربسته خود نیز با توجه به نوع کاربری به دو طبقه هیبریدی و خشک تقسیم می‌گردد. برج‌های مداربسته در قیاس با نوع باز هدر رفت آب کمتری دارد یا مصرف آب اصلاً ندارد. به دلیل برخورد هوا با آب تحت سطح تماس واسطه(کویل) تبخیر در کولینگ‌تاورهای فایبرگلس اتفاق نمی‌افتد. سیستم‌های مدار بسته آب را بدون تبخیر و رسوب سرد می‌کند و سیستم های مدا باز آب را با ایجاد بخار خنک می‌نماید. عدم تشکیل لایه‌های رسوب در مبدل‌های کندانسور تجهیزات گرمازا از مهمترین مزیت‌های برج خنک کننده مداربسته به شمار می‌آید.

برج خنک کننده فایبرگلاس مدارباز به دو دسته جریان مخالف و متقاطع تقسیم می‌شود. ظاهر کولینگ‌تاور جریان متقاطع یا کراس فلو قالباً به شکل مستطیلی می‌باشد. مدل جریان مخالف یا کانترفلو نیز به صورت مکعبی یا گرد تولید می‌شود. مدل‌های مکعبی به دلیل سیستم توزیع آب مطلوب و راندمان بالا کاربرد بیشتری دارد. آب سرد شده در سیستم‌های برودتی مکعبی به دلیل داشتن ارتفاع بیشتر تا دمای کمتری کاهش می‌یابد. دمای آب خروجی سرد از کولینگ‌تاور فایبرگلاس مکعبی سه درجه بالاتر از دمای وت بالب محیط می‌باشد. در سیستم‌های مدور دمای آب سرد حدود 5 درجه بالاتر از دمای اشباع محیط کاهش می‌یابد.

به صورت مختصر می‌توانیم دسته‌بندی برج خنک کننده فایبرگلاس را به شرح ذیل بیان کنیم.

الف) برج خنک کننده فایبرگلاس تیپ مدار باز

• 1-جریان مخالف مکعبی 
• 2-جریان مخالف مخروطی
• 3-جریان متقاطع یا طرح ابارا

 

ب)برج خنک کننده فایبرگلاس تیپ مداربسته خشک

ج)برج خنک کننده فایبرگلاس تیپ مداربسته هیبریدی

---

نحوه تولید برج خنک کننده فایبرگلاس

• مرحله اول:

قالب گیری قطعات فایبرگلاس بدنه

ابتدایی ترین مرحله از تولید کولینگ تاور، ساخت قطعات بدنه می باشد. بدنه فایبرگلاس برج خنک کننده همانطور که بیان شد اجزای مختلفی دارد. اجزای مختلف بدنه فایبرگلاس به صورت مجزا در مرحله ابتدایی توسط قالب گیری تولید می شوند. هر یک از اجزای فایبرگلاس دارای قالب معین و اندازه مشخص می باشد.

• مرحله دوم:

پرداخت و پخت قطعات فایبرگلاس بدنه

پس از مرحله قالب گیری قطعات بدنه قطعات را از داخل قالب جدا می‌نماییم. قطعات فایبرگلاس برج خنک کننده را به مدت مشخص در معرض تابش نور خورشید قرار می‌دهیم. تابش نور خورشید سبب پخته شدن و قوام یافتن رزین در بافت داخلی فایبرگلاس می شود. پس از تکمیل فرآیند پخت توسط تابش نور خورشید قطعات بدنه برج خنک کننده پرداخت می شوند.

• مرحله سوم:

تولید قطعات فلزی برج خنک کننده توسط ماشین آلات تراشکاری

اجزای فلزی برج خنک‌کننده عبارتند از کاهش دور – فن یا پروانه – اسپرینکلر و قطعات نگهدارنده موتور و فن. اجزای فلزی هر یک توسط دستگاه‌های تراشکاری و ریخته‌گری تولید می‌شوند. فرآیند قالب‌گیری، ریخته‌گری، تراشکاری و بالانس از مراحل اصلی ساخت این بخش محسوب می‌شود.

• مرحله چهارم:

تولید قطعات پلاستیکی توسط دستگاه تزریق یا اکسترودر

قطعات پلاستیکی یا پلیمری کولینگ تاور عبارتند از: نازل ، قطره گیر ، لوله ، بست کمربندی و پکینگ مدیا . این قطعات پلیمری هر یک در قالبهای مشخص توسط دستگاه های تزریق پلاستیک تولید می شود. برخی از قطعات پلاستیکی به صورت شیت های پلیمری تولید می شوند. این شیت ها در دستگاه قالب گیری دیگر توسط پیم یا اتصال چسب متصل می شوند. پس از اتصال ورق ها قطره گیر و پکینگ به صورت بلوکی درون برج خنک کننده بکار برده می شوند.

• مرحله پنجم:

مونتاژ و اسمبل کردن قطعات در کنار یکدیگر

این مرحله نهایی ترین بخش تولید برج خنک کننده فایبرگلاس به حساب می‌آید. مونتاژ و یا سر جمع کردن قطعات در کنار یکدیگر مستلزم یک نقشه انفجاری است. نقشه انفجاری دستگاه عموماً قبل از فرآیند مونتاژ در اختیار واحد تولید قرار می‌گیرد. واحد تولید و مونتاژ مطابق با نقشه انفجاری دستگاه را مونتاژ می نمایند. مونتاژ نهایی برج خنک کننده می‌تواند در کارخانه و یا در محل پروژه صورت پذیرد.

