برج خنک کن چیلرهای تراکمی و جذبی

چیلر(Chiller) دستگاه خنک کننده هوای برج ها و ساختمان‌ها می‌باشد و حرارت جذب شده از محیط توسط برج خنک کننده (برج خنک کننده چیلر) به بیرون دفع می‌شود. دفع حرارت از چیلر در بخشی به نام کندانسور(Condenser) صورت می‌پذیرد و "برج خنک کننده چیلر" در واقع وظیفه خنک کردن آن بخش را بر عهده دارد. یک مبرد یا گاز در چیلر توسط یک سیکل تراکمی یا جذبی دچار افزایش فشار و دما می‌گردد بنابراین در بخش کندانسور گرمای خود را به آب داده و جریان آب نیز بعد از جذب حرارت این انرژی را توسط برج خنک‌ کننده به محیط بیرون انتقال می‌دهد.

تعریف مختصر برج خنک کننده چیلر: منبع برودتی یا سرمایشی خنک کننده جریان آب گردشی در مدارخنک کاری کندانسور چیلرهای آبی (جذبی یا تراکمی) می‌باشد که وظیفه باز خنک سازی مبرد داغ و پرفشار خروجی از کمپرسور را بر عهده دارد.

چیلر چیست و چه تفاوتی با برج خنک کننده یا کولینگ تاور دارد؟

مشخصاً چیلر همانند برج خنک کننده دستگاه خنک کاری آب می‌باشد و به عبارتی ساده‌تر چیلر نیز در سیستمهای تهویه مطبوع مرکزی و صنعت به عنوان یک منبع برودتی و سرمایشی مطرح می‌باشد. چیلر تراکمی  در اصل با ایجاد یک سیکل تراکم یا کمپرس در یک نوع مبرد(گازهای با اصطلاح مخفف R) و گذر آن از کندانسور سبب سرد شدن این گاز و در تماس این گاز با آب در اواپراتور سبب خنک‌تر شدن آب در سیکل چیلد واتر یا آب سرد می شود. آب سرد شده خروجی چیلر قالباً می تواند به هواساز و فن کویل انتقال یابد و گرمای محیط یک ساختمان یا برج مسکونی و تجاری و غیره را جذب نماید.

مقایسه مختصر کولینگ تاور (برج خنک کننده) با چیلر

برج خنک کننده در واقع در مقایسه با چیلر می‌تواند مترادف این دستگاه در دماهای بالاتر از 25 درجه سانتیگراد و به عنوان یک منبع برودتی مطرح باشد که در این حالت به آن <<برج خنک کننده صنعتی>> گفته می‌شود و در کاربری دیگر نیز می‌تواند مکمل چیلرهای آبی از نوع تراکمی یا جذبی مورد استفاده قرار گیرد. در اصطلاح عامیانه زمانی که از برج خنک کننده در جهت تکمیل آب سرد کندانسور چیلر استفاده کنیم به کولینگ تاور، <<برج خنک کننده چیلر>> نیز گفته می‌شود.

کاربرد بر ج خنک کننده و چیلر در صنعت

در صنعت نیز گاهی رسیدن به دماهای پایین (پایین‌تر از 25 درجه سانتیگراد) در فصول گرم با بکارگیری برج خنک کننده شدنی نیست. در این صورت از چیلرها با سیکل های خنک کاری تراکمی یا جذبی استفاده می‌کنیم تا رسیدن به دماهای آب سرد تا دمای حدود 5 الی 7 درجه سانتیگراد امکان پذیر شود. در برخی صنایع همانند صنایع صابون سازی رسیدن به دمای زیر صفر نیز مورد نیاز است که در این صورت از چیلرهای تراکمی با کمپرسورهای زیر صفر استفاده می شود. چیلر در واقع منبع برودتی آب تا دماهای بسیار پایین محسوب می‌شود ولی بخاطر هزینه‌های بالا نباید در سیستم سرمایشی تمامی صنایع از این تجهیز استفاده نمود و قالباً تا حد امکان با برج خنک کننده سبب خنک کردن آب در صنعت و سیستمهای تهویه مطبوع شویم.

آیا برج خنک کننده در تمامی چیلر های تراکمی و جذبی کاربرد دارد؟

پاسخ به این سوال خیر می‌باشد و باید اینطور بیان کرد کندانسور چیلرهای تراکمی از دو نوع می‌باشد. حالت اول کندانسور چیلر از نوع هوایی یا هوا خنک بوده و توسط سیال هوای محیط بیرون خنک می‌گردد (توسط فن های جریان القایی) و حالت دوم کندانسور چیلر دارای یک مبدل پوسته و لوله (Shell & Tube) می‌باشد و وظیفه برج خنک کننده فراهم کردن آب خنک مورد نیاز در چیلرهایی با کندانسور آبی می‌باشد. بنابراین برج خنک کن فقط در سیکل گردش آب و خنک کاری چیلر با سیستم های کندانسور آبی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تن تبرید چیست و ارتباط آن با برج خنک کننده و چیلر در چیست؟

