به صورت کلی در برج خنک کننده، برخورد قطرات آب و هوا موجب تبخیر شده و دمای آب را کاهش می دهد. یکی از روشهای تقسیم بندی برج های خنک کننده، بر مبنای نحوه برخورد جریان هوا با آب است. دقت داشته باشید که شکل ظاهری برج، تا حدی به گروه های این نوع طبقه بندی وابسته خواهد بود.
1-برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو
Cross Flow Cooling tower
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 برج های 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.
مزایای برج خنک کننده کراس فلو
- نیاز به هد پایین تر پمپ به دلیل ارتفاع کمتر و کارکرد سیستم آبرسانی با فشار جو
- عرض کمتر نسبت به برج جریان متقطع
معایب وایراد کولینگ تاور جریان متقاطع
- ایجاد جریان گردابی هوای مرطوب بین ورودی برج و خروجی فن استک، به دلیل اختلاف کم ارتفاع و در نتیجه کاهش راندمان
- هدر رفتن بیشتر آب بخاطر عدم استفاده از قطره گیر در اکثر مدلها
- بازدهی پایین پکینگ برج خنک کننده برای آبهای سخت
- کاهش تاثیر لوور ورودی به دلیل نزدیک بودن بیش از حد لوور به پکینگ
2- 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.
این نوع برجها 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.
برتری های برج خنک کننده جریان مخالف
- راندمان بالاتر نسبت به برج های 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
مشکلات کولینگ تاور کانترفلو
نیاز به پمپ با هد بالاتر از برج جریان متقاطعبرج خنک کننده جریان متقاطع یا همان برج خنک کننده ابارا، از مهمترین ابداعات شرکت ژاپنی ابارا می باشد که عمری بیش از 35 سال دارد. این نوع کولینگ تاورها به لطف سیستم آب ثقلی و گردش هوای ویژه در آن، دارای راندمان بسیار بالایی می‌باشد. بطوریکه خرید این سیستم های کولینگ برای طرفداران سیستم های خنک‌کننده مدارباز، به انتخابی همیشگی تبدیل شده است.
نکته جالب توجه اینجاست که ریزش آب در این دستگاه‌ها از بالا به پایین است. درحالیکه جریان هوای ورودی از دو سمت و بصورت عرضی (عمود و 90درجه) با آب داغ برخورد میکند. از همین رو است که این سیستمها با نام جریان متقاطع یا همان کراس فلو (ابارا) شهرت دارند. عملکرد عالی در مناطق شرجی، مصرف آب کمتر، مصرف انرژی پایین، ماندگاری بیشتر، بازدهی تبخیر بالا و…، همه و همه از جمله مزایای سیستم های کولینگ کراس فلو (جریان متقاطع) به شمار میرود.
نحوه عملکرد برج خنک کننده جریان متقاطع
ابتدا آب به کمک لوله‌های ورودی به درون دستگاه راه می یابد. سپس توسط پمپ های قدرتمند دستگاه، آب به بخش بالایی سیستم پمپاژ میگردد. حالا نوبت آن است تا آب داغ صنعتی به شکل ثقلی ( به کمک گرانش) بر روی پکینگ های برج خنک کننده جریان متقاطع پاشیده شود. همزمان از دو سوی سیستم کولینگ ابارا، جریان هوای خنک بیرونی وارد دستگاه شده و به سمت آبهای توزیع شده گردش پیدا میکنند.
حالت برخورد عمود آب و جریان هوا با یکدیگر، موجب شده تا این سیستم ها با نام کولینگ تاور جریان متقاطع یا کراس فلو شناخته شوند.
ارتفاع پاشش برج های ابارا زیاد است. به‌همین دلیل، هم مدت زمان تماس تبخیری جریان آب داغ با هوای ورودی افزایش می یابد. و هم بر روی پکینگ توربو اسپلش ، سطح تماس ویژه‌ای برای عملیات تبخیر فراهم می شود. سرانجام حجم آب خنک شده به قسمت زیرین دستگاه (بیسین یا تشتک) انتقال می یابد. لوله کشی متصل به تشتک نیز این آبها را به چرخه صنعت بازمی گرداند.
بیاد داشته باشید که برج خنک کننده جریان متقاطع یا ابارا، از گونه سیستم های کولینگ مدارباز است. بنابراین شیوه تبادل حرارت در کولینگ تاور ابارا (کراس فلو) بصورت مستقیم یا تبخیری می باشد.