ساختار کلی فایبرگلاس در برج خنک کننده

دلیل نامگذاری اصلی این ماشین برودتی ساختار کامپوزیتی قطعات بدنه می‌باشد. فایبرگلاس(FRP) در اصل مخفف Fiber Resistance Polymer می‌باشد. فایبرگلاس FRP به معنی فیبر یا ساختار شیشه مقاوم شده توسط پلیمر می‌باشد. بدنه فایبرگلس بکار رفته در برج خنک کننده بدنه‌ی تقویت شده توسط الیاف شیشه و پلیمرها یا رزین ها می‌باشد. رزین بافت اصلی چسب مانند در قطعات کامپوزیت به شمار می آید. رزینها به عنوان پلیمر در این ترکیب بکار برده می‌شود. الیاف شیشه نیز مستحکم کننده ترکیب فایبرگلاس در کولینگ تاور می‌باشد. ترکیب الیاف شیشه یا با پلیمر امروزه در انواع فایبرگلاس FRP و GRP دیده می شود. نوع الیاف و رزین بکار رفته در فایبرگلاس بیشترین تاثیر در کیفیت نهایی این محصول دارد. الیاف‌های اروزیل ، سوزنی و حصیری رایج ترین الیاف در تولید قطعات کامپوزیت میباشد. در برج خنک کننده بیشتر از ترکیب الیاف‌ها و رزینهای مختلف جهت تقویت استحکام بدنه استفاده می‌شود.

الیاف‌های حصیری مقاومت فشاری سازه را افزایش می‌دهند و الیاف‌های سوزنی نیز در مقابل تنش‌های کششی استحکام بیشتری دارند. ترکیب این دو الیاف شیشه با پرکننده یا الیاف پودری (اروزیل) سبب افزایش استحکام نهایی می‌شود. استحکام نهایی کامپوزیت در کولینگ تاور علاوه بر نوع الیاف به مدل رزین نیز وابسته است. رزین‌های تیپ پلی‌استر دسته غیراشباع پرکاربردترین نوع رزین در تولید برج خنک کننده کامپوزیت می‌باشد. رزین های پلی استر غیر اشباع به دو دسته ایزوفتالیک و ارتوفتالیک تقسیم می شود. اکثر سازندگان برج خنک‌کننده از رزین نوع ارتوفتالیک در ساختار قطعات بدنه کامپوزیتی استفاده می‌نمایند. تفاوت اصلی این دو رزین در نوع بافت پلیمری و زمان پخت آن‌ها می‌باشد. استحکام نهایی بدنه برج خنک‌کننده با ایزوفتالیک بیشتر از ارتوفتالیک می‌باشد.

برج خنک کننده فایبرگلاس

برج خنک کننده فایبرگلاس (fiberglass cooling tower) نوعی برج خنک کن یا کولینگ‌تاور با بدنه کامپوزیت یا فایبرگلاس می‌باشد. برج خنک کننده فایبرگلاس(فایبرگلس) منبع سردکننده آب داغ برگشتی از چیلر یا ماشین‌های صنعتی می‌‌باشد. برج خنک‌کن فایبرگلاس مبدل خنک کننده آب توسط هوا می باشد که انواع مختلفی دارد. آب داغ در این تجهیز توسط هوای محیط بیرون سرد می‌شود. گرمای مازاد آب از بالای برج خنک‌کننده فایبرگلاس به بیرون تخلیه می‌شود. آب خنک شده در کولینگ تاور فایبرگلاس تا دمای مرطوب کاهش دما پیدا می کند. در اثر فرآیند تماس آب و هوا در برج خنک کننده آب تبخیر می شود. تبخیر آب سبب افزایش رطوبت هوای خروجی می شود. بخارات آزاد شده از آب به صورت رطوبت به هوای آزاد هدایت می شود. برج خنک کننده فایبرگلاس انواع مختلفی دارد که از جمله پرکاربردترین آن ها برج فایبرگلاس مکعبی و مخروطی مدارباز می‌باشد.

شاید بپرسید فایبرگلاس چیست؟

فایبرگلاس نوعی کامپوزیت یا ترکیبی از چند ماده مختلف پلیمری(رزین و چسب) با شیشه می‌باشد. فایبرگلاس از دو کلمه fiber یعنی فیبر (پلاستیک فشرده) و glass  نامگذاری شده و به معنای ترکیب پلیمر با شیشه میباشد. فایبرگلاس در دو دسته frp و grp دسته بندی می شود که frp  نیز مخفف کلمه fiber reinforced polymer می‌باشد. فایبرگلاس از ترکیب دو ماده الیاف شیشه‌ای و چسب مخصوص (رزین) تشکیل شده و به دلیل داشتن ساختار ترکیبی بسیار مقاوم تر از سایر پلیمرها می‌باشد.

به بیانی ساده: فایبرگلاس نوعی پلیمر است که توسط الیاف شیشه تقویت شده و مقاومت مکانیکی بسیار بالایی پیدا کرده است.

