بهینه سازی جریان هوا در برج خنک کننده

افزایش راندمان برج خنک کن به معنی بهینه‌ سازی برج خنک کننده جهت افزایش ظرفیت خنک کاری، کاهش مصرف انرژی، کاهش مصرف آب، افزایش طول عمر قطعات و کاهش هزینه‌ های جاری می‌ باشد. روش‌ های بهینه سازی و افزایش راندمان برج خنک کن بسته به متفاوت می‌ باشد. بنابراین اولین قدم آشنایی با نوع و مکانیزم برج خنک کننده می‌ باشد. پس لازم است برج خنک کننده و را مشخص نمایید. سپس با استفاده از اقداماتی که در این مطلب از به شرح آن می‌ پردازیم نسبت به بهینه سازی کولینگ تاور اقدام کنیم.

نمودار راندمان برج خنک کننده

چندین اقدام جهت افزایش راندمان برج خنک کن که در همه برج‌ های خنک کننده قابل اعمال است، موثر می‌ باشند که در ادامه به بررسی آنها می‌ پردازیم.

• افزایش راندمان برج خنک کننده از طریق تخلیه زیرآب برج خنک کننده از قسمت آب گرم
• افزایش راندمان برج خنک کننده از طریق نصب آفتابگیر یا گریل
• افزایش راندمان برج خنک کننده با استفاده از سیستم کنترل هوشمند
• افزایش راندمان برج خنک کننده با بررسی و بهینه‌سازی سیستم توزیع آب
• افزایش راندمان برج خنک کننده با بررسی توان الکتروموتور برج خنک کننده و تقویت فن
• افزایش راندمان برج خنک کننده با افزایش حجم یا تغییر نوع سطوح انتقال حرارت

افزایش راندمان برج خنک کننده با تخلیه زیرآب برج خنک کننده از قسمت آب گرم

تخلیه زیرآب برج خنک کننده از قسمت آب گرم

بین دمای ورود و خروج از برج خنک کننده چیلر اختلاف دما وجود دارد که با نام رنج شناخته می‌ شود. جهت جلوگیری از اتلاف انرژی بهتر است که تخلیه از قسمت آب گرم ورودی به برج خنک کننده و قبل از خنک شدن آن باشد. معمولاً تخلیه زیر آب برج خنک کن از ناحیه تشت آبسرد برج خنک کننده انجام می‌ شود که اشتباه است. تخلیه زیرآب برج خنک کننده از ناحیه آب گرم به میزان 1 تا 2 درصد افزایش راندمان برج خنک کن و سیستم تهویه مطبوع را به دنبال خواهد داشت.

افزایش راندمان برج خنک کننده با نصب آفتابگیر یا گریل

معمولاً قطعات و در معرض نور خورشید قرار دارند. همانطور که در مطلب اشاره کردیم، تابش نور مستقیم آفتاب به آب کولینگ تاور موجب رشد جلبک در سیستم برج خنک کن خواهد شد. این رشد جلبک موجب آسیب به که نقش اصلی انتقال حرارت را دارد می‌ شود و موجب گرفتگی ، قطعات و سیستم خواهد شد، در نتیجه راندمان برج خنک کن پایین خواهد آمد.

بنابراین برای افزایش راندمان برج خنک کن و جلوگیری از تشکیل جلبک، در قسمت بالای برج خنک کن آفتابگیر یا گریل نصب نمایید که جلوی تابش مستقیم آفتاب به داخل را بگیرد، ضمن اینکه باید توجه نمود که در مسیر خروج هوا و فشار هوا تداخل ایجاد نکند. بهتر است در هنگام نصب برج خنک کننده آن را در محلی که سایه بیشتری دارد نصب کنید، زیر سایه ساختمان بهترین مکان می‌ باشد.

