برج خنک کننده فایبرگلاس

برج خنک کننده فایبرگلاس جهت خنک سازی و پایین آوردن دمای آب بکار می رود . این برج ها در حجم های 10 تا 100 تن تبرید ساخته می شوند و در خنک سازی آب چیلر ها نقش بسزایی دارد . گروه های صنعتی در ایران با طراحی منحصر بفرد و دقیق برج خنک کننده فایبرگلاس یکی از برترین سازنده های برج خنک کننده فایبرگلاس در ایران میباشد . این برج ها بصورت کاملا صنعتی و نیمه صنعتی برای کارگاه ها ؛ کارخانجات ؛ بیمارستان ها و پاساژ های تجاری در احجام دلخواه طراحی و ساخته میشود .

تعریف برج خنک کننده :

برج خنک کن (Cooling tower) دستگاهی است که حرارت اضافی تجهیزات تهویه مطبوع را می گیرد و آن را به محیط منتقل می کند. سیالاتی که جهت خنک کاری در سیستم های تهویه مطبوع، پالایشگاه ها،صنایع پتروشیمی، نیروگاه ها و… استفاده می شوند، در اثر سیرکولاسیون گرم شده و دمای آن بالا می رود. برج خنک کننده دمای این سیالات را تا نزدیکی دمای وت بالب (حباب تر) پایین آورده و حرارت را وارد محیط می کند. این کار را با تبخیر آب انجام می دهند .

در سیستم های تهویه مطبوع (گرمایش، سرمایش) از برج های خنک کننده جهت دفع حرارت نامطلوب چیلر استفاده می شود. چیلر های آب خنک معمولا کارایی بیشتر نسبت به چیلر های هوا خنک در کاهش دمای سیال ( تا نزدیکی دمای حباب تر) به برج آب دارند. چیلرهای هواخنک باید در دمای خشک بالاتری حرارت را پس دهند، در نتیجه در معکوس چرخه کارنو کارایی پایین تری دارند. عمده‌ترین مشکلات بوجود آمده برای یک برج خنک کن عبارتند : خوردگی قطعات داخلی برج، رشد جلبک‌ها و باکتریهای بیولوژیکی و همچنین تشکیل رسوب در قسمتهای مختلف برج , که برای حل این مشکلات نیز راهکاری ارائه میگردد .

عملکرد برجهای خنک کننده فایبرگلاس :

سيستم اتوماتيک چرخش آب پخش کن (Rotating sprinkler ) آب داغ را بصورت يکنواخت بر روي تمام سطوح خنک کننده پخش ميکند . هواي خشک بطور همزمان در جهت مخالفت ريزش آب بطرف بالا مکش و باعث تبخير قسمتي ار آب داغ و خنک شدن باقيمانده آب ميشود .آب خنک شده در تشت (Basin  )جمع شده و از طريق چاهک (Sump ) به منبع حرارت چرخش مجدد پمپ مي شود.
دسته بندی برج های خنک کننده :
برجهای خنک کننده به لحاظ نوع تماس آب و هوا به دو گروه برجهای تر(مدار باز)و برجهای خشک (مدار بسته)تقسیم میشوند .
برجها از نوع حرکت هوا به دو نوع مکش طبیعی (Natural darft ) و مکش اجباری (Mechainical darft )دسته بندی می شوند .
تقریباً بیش از 90 % برجهای خنک کننده از نوع برجهای تر (wet cooling tower ) می باشند که خود به گروههای ذیل تقسیم میگردند.
جریان متقابل (counter flow  )
جریان متقاطع (cross flow )
در سالهای اخیر، بر خلاف گذشته برجهای خنک کننده از نوع جریان متقابل بعلت حجم کمتر و راندمان بهتر مقبولیت بیشتری پیدا کرده اند.
عملکرد کلی برج خنک کننده :
اثر خنک کنندگی انتقال حرارت محسوس (sensible heat transfer ) آب و هوا در برجهای خنک کننده بسیار ناچیز است و تقریباً اثر خنک کنندگی تماماً از تبخیر قسمتی از آب اسپری شده در برج بدست می آید که حرارت لازم برای تبخیر را از آبهای باقیمانده در برج تأمین میکند و در نتیجه درجه حرارت آب باقیمانده تنزل می یابد . بخار حاصل از تبخیر آب نیز توسط پروانه از برج خارج میشود
عواملی که در ظرفیت برج تاثیر گذار هستند :
1- با کاهش دمای مرطوب محیط (Environment web bulb temperature  ) با کاهش دمای رطوبت محیط قدرت خنک کنندگی برج خنک کننده افزایش می یابد
2- افزایش سطح تماس باعث افزایش ظرفیت خواهد شد.
3- افزایش زمان تماس آب و هوا باعث افزایش ظرفیت خواهد شد.
4-سرعت پایین هوای عبوری از سطوح خنک کننده با ثابت نگهداشتن دبی آن باعث افزایش راندمان برج خواهد شد.