 

---

چرا از فایبرگلاس در ساختار برج خنک کننده استفاده می کنیم؟؟؟

شاید در این مرحله پرسش شود که چرا امروزه بیشتر تولیدات برج خنک کننده با بدنه فایبرگلس عرضه می‌گردد. در پاسخ به این موضوع باید بگوییم دلایل بسیار زیادی در کاربرد فایبرگلاس در ساختار بدنه کولینگ تاور دخیل بوده که مهمترین آنها عبارتند از:

• عدم زنگ زدگی بدنه در واکنش با رطوبت و آب

• غیرقابل نفوذ بودن در برابر گرمای خورشید (مخصوصاً در فصل تابستان)

• آنتی یووی بودن بدنه و عدم آفتاب سوختگی و پوسیدگی قطعات در برابر تابش نور خورشید

• امکان تولید و ساخت در ظرفیت های بسیار زیاد به صورت چندسلولی

• رسوب گرفتگی فوق العاده کم در برابر املاح موجود در آب

• سبک بودن ساختار فایبرگلاس نسبت به فلزهای مختلف و بتن

• ارتعاش و لرزش کم بدنه به دلیل پیچ و مهره بودن اتصالات و ساختار بدنه

• رشد جلبک و باکتری در محیط فایبرگلاس به کندی شکل می گیرد.

• طول عمر بسیار بالای بدنه فایبرگلاس در عمر مفید کاری برج خنک کننده

• تولید ارزان تر و  داشتن صرفه اقتصادی بالا

• ساخت سریع تر

• جابجایی و حمل آسان

---

برج خنک کننده فایبرگلاس آب را تا چه دمایی کاهش می دهد؟

تلفیق رطوبت با هوای محیط باعث می شود که هوا به حالت اشباع (رطوبت 100) برسد. آب نیز به دلیل مذکور در برج خنک‌کننده فایبرگلاس تا نزدیکی دمای مرطوب محیط کاهش می‌یابد. دمای حباب تر یا دمای اشباع مناطق مختلف و اقلیم های متنوع با یکدیگر تفاوت زیادی دارد. در محیط هایی که در مجاورت دریا یا دریاچه قراردارند همانند سواحل جنوبی و شمالی کشور رطوبت نسبی محیط بالا می باشد. افزایش رطوبت محیط سبب افزایش یافتن دمای هوای اشباع می شود و در نتیجه آب خروجی کولینگ تاور نیز دمای بیشتری خواهد داشت. به عبارتی دیگر هوای مرطوب مناطق مختلف کشور بسیار متمایز بوده و برج خنک کننده نیز در نقاط مختلف عملکرد متفاوتی دارد. تمامی انواع کولینگ تاور فایبرگلاس دمای آب را مینیمم تا 3 درجه بالاتر از دمای محیط میتواند کاهش بدهد.

توضیحات بیشتر در مورد دمای وت بالت و شرایط طراحی در: محاسبات برج خنک کننده

نتیجه گیری: در طراحی و انتخاب کولینگ تاور فایبرگلاس در نظر گرفتن شرایط محیط اقلیمی (دما ، رطوبت و ...) بسیار مهم و حیاتی می‌باشد.

***تصویر زیر مشخصات حدود دمای مرطوب مناطق مختلف ایران را در پیک گرمایی تابستان(ماه مرداد) نشان میدهد.

 

انواع کاربری برج خنک کننده فایبرگلاس

انواع کاربری برج خنک کننده فایبرگلاس

• برج خنک کننده فایبرگلاس به عنوان خنک کننده چیلر

در این نوع کاربری از برج خنک کننده فایبرگلاس عموماً از کولینگ‌تاورهایی با ظاهر مدور به رنگ سفید در پشت‌بام ساختمانها استفاده می‌شود. وظیفه برج‌خنک‌کن فایبرگلس سرد نمودن آب کندانسور چیلر در موتورخانه می‌باشد. برج خنک کننده چیلر قالباً کاربرد بیشتری نسبت به کاربری صنعتی دارد. افزایش روز افزون سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی در ساختمانها سبب کاربرد بیشتر کولینگ‌تاور در این کاربری می‌گردد. برجهای فایبرگلس یا کامپوزیت در برخی از موارد به صورت دمونتاژ ارائه می گردد. اگر یک ساختمان قابلیت جایگذاری این تجهیز را نداشته باشد ، برج خنک کننده فایبرگلاس به صورت دمونتاژ ارسال و در محل ساختمان مونتاژ می‌گردد.

توضیحات بیشتر: برج خنک کننده چیلر

• برج خنک کننده فایبرگلاس در کاربری خنک کن ماشین آلات صنعتی

در کاربری صنعتی برج خنک کننده با بدنه فایبرگلاس این تجهیز امروزه از استقبال زیادی در صنایع مختلف برخوردار گشته است. به دلیل عملکرد و راندمان بالای کولینگ تاور فایبرگلاس امروزه در بیشتر صنایع از انواع برج خنک کننده فایبرگلس با استراکچر مکعبی یا مستطیلی استفاده می‌شود. سیستم‌های تعدیل کننده برودتی به دلیل شرایط صنعتی در کشور کاربرد فراوانی دارند. امروزه صنعت تولید پویاتر از همیشه در مقایسه با صنعت ساختمان فعال است. در صنعت تولید مهمترین اصل تولید بدون وقفه می‌باشد. یکی از مزایای کولینگ‌تاور فایبرگلاس تعمیر و نگهداری آسان و راحت می‌باشد. با استفاده از این مزیت صنعت تولید با بالاترین راندمان به کار خود ادامه خواهد داد.