افزایش راندمان برج خنک کننده با استفاده از سیستم کنترل هوشمند

همانطور که قبلا بررسی شد سیستم با اندازه گیری لحظه‌ ای دمای خروجی از برج خنک کننده با وسیله اینورتر دور موتور را کنترل می‌ کند و در مصرف آب و انرژی به طور قابل ملاحظه‌ ای صرفه جویی می‌ نماید. همینطور این سیستم در هنگام راه‌ اندازی به صورت نرم سیستم متحرک را به حرکت می‌ اندازد و در نتیجه از آسیب رسیدن به قطعات برج خنک کننده جلوگیری می‌ کند.

افزایش راندمان برج خنک کن به معنی بهینه‌ سازی برج خنک کننده جهت افزایش ظرفیت خنک کاری، کاهش مصرف انرژی، کاهش مصرف آب، افزایش طول عمر قطعات و کاهش هزینه‌ های جاری می‌ باشد

برای افزایش راندمان کولینگ تاور، راه‌ های تخصصی وجود دارد که نیاز به کارشناسی دقیق دارد، زیرا تنظیمات و تغییر می‌ کند و ممکن است نیاز به باشد.

افزایش راندمان برج خنک کننده با بررسی و بهینه سازی سیستم توزیع آب

در یک برج خنک کننده هر چه قطرات ریزتری تولید نماید و بروی سطوح انتقال حرارت توزیع کند، راندمان برج خنک کن بالاتر می‌ رود. با پیشرفت تکنولوژی امروزه نازل‌ هایی طراحی و ساخته شده است که آب را به صورت یکنواخت و به صورت قطرات ریز بروی پکینگ‌ ها می‌ پاشد. تغییر سیستم توزیع آب یا نازل برج خنک کن باید توسط کارشناس طراحی برج خنک کننده صورت پذیرد.

افزایش راندمان برج خنک کننده با بررسی توان الکتروموتور برج خنک کننده و تقویت فن

بررسی توان الکتروموتور برج خنک کننده و تقویت فن

میزان کشش آمپر را اندازه‌ گیری می‌ کنیم. میزان آمپر مصرفی الکتروموتور باید به آمپر نامی نزدیک باشد، ولی اگر فاصله معنی‌ داری بین این دو وجود داشت و الکتروموتور آمپر کمتری می‌ کشید، می‌ توان نسبت به تقویت فن برج خنک کننده اقدام کرد تا دبی هوای بیشتری را در برج خنک کن به جریان بیاندازد.

البته باید در نظر داشت که افزایش دبی هوا در برج خنک‌ کننده در محدوده استاندارد انجام شود تا افزایش پرتاب آب را به دنبال نداشته باشد. جهت تقویت فن و افزایش راندمان برج خنک کن می‌ توان زاویه بلیدها را افزایش داد و یا به تعداد پره‌ های آن اضافه نمود و یا دور آن را بالا برد که این کار حتماً باید مطابق با نظر کارشناس انجام شود.

افزایش راندمان برج خنک کننده با افزایش حجم یا تغییر نوع سطوح انتقال حرارت

یکی دیگر از راه‌ های افزایش راندمان برج خنک کن، افزایش حجم سطوح انتقال حرارت و یا حتی تغییر نوع آن می‌ باشد. لازم است تا با بررسی ابعاد برج خنک کن و همینطور ملاحظه فاصله پاشش آب تا پکینگ‌ ها، امکان اضافه نمودن سطوح انتقال حرارت سنجیده شود. مسلماض در صورت افزایش حجم پکینگ به صورت اصولی راندمان برج خنک کننده افزایش خواهد یافت.

قبلاً اشاره کردیم که پکینگ برج خنک کننده دارای انواع مختلفی می‌ باشد. برخی پکینگ‌ ها فواصل کمتری داشته و سطح تماس گسترده‌ تری میان آب و هوا ایجاد می‌ نمایند. بنابراین با بررسی می‌ توان نسبت به تغییر سطوح انتقال حرارت به نوعی با سطح تماس بیشتر اقدام نمود که افزایش راندمان برج خنک کن را به دنبال خواهد داشت. این اقدامات همگی باید زیر نظر کارشناس برج خنک کننده انجام شود تا در محدوده نسبت‌ های استاندارد صورت پذیرد و آسیبی به عملکرد برج خنک کن وارد نشود.