تن تبرید (Refrigerant Ton) یکی از واحدهای معروف علوم مهندسی بوده بیانگر انتقال انرژی بر زمان است که در واقع نمایانگر میزان گرمایی است که برای ذوب کردن یک تن یخ مورد نیاز می‌باشد. واحد تن تبرید یا تن برودتی در اصل معادل با دیگر واحد های انتقال انرژی در زمان همچون کیلووات (kw) و بی تی یو بر ساعت (btu/hour) می باشد. تن تبرید یکی از رایج ترین واحدهای مورد استفاده در تجهیزات سرمایشی همانند برج خنک کننده و چیلر می باشد. ظرفیت سرما سازی یا برودتی کولینگ تاور و چیلر عموماً با تن تبرید بیان می شود. هر یک تن تبرید یا تن سرمایشی در واقع معادل با 3.51 کیلووات و 12.000 بی تی یو بر ساعت می باشد.

شرح دو اشتباه رایج در طراحی‌ها و انتخاب کولینگ تاور یا برج خنک کن چیلر

اشتباه رایج اول: در برخی از موارد با توصیه مشاور یا تولید کننده چیلر،ظرفیت آب در گردش برج خنک کننده را اشتباهاً با ظرفیت برودتی یکسان در نظر می‌گیرند. به عنوان مثال یک برج خنک کننده ای که توانایی خنک‌سازی 100 تن آب در ساعت را دارد هیچ گاه همان برج خنک کننده 100 تن تبرید نمی‌باشد. رعایت این نکته الزامی است که ظرفیت برودتی هیچگاه با ظرفیت آب در گردش کولینگ تاور یکسان نمی‌باشد.

اشباه رایج دوم: ظرفیت برج خنک کننده به هیچ عنوان با ظرفیت چیلر نباید یکسان باشد و همواره کولینگ تاور باید دارای توان سرمایشی بیشتری نسبت به چیلر باشد و دلیل این موضوع برمی‌گردد به این که Qc (گرمای دفع شده در کندانسور چیلر) همواره به اندازه W یا کار ورودی از Qh یا گرمای جذب شده از اواپراتور بیشتر می‌باشد. به عبارتی دیگر QC>QH و دلیل آن اصل پایستگی انرژی (Qc=Qh+W)

---

اجزای اصلی سیکل کندانسور چیلر و جایگاه برج خنک کننده

سیکل کندانسور چیلر های آبی شامل برج خنک کننده چیلر (Chiller Cooling Tower)، الکتروپمپ سیرکولاتور، کندانسور و شیرهای جانبی(Valves)می‌باشد. کولینگ تاور وظیفه تهیه کردن آب سرد برگشتی به چیلرهای تراکمی و جذبی را بر عهده دارد که وابسته به ظرفیت برودتی چیلر میزان آب در گردش نیز متفاوت خواهد بود.

اجزای اصلی سیکل خنک کننده چیلرهای تهویه مطبوع مرکزی

• برج خنک کننده یا کولینگ‌تاور (Cooling Tower):

مرکز برودتی(سرمایشی) و دفع حرارت مبرد توسط آب به محیط بیرون

• پمپ سیرکولاتور (Pump):

هدایت آب از کولینگ‌تاور به کندانسور چیلر به میزان استاندارد جهت جذب حرارت اضافی

• شیر گیت‌ولو (Gate Valve):

شیر سرویس و تنظیم میزان دبی آب در گردش در سیکل کندانسور چیلر و برج خنک کن

• لوله کشی و انشعابات (Pipes and Connections):

این بخش وظیفه انتقال فلو  یا جرم معین از جریان آب به چیلر و برج خنک‌کننده را برعهده دارد.

• کندانسور (Condenser):

نوعی مبدل حرارتی (یکی از اجزای اصلی چیلر) جهت تماس آب سرد خروجی برج خنک‌کننده با مبرد داغ و پرفشار خروجی کمپرسور چیلر می باشد.

• سختی‌گیر رزینی(Resin Water Softener):

این بخش وظیفه کنترل میزان املاح سخت آب در سیکل تزریق آب جبرانی را در برج خنک‌کننده چیلر برعهده دارد.

• مخزن آب جبرانی (Make up Tank):

• این مخزن یا منبع در واقع تأمین کننده آب تبخیری داخل برج خنک‌کننده چیلر و سبب پایاشدن سامانه جرمی در کندانسور می‌گردد.

---

چگونگی قرار گیری برج خنک کننده در مدار کندانسور چیلر

در چرخه یک مبرد(گاز و سیال تبریدکننده) باید توجه داشت که هدف چیلر کمپرس(فشرده سازی) یا افزایش فشار در مبرد و کاهش دمای آب جهت هدایت به فن کویل و خنک‌سازی محیط می‌باشد. طبیعتاً در یک نگاه ساده به نمودار P-T یا فشار-دما در یک نوع مبرد خاص می‌توان به راحتی مشاهده کرد که گاز خروجی از کمپرسور بعد از خروج دارای فشار و دمای زیادی می‌باشد. افزایش دمای مبرد در واقع سبب کاهش راندمان چیلر در ورودی بخش اواپراتور می‌گردد و این دمای افزایش یافته در مبرد باید توسط بخش کندانسور قبل از ورود به اواپراتور دچار کاهش گردد. کاهش دمای گاز چیلرهای آبی در یک مبدل حرارتی بین آب خنک و مبرد صورت می‌گیرد. آب گردش شده به مبدل حرارتی در بخش کندانسور چیلر پس از دریافت گرمای مبرد و کاهش دمایی آن باید توسط برج خنک کننده بازچرخانی گردد.