توضیحات بیشتر: برج خنک کننده صنعتی

 

---

نحوه خنک کردن آب در برج خنک کننده فایبرگلاس

خنک کردن آب توسط انتقال حرارت جابجایی:

آبی که در برج خنک کننده فایبرگلاس توسط هوای سرد بیرون خنک می شود از دو روش اساسی گرما از دست می‌دهد. روش اول بر اثر اختلاف دمای آب داغ با هوای بیرون می باشد که به این گرمای از دست رفته انتقال برودتی می گویند. در اثر پدیده انتقال گرمای برودتی در برج خنک کن فایبرگلاس ، آب با توجه به میزان هوادهی و اندازه دمای محیط خنک می‌شود. به هر میزان حجم هوای بیشتری را بتوانیم در تماس با آب قرار دهیم میزان انتقال برودتی نیز بیشتر خواهد شد. در بسیاری از موارد در فصول گرم با افزایش دمای خشک و نزدیک شدن دمای محیط به دمای آب داغ این میزان کاهش می‌یابد.

خنک کردن آب توسط انتقال گرمای محسوس:

روش دوم در کاهش دمای آب در کولینگ تاور فایبرگلس ، تبخیر و آزاد شدن گرمای محسوس آب می باشد. در واقع برای تبخیر درصدی از جریان آب داغ گرمایی نیاز است که این گرمای محسوس از خود جریان آب گرفته می شود. آب پس از تبخیر به صورت بخارات وارد هوای خشک ورودی شده و اشباع می گردد. میزان رطوبت هوا به هر میزان کمتر باشد گرمای محسوس بیشتری از آب گرفته می شود و آب خنک تر خواهد شد. به دلیل همین موضوع عملکرد برج خنک کننده فایبرگلاس در محیطهای خشک ( دارای رطوبت کم) بهتر می باشد. گرمای محسوس همواره بیشتر از میزان گرمایی است که بر اساس اختلاف دمای آب و هوا جابجا می‌شود.

---

اجزای مختلف فایبرگلاس برج خنک کننده

• 1-پنلها یا فریم اصلی:

پنلها (Panel) دیواره‌های اصلی بدنه فایبرگلاس کولینگ‌تاور می‌باشند. پنلها می‌توانند به صورت ماژولار به بخشهای دیگر متصل شوند و فریم نهایی را تشکیل بدهند.

• 2-ستونی یا فریم جانبی:

ستونی (Column) از یک سو به پنلها و از سوی دیگر به بیسین و لوور متصل می‌شود. وزن اصلی فن دک یا فن استک توسط ستونی بر روی سازه تقسیم می‌گردد.

• 3-بیسین یا تشتک ذخیره:

تشتک (Basin) در زیری ترین بخش تحتانی برج خنک کننده قرار می گیرد . آب سرد پس از عبور از پکینگها در تشتک یا بیسین جمع می شود . این آب خنک جمع شده توسط پمپ سیرکولاتور وارد مدار خنک کاری می شود.

• 4-لوور یا کرکره ورودی هوا:

کرکره مکش هوا (Louvre) در بخش ورودی هوا به صورت پره ای قرار می گیرد . هوای مکش شده فن از این دریچه ها به داخل برج خنک کننده هدایت می شود. لوورها قالباً از دو نوع لانه زنبوری یا تیغه‌ای در کولینگ تاور بکار می‌روند.

• 5-فن دک یا محفظه خروجی هوا:

 گلویی خروجی هوا (Fan Deck) به صورت یک محفظه دودکش مانند در قسمت بالایی قرار داده می شود . هوای گرم و اشباع خروجی از این بخش به محیط بیرون هدایت می شود. فن دک به صورت یک مخروط واگرا در قسمت فوقانی برج قرار می‌گیرد.

• 6-ساپورتهای پالتورژن نگهدارنده:

نسل جدید تولید قطعات فایبری یا کامپوزیتی فرآیند پالتروژن می باشد. قطعات پالتروژنی به صورت قوطی یا نبشی از متریال الیاف و رزین (فایبرگلاس) تولید می شود. این قطعات در برج خنک کننده جایگزین ساپورتهای فلزی شده است.

---

انواع مدل های تولیدی برج خنک کننده فایبرگلاس

سیستم‌های برودتی فایبرگلاس در یک طبقه‌بندی کلی در دو زیرگروه مدار باز و مدار بسته تقسیم می‌شود. سیستمهای برودتی مداربسته خود نیز با توجه به نوع کاربری به دو طبقه هیبریدی و خشک تقسیم می‌گردد. برج‌های مداربسته در قیاس با نوع باز هدر رفت آب کمتری دارد یا مصرف آب اصلاً ندارد. به دلیل برخورد هوا با آب تحت سطح تماس واسطه(کویل) تبخیر در کولینگ‌تاورهای فایبرگلس اتفاق نمی‌افتد. سیستم‌های مدار بسته آب را بدون تبخیر و رسوب سرد می‌کند و سیستم های مدا باز آب را با ایجاد بخار خنک می‌نماید. عدم تشکیل لایه‌های رسوب در مبدل‌های کندانسور تجهیزات گرمازا از مهمترین مزیت‌های برج خنک کننده مداربسته به شمار می‌آید.

برج خنک کننده فایبرگلاس مدارباز به دو دسته جریان مخالف و متقاطع تقسیم می‌شود. ظاهر کولینگ‌تاور جریان متقاطع یا کراس فلو قالباً به شکل مستطیلی می‌باشد. مدل جریان مخالف یا کانترفلو نیز به صورت مکعبی یا گرد تولید می‌شود. مدل‌های مکعبی به دلیل سیستم توزیع آب مطلوب و راندمان بالا کاربرد بیشتری دارد. آب سرد شده در سیستم‌های برودتی مکعبی به دلیل داشتن ارتفاع بیشتر تا دمای کمتری کاهش می‌یابد. دمای آب خروجی سرد از کولینگ‌تاور فایبرگلاس مکعبی سه درجه بالاتر از دمای وت بالب محیط می‌باشد. در سیستم‌های مدور دمای آب سرد حدود 5 درجه بالاتر از دمای اشباع محیط کاهش می‌یابد.