عملیات آبی در برج خنک کننده

عملیات آبی در برج‌های خنک کننده، به دلیل تاثیر بر جریان هوای گرم و مرطوب، باعث افزایش دما و رطوبت می‌شوند. به طور کلی هوای محیط اطراف برج‌های خنک کننده بر عملکرد آنها نیز تاثیر مستقیم دارند. جریان هوای درون کولینگ تاورها یک جریان متقاطع است که از کنار دستگاه وارد شده و به قسمت پایین می‌رود. در این مقاله، در مورد تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان هوای برج‌های خنک کننده صحبت خواهیم کرد.

داده‌های یک شبیه سازی انجام شده، نشان می‌دهد که دمای هوای ورودی به دستگاه کمتر از مقدار جریان برگشتی از آن می‌باشد. زیرا جریان هوا درون برج‌های خنک کننده، ورود هوای وارده را یکنواخت‌تر کرده و در نتیجه سرعت باد اگزوز بیشتر می‌شود. همچنین شبیه سازی نشان می‌دهد که کولینگ تاور به طور موثری جریان برگشتی را کاهش می‌دهد و قادر است تا اثرات نامطلوب بوجود آمده از طراحی نامناسب را کاهش دهد.

کولینگ تاورها از تجهیزات موثر در سیستم تهویه مطبوع هستند که تاثیر بسزایی در راندمان خنک سازی سیستم تهویه مطبوع دارد. به دلیل زیبایی ظاهری این سیستم و محدودیت‌های محل نصب آن، برج‌های خنک کن معمولاً در مکان‌هایی مثل سقف ساختمان و غیره نصب می‌گردند. به منظور جلوگیری از ایجاد سر و صدا در محیط اطراف، برای این سیستم، یک نویزگیر نصب می گردد تا از برگشت جریان هوای گرم و مرطوب به درون برج جلوگیری کند. اگر سرعت برگشت هوای گرم و مرطوب زیاد باشد با عملکرد طولانی مدت برج، درجه حرارت هوای ورودی و رطوبت کولینگ تاورها افزایش یافته و اثر خنک کنندگی برج کاهش می‌یابد.

تحقیقات نشان می‌دهد در زمانی که میزان جریان برگشتی به مقدار50 درصد افزایش می‌یابد، دمای آب خروجی نیز 16/9 درصد افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه انتقال حرارت 68/40 درصد کاهش می‌یابد، شاخص راحتی 92/1درصد تغییر می‌کند، دمای هوای خروجی 18/2 درصد و رطوبت نسبی هوای خروجی نیز 4/10 درصد افزایش می‌یابد.

برای تجزیه و تحلیل و بررسی بهینه سازی جریان هوا درون برج ‌های خنک کننده نباید فقط به تجربه های مهندسی تکیه نمود، زیرا این موضوع کار پیچیده ای است. برای شروع تجزیه و تحلیل، ابتدا باید نسبت به اندازه گیری آزمایشی اقدام شود. سپس با استفاده از فن آوری CFD شبیه سازی عددی را انجام داد. به طور کلی تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان، کم هزینه بوده و به زمان کوتاهی نیاز دارد.

این پروژه برای ساخت برج ‌های خنک کن در یک منطقه تجاری می‌باشد که بر روی سقف قرار گرفته است. در اطراف دیوارهای بسته شده برای کاهش سر و صدا بر مناطق مسکونی 20 متر دورتر، قرار دارد. یک دیواره خارجی به عنوان جدا کننده سیستم از کانال هوا، از وسط با عرض 8.2 متر قرار داده شده است که شیب این دیواره 10 درصد است و به دو کانال تقسیم می‌شود. نیمه بالایی کانال خروجی و نیمه پایینی آن کانال، ورودی می‌باشد.