اصطلاحات در برج خنک کننده :
اصطلاحات مورد نیازدر برج خنک کننده به شرح ذیل می باشند:
1 – دامنه خنک کنندگی (Range  ) : کاهش درجه حرارت آب در عبور از برج (اختلاف بین دمای ورودی و خروجی آب ) را دامنه خنک کنندگی مینامند.
ظرفیت یک برج خنک کننده را میتوان با اندازه گیری دبی آب برج و دامنه خنک کنندگی از معادله زیر بدست آورد .
( °K )دامنه خنک کنندگی ×(Kj/kg°k )19/4 ×(L/s )دبی آب =(kw ) بار برج
2-  تقرب (Approach ): اختلاف بین دمای آب خروجی از برج و دمای مرطوب هوای ورودی به برج را تقرب (Approach ) می نامند . از نظر تئوریک پایین ترین دمای قابل حصول برای آب در برج ، دمای مرطوب هوای ورودی است ، که در این حالت راندمان برج 100% می شود . با توجه به اینکه عملاً راندمان 100% امکان پذیر نمی باشد و برای رسیدن به دمای مرطوب محیط می بایست از برج خنک کن خیلی بزرگتر استفاده نمود و اینکار توجیه اقتصادی ندارد ، معمولاً دمای خروجی از برج 4 الی 5 درجه سانتیگراد بیشتر از دمای هوای ورودی به برج در نظر گرفته می شود .
3-  دبی (water flow rate ) : میزان آب در گردش در واحد زمان را دبی می نامند .
 اصول عملکرد برجهای فایبر گلاس  :
سیستم اتوماتیک چرخش آب پخش کن (Rotating sprinkler )آب داغ را بصورت یکنواخت بر روی تمام سطوح خنک کننده پخش میکند . هوای خشک بطور همزمان در جهت مخالفت ریزش آب بطرف بالا مکش و باعث تبخیر قسمتی ار آب داغ و خنک شدن باقیمانده آب میشود .آب خنک شده در تشت (Basin  )جمع شده و از طریق چاهک (Sump ) به منبع حرارت چرخش مجدد پمپ می شود .
1- طراحی انتقال حرارت
برجهای خنک کننده فایبرگلاس تهویه آذر نسیم بر اساس جریان متقابل (Counter flow )طراحی و بهترین کارایی را دارند.هوا از داخل سطوح خنک کننده (Fill )در تضاد با آب داغ عبور میکند . هوای خشک و سرد در پایین سطوح خنک کننده در تماس با آب سرد در می آید که باعث حداکثر تبخیر و انتقال حرارت در سطوح خنک کننده میشود . شیارهای سطوح خنک کننده طوری اختیار شده اند که امکان گرفتگی آنها وجود ندارد و بیشترین سطح را برای واحد حجم در اختیار ما قرار میدهند .آب بصورت لایه نازکی در سطوح خنک کننده حرکت می کند و حداکثر سطح را برای خنک شدن با هوای عبوری ایجاد میکند . شیارها دارای زاویه میباشند و سطوح بصورت معکوس روی هم چسبانده می شوند .
2- توزیع آب و هوا
آب پخش کن چرخشی (Rotating water sprinkler ) آب داغ را بصورت ذرات اسپری شده در آورده و بطور یکنواخت بر تمام سطوح خنک کننده پخش می کند که این یکنواختی پخش آب برای برجهایی که با نازل کار میکنند امکان پذیر نمیباشد . ضمناً این برجها بعلت داشتن حرکت چرخشی آب پخش کن نیازی به المیناتورهای معمولی ندارد وباید در نظر داشت که در برجهای مکعبی ، الیمانتور باعث افت فشار میشود .
برجهای خنک کننده مدور با دهانه مکش پروانه بشکل مخروطی هوا را بصورت یکدست از تمام سطوح خنک کننده مکش و حداقل افت فشار را دارد . بخصوص که افت فشار المیناتور که در برجهای دیگر وجود دارد نیز در این برجها حذف میگردد .
 قدرت الکتروموتور فن برجها به سه عامل بستگی دارد :
الف- مقدار دبی هوا
ب- افت فشار
ج- راندمان پره های فن
برای دبی هوا یکسان ، برجهای تهویه آذر نسیم دارای افت فشار کمتر و راندمان بهتر پره های فن می باشد که این امر باعث شده تا قدرت الکتروموتور به حداقل رسیده و هزینه های بهره برداری را کاهش دهد . دهانه گشاد هوا با سرعت کم هوا ، افت فشار کمتر را سبب می شود .
برجها از نوع مکش اجباری می باشند و پروانه در وضعیت ایده آل قرار میگیرد و هوا را با سرعت زیاد به بیرون پرتاب می کند و امکان برگشت هوای مرطوب خروجی به مکش برج منتفی است .