تاریخچه برج خنک کننده ابارا یا جریان متقاطع
برج خنک کن جریان متقاطع اولین بار در سال 1986 توسط گروه صنعتی ابارا که متعلق به کشور ژاپن است، ابداع شد. ورژن اولیه این سیستم ها با استفاده از فنهای گریز از مرکز (سانتریفیوژی) ساخته میشد. همین مسئله عاملی بود تا رطوبت در این دستگاه‌ها به خوبی حفظ نشود. درنتیجه مصرف آب به شکل چشمگیری افزایش می یافت!!
اما پیشرفت تکنولوژی در شرکت ابارا، معادله مصرف آب در این سیستم ها را تغییر داد. بطوریکه میتوان گفت:
امروزه از فن های محوری در ساخت برج خنک کننده جریان متقاطع یا ابارا استفاده میشود. عاملی که موجب شده تا هم مصرف آب در این سیستمها شدیداَ کاهش یابد و هم ماندگاری کولینگ تاور ابارا بیشتر گردد. ضمناَ مصرف انرژی این دستگاه ها نیز با این تغییر رویه، کاهش پیدا نمود.
عملکرد برج خنک کننده ابارا در مناطق مرطوب
یک سوال مهم همواره ذهن کارفرمایان را به خود مشغول می سازد:
آیا برج خنک کننده جریان متقاطع یا ابارا برای مناطق مرطوب و شرجی مناسب است؟!. پاسخ این سوال روشن است: بلـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــه؛ قطعا.
سیستم گرداننده هوا در سیستم های کولینگ ابارا به گونه ای است که عملکرد بسیار عالی را برای مناطق شرجی به ارمغان می آورد. همچنین لایه های رطوبتی نیز در لایه های بالایی بخار در کولینگ تاور جریان متقاطع حفظ میگردد. این عامل موجب می شود که نیاز به تزریق آب جبرانی و اتلاف آب در مدلهای جریان متقاطع کاهش یابد. بطور خلاصه میتوان گفت که:
گرچه جانمایی پکینگ ها در گوشه‌ی برج خنک کننده جریان متقاطع صورت میپذیرد. اما به دلیل ورود هوای خنک از دو سمت و چرخش قدرتمند جریان هوا در تمامی قسمتهای دستگاه، همه‌ی لایه‌ها پکینگ اسپلش برج خنک کننده به شکل همسان با هوای تازه و خنک، تماس خواهند داشت.
این مسئله به حفظ رطوبت و بازدهی هرچه بیشتر برج خنک‌کن ابارا یا جریان متقاطع در اقلیم های شرجی کمک میکند.
مزایای برج خنک کننده جریان متقاطع
انواع برج خنک کننده جریان متقاطع از مزایا و ویژگی های فراوانی بهره می برند. مهمترین ویژگی های کولینگ تاور ابارا شامل موارد زیر می باشد:
- ارتفاع ریزش بسیار زیاد. (که موجب تماس هرچه بیشتر جریان آب داغ با هوای خنک ورودی میگردد و بازدهی خنکسازی افزایش می یابد).
- طول عمر بیشتر سیستم های توزیع آب. (بدلیل نحوه پاشش ثقلی و عملکرد ساده‌تر)
- راندمان بسیار بالا
- امکان تولید در ظرفیت های متداول 80 الی 1000 تن
- اتلاف بسیار کمتر آب در گردش. (بدلیل نحوه برخورد آب و هوا بصورت جریان متقاطع)
- ورود جریان هوا از دو سمت دستگاه و افزایش بازدهی کولینگ تاور ابارا ()
- عملکرد عالی در اقلیم های شرجی
- عدم پرت فضایی با توجه به شکل مستطیلی دستگاه
- مصرف انرژی بسیار پایین. (بخصوص در مدل های فایبرگلاس)
- مزایای بیشتر به دلیل عدم استفاده از سیستم تسمه و بولی و داشتن ساختار مستطیل مانند. (درمقایسه با شکل های گرد)
- نیاز به تعمیرات کمتر
- ساختار مستحکم تر و یکپارچه برج خنک کننده جریان متقاطع. (در مقایسه با برج های گرد و کروی)
- نگهداری بسیار کم دردسر
- امکان کنترل و استندبای یک یا چندین موتور در مواقعی که حجم خنکسازی کمتری نیاز باشد.