مجرای خروجی برج ‌های خنک کننده، می تواند از تداخل هوای گرم و مرطوب بین برج ها جلوگیری نماید. ورودی و خروجی دستگاه توسط دیواره‌ها و شیب جدا شده است که این کار به کاهش جریان برگشتی کمک می‌کند.

شبیه سازی عددی بهینه سازی جریان هوا درون برج ‌های خنک کننده

• شبیه سازی شرایط و پارامترهای مرزی

برج خنک کننده بر روی سقف بسته قرار می‌گیرد، بنابراین خارج از محیط در نظر گرفته نمی‌شود. با در نظر گرفتن تغییرات دما ناشی از نیروی شناور، تراکم هوا و بالابر باید میزان هوای ورودی به برج خنک کننده تنظیم شود.

فاصله میانی بین جریان متقاطع دستگاه در یک ردیف، 2 متر تنظیم شده است. اگر جریان ‌های برج خنک کننده در دو ردیف تنظیم شوند، فاصله بین دو ردیف باید 5/2 متر باشد و پنج برج خنک کن MD5018 در ردیف جلو و چهار کولینگ تاور MD5016 در ردیف عقب قرار گیرند.

نتایج شبیه سازی و تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان هوای برج خنک کننده

• روش محاسبه میزان جریان مجدد

X + Y = Q

34.2x + 37y = T × Q

نتایج شبیه سازی و تحلیل جریان متقاطع

برای بدست آوردن نتیجه شبیه سازی و تحلیل جریان متقاطع، باید از طریق کانال، سرعت بادی که از آن خارج می‌شود را محاسبه کرد. از نتایج شبیه سازی می‌توان این نتیجه را گرفت که وجود فضا بین سربار و دستگاه باعث می‌شود، درجه حرارت اتاق افزایش یابد. هرچه افزایش دما بیشتر باشد، جریان هوای منطقه ای بدتر می‌شود و جریان برگشتی بیشتر می‌ گردد.

جریان هوای ورودی به برج بهتر است از قسمت جلو وارد شود تا هوا به طور مساوی جریان یابد. وارد شدن باد و هوا از قسمت عقب و راست، دشوار است و باعث افزایش سرعت باد می شود. افزایش دمای برج ‌های خنک کننده باعث می شود جریان متقاطع کمتر شود. تصاویر و شبیه سازی ها نشان می دهد که بیشترین تاثیر بر روی جریان برگشتی را در سمت عقب و سمت راست برج نزدیک دیواره خواهیم داشت. در این حالت حداکثر دمای هوای ورودی نزدیک دیواره سمت راست 5/34 درجه سانتی گراد است.

عبور از لوله خروجی و پنجره رو به بالا

به دلیل اضافه شدن 15 درجه به پنجره ها، هوای خروجی به سمت بالا جریان می یابد و سرعت باد به 16 متر بر ثانیه افزایش پیدا می کند. این امر بر کاهش میزان گردش مجدد در برج خنک کننده تاثیر دارد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد، دمای ورودی 8/34 درجه سانتی گراد و افزایش دما 6/0 درجه می باشد. نرخ برگشت جریان محاسبه شده 7/5 است.

جریان متقاطع به علاوه 2/2 متر ورودی لوور هوا

ورودی لوور هوا و دیواره داخلی تعبیه شده برای ورود هوا، باعث کاهش حجم هوای در جریان می گردد. در این حالت برج خنک کننده ابارا باعث بهبود توزیع می شود. حداکثر دمای ورودی به برج 43/34 درجه کاهش یافته و افزایش دما 23/0 درجه بوده است. نرخ برگشت جریان محاسبه شده نیز 26/1 می باشد.