---

اجزای اصلی برج خنک کننده چیلر

• بخش هوادهی و توزیع و انتقال هوا از بیرون به داخل:

این بخش در واقع شامل فن یا پروانه با وظیفه ایجاد فشار نسبی و جابجایی هوا، موتور یا مولد انرژی مکانیکی(تأمین نیروی مورد نیاز چرخش فن) و سیستم انتقال قدرت (بخش کاهش سرعت زاویه‌ای موتور) می‌باشد.

• بخش گردش آب یا آب‌رسانی:

این قسمت در برج خنک کننده وظیفه تقسیم،گردش و انتقال جریان و دبی معینی از سیال آب را برعهده دارد و می تواند شامل نازل(افشانک)، اسپرینکلر(آب‌پخش‌کن)، شناور، فلنچ، ولو،کویل، لوله و اتصالات جانبی باشد.

• بخش سطوح تبادل انرژی و حرارت:

سطوح خنک‌کننده یا تبادل گرما در برج خنک کننده چیلر وابسته به نوعیت مدارباز یا بسته بودن کولینگ‌تاور می‌تواند کویل(شبکه‌ای از لوله های باریک) و یا پکینگ مدیا(شبکه‌ای متراکم جهت ایجاد سطح تماس بین آب و هوا) باشد و در اصل این قسمت واسطه و میانجی‌گر بین جریان آب و هوا محسوب می‌شود.

• بدنه و فریم قرارگیری تجهیزات جانبی:

این قسمت شامل مخزن آب سرد خنک‌شده خروجی(تشتک یا بیسین)، پنل‌ها یا دیوارها، لوورها(کرکره ورود هوای خنک) و قسمت دهانه خروجی هوای داغ می‌باشد. به بخش دهانه خروجی در برج خنک کننده چیلر فن استک یا گلویی پروانه نیز گفته می‌شود.

---

انواع برج خنک کننده چیلر

---

• برج خنک کننده جریان مخالف (کولینگ تاور کانتر فلو)

سیستم گردش هوا در این مدل سردکنندهای چیلر در خلاف جهت پاشش و ریزش جریان آب خروجی از نازل یا اسپرینکلر می‌باشد. کولینگ‌تاور جریان مخالف یا ناهمسو (Counter Flow) در دو نوع مکعبی و مخروطی تولید و عرضه می شود که سیستم پاشش آب ثابت در برج‌های مکعبی از نوع نازل کم فشار می باشد و این درحالی است که سیستم پاشش و ریزش آب در برج‌های مخروطی به شکل نازلهای پرفشار چرخشی یا اسپرینکلر می‌باشد.این مدل برج خنک‌کن نیز خود با توجه به هندسه و نوع توزیع کنندهای آب به دو دسته کلی تقسیم می‌شود.

• برج خنک کننده جریان متقاطع (کولینگ تاور کراس فلو یا ابارا )

سیستم مکش هوا در این مدل خنک کن چیلر عمود برجریان ریزش آب می باشد. این مدل به دلیل جریان هوای دائمی خشک در ورودی به بخش سطوح خنک کننده بسیار مناسب برای محیط های با رطوبت نسبی بالا می باشد. استفاده از این مدل خنک کننده چیلر بیشتر برای شهرهای شمال و جنوب کشور همانند ماهشهر،ساری، مازندران، رشت، گیلان، بندرعباس و غیره توصیه می شود.

• برج خنک کننده چیلر مکعبی (Cubic Counter Flow)

این مدل کولینگ تاور عموماً می‌تواند به صورت تک‌سلول(Single Cell) و چند سلولی(Multi Cell) در دو حالت مونتاژ درب کارخانه و همچنین مونتاژ در محل پروژه ارائه گردد و به دلیل ظاهر مربع و مکعبی شکل خود به این نام عنوان نهاده شده است. به دلایل مختلف از جمله تعمیر و نگهداری آسان تر، حمل و جابجایی آسان، راندمان بالاتر و رسوب‌گیری کمتر از مهمترین مزایای این مدل برج خنک کننده می‌باشد.

• برج خنک کننده  چیلر مخروطی یا مدور یا استوانه‌ای (Conic Counter Flow)

این نوع سرد کننده صنعتی به دلیل ظاهر مخروط شکل و استوانه‌ای مانند آن به این عنوان نام نهاده شده است. برج خنک کننده مدور دارای سیستم پخش کنندگی چرخشی جریان آب می‌باشد و به دلیل پاشش چرخشی مانند دارای قطعه ای دوار به اسم آبگردان می باشد که وظیفه توزیع آب بر روی پکینگ ها را برعهده دارد. به دلیل ابعاد بزرگ خود قالباً به شکل مونتاژ در محل و یا به صورت بار ترافیکی ارسال می‌گردد.