به صورت مختصر می‌توانیم دسته‌بندی برج خنک کننده فایبرگلاس را به شرح ذیل بیان کنیم.

الف) برج خنک کننده فایبرگلاس تیپ مدار باز

• 1-جریان مخالف مکعبی 
• 2-جریان مخالف مخروطی
• 3-جریان متقاطع یا طرح ابارا

 

ب)برج خنک کننده فایبرگلاس تیپ مداربسته خشک

ج)برج خنک کننده فایبرگلاس تیپ مداربسته هیبریدی

---

نحوه تولید برج خنک کننده فایبرگلاس

• مرحله اول:

قالب گیری قطعات فایبرگلاس بدنه

ابتدایی ترین مرحله از تولید کولینگ تاور، ساخت قطعات بدنه می باشد. بدنه فایبرگلاس برج خنک کننده همانطور که بیان شد اجزای مختلفی دارد. اجزای مختلف بدنه فایبرگلاس به صورت مجزا در مرحله ابتدایی توسط قالب گیری تولید می شوند. هر یک از اجزای فایبرگلاس دارای قالب معین و اندازه مشخص می باشد.

• مرحله دوم:

پرداخت و پخت قطعات فایبرگلاس بدنه

پس از مرحله قالب گیری قطعات بدنه قطعات را از داخل قالب جدا می‌نماییم. قطعات فایبرگلاس برج خنک کننده را به مدت مشخص در معرض تابش نور خورشید قرار می‌دهیم. تابش نور خورشید سبب پخته شدن و قوام یافتن رزین در بافت داخلی فایبرگلاس می شود. پس از تکمیل فرآیند پخت توسط تابش نور خورشید قطعات بدنه برج خنک کننده پرداخت می شوند.

• مرحله سوم:

تولید قطعات فلزی برج خنک کننده توسط ماشین آلات تراشکاری

اجزای فلزی برج خنک‌کننده عبارتند از کاهش دور – فن یا پروانه – اسپرینکلر و قطعات نگهدارنده موتور و فن. اجزای فلزی هر یک توسط دستگاه‌های تراشکاری و ریخته‌گری تولید می‌شوند. فرآیند قالب‌گیری، ریخته‌گری، تراشکاری و بالانس از مراحل اصلی ساخت این بخش محسوب می‌شود.

• مرحله چهارم:

تولید قطعات پلاستیکی توسط دستگاه تزریق یا اکسترودر

قطعات پلاستیکی یا پلیمری کولینگ تاور عبارتند از: نازل ، قطره گیر ، لوله ، بست کمربندی و پکینگ مدیا . این قطعات پلیمری هر یک در قالبهای مشخص توسط دستگاه های تزریق پلاستیک تولید می شود. برخی از قطعات پلاستیکی به صورت شیت های پلیمری تولید می شوند. این شیت ها در دستگاه قالب گیری دیگر توسط پیم یا اتصال چسب متصل می شوند. پس از اتصال ورق ها قطره گیر و پکینگ به صورت بلوکی درون برج خنک کننده بکار برده می شوند.

• مرحله پنجم:

مونتاژ و اسمبل کردن قطعات در کنار یکدیگر

این مرحله نهایی ترین بخش تولید برج خنک کننده فایبرگلاس به حساب می‌آید. مونتاژ و یا سر جمع کردن قطعات در کنار یکدیگر مستلزم یک نقشه انفجاری است. نقشه انفجاری دستگاه عموماً قبل از فرآیند مونتاژ در اختیار واحد تولید قرار می‌گیرد. واحد تولید و مونتاژ مطابق با نقشه انفجاری دستگاه را مونتاژ می نمایند. مونتاژ نهایی برج خنک کننده می‌تواند در کارخانه و یا در محل پروژه صورت پذیرد.

 

ساختار کلی فایبرگلاس در برج خنک کننده

دلیل نامگذاری اصلی این ماشین برودتی ساختار کامپوزیتی قطعات بدنه می‌باشد. فایبرگلاس(FRP) در اصل مخفف Fiber Resistance Polymer می‌باشد. فایبرگلاس FRP به معنی فیبر یا ساختار شیشه مقاوم شده توسط پلیمر می‌باشد. بدنه فایبرگلس بکار رفته در برج خنک کننده بدنه‌ی تقویت شده توسط الیاف شیشه و پلیمرها یا رزین ها می‌باشد. رزین بافت اصلی چسب مانند در قطعات کامپوزیت به شمار می آید. رزینها به عنوان پلیمر در این ترکیب بکار برده می‌شود. الیاف شیشه نیز مستحکم کننده ترکیب فایبرگلاس در کولینگ تاور می‌باشد. ترکیب الیاف شیشه یا با پلیمر امروزه در انواع فایبرگلاس FRP و GRP دیده می شود. نوع الیاف و رزین بکار رفته در فایبرگلاس بیشترین تاثیر در کیفیت نهایی این محصول دارد. الیاف‌های اروزیل ، سوزنی و حصیری رایج ترین الیاف در تولید قطعات کامپوزیت میباشد. در برج خنک کننده بیشتر از ترکیب الیاف‌ها و رزینهای مختلف جهت تقویت استحکام بدنه استفاده می‌شود.