هد پمپ برج خنک کننده :
سیستم چرخشی آب در برجهای فایبر گلاس ت، قسمت قابل توجه در طراحی آن می باشد . سوراخهایی با قطر بزرگ در لوله ها ، جریان آهسته آب با افت فشار ناچیز باعث می شوند و همچنین ریسک گرفتگی سوراخها وجود ندارد. افت فشار شامل هد استاتیکی اسپری یا ارتفاع لوله از سطح آب داخل تشت به اضافه افت فشار در سیستم دورانی آب می باشد .
عمر برج خنک کننده
موقعی که از برج خنک کن فایبر گلاس (FRP  )صحبت می شود ، نباید آنرا با ورق های فایبر گلاس موجدار که برای مسقف کردن پارکینگ و امثال آن استفاده می شود اشتباه گرفت . ورقهای فایبرگلاس که برای مسقف کردن استفاده می شوند از درجه پایین رزین بدون استفاده از پوشش ضد اشعه ماوراءبنفش ساخته می شوند و ظرف مدت کوتاه چند ساله الیاف بصورت تار موهایی از ورق بیرون زده و ترکهای زیادی در سطح کار دیده می شود. قطعات فایبرگلاس در برجهای تهویه آذر نسیم با ژلکت   Neopentyl Glycol پوشش داده می شوند که علاوه بر اینکه رنگ دانه های آن ، رنگ بدنه ذاتی برج را بدست می دهد کاملاً در مقابل اشعه ماوراء بنفش مقاوم می باشد .بدین دلیل برجها نیازی به رنگ بدنه ندارند.
در مقایسه با برجهای چوبی که  خیلی زود می پوسند و برجهای فلزی که زنگ میزنند و هزینه تعمیرات را بالا می برند ، برجهای فایبر گلاس مزیت فوق العاده ای در صرفه جویی تعمیرات دارند
الکتروموتور کوچکتر
توان مصرفی پایین الکتروموتور در برجهای خنک کننده فایبر گلاس هزینه مصرف انرژی سالیانه را کاهش چشمگیری می دهد
 قطعات برج های خنک کننده فایبر گلاس
1 – بدنه (casing )
قطعات بدنه توسط پیچ و مهره ضد زنگ بهم متصل و بدنه یکپارچه برج را تشکیل می دهند . بدنه ، سطوح خنک کننده PVC  را محصور کرده و جریان هوای مکشی را بر روی سطوح خنک کننده امکان پذیر می باشد . شکل خاص مخروطی بدنه باعث کاهش اصطکاک جریان هوا و به الگوی جریان هوا کمک می کند .
2 – تشت (Basin )
تشت جمع آوری آب پس از ریختن از پکینگها و هدایت آن بطرف چاهک (sump ) استفاده میشود ، علاوه براین تشت بعنوان منبع آب نیز عمل می کند .
3 – چاهک
چاهک در برجهای بزرگ در زیر و وسط تشت قرار گرفته و در مدلهای کوچکتر در زیر و در حاشیه تشت قرار دارد و تمام اتصالات ورود و خروج ،تخلیه ،پرکن (فلو تر) و سرریز روی آن قرار دارد. چاهک در پایین ترین سطح قرار گرفته و همیشه پر از آب می باشد و خطر هوا گرفتگی پمپ هرگز وجود ندارد . چاهک کاملاً با مواد فایبر گلاس ساخته می شود و خطر هر گونه پوسیدگی و نشتی از بین می رود .
تخلیه در پایین ترین سطح قرار دارد که بتوان به سادگی آشغال های جمع شده را از برج تخلیه نمود و یا آب برج را خالی کرد .
4 –  استراکچر برج (Tower Structure  )
استراکچر برج که بدنه ، تشت و موتور و غیره را ساپورت می کند از جنس فولاد (MS ) می باشد که گالوانیزه گرم (HOT DIP  ) شده و مقاوم در مقابل خوردگی است .
5 –  سطوح خنک کننده (Fill )
سطوح خنک کننده طوری طراحی شده اند که بیشترین سطح تماس آب و هوا حاصل و بهترین امکان انتقال حرارت و جرم صورت پذیرد و بیشترین سطح را برای واحد حجم در اختیار ما قرار می دهد . توزیع یکنواخت هوا در سطح مقطع این مهم امکان پذیر است . سطوح خنک کننده از ورقهای PVC دست اول با گرید داروئی و از نوع شفاف با ضخامت مناسب و پوشش ضد اشعه ماوراء بنفش و ضد باکتری ساخته می شوند .
6 – فن / پره های فن ( Fan / fan blades )
فن های چند پره آکسیال ، قابل تنظیم ، ضد خوردگی و سبک ، برای جابجایی حجم زیادی از هوا با حداقل مصرف انرژی و حداقل  صدا طراحی شده اند که از مشخصه های بارز برجهای تهویه آذر نسیم می باشند . فن ها بالانس استاتیکی و دینامیکی شده و باعث حرکت آرام و عمر بیشتر یاتاقانها میگردند .
7 – الکتروموتور فن ( Fan drive motor )
الکتروموتور بر روی برجهای خنک کنندهفایبر گلاس همگی  بایستی دارای کلاس حفاظتی 55 IP و عایق حرارتی کلاس F  باشند .
8 – آب پخش کن (Sprinkler )
آب پخش کن چرخشی از جنس آلومینیوم دایکاست با کمک لوله های PVC فشار قوی که به صورت رادیال ، آب را از سوراخهایی که در لوله ها تعبیه شده بر روی سطوح خنک کننده توزیع می کند .چرخش آب پخش کن در اثر نیروی عکس العمل آب خروجی از لوله های PVC می باشد . آب پخش کن در مرکز و بالای لوله آب ورودی سوار می شود .
9 – گریل (Gril )
از آنجایی که برجهای خنک کننده اکثرا در پشت بام یا در ارتفاع نصب می شوند ، احتمال ورود آشغال به داخل دهانه مکش هوا وجود دارد . جهت جلوگیری از ورود آشغال مانند برگ درختان ، پر پرندگان و همچنین ترشح آب به بیرون از گریل که از جنس HDPE می باشد و مقاوم در مقابل شرایط جوی است ، استفاده می شود .
10 – لوور(Louver )
برجهای فایبر گلاس دارای لوور هستند که از ترشح آب به بیرون جلو گیری می کنند .
11 – المیناتور قطرات رانشی
در طراحی برجهای فایبر گلاس تلاش شده که سرعت هوا و توزیع چرخشی آب طوری باشد که حداقل قطرات رانشی را داشته باشیم . جهت جلوگیری از فرار این قطرات پره هایی سینوسی شکل روی لوله های PVC  را پوشانده اند .
12 – پرت آب (Drift eliminator  )
پرت آب در برجهای خنک کننده بخصوص در مناطق خشک و کم آب دارای اهمیت زیادی است .
پرت آب به موارد زیر بستگی دارد.

