زمان مطالعه: ۷ دقیقه

برج‌های خنک‌کننده برای رد گرما از چیلرهای خنک‌کننده آب استفاده می‌کنند. برج‌های خنک‌کننده، آب کندانسور را توسط یک فن و از طریق اسپری کردن وارد جریان هوا می‌کنند، به این ترتیب بخش کوچکی از آب کندانسور تبخیر شده و الباقی در طول فرآیند خنک می‌شود. زمانی که رطوبت و درجه حرارت هوایی که توسط برج‌های خنک‌کننده جذب شده است، بالا رود آن را در فضای خارجی تخلیه می‌کند.

یک چیلر (با COP بالاتر) زمانی که از یک برج خنک کننده نه یک کندانسور خنک کننده هوا برای رد گرما استفاده می‌کند، کارآمدتر خواهد بود زیرا دمای چگالش چیلر می‌تواند به دلیل اثر تبخیر آب کاهش یابد. مدت زمان خنک شدن چیلرهای آب سرد از چیلرهای خنک‌کننده هوا طولانی‌تر است بنابراین توصیه می کنیم از تعمیر و نگهداری چیلرها غافل نشوید. یک برج خنک‌کننده می‌تواند دمای آب کندانسور را به طور معمول به ۴ تا ۵ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای wet bulb محیط برساند. تفاوت دما بین آب خروجی از برج خنک کننده و دما wet bulb محیط به عنوان رویکرد برج خنک‌کننده معرفی می‌شود. تفاوت بین دما آب ورودی و دما آب خروجی به عنوان دامنه برج خنک‌کننده شناخته می‌شود.

سیستم‌هایی که از برج‌های خنک کننده استفاده می‌کنند، هزینه‌های مصرف آب و تصفیه آب برای به حداقل رساندن خطر لژیونلا را نیز متحمل می‌شوند. با توجه به هزینه های مربوط به تصفیه آب، استفاده از برج‌های خنک‌کننده برای چیلرهای کوچک که عموما ظرفیتی کمتر از ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلو وات دارند، مؤثر نیست، مگر این‌که آن‌ها بخشی از نصب چند چیلر بزرگ باشند. وجود برج خنک‌کننده در یک ساختمان می‌تواند به میزان قابل توجهی مصرف انرژی را برای تهویه هوا کاهش دهد، اما به میزان قابل توجهی مصرف آب را افزایش می دهد. برج‌های خنک‌کننده به طور معمول ۳۰-۴۰ درصد از مصرف کل آب یک ساختمان را تشکیل می‌دهند.

با پیشرفت‌های اخیر، از کولرهای نوع آدیاباتیک استفاده می‌شود که تنها زمانی که درجه حرارت محیط بالا است، برای خنک شدن آب مصرف می‌کند. کولرهای آدیاباتیک برای خنک کردن محیط از اثر تبخیر آب به هوا که از طریق عبور از مبدل‌های حرارتی صورت می‌گیرد، استفاده می‌کنند. اگر از کولرهای آدیاباتیک در مناطق جغرافیایی مناسب (خشک) استفاده شود، می‌تواند سبب بهره‌وری انرژی، کاهش مصرف آب و هزینه های مربوط به تصفیه آب شود. یک کولر آدیاباتیک دارای مقدار آب کمتری نسبت به یک برج خنک کننده است، بنابراین، الزاما به آب تصفیه شده نیاز ندارد.

مصرف آب برج‌های خنک‌کننده

بر اثر تبخیر از مقدار آب برج خنک‌کننده کاسته می‌شود که این خود جزیی از عملکرد برج محسوب می‌شود. آب ممکن است بر اثر رانش نیز از دست برود. برج خنک‌کننده آب را همچنین از طریق سرریز شدن که تخلیه عمدی به منظور کاهش غلظت جامدات (مواد معدنی و مواد آلی) در آب است، از دست می‌دهد. سرریز شدن معمولا توسط یک سیستم اتوماتیک که کل مواد جامد حل شده (TDS) در آب داخل برج خنک کننده را تشخیص می‌دهد، کنترل می‌شود. نسبت بین TDS در برج خنک کننده/ TDS در ذخیره آب اصلی به عنوان چرخه غلظت نامیده می‌شود.

در نگهداری مطلوب برج، نسبت مصرف آب به شرح زیر است:

تبخیر (۸۸ درصد): رانش (۷ درصد): سرریز شدن: (۵ درصد).

مصرف انرژی برج‌های خنک‌کننده 

برج‌های خنک‌کننده از انرژی فن‌های برج استفاده می‌کنند. استفاده از فن‌هایی با کارایی بالا و موتورهایی با VSDها مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. نه فقط در نظر گرفتن برج خنک کننده بلکه استفاده از استراتژی‌های کنترل که بهینه سازی مصرف انرژی برج‌های خنک‌کننده و چیلرها را نیز انجام می‌دهند، مهم است.

نگهداری و بهره‌برداری برج‌های خنک‌کننده

مسائل زیر برای تعمیر، نگهداری و بهره‌برداری برج‌های خنک‌کننده مهم هستند.

• دستورالعمل‌های تولیدکنندگان و توصیه‌های مربوط به نگهداری باید دنبال شود. توصیه‌ها باید به دقت توسط تیم تعمیر و نگهداری تاسیسات ساختمان دنبال و اجرا گردند. همچنین توصیه‌هایی کلی و عمومی در هندبوک های مربوط به برج خنک‌کننده و نکات نگهداری و راهبری برج خنک‌کننده توسط مهندسین تاسیسات و پیمانکاران تعمیر و نگهداری موتورخانه قابل دسترسی خواهند بود.
• اطمینان حاصل کنید که هیچ سرریز آبی از حوضه برج خنک‌کننده به علل زیر وجود ندارد:

-کنترل‌های سطح آب دچار نقصان هستند.

-عملکرد برج زمانی که حجم آب به بالاترین سطح خود یعنی خط تخیله به مخزن می‌رسد، متوقف می‌شود.

-جایی‌که چندین برج نصب شده است، کمبود لوله تعادل سبب برهم خوردن سطح آب می‌شود.

• نشت آب لوله‌ها و دریچه‌های معیوب باید رفع گردد.
• میزان سرریز شدن آب را مطابق با کیفیت و تصفیه آب و نوع برج خنک‌کننده بهینه‌سازی کنید. در جایی که کنترل خودکار TDS نصب است، باید کالیبراسیون صورت گیرد و همچنین تنظیمات به درستی اعمال گردد. جایی که چنین کنترل‌هایی وجود نداشته باشد، نصب آن‌ها مفید خواهد بود زیرا سرریز شدن بیش از حد آب منجر به خوردگی و / یا پوسته پوسته شدن مبدل‌های حرارتی می‌شود. برج‌های خنک‌کننده با چرخه غلظت معمولا کمتر از ۳-۴ اتلاف آب را نشان می‌دهد، معمولا عملکرد بیش از ۶-۷ بهره‌وری آب را به‌همراه دارد، خوردگی و سایر مشکلات سبب افزایش خطرات ناشی از کیفیت آب می‌شود.
• نوع و شرایط نگهدارنده‌های اسپلش و حذف‌کننده‌های رانش باید بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که اتلاف آب به علت طراحی ضعیف است و / یا وضعیت نگهدارنده‌های اسپلش و حذف‌کننده‌های رانش مطلوب نیست. تعویض حذف‌کننده رانش باید مطابق با AS 4180 باشد که ریزش را به ۰.۰۰۲ درصد از حداکثر سرعت گردش آب طراحی شده از طریق برج خنک‌کننده محدود می‌کند. کنش تهاجمی مواد شیمیایی تصفیه آب با قرار گرفتن در معرض آفتاب در طول زمان کاهش می‌یابد.

• پرشدن برج خنک‌کننده سبب فساد می‌شود. همواره بازرسی منظم مطابق با استاندارد AS 3666 باید انجام شود. به غیر از خطرات میکروبی، فرسایش بیش از حد در مواد پرکننده می‌تواند موجب از بین رفتن جریان آب و افزایش دما برج خنک‌کننده و در نتیجه کارایی کمتر آن ‌شود.
• جریان هوا در اطراف برج‌های خنک‌کننده نباید محدود شود. هوا تخلیه شده از برج‌های خنک‌کننده نباید مجددا مصرف شود. اگر بادهای غالب روی جریان هوای یک برج خنک کننده موثر باشد، ممکن است لازم باشد که یک مانع در مقابل باد ایجاد شود.
• در جایی‌که یک شیر بای‌پس برج خنک‌کننده نصب شده باشد، نباید مغایرتی در کنترل آن‌ها بین زمانی که شیر‌ باز است و فن‌ها در حال کار هستند، وجود داشته باشد. اطمینان حاصل کنید که حداقل ۲ درجه سانتی‌گراد اختلاف بین بسته شدن شیر و فن‌های در حال کار برج خنک‌کننده وجود دارد.
• برج‌های خنک‌کننده عملیاتی و فن‌های آن‌ها باید بهینه سازی شود. بهترین کارایی زمانی حاصل خواهد شد که تمام برج‌های خنک‌کننده موجود به موازات هم عمل کنند، نه این‌که فعالیت برج خنک‌کننده اصلی را به حداکثر برسانید و باقی را جداگانه تنظیم کنید. برای به دست آوردن بهترین کارایی، سرعت فن‌ها باید از طریق VSDها کنترل شود، نه این‌که روشن / خاموش یا با دو سرعت کار کنند. همان‌طور که درخواست رد گرما از چیلرها افزایش می‌یابد، ابتدا هر فن نیز باید حداقل سرعت مجاز را داشته باشد. زمانی‌که همه فن‌ها فعال شده‌اند، باید آن‌ها را بصورت یکپارچه تغییر داد.

• الگوریتم‌های کنترل باید برای به حداقل رساندن مصرف انرژی فن، برنامه‌ریزی شده باشد. اغلب، دما تعیین شده برای کنترل فن‌های برج‌ خنک‌کننده پایین‌تر از دما wet bulb محیط است و این سبب اتلاف انرژی می‌شود. این اتلاف انرژی می‌تواند به‌وسیله کنترل کردن فن‌های برج خنک‌کننده به حداقل برسد و روی دما wet bulb محیط تا ۳-۴ درجه سانتی‌گراد بستگی به ظرفیت برج اثر بگذارد. استراتژی‌های کنترل برای بهینه‌سازی راندمان چیلر و بهره‌وری برج خنک‌کننده باید هماهنگ باشد تا اطمینان حاصل شود که مزایای یکی دیگری را نفی نمی‌کند.
• اگر مبدل حرارتی صفحه (PHE) برای محافظت از تجهیزاتی مانند واحدهای تکمیلی انواع تاسیسات ساختمان متصل به یک مدار باز برج خنک‌کننده نصب شده، اطمینان حاصل کنید که افت فشار از طریق PHE بیش از حد نیست و سیستم تخریب نشده است. اگر افت فشار بیش از حد است، معمولا بیش‌تر از ۳۰ کیلو پاسکال، اضافه کردن صفحات بیش‌تر به PHE و دوباره متعادل‌سازی جریان آب را در نظر بگیرید. پمپاژ انرژی می‌تواند توسط نصب دو دریچه موتور پورت در واحدهای تکمیلی تهویه هوا ذخیره شود. این دریچه‌ها زمانی‌که کمپرسور مبرد کار نمی‌کند، جریان آب را به واحدهای تکمیلی متوقف می‌کنند، در نتیجه پمپ آب کندانسور موقت را قادر می‌سازد تا از طریق کنترل VSD آهسته‌تر عمل کنند. در حالت ایده‌آل این اندازه‌گیری باید در مرحله طراحی یا زمانی‌که واحدهای تکمیلی تاسیسات ساختمان جایگزین می‌شوند، انجام شود. رعایت این موضوع سبب صرفه‌جویی در مصرف انرژی سیستم‌های پایه ساختمان می‌شود.
• برای بهره‌وری انرژی و حفاظت از آب، نظارت بر عملکرد برج خنک کننده ضروری است و همچنین می‌بایست موارد زیر رعایت شود:

-مصرف آب با نصب کنتور آب اختصاصی، ترجیحا متصل به BMS باید کنترل شود. آژیر هشدار‌دهنده باید طوری تنظیم شود تا مصرف آب طولانی یا بیش از مقدار تعیین شده را نشان دهد.

-برای تاسیسات بزرگ‌تر، نظارت بر مصرف انرژی فن برج خنک‌کننده همراه با شاخص‌های عملکردی مانند دما wet bulb محیط، دما جریان آب کندانسور و سرعت VSD ضروری است.

بیشتر بخوانید : بهینه‌سازی مصرف واحدهای تصفیه هوا و محفظه‌های حجم متغیر هوا_قسمت اول

-سنسورهای مجموع جامدات حل شده (TDS)، مستقل از سنسور کنترل TDS با آژیر هشداردهنده باید طوری تنظیم شود تا اگر مقدار TDS بیش از حد بالا باشد – معمولا حداکثر 1500ppm (که سرریزشدن-خطر خوردگی و / یا مسدود شدن مبدل‌های حرارتی را نشان می‌دهد) یا مقدار TDS خیلی کم باشد-معمولا زیر 1000ppm (که اتلاف آب را نشان می‌دهد) آن را نشان دهد.

جایگزینی و ارتقا برج‌های خنک‌کننده

مسائل زیر را قبل از این‌که برج‌های خنک‌کننده جایگزین شوند یا ارتقا داده شوند، در نظر بگیرید:

• جایگزینی با مواد پرکننده جدید به‌جای مواد تخریب شده.
• مزایای هزینه جایگزینی کولرهای آدیاباتیک با برج‌های خنک‌کننده را که در هوای خشک به خوبی کار می‌کنند، را در نظر بگیرید. هزینه سرمایه این واحدها بالاتر خواهد بود و بهره‌وری انرژی کلی سیستم آب سرد کاهش خواهد یافت. با این حال، هزینه‌های چرخه زندگی می‌تواند با کاهش مصرف آب و کاهش هزینه‌های تصفیه آب که با پیشگیری از لژیونلا حاصل می‌شود، کاهش یابد. برای برخی کاربردها که خطرات ناشی از لژیونلا باید از بین بروند، این نوع سیستم یک مزیت خواهد بود.
• استفاده از آب بازیافتی برای برج‌های خنک‌کننده ممکن است امکان پذیر باشد ولی در ابتدا باید با متخصص تصفیه آب مشورت داشته باشیم. استفاده از آب باران بازیافتی و میعانات جمع‌آوری شده از تخلیه واحدهای هوای تاسیسات ساختمان ممکن است مقرون به‌صرفه باشد و سبب صرفه‌جویی در هزینه‌های مرتبط با تصفیه آب شود زیرا آب بازیافتی حاوی جامدات محلول در آب کمتری است.