الیاف‌های حصیری مقاومت فشاری سازه را افزایش می‌دهند و الیاف‌های سوزنی نیز در مقابل تنش‌های کششی استحکام بیشتری دارند. ترکیب این دو الیاف شیشه با پرکننده یا الیاف پودری (اروزیل) سبب افزایش استحکام نهایی می‌شود. استحکام نهایی کامپوزیت در کولینگ تاور علاوه بر نوع الیاف به مدل رزین نیز وابسته است. رزین‌های تیپ پلی‌استر دسته غیراشباع پرکاربردترین نوع رزین در تولید برج خنک کننده کامپوزیت می‌باشد. رزین های پلی استر غیر اشباع به دو دسته ایزوفتالیک و ارتوفتالیک تقسیم می شود. اکثر سازندگان برج خنک‌کننده از رزین نوع ارتوفتالیک در ساختار قطعات بدنه کامپوزیتی استفاده می‌نمایند. تفاوت اصلی این دو رزین در نوع بافت پلیمری و زمان پخت آن‌ها می‌باشد. استحکام نهایی بدنه برج خنک‌کننده با ایزوفتالیک بیشتر از ارتوفتالیک می‌باشد.

اطلاعات بیشتر در خرید برج خنک کننده

اجزا برج خنک کننده

 

کاربرد برج خنک کننده در خنک کردن دستگاه‌های صنعتی

اکثر ماشین‌آلات صنعتی همانند کوره‌ها، بویلرها و توربین‌ها در چرخه‌کاری خود مقداری حرارت اضافی تولید می‌کنند. وظیفه برج خنک کننده صنعتی در چرخه این ماشین‌آلات و تجهیزات، جذب و دفع گرمای اضافی ایجادشده می‌باشد. توربین‌های گازی در پالایشگاه‌ها، کمپرسورهای هوا در نیروگاه‌ها و دیگ‌های بخار در صنایع از مهمترین تجهیزات سرد شده با کولینگ‌تاور به شمار می‌آید. وظیفه استخراج این انرژی حرارتی به عهده سیال هوا است. کاربری ماشین‌های برودتی دیگر همچون چیلر نیز در صنایع کوچک و بزرگ رایج می‌باشد. هزینه‌های بالا در مصرف انرژی، تعمیر و نگهداری دشوار چیلرها، موجب استقبال صنعت از برج خنک کننده گردیده است.

کاربرد برج خنک کننده در خنک کردن چیلرها

اکثر ساختمان‌ها و برج‌های بزرگ، ادارات، بانک‌ها و مراکز خرید دارای سیستم تهویه مطبوع مرکزی (HVAC) می‌باشند. در سیستم‌های سرمایش مرکزی از چیلرهای تراکمی یا جذبی جهت خنک کردن هوای داخلی محیط استفاده می‌کنند. گرمای جذب شده از یک منطقه ساختمان توسط چیلر سبب افزایش دمای این ماشین برودتی می‌شود. کولینگ تاور با هدف تعدیل دمای چیلر در این کاربری تحت عنوان برج خنک کننده چیلر مورد استفاده قرار می‌گیرد. برج خنک کننده با تولید آب سرد و هدایت آن به کندانسور، موجب تعادل دمایی این تجهیز می‌شود. لازم به ذکر است که فقط چیلرهایی که دارای کندانسور آبی می‌باشند از برج خنک‌کننده در مدار کندانسور خود استفاده می‌نمایند. امروزه بیشتر چیلرهای تراکمی و تمامی چیلرهای جذبی دارای کندانسور آبی می‌باشند.

اجزای داخلی و مهم برج خنک کننده

• الکتروموتور (motor): فراهم کننده گشتاور لازم جهت چرخش فن یا مولد انرژی مکانیکی

• فن یا پروانه (fan): به وجود آورنده فشار نسبی در هوا و جابجا کردن حجم مشخصی از سیال هوا

• سیستم انتقال قدرت(speed reducer): کاهش دهنده سرعت زاویه‌ای موتور (دور موتور) به سرعت چرخشی استاندارد فن

• گیربکس انتقال قدرت و کاهنده دور: جایگزین سیستم تسمه پولی در انتقال قدرت از دینام به پروانه

• سطوح خنک‌کن (fill): فیلینگ یا پوشال جهت ایجاد سطح انتقال حرارت مستقیم بین آب و هوا (در کولینگ تاورهای مدار باز)

• کویل (coil): فراهم کننده سطح برای تبادل انرژی بین آب و هوا (در برج‌های خنک‌کننده مدار بسته)

• نازل (nozzle): تقسیم کننده جریان آب داغ ورودی در برج‌های مکعبی

• آب پخش کن (Sprinkler): توزیع کننده سیال گرم در کولینگ تاورهای مخروطی

• لوله و انشعابات داخلی (pipe and fittings): منتقل کننده جریان آب در بخش‌های داخلی برج

• بست کمربندی (belt Fastener): متصل کننده انشعابات داخلی به نازلها یا افشانکها

• قطره‌گیر (drift eliminator): بازدارنده پرتاب قطرات آب به سمت فن مکنده القایی

• تشتک (basin): محل جمع آوری آب سرد یا مخزن تجمیع آب با دمای پایین

• کرکره‌ها (louvre): دریچه داخل شدن هوای خشک و سرد محیط

• تنوره خروج هوا (fan deck): دهانه خروجی هوای اشباع داغ

• پنل (panel): دیواره های اصلی استراکچر یا بدنه

• ساپورت‌های حائل یا نگهدارنده (supports): قوطی‌های نگهدارنده پکینگ‌ها ، قطره گیر و سایر تجهیزات درونی

