هرهفته شنبه ها - سال سیزدهم

پرتیراژترین نشریه صنعت ساختمان

نشریه شماره   193   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

برج های خنــک کننده

برج خنک کننده(cooling tower)  دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيع تماس آب با هوا تبخير را آسان کرده و باعث خنک شدن سريع آب مي گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرماي نهان تبخير انجام مي گيرد، در حالي که مقدار کمي آب تبخير شده و باعث خنک شدن آب مي گردد.بايد توجه داشت آب مقداري از گرماي خود را به طريق تشعشع ،هدايتي وجابه جايي و بقيه را به وسيله تبخير از دست ميدهد.

بيشتر دستگاه هاي خنک کن از يک مدار بسته تشکيل شده اند که آب در اين دستگاه ها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد؛ يعني گرماي به وجود آمده توسط ماشين را جذب و از دستگاه دور مي سازد. اين کار باعث ادامه کار يکنواخت و پايداري دستگاه مي شود. در دستگاه هايي که به دلايلي مجبوريم آب را به گردش در آوريم و يا به کار ببريم، بايد به نحوي گرماي آب را دفع کرد. با به کار بردن برج هاي خنک کننده اين کار انجام مي گيرد. در تمام کارخانه ها تعداد زيادي دستگاه هاي تبديل حرارتي (heat exchanger) وجود دارد که در بيشترآنها آب عامل سرد کنندگي است.

برج هاي خنک کننده را به سه گروه تقسيم مي کنند:

1- برج هاي خنک کننده مرطوب 2- برج هاي خنک کننده مرطوب- خشک3- برج هاي خنک کننده خشک .

در برج هاي خنک کننده مرطوب آب نقش اصلي و اساسي را داشته و هدف نيز همان خنک کردن آب است. اين نوع دستگاه ها که خود به چند گروه و دسته تقسيم مي شوند در صنعت داراي کاربرد فراواني است.

از برج هاي خنک کننده خشک  بيشتر در مکان هايي که آب کافي براي خنک کردن برج وجود ندارد استفاده مي شود. عمل خنک کردن آب را نيز مي توان از برج هاي سيني دار به صورت مرحله اي انجام داد. ولي عملاً به علت وجود هزينه هاي زياد ساخت ، نگهداري و کنترل سيستم اين روش ، معمول نمي باشد.

 

 برج هاي خنک کننده  و اجزاي آن

برج خنک کننده دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيعي در تماس آب با هوا ، عمل تبخير را آسان نموده و در نتيجه باعث خنک شدن سريع آب مي گردد. عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرماي نهان تبخير انجام مي گيرد، در حالي که مقدار کمي آب بخار مي شود و سبب خنک شدن آب مي گردد.بايد توجه داشت که آب مقدار اندکي از گرماي خود را از طريق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدايت (Conduction) و جابه جائي (Convection) و بقيه را از راه تبخير از دست ميدهد.

اختلاف فشار بخار آب بين سطح آب و هوا باعث تبخير مي شود.اين اختلاف بستگي به دماي آب و ميزان اشباع هوا از آب دارد.

در حالي که عمل خنک شدن از طريق تبخير انجام مي گيرد گرماي نهان تبخير از دست داده شده بايد به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرماي نهان تبخير در دبي. مقدار تبخير بستگي به سطح بر خورد آب با هوا و همچنين شدت جريان هوا دارد تا حداکثر بهره برداري که در طرح آن به کار رفته است، رعايت شود .

در برج هاي خنک کننده که آکنده هاي آن از نوع splash packing مي باشد آب به صورت قطره هاي  ريز در سطوح برج پخش مي شود تا سطح وسيعي به وجود آيد البته براي اين منظور مي توان از آکنه هاي نوع film packing نيز استفاده کرد. جريان هوا در برج به صورت کشش طبيعي با استفاده از دودکش هاي هذلولي شکل يا کشش مکانيکي به وسيله بادبزن هاي مناسب در جهت مخالف آب  ( counter-flow)  و يا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جريان مي افتد .

 مکانيزم  برج خنک کننده

در سيستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده  عبور مي کند و با هوا تماس مي يابد. در برج هاي خنک کننده با کشش طبيعي ، پوسته خارجي برج از بتن مسلح ساخته شده و بر روي پايه ها تکيه دارد . هوا از قسمت پائين وارد برج خنک کننده مي شود و به طرف بالا جريان مي يابد و از دهانه بالاي برج خارج مي گردد.

انواع ديگري از برج هاي خنک کننده که از چوب و ساير مصالح ساخته مي شود نيز وجود دارد.در برج هاي خنک کننده با کشش طبيعي هوا، شکل برج طوري طراحي مي شود که جريان سريع هوا در داخل برج به وجود آيد. آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سيستم پخش کننده آب وارد مي شود . در برج هاي قديمي تر صفحه اي که آب خروجي از کندانسور به آن ريخته مي شود داراي سوراخ هاي منظمي در قسمت پائين است که آب از داخل اين سوراخ ها به فنجان هاي زيرين مي ريزد. اين فنجان ها باعث پاشش آب و تبديل آنها به قطرات کوچک مي شوند. يک سيستم خيلي جديد براي پخش آب در برج خنک کننده به کار بردن لوله هايي است که در سطح بالاي آن شيپوره هايي براي پاشش آب تعبيه شده است.

تبادل حرارت بين هواي بالارونده از برج و آبي که از برج سرازير است با تغيير حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بين آب و هوا انجام مي شود. سهم اين قسمت از تبادل حرارتي خيلي کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخير مقدار کمي آب که پيوسته همراه هوا مي باشد،انجام مي شود. در اثر اين عمل مقدار زيادي گرما از آب سرازير شده در برج خنک کننده (بستگي به مقدار آبي که تبخير شده است) به هوا منتقل مي گردد.ضمناً مقداري از قطرات آب به وسيله هوا بخارج از برج پراکنده مي شود. براي جلوگيري از خروج قطرات آب يک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد . کمبود آب تبخير شده در سيستم برج خنک کننده بايد از منبع خارجي جبران شود که به آن ،آب تکميلي يا آب جبراني (Makeup) گويند . براي اين منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد يا فاضلاب ها را تا حد امکان صاف و تصفيه کرده و استفاده نمود .

هنگامي که از نظر فضاي ساختمان برج خنک کننده محدوديتي وجود داشته باشد ظرفيت برج خنک کننده را تا حد امکان با استفاده از بادبزن هاي مخصوص و بزرگي اضافه مي نمايند. اين بادبزن ها مقدار عبورهواي خنک کننده در داخل برج را زياد مي نمايد.

قسمت هاي اصلي برج خنک کننده

الف) لوله ها و آکنه ها: شامل قسمت هايي هستند که درجريان انتقال حرارت دخالت داشته و در ضمن باعث مي شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج مي شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگيري شود.همچنين نگهدار خوبي براي قسمت هاي ديگر برج مي باشد .

ب)حوضچه: حوضچه در پائين برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع مي گردد.به حوضچه يک جريان به نام آب تکميلي يا آب جبراني (MAKE UP) وارد مي شود و يک جريان براي استفاده در دستگاه هاي تبادل حرارت از آن خارج مي گردد .علاوه بر جمع آوري آب در حوضچه ،آب قبل از اينکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نيز مي گردد. حوضچه هاي برج هاي بزرگ و مفيد از بتن ساخته شده اند .عموماً اين حوضچه ها طوري طراحي مي شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبراني مي تواند براي چندين ساعت کارکند.

پ)بادبزن ها: در برج هاي خنک کننده با کشش مکانيکي باد بزن هايي نصب مي شوند تا جريان هواي لازم را جهت عبور از آکنه ها توليد نمايد.بادبزن ها در برج هاي خنک کننده با کشش مکانيکي کاربرد دارند . توضيح در اين مورد ضرورتي ندارد و به همين مقدار اکتفا مي شود.

 ت) حذف کننده ها: اين وسيله از خارج شدن قطرات آب به وسيله کشش هوا از برج جلوگيري به عمل مي آورد . تيغه ها معمولاًطوري نصب مي شوند که با سطح افق زاويه اي در حدود 45 درجه بسازد .جنس اين تيغه ها از چوب ، فلز يا پلاستيک ممکن است ساخته شده باشند .