برج خنک کننده ترکیبی خشک و مرطوب: چگونه کار می کند، کجا می درخشد و چگونه برج مناسب را انتخاب کنید

برج خنک کننده ترکیبی خشک و مرطوب چیست و چرا وجود دارد؟

برج خنک‌کننده ترکیبی خشک و مرطوب - که به آن برج خنک‌کننده هیبریدی، برج خنک‌کننده کم‌تابی یا برج خنک‌کننده مرطوب-خشک نیز گفته می‌شود - یک واحد یکپارچه است که دو مکانیسم اساساً متفاوت دفع حرارت را ترکیب می‌کند: خنک‌کننده تبخیری (مرطوب) و خنک‌کننده معقول (خشک). برج های خنک کننده مرطوب معمولی گرما را عمدتاً از طریق تبخیر آب دفع می کنند که از نظر ترمودینامیکی کارآمد است اما حجم قابل توجهی آب مصرف می کند و یک ستون بخار آب بسیار قابل مشاهده تولید می کند. برج های خنک کننده خشک (مبدل های حرارتی خنک شونده با هوا) گرما را به طور کامل از طریق گرمایش هوای معقول و بدون مصرف آب دفع می کنند، اما به سطح بسیار بزرگ تری نیاز دارند و در دماهای بالای محیط عملکرد ضعیفی دارند. برج ترکیبی ترکیبی به طور خاص برای به تصویر کشیدن مزایای بهره وری از خنک کننده مرطوب و در عین حال پرداختن به دو اشکال مهم خنک کننده مرطوب توسعه یافته است: مصرف آب بالا و تشکیل ستون مرئی مداوم.

در یک برج خنک کننده هیبریدی، بسته به پیکربندی طراحی و شرایط محیط در آن زمان، سیال فرآیند از هر دو بخش کویل خشک (جایی که گرما بدون تماس با آب به جریان هوا دفع می شود) و بخش پر مرطوب (جایی که خنک کننده تبخیری رخ می دهد) به صورت موازی یا سری می گذرد. یک سیستم کنترل تقسیم بین عملیات خشک و مرطوب را تعدیل می کند تا مصرف آب را به حداقل برساند و در عین حال دمای سیال خروجی مورد نیاز را حفظ کند. در شرایط محیطی سردتر - معمولاً کمتر از 15 درجه سانتیگراد - سیستم اغلب می تواند کاملاً در حالت خشک با مصرف آب صفر کار کند. با افزایش دمای محیط و ناکافی شدن ظرفیت خنک کننده خشک، بخش مرطوب به تدریج برای تکمیل ظرفیت خنک کننده فعال می شود. این انعطاف پذیری عملیاتی مشخصه تعیین کننده ای است که یک برج خنک کننده ترکیبی را از یک برج مرطوب ساده با یک سیم پیچ اضافه شده متمایز می کند.

نتیجه عملی برج خنک‌کننده‌ای است که می‌تواند 50 تا 80 درصد کاهش مصرف آب سالانه را در مقایسه با برج مرطوب معمولی با ظرفیت حرارتی معادل به دست آورد، توده هوای سرد قابل مشاهده را که مانع برنامه‌ریزی و اجازه‌دهنده در مکان‌های شهری و مسکونی مجاور است، تقریباً از بین ببرد، و عملکرد حرارتی قابل قبولی را در محدوده وسیع‌تری از شرایط خشک محیطی خنک‌تر حفظ کند. این ویژگی‌ها برج‌های خنک‌کننده هیبریدی را به طور فزاینده‌ای در مراکز داده، کارخانه‌های داروسازی، تأسیسات پردازش مواد غذایی، تولید برق و هر برنامه‌ای که در آن کمبود آب، مقررات تخلیه، یا محدودیت‌های تاثیر بصری یک برج مرطوب معمولی را رد می‌کند، استاندارد کرده است.

نحوه عملکرد مکانیسم های انتقال حرارت در برج خنک کننده هیبریدی

برای درک اینکه چرا برج‌های خنک‌کننده هیبریدی به همان شیوه‌ای عمل می‌کنند، به درک فیزیک هر دو حالت دفع گرما که در داخل آن‌ها کار می‌کنند و اینکه ترکیب آنها چگونه اثر کاهش ستون را ایجاد می‌کند کمک می‌کند.

