انواع برج خنک کننده جریان متقاطع
در انواع برج خنک کننده جریان متقاطع، همزمان با ورود هوا به صورت افقی، آب نیز به صورت عمودی بداخل پکینگ ها جریان می یابد و بدین ترتیب، این دو با هم در تماس قرار می گیرند. از آنجایی که این دو به صورت عمود به هم، با یکدیگر تماس حاصل پیدا می کنند، نام جریان متقاطع بر آنها نهاده شده است. بدلیل آنکه جریان به صورت متقاطع است، در نتیجه جریان هوا نیازی ندارد که از قسمت سیستم توزیع کننده عبور نماید.
همچنین می توان ورودی آب گرم و سیستم توزیع کننده را بالای پکینگ قرار داد تا با توجه به نیروی جاذبه زمین، آب به صورت عمودی با جریان هوا در ارتباط باشد.
در انواع برج خنک کننده جریان متقاطع، آب از بالا به پایین ریخته میشود و هوا به صورت افقی در انواع برج خنک کننده جریان متقاطع مییابد تا تبخیر جزیی باعث خنک شدن آب برج شود.
در بقیه موارد، سیستم انواع برج خنک کننده جریان متقاطع شبیه برج با جریان مخالف است. اختلاف دمای آب ورودی و خروجی برج خنک کننده نزدیک به 10 درجه فارنهایت یا حدودا 6 درجه سانتی گراد در نظر گرفته میشود. معمولا برای اینکه این جریان را به وجود بیاورند، دراطراف انواع برج خنک کننده جریان متقاطع محفظه‌های ورود هوا را در نظر می‌گیرند و در بالا فن گذاشته میشود وهوا از بغل وارد سیستم میشود. بیشتر انواع برج خنک کننده جریان متقاطع موجود در بازار از این نوع هستند.
هدف انواع برج خنک کننده جریان متقاطع در سیستم های مدار باز یا تماس مستقیم ، تماس بین دو سیال آب و هوا به منظور تبخیر ذرات آب و گرفتن گرما از آب و انتقال این گرما به محیط (هوا) می باشد.
انواع برج خنک کننده جریان متقاطع و مقایسه انواع روش های تماس آب با هوا درون انواع برج خنک کننده جریان متقاطع های مختلف اعم از برج خنک کننده جریان مخالف با انواع برج خنک کننده جریان متقاطع ، برج خنک کننده مدار باز با برج خنک کننده مداربسته، برج خنک کننده گرد با برج خنک کننده مکعبی و …
در این انتقال گرما آب با عمل تبخیر گرما از دست داده و این بخارات متساعد شده در هوا ادغام و به نحوی هوا در این فرآیند رطوبت زنی می شود .
حال انواع برج خنک کننده جریان متقاطع بر اساس نوع تماس و زاویه تماس بین آّب و هوای محیط به دو دسته کلی برج خنک کننده جریان مخالف و برج خنک کننده جریان متقاطع تقسیم می شود.
در انواع برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو جریان هوا از لوور (کرکره ورودی هوا) که در دو طرف برج خنک کننده به صورت سرتاسری قرار گرفته است وارد مجموعه می شود و تمامی هوای تازه محیط به صورت جریان افقی (کراس) در هر قسمت در تماس با سطح انتقال حرارت (پکینگ مدیا) و آب قرار می گیرد.
در سال ۱۹۶۰ بسیاری از سازندگان برج های خنک کننده، از طرح سازه‌ای انواع برج خنک کننده جریان متقاطع خنک کننده دست کشیده و به ساخت برج خنک کننده با جریان عرضی روی آوردند.
دلیل اصلی این تغییر رویه را میتوان دفع هر چه بیشتر گرما در واحدهای صنعتی دانست، از این رو این تغییر رویه سبب میشد تا برج خنک کننده را با ابعاد بزرگتری بسازند و به دنبال آن بخشی که توسط چوب ساخته میشد و اصطلاحاً به آن بخش پرکننده می‌گویند، با ابعاد بزرگتری نیز ساخته شود. با تغییر در این ابعاد، انواع برج خنک کننده جریان متقاطع خنک کننده در مقابله با برج خنک کننده با جریان عرضی می‌تواند میزان رانش هوا و گرما را افزایش داده و و در سطح وسیع‌تری تبادل هوا داشته باشد.