- قابلیت ساخت برج خنک‌کن ابارا (Ebara Cooling TOWER) در ظرفیت های زیاد توسط شرکتهای سازنده. (عدم نیاز به دمونتاژ حتمی در محل پروژه‌ها)
- استفاده از فن های محوری و کاهش فشار استاتیکی
- افت فشار بسیار کمتر نسبت به سیستم های کولینگ جریان مخالف
- قابلیت نصب انواع تجهیزات موثر جانبی بر روی سیستم کولینگ ابارا یا جریان متقاطع. (قطره گیر، سنسور های هیتردار، تکنولوژی دور متغیر اینورتر)
معایب برج خنک کننده جریان متقاطع
سیستم های کولینگ جریان متقاطع، البته دارای عیب هایی نیز می باشند که بایستی به آنها توجه داشت:
- بازدهی شدیداَ کم در اقلیم های کویری (هوای داغ)
- تضعیف سیستم‌های هوارسانی دستگاه در پی تماس و برخورد مداوم قطره های سیال به فن و فن استک
- امکان یخ بستن آب درون تشتک در فصول سرد سال
- مصرف آب بیشتر نسبت به مدلهای هیبریدی و مداربسته
- درگیر نمودن فضای بیشتر؛ به علت ابعاد بزرگتر برج خنک کن جریان متقاطع (Ebara Cooling TOWER)!
- افزایش رسوب پذیری پکینگ ها در سیستم های ابارا یا کراس فلو
برج خنک‌کن ابارا چند سلولی
کولینگ تاور چند سلولی ابارا میتواند به صورت مدولار یا چندسلولی طراحی گردد. یعنی اینکه برج خنک کننده جریان متقاطع چند سلولی قادر است تا به جهت کنترل مصرف انرژی، یک یا چند موتور را موقتاَ فعال یا غیرفعال کند. اما این مسئله چگونه بکار گرفته میشود؟
ممکن است که در فصول سرد سال، نیازی به استفاده‌ی حداکثری از ظرفیت دستگاه وجود نداشته باشد. به‌همین دلیل میتوان یک یا چند الکتروموتور دستگاه را بطور موقت از کار انداخت. درنتیجه انرژی کمتری برای کارکرد دستگاه مصرف میشود. بدون اینکه در روند خنکسازی آب داغ صنعتی، خللی بوجود بیاید.
انواع برج خنک کن ابارا (کراس فلو)
برج های خنک کننده جریان متقاطع یا ابارا از پوشش های بدنه متفاوتی ساخته می شوند. برخی از این جنس های بدنه دارای گستردگی ساخت بیشتری بوده و برخی نیز بطور کامل از خط تولید شرکت های سازنده بزرگ در سطح کشور و جهان، خط خورده اند. مهمترین مدلهای کولینگ تاور ابارا به لحاظ جنس بدنه عبارتند از:
- سیستم کولینگ چوبی. (به علت دردسرهای فراوان ساخت و نگهداری، کاملاَ منسوخ شده می باشند).
- برج خنک کننده جریان متقاطع فایبرگلاس. (بیش از 75% تولیدات انواع سیستم های خنک کننده را به خود اختصاص داده اند)
- کولینگ تاورهای ابارا فلزی. (از این مدل ها نیز امروزه کمتر استفاده می شود)
- برج خنک کن جریان متقاطع گالوانیزه.
درادامه بطور خلاصه به بررسی متریالهای مهم بدنه خواهیم پرداخت.
برج خنک کننده جریان متقاطع فلزی
برج های چوبی و فلزی را میتوان در زمره‌ی اولین ورژن های سیستم های کولینگ ابارا به شمار آورد. کارفرمایان غالباَ به دلیل وجود اشکلات متعدد، کمتر به سراغ مدل های فلزی میروند. برخی از مهمترین معایب برج خنک کننده جریان متقاطع فلزی عبارتست از:
- زنگ زدگی: مدلهای فلزی نیاز به روکش های کامل و ضد زنگ دارند تا دچار اکسیداسیون نشوند. چراکه بطور مداوم با آبهای در گردش سر و کار دارند. در گذشته که تکنولوژی استفاده از روکشهای ضدزنگ چندان گسترش نیافته بود، استفاده از برجهای فلزی ابارا بسیار دردسر آفرین بود و دائماَ زنگ میزنند!
- آلودگی صوتی بالا: برج خنک کننده جریان متقاطع یا ابارا فلزی، به 2 دلیل سر و صدای زیادی ایجاد میکند. وجود فن های سانتریفیوژی میتواند به افزایش سر و صدای زیاد این سیستم ها منجر شود. همچنین برخورد مداوم قطره های آب با جداره های فلزی موجب افزایش آلودگیهای صوتی میگردد. این درحالیست که استفاده از مدلهای فایبرگلاسی، به کاهش سر و صداهای زیاد کمک میکند.
- سنگینی: حمل و نقل و جابجایی مکانی این مدل برج ها بسیار سخت است. زیرا به سبب بکارگیری فولاد، بسیار سنگین وزن هستند. همین امر موجب بروز دشواری هایی در امر تعمیر این سیستم ها نیز می شود.
- عدم بهینه سازی انرژی: بخاطر داشته باشید که: