برج خنککننده چیست؟
در سیستمهای تهویه مطبوع و تبرید (HVAC)، قلب چرخهی دفع حرارت معمولاً یک برج خنککننده است. هر جا چیلر تراکمی آبخنک، سردخانهی صنعتی، خط تولید یا سیستم کندانسور آبی داریم، برج خنککننده مسئول کاهش دمای آب و بازگرداندن آن به چرخه است.
هرچه عملکرد برج خنککننده پایدارتر و تمیزتر باشد، راندمان کل سیستم بالاتر، مصرف انرژی کمتر و استهلاک تجهیزات کمتر خواهد بود.
۱. اصول کارکرد برج خنککننده
در یک برج خنککننده، آب گرم از کندانسور یا مبدل حرارتی وارد بالای برج میشود و روی بستری به نام پکینگ (Packing) پاشیده میشود. همزمان، هوای محیط توسط فن یا جریان طبیعی از پایین به بالا حرکت میکند و با قطرات آب در تماس قرار میگیرد.
در این فرایند سه اتفاق مهم میافتد:
- بخشی از آب تبخیر میشود و گرمای نهان تبخیر را از آب باقیمانده میگیرد.
- دمای آب به سمت دمای مرطوب محیط نزدیک میشود.
- آب خنک شده در حوضچهی پایین برج جمع شده و توسط پمپ سیرکولاتور دوباره به سمت کندانسور یا مبدلها فرستاده میشود.
دو مفهوم کلیدی در طراحی و تحلیل برج وجود دارد:
- Range (رِنج حرارتی برج)
اختلاف دمای آب ورودی و خروجی برج است. مثلاً اگر آب با دمای ۳۲ درجه وارد و با دمای ۲۷ درجه خارج شود، رنج برابر ۵ درجه است. - Approach (آپروچ برج)
اختلاف دمای آب خروجی برج با دمای مرطوب محیط است. هرچه این اختلاف کمتر باشد، برج بهتر کار میکند و به شرایط ایدهآل نزدیکتر است. رسیدن دمای آب به زیر دمای مرطوب، از نظر فیزیکی ممکن نیست.
۲. پارامترهای اصلی عملکرد برج خنککننده
برای انتخاب و بهرهبرداری صحیح از برج خنککننده، چند پارامتر اصلی باید بهدرستی در نظر گرفته شود:
- دمای مرطوب محیط (Wet Bulb Temperature)
مبنای طراحی برج است و با تغییر فصل و شرایط آبوهوایی تغییر میکند. - دمای آب ورودی و خروجی برج
این دو دما تعیینکنندهی ظرفیت دفع حرارت برج و رنج حرارتی آن هستند. - دبی آب در گردش
بر اساس ظرفیت چیلر یا کندانسور و نوع فرآیند تعیین میشود. کاهش یا افزایش بیش از حد دبی، تعادل برج را بر هم میزند. - دبی هوای عبوری از برج
که توسط فن یا جریان طبیعی تأمین میشود. طراحی نامناسب فن یا تنظیم نبودن ترموستات فن میتواند هم راندمان را کم کند و هم مصرف برق را بالا ببرد. - آب جبرانی (Make-up) و آب تخلیه (Blow-down/Deconcentration)
در برج بخشی از آب تبخیر میشود و بخشی نیز به صورت قطرات ریز با هوا از برج خارج میشود. برای جبران این اتلاف، آب تازه وارد میشود. اگر فقط آب تازه اضافه شود و تخلیه کنترلشدهای وجود نداشته باشد، غلظت املاح آب بهشدت بالا رفته و رسوبگذاری شدید رخ میدهد.
۳. مشکل رسوب در برج خنککننده و کندانسور آبی
آب شهری معمولاً حاوی نمکهای محلول کلسیم، منیزیم، سدیم و… است. وقتی این آب در برج خنککننده مدام تبخیر میشود، املاح آن در آب باقیمانده تغلیظ میشود. نتیجهی این فرایند:
- ایجاد رسوب سخت روی سطوح داخلی لولههای کندانسور آبی
- کاهش ضریب انتقال حرارت
- افزایش دمای کندانسور و فشار HP در چیلر
- بالا رفتن مصرف برق کمپرسور و کاهش عمر تجهیزات
در مراحل پیشرفته، رسوب میتواند بخشی از سطح لوله را ببندد و حتی باعث انسداد کامل مدار و توقف سیستم شود.
بنابراین کنترل رسوب در برج خنککننده فقط یک کار جانبی نیست؛ بخشی حیاتی از نگهداری حرفهای سیستمهای HVAC است.
۴. راهکارهای حرفهای برای کنترل رسوب
راهکارهای اصلی که در یک سیستم استاندارد باید اجرا شود عبارتاند از:
۴.۱ کنترل سختی و سیکل تغلیظ
- اندازهگیری منظم سختی کل آب (TH)
- تنظیم مقدار آب تخلیه (Blow-down) بهگونهای که غلظت املاح در برج از حد مشخص بالاتر نرود.
- در مواردی که سختی آب شهر بسیار بالاست، استفاده از سختیگیر رزینی یا سیستمهای تصفیه قبل از ورود آب به برج میتواند ضروری باشد.
۴.۲ افزودن مواد شیمیایی ضد رسوب و ضد خوردگی
بهصورت کنترلشده و بر اساس طراحی، میتوان از مواد تجاری ضد رسوب، ضد خوردگی و ضد جلبک استفاده کرد. این مواد:
- تشکیل کریستالهای سخت کلسیم و منیزیم را مهار میکنند
- از خوردگی لولههای فولادی، مسی و استیل جلوگیری میکنند
- رشد جلبک و باکتری در حوضچه برج را کاهش میدهند
نکتهی مهم: انتخاب نوع و مقدار مواد شیمیایی باید بر اساس آنالیز آب، نوع مدار و متریال تجهیزات انجام شود و حتماً مطابق دستورالعمل سازنده باشد.
۴.۳ سرویس دورهای و اسیدشویی کندانسور
حتی با بهترین برنامهی شیمیایی، بعد از مدتی مقدار مشخصی رسوب روی لولههای کندانسور تشکیل میشود و لازم است:
- سیستم از مدار خارج شود و آب برج قطع گردد.
- محلول اسیدی با غلظت مناسب (معمولاً ۵ تا ۱۰ درصد، بسته به نوع اسید و متریال لولهها) در یک مخزن آماده شود.
- با یک پمپ سیرکولاسیون کوچک محلول اسیدی در مدار کندانسور بهصورت گردشی به جریان درآید تا رسوبات حل شوند.
- پس از اتمام فرایند، مدار با آب تمیز شستوشو شده و در صورت نیاز با محلول خنثیکننده، pH به حالت عادی بازگردانده شود.
رعایت نکات ایمنی در اسیدشویی بسیار مهم است:
- همیشه اسید را به آب اضافه کنید، نه آب را به اسید
- از دستکش، عینک و لباس محافظ استفاده شود
- بخار اسیدی و محلول مصرفشده طبق دستورالعمل و مقررات زیستمحیطی دفع شود
۵. تنظیم هوشمند فن برج و ترموستات
برای کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر فن، معمولاً از ترموستات کنترل فن برج استفاده میشود. این ترموستات میتواند:
- بر اساس دمای آب خروجی برج فن را روشن و خاموش کند
- یا بر اساس دمای هوای مرطوب محیط عمل نماید
اگر دمای آب خروجی بیش از حد پایین بیاید، در حقیقت انرژی بیهوده مصرف شده و احتمال یخزدگی و خوردگی افزایش مییابد. در مقابل، اگر دما بیش از حد بالا رود، کندانسور تحت فشار قرار میگیرد. تنظیم صحیح رنج قطع و وصل ترموستات، کمک میکند تا:
- برج در محدودهی دمایی بهینه کار کند
- مصرف برق فن کاهش یابد
- راندمان چیلر در سطح مطلوب حفظ شود