1.  تبخیر ( Water loss )
2. فرار قطرات (Drift loss )
3.  تخلیه آب ( Bleed off )
4. پرت لوله کشی ( Pipe line loss )

تبخیر (Evaporation )
میزان تبخیر بطور معمول از رابطه روبرو قابل تخمین است E=0/0008(Ti-To)×F
E = میزان تبخیر بر حسب GPM
Ti و To= دمای آب ورودی و خروجی بر حسب GPM
F= دبی آب بر حسب °F
فرار قطرات (Drift Loss )
میزان فرار قطرات در برجهای فایبر گلاس کمتر از 002/0 درصد جریان آب در گردش می باشد که حداکثر مقدار آن از رابطه روبرو بدست می آید

D= 0/002 ×F
تخلیه آب ( Bleed off )
منظور از تخلیه آب Bleed off  از برج ، تخلیه پیوسته یا متناوب درصدی از آب در گردش دربرج برای جلوگیری از افزایش غلظت مواد معدنی حل نشده و سایر ناخالصی های موجود در آب کندانسور می باشد . بدون تخلیه آب ، غلظت مواد معدنی حل نشده در کندانسور در اثر تبخیر در برج سریعاً افزایش می یابد .
میزان تخلیه آب از برج برای حفظ غلظت مواد معدنی حل نشده در محدوده قابل قبول به دامنه خنک کنندگی (Range ) برج ، دبی و شرایط اولیه آب بستگی دارد . مقادیر تخلیه پیشنهادی شرکت تهویه آذر نسیم برای دامنه های مختلف در جدول ذیل داده شده است . برای تعیین مقدار آب تلف شده در اثر تخلیه ، دبی آب برج را در ضریب حاصل از جدول ضرب نمایید.