عوامل مؤثر بر راندمان برجهای خنککننده
راندمان یک برج خنککننده (Cooling Tower)، که معمولاً با توانایی آن در خنککردن آب تا حد نزدیک به دمای حباب مرطوب اندازهگیری میشود، تحت تأثیر ترکیبی از عوامل محیطی (External) و عملیاتی/طراحی (Internal) قرار دارد.
۱. عوامل محیطی و اقلیمی
این عوامل از کنترل مستقیم اپراتور خارج هستند اما بیشترین تأثیر را بر راندمان لحظهای برج دارند:
الف. دمای حباب مرطوب محیط ($\text{Wet-Bulb Temperature}$)
-
اثر: این مهمترین عامل محیطی است. دمای حباب مرطوب کمترین دمایی است که آب میتواند در اثر تبخیر به آن برسد. راندمان برج با کاهش دمای حباب مرطوب افزایش مییابد (و برعکس).
-
دلیل: اختلاف دمای بیشتر بین دمای حباب مرطوب (محدودیت خنککاری) و دمای آب گرم ورودی، نیروی محرکه تبخیر و انتقال حرارت را افزایش میدهد.
ب. رطوبت نسبی هوا (Relative Humidity)
-
اثر: رطوبت بالای محیط، سرعت تبخیر آب از سطح پکینگها را کاهش میدهد، که به طور مستقیم راندمان خنککاری را تحت تأثیر قرار میدهد. هوای خشکتر (رطوبت نسبی پایینتر) تبخیر سریعتری را امکانپذیر میسازد.
ج. دمای آب ورودی (Load)
-
اثر: هرچه دمای آب گرم برگشتی از کندانسور چیلر بالاتر باشد، اختلاف دما بین آب و هوا بیشتر شده و فرآیند تبخیر قویتر میشود.
-
نکته: اگرچه آب گرمتر میتواند به طور کلی تبخیر و دفع حرارت بیشتری داشته باشد، اما راندمان اصلی برج بر اساس دمای خروجی (و نزدیکی آن به $\text{Wet-Bulb}$) سنجیده میشود.
۲. عوامل طراحی و عملیاتی (پارامترهای عملکردی)
این عوامل مستقیماً توسط طراح یا اپراتور سیستم قابل کنترل و تنظیم هستند و راندمان برج را تعیین میکنند:
الف. محدوده دمایی (Range)
- تعریف: اختلاف دمای آب ورودی (گرم) و آب خروجی (سرد) از برج.
{Range} = T_{{in}} – T_{{out}}
-
اثر: محدوده دمایی بیشتر به معنای دفع حرارت بیشتر است، اما راندمان کلی سیستم (از جمله چیلر) باید در نظر گرفته شود. برجهایی که برای یک محدوده دمایی بزرگ طراحی شدهاند، میتوانند دبی (جریان) کمتری از آب را پمپ کنند.
ب. تقرب (Approach)
- تعریف: اختلاف دمای آب سرد خروجی از برج و دمای حباب مرطوب محیط.
$$\text{Approach} = T_{\text{out}} – T_{\text{wet-bulb}}$$
-
اثر: این مهمترین معیار راندمان برج است. هرچه مقدار تقرب کمتر باشد (آب خروجی به دمای حباب مرطوب نزدیکتر باشد)، راندمان برج بالاتر است. برجهای بزرگتر و کارآمدتر میتوانند به تقرب کمتری (مثلاً $3$ تا $5$ درجه سانتیگراد) دست یابند.
ج. دبی آب (Water Flow Rate)
-
اثر: دبی آب ورودی به برج باید متناسب با ظرفیت چیلر باشد. دبی بسیار زیاد میتواند باعث کاهش زمان تماس (Contact Time) آب با هوا شده و راندمان خنککاری را کاهش دهد.
د. نسبت آب به هوا
-
تعریف: نسبت دبی جرمی آب (L) به دبی جرمی هوا (G) در برج.
-
اثر: این نسبت توسط طراح بهینه میشود. افزایش جریان هوا (افزایش فن) یا کاهش جریان آب میتواند راندمان را بهبود بخشد، اما هزینههای برق فن و پمپ را نیز افزایش میدهد.
۳. عوامل نگهداری و محیطی داخلی
این عوامل میتوانند با گذشت زمان، راندمان طراحی شده برج را به شدت کاهش دهند:
الف. گرفتگی و رسوب پکینگها (Fouling and Scaling)
-
اثر: تجمع رسوبات معدنی (کلسیم کربنات)، جلبکها، یا گرد و غبار روی پکینگها، سطح تماس و زمان تماس بین آب و هوا را کاهش میدهد.
-
نتیجه: کاهش انتقال حرارت و تبخیر، که مستقیماً به کاهش راندمان منجر میشود. تصفیه شیمیایی مناسب آب ضروری است.
ب. عملکرد فن
-
اثر: کاهش سرعت فن، خرابی پرهها، یا مسدود شدن ورودیهای هوا میتواند جریان هوا را کاهش دهد.
-
نتیجه: کاهش شدید انتقال حرارت محسوس و محدود شدن تبخیر.
ج. وضعیت نازلها و توزیع آب
-
اثر: گرفتگی یا آسیب دیدن نازلهای آبپاش در بالای برج باعث توزیع نامتوازن آب روی پکینگها میشود.
-
نتیجه: بخشهایی از پکینگ خشک باقی میماند و سطح تبادل حرارت مؤثر برج کاهش مییابد.
د. ایرادات مکانیکی
-
خرابی فنها، خرابی قطرهگیرها (Drift Eliminators)، یا نشت آب از حوضچه نیز میتواند عملکرد و مصرف آب برج را مختل کند.
به طور خلاصه، برای حفظ راندمان بالا، اپراتور باید تقرب (Approach) را تا حد امکان کم نگه دارد، که این امر مستلزم حفظ جریان هوا و آب بهینه و اجرای یک برنامه نگهداری سختگیرانه برای جلوگیری از رسوب و گرفتگی است.
برج خنککننده (Cooling Tower) چیست و ضرورت آن در چیلر آبخنک
نحوه عملکرد ترموستاتها و کنترلکنندههای دمای دیگ