از طرفی دیگر با روی کار آمدن پرکننده سلولی که می‌تواند حرارت را به صورت متراکم‌تر و مؤثرتر جابجا کرده و انتقال دهد، ارزش و برتری انواع برج خنک کننده جریان متقاطع بسیار بیشتر از برج خنک کننده با جریان عرضی شد؛ چرا که انواع برج خنک کننده جریان متقاطع با توجه به هزینه کمتر برای احداث، ارتفاع کمتری دارد و درنتیجه قدرت رانش در آن نیز کمتر میباشد.
حال آن که در برج خنک کننده جریان مخالف یا کانترفلو جریان هوا از لوور ها ( کرکره ها ورودی هوا ) در هر چهار طرف برج خنک کننده از قسمت انتهایی پنل یا دیواره بالای تشتک وارد برج خنک کننده می شود و در جریان عمودی (کانتر) و روبه بالا در قسمت سطوح انتقال قدرت یا پکینگ مدیا در تماس با آبی که در جریانی ثقلی در حال ریزش است ، قرار می گیرد.
نحوه تماس هوای ورودی از کرکره ها و آب درون برج خنک کننده کانترفلو – برج خنک کننده جریان مخالف
مقایسه سیستم سرمایشی برج خنک کننده جریان مخالف و انواع برج خنک کننده جریان متقاطع
سیستم پاشش آب: سیستم پاشش آب در برج خنک کننده جریان مخالف سیستم اسپری آب با نازل ها ی مربع پاش می باشد و آب به صورت قطرات بسیار ریز درآمده و در تماس با هوا قرار می گیرد.
حال آنکه در سیستم های سرمایشی انواع برج خنک کننده جریان متقاطع آب از نازل های اوریفیس به صورت قطره پاش و دایره ای شکل روی سطوح خنک کننده پاشش می کند. این پاشش دایره ای شکل موجب ایجاد فضاهای پرت و خالی به نام وید اسپیس (void space) می گردد که این فضا ها باعث افت راندمان در سیستم های برج ها جریان متقاطع می شود .
اندازه انواع برج خنک کننده جریان متقاطع : به دلایل مذکور بالا که اعلام شد و به منظور جبران کمبود فضای مفید سطح تماس در انواع برج خنک کننده جریان متقاطع ابعاد این برج ها در مقایسه با سیستم های کانتر فلو بزرگتر می باشد .
سیستم هوادهی : در برج خنک کننده کانترفلو عموما طراحی برج خنک کننده به صورت تک سلول (شامل یک فن و یک موتور) می باشد .
حال آنکه در انواع برج خنک کننده جریان متقاطع به دلیل ابعاد مستطیلی شکل سازه برج خنک کننده معمولا به صورت دو یا چند سلول ماژول (به هم پیوسته ) می باشد. این چند سلولی بودن موجب استلزام استفاده حداقل یک دیوایدر (دیوار جدا کننده) بین دو سلول به منظور جلوگیری از بایپس یا برگشت هوا از کانال فن دیگر می باشد. حتی این دیوایدر نمی تواند موجب جلوگیری از برگشت هوا به کانال فن دیگر به صورت کامل شود .
کاهش راندمان موتور و افزایش مصرف برق دلیل چند سلولی بودن : در برجانواع برج خنک کننده جریان متقاطع چند سلولی عموما توان مورد نیاز برای هوادهی فن ها از توان مورد نیاز برای تامین هوادهی فن انواع برج خنک کننده جریان متقاطع تک سلولی بیشتر می باشد .
این افزایش توان مصرفی موتور به دلیل کاهش راندمان موتور با توجه به این موضوع که راندمان برآیند توان دو موتور سری از ضرب راندمان های هردو محاسبه می شود که این موضوع به وضوح نشانگر کاهش راندمان در سیستم انتقال قدرت چند سلولی می باشد و این موضوع با افزایش توان قابل رفع می باشد .
در این نوع از برج های خنک کننده که عمدتا مقطع آنها به صورت ذوزنقه می باشد، جهت جریان عموما با جهت جریان ورودی به برج خنک کننده تلاقی دارد و در برخی موارد عمود می باشد. در تصویر ذیل نمای کلی از انواع برج خنک کننده جریان متقاطع و مقایسه آن با کولینگ تاور کانتر فلو مشاهده می گردد.
برج های خنک کننده جریان متقاطع یا Cross Flow دارای مزایا و معایبی هستند که به شرح ذیل می باشد.
مزایا : نیاز به هد پایین تر پمپ به دلیل ارتفاع کمتر و کارکرد سیستم آبرسانی با فشار جو – عرض کمتر نسبت به انواع برج خنک کننده جریان متقاطع
معایب : ایجاد جریان گردابی هوای مرطوب بین ورودی برج و خروجی فن استک، به دلیل اختلاف کم ارتفاع و در نتیجه کاهش راندمان – عدم استفاده از قطره گیر جهت جلوگیری از پاشش آب در اکثر مدلها – عدم بازدهی مناسب پکینگ های اسپلش برای آبهای سخت
کاهش تاثیر لوور های ورودی به دلیل نزدیک بودن بیش از حد لوور به پکینگ ها
برج خنک کن جریان مخالف یا کانتر فلو Counter Flow Cooling tower
در برجهای خنک کن جریان مخالف، جهت جریان آب که به کمک نازل ها پاشیده می شوند از بالا به پایین است در حالیکه هوای تازه از قسمت پایین برج به داخل کشیده می شود.
انواع برج خنک کننده جریان متقاطع از لحاظ فرم بدنه در حالت کلی به دو صورت برج های بطری شکل(گرد) و برج های مکعبی تقسیم می شوند. برج های گرد به دلیل فرم بدنه و همچنین عدم وجود قطره گیر مناسب و در عین حال سیستم پاشش آب با راندمان پایین، امروزه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.
مهمترین مزیت این نوع از برج های های خنک کننده(گرد) قیمت کمتر آنها نسبت به نوع مکعبی می باشد. در تصویر ذیل نمایی کلی از یک برج خنک کننده جریان مخالف به بدنه مکعبی نمایش داده شده است.
برج های خنک کننده جریان مخالف یا Counter Flow دارای مزایا و معایب ذیل می باشند.
مزایا : راندمان بالاتر نسبت به انواع برج خنک کننده جریان متقاطع به دلیل فاصله مناسب ورودی هوا و خروجی فن و عدم ایجاد جریان گردابی – امکان استفاده کامل از قطره گیر و لوور و در نتیجه کاهش اتلاف آب – امکان استفاده مناسب از پکینگ های اسپلش در شرایط خاص – بهره گیری از نازل های تحت فشار و پوشش کامل پکینگ ها
معایب : نیاز به پمپ با هد بالاتر از انواع برج خنک کننده جریان متقاطع – عرض بیشتر فضای مورد نیاز جهت نصب، نسبت به برج های جریان متقاطع
عوامل مهم در بازدهی بهتر عملکرد انواع برج خنک کننده جریان متقاطع
قطره برگردان یکی از عوامل اساسی در عملکرد انواع برج خنک کننده جریان متقاطع است که بازدهی مطلوب آن می‌تواند اثراتی بهتر به ویژه در انواع برج خنک کننده جریان متقاطع داشته باشد، از جمله این مزایا می توان به صرفه‌جویی در مصرف آب، حفظ هر چه بهتر ترکیب شیمیایی تیمار آب انواع برج خنک کننده جریان متقاطع، جلوگیری از تغییر رنگ به دلیل مواد افزودنی از جمله کرومات‌ها و همچنین رعایت تمامی قوانین حفظ و نگهداری محیط زیست در محل اشاره نمود.
از آنجایی که عملکرد برج خنک کننده، گرماگیری از آب است؛ لذا در این میان تعادل میان حجم هوا و جریان آب اهمیت دارد. طراحی قطره برگردانها به طوری است که می‌توانند در دامنه محاسبه شده‌ای از جریان هوا عملکرد مؤثر داشته باشند، از این رو اگر سرعت هوا بیشتر باشد، قطرات آب از برج خارج میشود. اگر طرح قطره برگردانها نتواند عملکرد مؤثری داشته باشند با افت فشار روبرو می‌شویم و انواع برج خنک کننده جریان متقاطع نمیشود.
از این رو وجود وسیله‌ای برای نگهداری آب مورد نیاز، ضروری است چرا که سیستم توزیع در برج، آب را از جریان انبوه به قطرات ریز تبدیل میکند تا این قطرات با جریان هوا خنک شوند. در واقع عمل خنک شدن تبخیری از طریق مخلوط آب و هوا سبب رفع گرما از محیط میشود. هر چند که هوا در هر دو حالت جریان عرضی یا جریان متقاطع خنک کننده تمایل دارد قطرات آب را با خود به بیرون از انواع برج خنک کننده جریان متقاطع ببرد.
بازده انواع برج خنک کننده جریان متقاطع از طریق رابطه زیر تعیین می شود :
100 * X = بازده
مقدار اب جبرانی انواع برج خنک کننده جریان متقاطع
مقدار تبخیر اب انواع برج خنک کننده جریان متقاطع تقریبا 2 گالن در ساعت به ازای هر تن تبرید در نظر گرفته می شود.
آب تخلیه شده از طریق زیر اب کشی نیز تقریبا 2 گالن در ساعت به ازای هر تن تبرید منظور می شود.
بنابراین مقدار اب جبرانی برج 4 گالن در ساعت به ازای هر تن تبرید یا تقریبا 2.5 درصد اب در گردش براورد می شود.
انواع برج خنک کننده جریان متقاطع وسیله ای برای سرد کردن آب است که از آب خنک شده آن به صورت مستقیم و غیر مستقیم برای انتقال حرارت استفاده میشود.
در برج خنک کننده، قطرات آب که در انواع برج خنک کننده جریان متقاطع جریان می‌یابند در اثر تماس با هوا به صورت جزیی تبخیر شده و باعث خنک شدن آب جریان یافته درون برج خنک کننده میشود. نمونه بسیار ساده از برج خنک کننده کولر آبی است. در کولر آبی، آب توسط خروجی‌ها روی پوشال‌های کولر جریان می یابد و هوا به صورت متقاطع به داخل کولر آبی مکش داده میشود که در نتیجه آن هوا در اثر برخورد با قطرات آب خنک شده و باعث خنک شدن فضای خانه میشود.
انواع برج خنک کننده جریان متقاطع در واقع آب گرم شده که کندانسور را خنک میکند و آن را دوباره برای استفاده در کندانسور توسط پمپ سیرکولاتور به کندانسور برگشت می‌دهد. برجهای خنک کننده بسیار متنوع اند و در هر جایی که نیاز به خنک کردن باشد، از منازل مسکونی تا مجتمع‌های پتروشیمی کاربرد دارند.
طراحی انواع برج خنک کننده جریان متقاطع
برای انتخاب ظرفیت انواع برج خنک کننده جریان متقاطع به پارامتر های زیر نیاز داریم:
دبی آب در حال گذر که این پارامتر مقدار دبی آب در حال گذر از انواع برج خنک کننده جریان متقاطع یا چیلری که انواع برج خنک کننده جریان متقاطع با آن کار می کند را مشخص می کند.
این مقدار توسط شرکت سازنده انواع برج خنک کننده جریان متقاطع اعلام می گردد.
پکینگ گرید اسپلش
دمای آب گرم ورودی به دستگاه و آب سرد خروجی از آن
مقدار دمای آب گرم ورودی به انواع برج خنک کننده جریان متقاطع و دمای لازم آب سرد خروجی از برج خنک کن نیز توسط دستگاه یا چیلری که انواع برج خنک کننده جریان متقاطع با آن کار می کند، تعیین می گردد.
معمولا این مقادیر توسط شرکت سازنده چیلر اعلام می گردد.
دمای مرطوب هوا در منطقه جغرافیایی نصب انواع برج خنک کننده جریان متقاطع : این دما را می توان از داده های سازمان های هواشناسی کشور استخراج نمود.
عبور می کند باعث تبخیر سطحی لایه آب بوجود آمده شود. پکینگ فیلم برج های خنک کننده در ضخامت های مختلف تولید می شوند که متداولترین آنهاضخامت ورق 400 میکرون، 450 میکرون و 500 میکرون می باشد. پکینگ فیلم ها در دو جنس پی وی سی(PVC) و پلی پروپیلن(PP) تولید می شوند.همچنین پکینگ فیلمهای کولینگ تاور با گام 19 میلی متر و سطح ویژه 150 متر مربع بر متر مکعب و گام 12 با سطح ویژه 240 متر مربع بر متر مکعب بیشترین مصرف را در برج های خنک کننده دارند.