• محافظ پروانه (fan Guard): محافظ فن در مقابل ضربات احتمالی یا ورود اشیاء خارجی

• شاسی موتور(motor Chassis): فریم نگهدارنده دینام یا الکتروموتور

• فلنچ ورودی(inlet Flange): اتصال ورودی آب داغ

• فلنچ خروجی(outlet Flange): محل خروجی آب سرد

• فلوتر (floater): شناور تنظیم کننده جریان آب جبرانی

• شیر تخلیه(drain valve): محل خروجی جریان بلودان(blow down)

• فلنچ سرریز (overflow): خروجی تخلیه جریان مازاد آب

اجزای کنترلی و جانبی برج خنک کننده

• سیستم کنترل دور متغیر (VFD control):

این بخش در قسمت تابلو کنترل وظیفه تنظیم دستی یا اتوماتیک دور خروجی موتور توسط تغییر فرکانس را عهده‌پذیر است.

• آنتی فریز در تشتک تجمیع آب سرد (anti-freez):

دارای دو بخش هیتر و ترموستات می‌باشد که با قرارگرفتن در تشتک در زمستان از یخ زدن آب ممانعت می‌نماید.

• دک کاهش صدای فن (lower fan deck):

این قطعه در زیر قسمت کاهش دور بین فن و فولی نصب می‌شود و لرزش‌های موجود پروانه را کاهش می‌دهد.

•  لرزه گیر مکانیکی (spring shock absorber):

سبب دمپ لرزشها و کاهش سطح ارتعاشات کولینگ‌تاور گشته و در انواع چیلرهای تراکمی نیز کاربرد زیادی دارد.

• سیستم تخلیه اتوماتیک آب بلودان (auto-drain):

بلودان هوشمندمجهز به یک TDS متر و شیر برقی می‌باشد که عامل کاهش میزان املاح سنگین در تشتک می‌باشد.

• سیستم فیلتراسیون هوا (air filter):

توری‌های هوای فلزی(آلومینیوم) در پشت کرکره‌ها نصب می‌شود و از ورود ذرات معلق به داخل جلوگیری می‌نماید.

• ساید گلس یا پنل بازدید(side glass):

 پنل شیشه‌ای یا تلقی که موجب سهولت بازدید اپراتور از شرایط کارکرد برج خنک کننده در شرایط مختلف می‌شود. 

• پمپ شاور (pump):

  این بخش فقط در سیستم برج‌های خنک‌کننده هیبریدی به کار می‌رود و آب را دائماً بر روی کویل پاشش می‌کند. 

• توری آشغال گیر (trash trap):

این تجهیز در جلوی فلنچ خروجی آب سرد نصب شده و باعث ممانعت از عبور آشغال‌های موجود در تشتک می‌گردد.

• فیلتر میکرونی مدار آب جبرانی(bag filter):

فیلتر کیسه‌ای سبب افزایش کیفیت آب جبرانی و کاهش میزان رسوب گرفتگی قطعات داخلی کولینگ تاور خواهد شد.

برج خنک کننده چیست

برج خنک کننده (cooling tower) دستگاه برودتی خنک کننده آب می‌باشد و به آن "برج خنک‌کن آب" نیز اطلاق می‌شود. برج خنک‌کننده ماشین خنک کننده‌ای است که قالباً در کاهش دادن دمای آب تا محدوده خاص بکار می‌رود. کاهش دمای آب در کولینگ تاور تابع شرایط دمایی محیط می‌باشد. این ماشین سرمایشی (برج خنک کننده) توسط آب حرارت ماشین‌آلات را جذب و آن را به محیط خارج هدایت می‌کند. گرمای جذب شده از تجهیزات صنعتی در برج‌خنک‌کننده توسط هوا به بیرون انتقال می‌یابد. به بیانی دیگر برج خنک کننده نوعی مولد برودتی یا مبدل حرارتی بین آب و هوا محسوب می‌شود. این منبع برودتی با ایجاد تماس و برخورد بین آب گرم و هوای محیط سبب تبادل شدن انرژی گرمایی می‌شود. تبادل حرارتی از آب گرم به هوای خنک انجام می‌پذیرد و این موضوع سبب کاهش یافتن دمای آب می‌گردد.

آب سرد تولید شده در برج خنک کننده مجدداً انرژی اضافی تجهیزات را جذب و آن را مکرراً به هوا انتقال می‌دهد. این فرآیند یک سیکل تکراری است که دمای کاری ماشین‌آلات صنعتی را دائماً ثابت نگه می‌دارد. برج سردکن آب یا کولینگ‌تاور با تولید دائمی آب سرد می تواند گرمای چیلر ، دیگ بخار یا کوره القایی را بگیرد. کاهش دائمی دمای ماشین آلات و جذب گرمای این تجهیزات جهت ثبات سیستم نیاز است. فقدان گردش آب سرد موجب افزایش یافتن دمای این تجهیزات و عدم کارایی مناسب آنها خواهدشد. پس لزوم استفاده از برج خنک کننده سبب ثبات "سیستم" با بالاترین راندمان خواهدشد. این "سیستم" ممکن است چرخه تهویه مطبوع یک ساختمان یا فرآیند تولید یک محصول بکار گرفته شود.

روش برج خنک کننده در تبادل انرژی گرمایی

برج خنک‌کننده  یا برج تبرید در علوم انتقال حرارت نوعی منتقل کننده انرژی حرارتی به شمار می‌آید. این تجهیز سرمایشی عمل انتقال گرمای اضافی یک چرخه ترمودینامیکی به محیط اطراف را انجام می‌دهد. انرژی منتقل شده از آب به هوا امکان دارد گاهاً در یک سامانه باز صورت پذیرد. در این صورت آب در خروجی از افشانک‌ها بر روی پکینگ‌مدیا پاشش می‌کند و در تماس با هوای القایی فن قرار می‌گیرد. در این جریان تماسی با برخورد آب و هوا گرمای آب از دو طریق به هوا انتقال می‌یابد. در حالت اول گرما به دلیل اختلاف دمای دو سیال در قسمت پکینگ ها یا پدهای سلولزی از آب به هوا جابجا می‌شود. در حالت دوم انرژی به صورت گرمای محسوس سبب بخار شدن درصد کمی آب و سردشدن این سیال می‌شود. بهره گیری از دو روش تبادل انرژی سبب شده تا این سیستم بیشترین راندمان برودتی را در انواع کولینگ تاور داشته باشد.

در برخی از انواع برج خنک کننده سطوح تبادل گرما به صورت کویل(Coil) یا شبکه‌ای از لوله‌های باریک می‌باشد. جریان سیال با گذر از شبکه لوله های باریک در تماس با هوای خشک محیط باز خنک می شود. گرمای محسوس در این فرآیند صفر می باشد و تبخیری در جریان اصلی سیال صورت نمی پذیرد. میزان افت دما در این روش کمتر خواهد بود ولی مزیت بزرگ این روش عدم تبخیر جریان آب می باشد. فقدان تبخیر در سیکل بسته در برجهای خنک کننده سبب کاهش رسوب و خوردگی در مبدل و تجهیزات دیگر می‌شود. بکارگیری سیکل بسته در جریان خنک کاری سیالات مختلف دیگر نیز مورد کاربرد قرار می‌گیرد. علاوه بر دو مزیت فوق عدم تبخیر در سیکل بسته سبب می شود که مصرف آب این تجهیزات بسیار پایین باشد. مصرف آب برج‌های خنک کننده ترکیبی نیز حتی 25 درصد مصرف آب در سیستم‌های باز می‌باشد.

قانون پایستگی انرژی و جرم در سامانه برج خنک کننده

• موازنه انرژی در برج خنک کننده (Energy Balance)

برج خنک کننده دستگاهی جهت انتقال حرارت QC (گرمای کندانسور یک ماشین صنعتی) به محیط اطراف می‌باشد. در چرخه هر فرآیند ترمودینامیکی قانون پایستگی انرژی برقرار است. عملیات انتقال انرژی در برج خنک کننده نیز یک فرآیند ترمودینامیکی محسوب می‌شود. انرژی مصرفی دستگاه برودتی بیانگر توان مصرفی (قالباً انرژی برق) در بخش‌های مصرف کننده برج می‌باشد. مصرف کننده‌های اصلی انرژی برق در برج خنک‌کننده الکتروموتور بخش هوادهی و پمپ سیرکولاتور آب می‌باشند. گرمای تولیدی نیز نشانه‌ی میزان انرژی است که در بخش کندانسور به آب انتقال می‌یابد. در نهایت مکمل این دو مورد دفع گرمای جذب شده از آب در برج خنک کننده است. بازنویسی قانون پایستگی انرژی در چرخه کاری کولینگ تاور به شرح ذیل صورت می‌پذیرد.

گرمای مازاد تولیدی از منبع گرم = انرژی مصرفی (برق موتور و پمپ) + گرمای دفع شده در کولینگ تاور

• موازنه جرم در برج خنک کننده (Mass Balance)

فرآیند تبادل انرژی در قالب انواع برج خنک‌کننده یک فرآیند ترکیبی از انتقال جرم و حرارت به صورت همزمان می‌باشد. کولینگ‌تاور با ایجاد یک سطح تبادل حرارت بسیار بزرگ سبب تبخیر درصدی از آب می‌گردد. تبخیر صورت گرفته در برج خنک کننده خود مقدمه جذب گرمای موجود در جریان اصلی آب می‌شود. گرمای لازم جهت بخار شدن آب و از هم گسسته شدن پیوندهای ملکولی آب از مابقی جریان آب جذب می‌شود. جریان اصلی سیال آب با از دست دادن گرما دچار کاهش دما شده و اصطلاحاً سرد خواهد شد. علاوه بر تبخیر دو عامل دیگر در برج خنک کننده موجب هدر رفتن آب می شود. بلودان یا تخلیه و پرتاب قطره‌های آب از فن یا پروانه به بیرون از دیگر عوامل مصرف آب می‌باشد.

به منظور برقرار شدن قانون پایستگی جرم باید میزان مشخصی آب را به طور دائم وارد دستگاه بنماییم. به این جریان آب که به صورت دائمی وارد برج‌خنک‌کن می‌شود، جریان جبرانی (make up) نیز می‌گویند. فرمول زیر به منظور پایسته شدن جریان سیال در سامانه فوق برقرار است.

جریان جبرانی = آب تبخیر شده + تخلیه جریان مواد غلیظ (blow down) + پرتاب قطره‌ها از قسمت فن (drift)

برای اطلاعات بیشتر به سایت زیر مراجعه کنید

http://dama-goostar.ir/fa/page/40