بخش مرطوب: خنک کننده تبخیری

در بخش پر مرطوب یک برج هیبریدی، آب فرآیند گرم در یک بسته پرکننده پلاستیکی ساختاریافته توزیع می‌شود و در معرض جریان هوا به سمت بالا یا متقاطع قرار می‌گیرد. انتقال حرارت از طریق دو فرآیند همزمان انجام می شود: انتقال حرارت محسوس (اختلاف دمای مستقیم بین فیلم آب و هوا) و انتقال حرارت نهان (تبخیر بخشی از آب، جذب تقریباً 2450 کیلوژول به ازای هر کیلوگرم آب تبخیر شده). تبخیر 70 تا 80 درصد از کل گرمای دفع شده در یک برج مرطوب را تشکیل می‌دهد، به همین دلیل است که خنک‌سازی مرطوب از نظر ترمودینامیکی بسیار کارآمد است - دمای نزدیک (تفاوت بین دمای آب خروجی و دمای حباب مرطوب محیط) فقط 3 تا 5 درجه سانتی‌گراد است. این امر اساساً با خنک کردن خشک، که توسط دمای حباب خشک محدود می شود، غیرممکن است. هوای خروجی بخش مرطوب اشباع و گرم است - معمولاً در دمای 30 تا 40 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 100٪ - که وقتی این هوا با هوای خنک‌تر محیط برخورد می‌کند و تراکم اتفاق می‌افتد، منشأ ستون سفید قابل مشاهده است.

بخش خشک: رد حرارت محسوس

بخش کویل خشک در یک برج هیبریدی از مبدل های حرارتی لوله پره دار، معمولاً پره های آلومینیومی روی لوله های فولادی گالوانیزه یا فولاد ضد زنگ تشکیل شده است که از طریق آنها آب فرآیند یا محلول گلیکول جریان می یابد. هوا از روی سطوح باله عبور می کند و گرمای محسوس سیال را بدون تماس یا تبخیر آب جذب می کند. هوای خروجی بخش خشک گرم و خشک است - بطور قابل توجهی کمتر از حد اشباع در سطوح معمولی رطوبت محیط. هنگامی که این هوای گرم و خشک با اگزوز مرطوب اشباع شده از بخش مرطوب مخلوط می شود، مخلوط به زیر حد اشباع می رسد (رطوبت نسبی زیر 100٪) و ستون قابل مشاهده ناپدید می شود یا به طور چشمگیری کاهش می یابد. بخش خشک به طور مداوم بدون توجه به حالت کار می کند، هوای ورودی را در زمستان از قبل گرم می کند (که به طور موثر تشکیل ستون را سرکوب می کند) و سیال فرآیند را قبل از ورود به بخش مرطوب از قبل خنک می کند. نسبت دفع گرما بین بخش های خشک و مرطوب هم اثربخشی کاهش ستون و هم میزان مصرف آب را تعیین می کند.

اختلاط هوا و فیزیک سرکوب توده

دید توده با وضعیت سایکرومتری هوای خروجی برج تعیین می‌شود - به‌ویژه، اینکه آیا رطوبت آن از رطوبت اشباع هوای محیطی که با آن مخلوط می‌شود بیشتر است یا خیر. در یک برج مرطوب خالص، هوای خروجی همیشه اشباع و گرم است. هنگامی که با هوای خنک محیط مخلوط می شود، مخلوط وارد منطقه اشباع می شود و قطرات آب متراکم می شوند و ستون سفید قابل مشاهده را تشکیل می دهند. بخش خشک در یک برج هیبریدی جریانی از هوای گرم و زیر اشباع را به مخلوط اگزوز اضافه می کند. با کنترل نسبت جریان هوای خشک به مرطوب، اگزوز ترکیبی را می توان تقریباً در تمام شرایط محیطی زیر آستانه اشباع نگه داشت. به همین دلیل است که برج‌های هیبریدی به‌جای صرفاً «کاهش‌شده با ستون» به‌عنوان «کاهش ستون» مشخص می‌شوند - وقتی به درستی طراحی و اجرا شوند، در اکثر ساعات کار سالانه، معمولاً بالای 95 درصد ساعت‌ها، هیچ ستون قابل مشاهده‌ای تولید نمی‌کنند، با سرکوب کامل ستون که می‌توان به دمای محیطی بالاتر از 5 تا 8 میلی‌گرم دست یافت.

پیکربندی‌های طراحی: جریان موازی در مقابل برج‌های هیبریدی جریان سری

همه برج های خنک کننده ترکیبی به یک شکل چیده نشده اند. دو پیکربندی طراحی اولیه در نحوه هدایت سیال فرآیند از طریق بخش های خشک و مرطوب متفاوت است و هر کدام دارای مزایای خاصی برای کاربردها و اقلیم های مختلف هستند.

پیکربندی موازی (جریان سیال تقسیم شده)

در یک برج هیبریدی موازی، سیال فرآیند به دو جریان تقسیم می‌شود - یکی از قسمت کویل خشک و دیگری از طریق بخش پر مرطوب - با دو جریان پس از دفع گرما دوباره به هم می‌پیوندند. نسبت جریان از طریق هر بخش توسط شیرهای تعدیل کننده کنترل می شود. در زمستان یا شرایط محیطی خنک، اکثر جریان از طریق کویل خشک هدایت می شود (به حداقل رساندن یا حذف مصرف آب و ستون). با افزایش دمای محیط، جریان بیشتری به تدریج از طریق بخش مرطوب هدایت می شود تا دمای سیال خروجی هدف حفظ شود. این پیکربندی حداکثر انعطاف‌پذیری عملیاتی و کنترل بسیار دقیق مصرف آب را ارائه می‌دهد و اجازه می‌دهد بخش مرطوب در شرایط محیطی زیر صفر کاملاً ایزوله و تخلیه شود تا از آسیب یخ زدگی جلوگیری شود، در حالی که بخش خشک به کار خود ادامه می‌دهد. این پیکربندی غالب برای خنک‌سازی فرآیندهای صنعتی و برنامه‌های خنک‌کننده مرکز داده است که در آن صرفه‌جویی در مصرف آب و انعطاف‌پذیری عملیاتی محرک‌های اصلی هستند.

پیکربندی سری (جریان سیال متوالی)

در یک برج هیبریدی سری، سیال فرآیند ابتدا از طریق بخش کویل خشک (پیش خنک کننده) و سپس از طریق بخش پر مرطوب (خنک کننده نهایی) جریان می یابد و بخش خشک همیشه فعال است. بخش پیش خنک کننده خشک، دمای ورودی به پرکننده مرطوب را کاهش می دهد که باعث کاهش بار تبخیر و مصرف آب در بخش مرطوب می شود. در برخی از طرح‌ها، بخش خشک آنقدر گرما را حذف می‌کند که اجازه می‌دهد بخش مرطوب به طور کامل در شرایط محیطی خنک دور زده شود. پیکربندی‌های سری مدار سیال ساده‌تری را بدون دریچه‌های تقسیم و اتصال مجدد فراهم می‌کنند و برای یک وظیفه حرارتی معین فشرده‌تر هستند. آنها معمولاً در برنامه های HVAC و تاسیسات خنک کننده فرآیند کوچکتر استفاده می شوند که در آن سادگی نصب و ردپای آن مهم است. مبادله در مقایسه با یک پیکربندی موازی با تقسیم جریان متناسب کامل، کنترل کمی دقیق‌تر بر مصرف آب است.

ترتیبات پیش نویس مکانیکی: جریان متقابل در مقابل جریان متقاطع

در پیکربندی های موازی یا سری، آرایش جریان هوا از طریق برج می تواند خلاف جریان باشد (هوا از طریق پرکننده به سمت بالا حرکت می کند، مخالف جریان آب رو به پایین) یا جریان متقاطع (هوا به صورت افقی از میان پر، عمود بر جریان آب رو به پایین حرکت می کند). برج های هیبریدی ضد جریان به دلیل نیروی محرکه بالاتری که در ارتفاع پر می شود، عملکرد حرارتی کمی بهتری برای یک حجم پر معین به دست می آورند، اما آنها بلندتر هستند و نیازهای انرژی فن بالاتری دارند. برج‌های هیبریدی با جریان متقاطع دارای مشخصات پایین‌تر، دسترسی آسان‌تر برای تعمیر و نگهداری، و مدولارتر هستند – که آن‌ها را برای تأسیسات و تأسیسات پشت بام شهری با محدودیت ارتفاع محبوب می‌کند. هر دو چیدمان توسط سازندگان اصلی برج های هیبریدی از جمله Baltimore Aircoil (BAC)، Evapco، SPX Cooling Technologies و ENEXIO در دسترس هستند.

مقایسه برج های خنک کننده هیبریدی با جایگزین های خالص مرطوب و خشک خالص

انتخاب تکنولوژی خنک کننده مناسب نیاز به درک چگونگی آن دارد برج خنک کننده ترکیبی خشک و مرطوب در مقابل گزینه های مرسوم در پارامترهای عملکرد، اقتصادی و زیست محیطی که برای طراحان سیستم و اپراتورهای نیروگاه مهم است، مقابله کنید.

برج خنک‌کننده ترکیبی ترکیبی حد وسط بهینه را برای تعداد زیادی از تأسیسات در دنیای واقعی اشغال می‌کند - به‌ویژه آن‌هایی که در مناطق تحت فشار آب، محیط‌های شهری با محدودیت‌های قابل مشاهده ستون‌ها یا مکان‌های تنظیم‌شده‌ای که در آن خطر لژیونلا و محدودیت‌های تخلیه شیمیایی باعث می‌شود خنک‌سازی مرطوب معمولی اجازه و کارکرد را به طور فزاینده‌ای دشوار کند.

صرفه جویی در آب: یک برج خنک کننده هیبریدی واقعاً چقدر صرفه جویی می کند؟

یکی از سوالات متداول در مورد برج های خنک کننده ترکیبی خشک و مرطوب این است که واقعاً چقدر آب در مقایسه با برج مرطوب معمولی با ظرفیت معادل ذخیره می کنند - و اینکه آیا این پس انداز هزینه سرمایه بالاتر را توجیه می کند. پاسخ به شدت به آب و هوا، مشخصات بار عملیاتی سیستم، دمای آب خروجی هدف و استراتژی کنترلی که برای انتقال بین حالت خشک و مرطوب استفاده می شود بستگی دارد.

خرابی مصرف آب در یک برج مرطوب

در یک برج خنک‌کننده تبخیری استاندارد، آب از طریق سه مسیر مصرف می‌شود: تبخیر (تلفات غالب، معمولاً 0.1-0.2٪ جریان آب در گردش در هر درجه سانتی‌گراد از محدوده خنک‌کننده)، رانش (قطرات آب که توسط جریان هوا انجام می‌شود، معمولاً 0.001-0.005٪ از جریان‌های با راندمان بالا به جریان خشک‌کننده‌ها) blowdown (پاکسازی عمدی آب در گردش غلیظ برای کنترل تجمع جامدات محلول، معمولاً 0.5-1.5٪ جریان گردش خون بسته به چرخه های غلظت و کیفیت آب آرایشی). برای بار دفع حرارت 1 مگاواتی با محدوده خنک کننده 10 درجه سانتیگراد، یک برج مرطوب معمولی تقریباً 1.5-2.0 متر مکعب در ساعت آب آرایشی در شرایط معمولی تابستان مصرف می کند.

چارچوب محاسبه صرفه جویی سالانه آب

صرفه جویی در آب از یک برج خنک کننده ترکیبی ترکیبی با تجزیه و تحلیل ساعاتی در طول سال که شرایط محیطی اجازه عملیات خشک جزئی یا کامل را می دهد، محاسبه می شود. برای سایتی در اروپای مرکزی (به عنوان مثال، آلمان، فرانسه) با دمای طراحی حباب مرطوب 23 درجه سانتی گراد و دمای هدف آب خروجی 30 درجه سانتی گراد، یک برج هیبریدی با طراحی خوب می تواند تقریباً 3000 تا 4000 ساعت در سال در حالت خشک کامل کار کند (ساعت هایی که دمای حباب خشک محیطی کمتر از 25 تا 28 میلی درجه سانتیگراد است). در حالت نسبی خشک/ جزئی مرطوب برای 2000 تا 3000 ساعت دیگر، نرخ تبخیر مرطوب به نسبت کاهش می یابد. نتیجه خالص مصرف آب سالانه 20 تا 40 درصد از آنچه که یک برج مرطوب معمولی با همان ظرفیت حرارتی مصرف می‌کند - معمولاً 500 تا 2000 متر مکعب آب به ازای هر مگاوات ظرفیت خنک‌کننده نصب‌شده در سال صرفه‌جویی می‌کند، بسته به موقعیت مکانی و مشخصات عملیاتی.

معیارهای صرفه جویی در آب وابسته به آب و هوا

پتانسیل صرفه جویی در آب به طور قابل توجهی با جغرافیا متفاوت است. در آب و هوای خنک و معتدل (اروپا شمالی، اقیانوس آرام شمال غربی ایالات متحده آمریکا، کانادا) که دمای محیط برای بیش از نیمی از سال کمتر از 15 درجه سانتیگراد است، برج های هیبریدی می توانند سالانه 60 تا 80 درصد کاهش آب داشته باشند. در آب و هوای مدیترانه ای یا نیمه خشک (جنوب اروپا، خاورمیانه، جنوب غربی ایالات متحده آمریکا) که دماهای بالا برای چندین ماه ادامه دارد، صرفه جویی در مصرف آب کمتر است - معمولاً 30 تا 50٪ - زیرا ساعات کار خشک کمتر است و بخش مرطوب باید سهم بیشتری از بار خنک کننده سالانه را تحمل کند. در آب و هوای گرمسیری با دمای بالای لامپ مرطوب در تمام طول سال، برج‌های هیبریدی عمدتاً مزایای کنترل ستون را با صرفه جویی در مصرف آب ارائه می‌دهند و هزینه سرمایه بالاتر آن‌ها به تنهایی صرفاً توجیه‌پذیر نیست.

کاربردهای کلیدی که در آن برج های خنک کننده هیبریدی انتخاب مناسبی هستند

درک اینکه کجا یک برج خنک کننده ترکیبی خشک و مرطوب مزیت قانع کننده ای نسبت به گزینه های جایگزین دارد، کمک می کند که آیا سرمایه گذاری برای یک پروژه خاص توجیه پذیر است یا خیر.

• مراکز داده و امکانات فرامقیاس: کمبود آب و انتقاد عمومی از استفاده از آب توسط مراکز داده بزرگ، برج های خنک کننده هیبریدی را به یک راه حل مطلوب برای امکانات محاسباتی با چگالی بالا در آب و هوای معتدل تبدیل کرده است. یک مرکز داده 10 مگاواتی با استفاده از یک برج مرطوب معمولی می تواند سالانه 40000 تا 80000 متر مکعب آب مصرف کند. یک برج هیبریدی این مقدار را به 10000 تا 30000 مترمکعب کاهش می‌دهد در حالی که دمای آب خروجی پایین (معمولاً 24 تا 28 درجه سانتی‌گراد برای چیلرها) مورد نیاز برای خنک‌سازی کارآمد IT را حفظ می‌کند. اپراتورهای بزرگ مقیاس بزرگ از جمله مایکروسافت، گوگل و آمازون برج های خنک کننده هیبریدی و کم مصرف را به عنوان بخشی از تعهدات خود برای بی طرفی آب مشخص کرده اند.
• تهویه مطبوع شهری و نیروگاه های خنک کننده منطقه ای: در مکان‌های مرکز شهر - برج‌های اداری، بیمارستان‌ها، مراکز خرید و نیروگاه‌های انرژی منطقه - مقامات برنامه‌ریزی در بسیاری از حوزه‌های قضایی اکنون به دلیل تأثیر بصری بر محیط ساخته شده، تشکیل یخ در سطوح مجاور در زمستان، و نگرانی‌های بهداشت عمومی در مورد لژیونلا، کاهش ستون‌های برج خنک‌کننده جدید را می‌طلبند یا به شدت تشویق می‌کنند. برج های هیبریدی این الزامات را بدون ردپای زیاد و مصرف انرژی بالای یک کولر خشک کامل برآورده می کنند.
• تولید برق (سیکل ترکیبی و برق صنعتی): نیروگاه های برق در مناطق محدود آب - به ویژه در غرب ایالات متحده، بخش هایی از استرالیا، خاورمیانه و جنوب اروپا - با محدودیت های قانونی برای برداشت آب شیرین مواجه هستند یا در مناطقی قرار دارند که منبع آب کافی برای خنک سازی کاملا مرطوب ندارند. سیستم‌های خنک‌کننده مرطوب-خشک ترکیبی (در قالب بزرگ‌تر از برج‌های در مقیاس ساختمان، که اغلب کندانسورهای سطح مرطوب-خشک یا سیستم‌های خنک‌کننده هیبریدی کاهش‌یافته با ستون‌ها نامیده می‌شوند) به نیروگاه‌ها اجازه می‌دهند تا محدودیت‌های مصرف آب را رعایت کنند و در عین حال از کاهش قابل توجه خروجی که سرمایش خشک خالص در روزهای گرم تحمیل می‌کند، اجتناب می‌کنند.
• تولید داروسازی و بیوتکنولوژی: تأسیسات GMP (عمل تولید خوب) به خنک‌سازی فرآیند قابل اعتماد با خطر لژیونلا بسیار کم، حداقل بار انطباق با محیط‌زیست و در بسیاری از موارد، عملیات بدون قابل مشاهده ستون برای مطابقت با موافقت‌نامه‌های برنامه‌ریزی محلی نیاز دارند. برج های هیبریدی هر سه نیاز را برآورده می کنند و کاهش زمان بهره برداری مرطوب آنها به طور قابل توجهی ریسک و هزینه مدیریت مرتبط با لژیونلا را در سیستم آب کاهش می دهد.
• فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی: کارخانه های فرآوری مواد غذایی با بارهای تبرید بزرگ واقع در مناطق کشاورزی تحت تنش آب با فشارهای رقابتی روبرو هستند: آب هم برای استفاده در فرآیند و هم برای خنک کردن مورد نیاز است و تخلیه آب دمنده تصفیه شده شیمیایی می تواند توسط مجوزهای محیطی محلی محدود شود. برج های هیبریدی هم تقاضای آب آرایشی و هم حجم انفجار را کاهش می دهند و محدودیت های عرضه و تخلیه را به طور همزمان کاهش می دهند.
• کارخانه های شیمیایی و پتروشیمی: خنک‌سازی فرآیندی در کارخانه‌های شیمیایی اغلب به عملکرد قابل اعتماد در طول سال در محدوده وسیع دمای محیط نیاز دارد. یک برج خنک‌کننده ترکیبی خشک و مرطوب این قابلیت اطمینان را از طریق بخش مرطوب در شرایط اوج تابستان فراهم می‌کند، در حالی که خشک کار می‌کند در بیشتر ایام سال، کاهش هزینه‌های تصفیه شیمیایی، خطر خوردگی در سیستم آب در گردش و بار گزارش‌دهی نظارتی مرتبط با تخلیه آب خنک‌کننده با حجم بالا را کاهش می‌دهد.

پارامترهای طراحی حیاتی برای تعیین یک برج خنک کننده ترکیبی

تعیین صحیح یک برج خنک کننده ترکیبی خشک و مرطوب مستلزم تعریف دقیق وظیفه حرارتی و محدودیت های اقلیمی و عملیاتی است که واحد باید با آن برخورد کند. کم مشخص کردن منجر به عملکرد ناکافی در روزهای گرم می شود. تعیین بیش از حد ضایعات سرمایه گذاری در مساحت سطح کویل خشک غیر ضروری. اینها پارامترهای کلیدی هستند که باید قبل از جذب تامین کنندگان برای قیمت گذاری تعریف شوند.

شرایط طراحی حرارتی

وظیفه دفع گرما را بر حسب کیلووات یا مگاوات، دمای آب ورودی (دمای آب گرم، HWT)، دمای آب خروجی مورد نظر (دمای آب سرد، CWT) و دمای طراحی حباب مرطوب (WBT) و دمای حباب خشک (DBT) را مشخص کنید. برای یک برج هیبریدی، معمولاً دو مجموعه از شرایط طراحی مورد نیاز است: یک شرایط اوج تابستانی (که در آن بخش مرطوب اکثر بار را حمل می کند، معمولاً بر اساس دمای محیط بیش از 1٪ یا 2٪ سالانه) و یک شرایط زمستانی یا اواسط فصل (که در آن عملیات خشک کامل هدف قرار می گیرد، بر اساس شرایط محیطی برای سردترین 30 تا 40٪ ساعت کار سالانه). تعریف هر دو شرایط به سازنده اجازه می دهد تا هر دو بخش پر مرطوب و کویل خشک را به درستی اندازه بگیرد.

هدف صرفه جویی در آب و الزامات کاهش ستون

هدف صرفه جویی سالانه آب را به عنوان درصد کاهش نسبت به یک برج مرطوب معمولی معادل یا به عنوان محدودیت حجم مطلق در سال تعریف کنید. علاوه بر این، استاندارد مورد نیاز کاهش ستون را مشخص کنید - برای مثال، "در دمای محیط بالاتر از 5 درجه سانتیگراد هیچ ستونی قابل مشاهده نیست" یا "عملکرد بدون ستون برای حداقل 95٪ ساعات کار سالانه." این اهداف مستقیماً مساحت سطح کویل خشک مورد نیاز و نسبت تقسیم خشک به مرطوب را تعیین می کنند، بنابراین باید به وضوح در مشخصات ذکر شوند تا امکان مقایسه معنی دار بین پیشنهادات تامین کننده فراهم شود.

مشخصات مواد و خوردگی

بخش کویل خشک حیاتی ترین جزء برای قابلیت اطمینان طولانی مدت است. مواد لوله (مس، فولاد ضد زنگ 316، یا تیتانیوم برای کیفیت آب تهاجمی)، مواد پره (آلومینیوم برای سرویس استاندارد، آلومینیوم با روکش اپوکسی برای اتمسفرهای ساحلی یا صنعتی، فولاد ضد زنگ برای محیط‌های شیمیایی شدید)، و روش اتصال لوله به باله (منبع مکانیکی در مقابل برنج) را مشخص کنید. مواد پرکننده بخش مرطوب (معمولا PVC یا HDPE برای بسته های پر، فولاد گالوانیزه گرم یا فولاد ضد زنگ برای پوشش و ساختار) و مواد حوضه (فایبرگلاس، فولاد ضد زنگ یا بتن پوشش داده شده) نیز باید بر اساس شیمی آب در گردش و هرگونه الزامات قانونی برای دسترسی بازرسی حوضه مشخص شوند.

یکپارچه سازی سیستم کنترل

صرفه جویی در آب و عملکرد کنترل ستون برج خنک کننده هیبریدی فقط به خوبی سیستم کنترل آن است. مشخص کنید که آیا کنترل سرعت فن باید از طریق موتورهای دو سرعته، VFD (درایوهای فرکانس متغیر - ترجیح داده شده برای صرفه جویی در انرژی و مدولاسیون دقیق ظرفیت)، یا موتورهای سرعت ثابت با دمپرهای هوا باشد. متغیرهای کنترل را تعریف کنید: دمای آب خروجی به عنوان نقطه تنظیم اولیه، با ورودی‌های حباب خشک و حباب مرطوب برای تعیین تقسیم بهینه خشک/مرطوب استفاده می‌شود. یکپارچه‌سازی با سیستم‌های مدیریت ساختمان (BMS) یا سیستم‌های کنترل توزیع‌شده کارخانه (DCS) از طریق پروتکل‌های BACnet، Modbus یا Profibus باید مشخص شود تا نظارت از راه دور، مدیریت هشدار و ثبت داده‌ها برای تأیید صرفه‌جویی در مصرف آب فعال شود.

تصفیه آب و مدیریت لژیونلا در سیستم های هیبریدی

کاهش مصرف آب در یک برج خنک کننده ترکیبی خشک و مرطوب، نیازهای تصفیه آب و مدیریت لژیونلا را در مقایسه با برج مرطوب معمولی تغییر می دهد - اما حذف نمی کند. از برخی جهات، برج های هیبریدی ملاحظات مدیریت آب منحصر به فردی را ارائه می دهند که نیازمند توجه ویژه است.

چرخه های بالاتر تمرکز در مدار مرطوب

از آنجایی که یک برج هیبریدی نسبت به برج مرطوب معمولی از آب آرایشی کمتری استفاده می کند (به دلیل کاهش ساعت تبخیر)، نسبت کل مواد جامد محلول (TDS) به سرعت دمیدن تغییر می کند. برای حفظ سطح TDS یکسان در آب در حال گردش، یا باید دمش را به طور متناسب کاهش داد (که در واقع حجم دمیدن را به نسبت کاهش آرایش کاهش می‌دهد - نتیجه مثبت است) یا چرخه‌های غلظت (COC) را می‌توان افزایش داد و باعث کاهش بیشتر دمش می‌شود. با این حال، عملکرد در COC بالاتر (بالاتر از 5-6) خطر پوسته شدن کربنات کلسیم و سیلیس را در هر دو سطح سیم پیچ مرطوب و خشک افزایش می دهد. یک متخصص تصفیه آب باید شیمی آب در گردش در حالت ثابت را در COC مورد نظر مدل کند و برنامه تصفیه شیمیایی (بازدارنده های خوردگی، بازدارنده های رسوب، زیست کش ها) را بر اساس آن طراحی کند.

خطر لژیونلا در طول فعال سازی فصل مرطوب

یک خطر خاص لژیونلا در برج‌های هیبریدی از فعال‌سازی فصلی یا دوره‌ای بخش مرطوب پس از دوره‌های عملیات فقط خشک ناشی می‌شود. در طول یک دوره حالت خشک طولانی، بخش پر مرطوب، لوله های توزیع و حوضه می توانند تا دمای بالای 25 درجه سانتیگراد (آستانه پایین برای تکثیر لژیونلا) گرم شوند، اگر به درستی نگهداری نشوند. هنگامی که بخش مرطوب فعال می شود، ممکن است آب را از طریق یک سیستم گرم و راکد که اخیراً با بیوساید تصفیه نشده است، در حال گردش مجدد باشد. یک طرح مدیریت ریسک مکتوب باید شامل رویه‌هایی برای ضدعفونی پیش از فعال‌سازی مدار مرطوب پس از هر دوره خشکی بیش از ۷۲ ساعت، همراه با نظارت منظم ATP و نمونه‌برداری میکروبیولوژیکی از آب در گردش باشد. اکثر مقررات ملی مدیریت لژیونلا (HSE L8 در انگلستان، VDI 2047 در آلمان، ASHRAE 188 در ایالات متحده) به صراحت به برج های خنک کننده با عملکرد مرطوب متناوب می پردازند.

طراحی حوضه برای جلوگیری از رکود

طراحی حوضه آب سرد در برج های هیبریدی باید مناطق مرده را که در آن آب می تواند بدون گردش تصفیه آب راکد و گرم شود، به حداقل برساند. نازل های جاروب حوضه یا پمپ های چرخش را با کنترل تایمر برای حفظ حرکت آب در طول عملیات حالت خشک مشخص کنید. بخاری های حوضه ای در اقلیم هایی با زمستان های زیر صفر برای جلوگیری از یخ زدگی زمانی که بخش مرطوب بیکار است مورد نیاز است. قابلیت تخلیه خودکار حوضه و پر کردن مجدد - که پس از دوره های طولانی مدت حالت خشک فعال می شود - باید در مشخصات کنترل گنجانده شود تا آب راکد قبل از راه اندازی مجدد بخش مرطوب پاک شود.

الزامات تعمیر و نگهداری و ملاحظات هزینه چرخه عمر

یک برج خنک کننده ترکیبی خشک و مرطوب دارای سیستم مکانیکی و کنترلی پیچیده تری نسبت به برج مرطوب معمولی است که منجر به نیازهای تعمیر و نگهداری تا حدودی بالاتر می شود. با این حال، کاهش مصرف آب به طور قابل توجهی هزینه های عملیاتی را در طول عمر 20-25 ساله تجهیزات کاهش می دهد و خطر کمتر لژیونلا هزینه های مدیریت و قرار گرفتن در معرض مسئولیت را کاهش می دهد. در اینجا خلاصه ای عملی از وظایف کلیدی تعمیر و نگهداری و محرک های هزینه چرخه عمر آمده است:

• بازرسی و تمیز کردن کویل خشک (سالانه): بخش های کویل خشک لوله پره دار گرد و غبار هوا، گرده، حشرات و در محیط های صنعتی، رسوبات روغنی یا دودهای شیمیایی را جمع می کنند. سطوح باله مسدود شده ظرفیت خنک کننده خشک را کاهش می دهد و مصرف انرژی فن را افزایش می دهد. شستشوی سالیانه سطوح باله‌ها با فشار از سمت هوا (استفاده از آب کم‌فشار 30 تا 50 بار برای جلوگیری از آسیب‌دیدگی باله‌ها) و تمیز کردن کویل‌های شیمیایی در جایی که رسوبات چسبنده هستند، یک روش استاندارد است. سطوح لوله را حداقل سالیانه به‌ویژه در پنج سال اول بهره‌برداری از نظر نشانه‌های خوردگی یا نشتی سوراخ بررسی کنید.
• بازرسی و تعویض پر مرطوب (هر 5 تا 10 سال): بسته های پرکننده PVC در بخش مرطوب به مرور زمان از طریق قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، رسوب بیولوژیکی و تجمع رسوب تخریب می شوند. سالانه از نظر افتادگی، مسدود شدن یا ترک خوردگی بازرسی کنید و در صورت نیاز قطعات را تعویض کنید. رسوبات سنگین بر روی پر کردن سطح موثر را کاهش می دهند و باید با تمیز کردن اسید (معمولاً محلول اسید کلریدریک یا سیتریک 5-10٪) در طول خاموشی های برنامه ریزی شده حذف شوند. بسته به کیفیت آب و میزان رسوب، معمولاً هر 8 تا 15 سال یکبار نیاز به تعویض پر است.
• تعمیر و نگهداری فن و موتور (بر اساس برنامه زمانی سازنده): وضعیت تیغه فن (بررسی فرسایش، آسیب لبه جلویی و تعادل)، سطح و وضعیت روغن گیربکس (برای فن های دنده محور)، کالیبراسیون VFD و آزمایش عایق موتور باید طبق فواصل زمانی توصیه شده توسط سازنده انجام شود. نظارت بر ارتعاش فن با استفاده از سنسورهای لرزش قابل حمل یا نصب شده دائمی بهترین روش برای تشخیص خرابی یاتاقان قبل از اینکه باعث خرابی فن در فصل اوج خنک‌کننده شود، است.
• تایید سیستم کنترل و شیر (نیمه سالانه): دریچه‌های کنترلی تعدیل‌کننده و دمپرها که بر تقسیم جریان خشک/تر حاکم هستند، برای عملکرد صرفه‌جویی در مصرف آب بسیار مهم هستند. دقت حرکت و موقعیت سوپاپ، زمان پاسخ محرک و کالیبراسیون حلقه کنترل را به صورت شش ماهه بررسی کنید. یک دریچه گیر کرده یا در حال حرکت که به طور پیش فرض عملکرد مرطوب را کامل کند، مزیت صرفه جویی در مصرف آب را بدون ایجاد زنگ هشدار آشکار در بسیاری از سیستم های کنترل حذف می کند - تأیید دستی منظم ضروری است.
• بازرسی حذف کننده دریفت (سالانه): حذف کننده های رانش با راندمان بالا در بخش مرطوب از حمل قطرات آب به قسمت خشک جلوگیری می کند و انتشار آئروسل را کاهش می دهد (مرتبط با کاهش خطر لژیونلا). سالیانه برای وجود ترک، ناهماهنگی یا رسوب بیولوژیکی که می تواند به آب مایع اجازه دهد به قسمت خشک مهاجرت کند و باعث خوردگی سیم پیچ های پره ای شود، بررسی کنید.

در طول عمر عملیاتی 20 ساله، هزینه بالاتر سرمایه و نگهداری یک برج خنک کننده ترکیبی ترکیبی معمولاً با صرفه جویی در هزینه خرید آب، کاهش هزینه های تصفیه شیمیایی (متناسب با کاهش حجم مواد آرایشی و انفجار)، هزینه های تخلیه فاضلاب کمتر، و اجتناب از هزینه های مرتبط با خطر تامین آب در مناطقی که دسترسی به آب خنک کننده با محدودیت مواجه است، جبران می شود. تجزیه و تحلیل هزینه چرخه حیات برای آب و هوای معتدل در عرض جغرافیایی متوسط، به طور مداوم دوره های بازپرداخت 4 تا 9 ساله را نسبت به یک برج مرطوب معمولی نشان می دهد، زمانی که هزینه های آب و انرژی به طور کامل محاسبه می شود، با ارزش فعلی خالص مثبت در طول عمر کامل تجهیزات.