Cooling towers are used to dissipate heat from air conditioning or industrial process systems. Many of the air conditioning systems currently in use only operate during the summer cooling season, but there are numerous air conditioning and process systems that require cooling year-round. In some cases, the entire cooling system is required to operate during the winter. The cooling tower is required to provide the same 85° F (30° C) or colder water to the system as it does in the summer, but it does so at lower ambient temperatures. However, there are some applications designed to use the cooling tower for “تبريد مجاني". التبريد الحر هو عندما يتم تبريد الماء المبرد بواسطة مياه برج التبريد من خلال استخدام المبادلات الحرارية دون استخدام ضواغط التبريد. ويمكن تحقيق التبريد الحر عندما تسمح الظروف المحيطة لبرج التبريد بالإنتاج ".المياه المبردة"للنظام.
عندما يقوم برج التبريد بتوفير "المياه المبردة" للنظام، هناك فترات زمنية يجب أن يعمل فيها في ظروف التجمد الفرعي. خلال هذه الفترات، عندما يتعرض البرج لظروف محيطة شديدة البرودة، هناك إمكانية أكبر لإنتاج الثلج في برج التبريد أو في أي مكان آخر في النظام. إذا تم اختيار تصميم غير مناسب لبرج التبريد، أو إذا لم يتم تشغيل الوحدة أو تجهيزها لفصل الشتاء بشكل صحيح، فقد تتشكل كميات زائدة من الجليد في الوحدة مما يؤدي إلى انخفاض القدرة، وصعوبات تشغيلية، وأضرار محتملة للبرج.
يعتمد أداء برج التبريد في تطبيقات التبريد المجانية على كل من النظام وتصميم برج التبريد. يجب مراعاة تسلسلات التحكم المطبقة على نظام التبريد إدارة كل من الجانب الجوي والمائي من برج التبريد. ومن الضروري تطبيق تسلسلات التحكم المناسبة أثناء التبريد الحر لضمان التشغيل المناسب لبرج التبريد أثناء الظروف المحيطة المنخفضة.
عندما يتم تحديد متطلبات التبريد الحر لمشروع يستخدم أبراج التبريد، يجب مراعاة بعض الاعتبارات منذ بداية تصميم المشروع.
الأوليجب توخي الحذر عند وضع أبراج التبريد لمنع إعادة التدوير بسبب سوء موقع البرج والرياح السائدة. في حالة وجود رياح سائدة قوية، ينبغي النظر في إضافة "جدران الرياح" إلى برج السحب المستحث.
ثانيا، يجب أن يكون برج التبريد مجهزًا بخيارات أساسية مثل سخانات الحوض، والتحكم في مستوى المياه الكهربائية، ومفاتيح الاهتزاز لمنع حدوث مشكلات تشغيلية بسبب تجميد الحوض إذا لم يكن من الممكن استخدام حوض بعيد.
أخيرا، يجب أيضًا النظر بعناية في التحكم في السعة، خاصة إذا كان حمل التبريد في الشتاء أقل بكثير من حمل الصيف. يجب استخدام إغلاق الخلايا الفردية لبرج تبريد متعدد الخلايا أو استخدام رأس منخفض التدفق على خلية فردية. يجب الحفاظ على الحد الأدنى من درجة حرارة الماء عند تركه 45 درجة فهرنهايت في جميع الأوقات.
في برج التبريد ذو التدفق المعاكس، تكون الحشوة مغلقة تمامًا ومحمية من العناصر الخارجية، مثل الرياح، التي يمكن أن تسبب تجميد العبوة في الظروف المحيطة المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك، يتم دعم حزمة التعبئة من الأسفل لمنع الترهل في حالة حدوث تجميد بسبب خلل في توازن النظام. تم أيضًا تصميم المراوح ومحركات المروحة وأنظمة القيادة الخاصة بأبراج التبريد ذات التدفق المعاكس من Evapco بحيث يتم تشغيلها بأمان في الاتجاه المعاكس بسرعة تصل إلى 50% من سرعة المروحة العادية. ومع ذلك، هناك العديد من العناصر التي يجب مراعاتها عند تشغيل برج التبريد ذو التدفق المعاكس في وضع التبريد الحر.
هذه النشرة الهندسية سوف تدرس اعتبارات تصميم برج التبريد لكل من وحدات السحب القسرية والمستحثة، وإجراءات الصيانة المناسبة لضمان التشغيل الناجح لبرج التبريد أثناء التبريد الحر.
عملية عادية
يجب أن يبدأ فحص التبريد الحر بمراجعة التشغيل العادي لبرج التبريد خلال موسم التبريد الصيفي. يوضح المخطط الموضح في الشكل 1 تفاصيل تشغيل نظام التبريد أثناء ظروف الصيف النموذجية. المبرد قيد التشغيل ويقوم بتبريد النظام بالماء المبرد. في النظام التقليدي، يعود الماء المبرد من المكان المكيف عند درجة حرارة 55 درجة فهرنهايت حيث يمتص الحرارة من المكان المكيف. يتم بعد ذلك تبريده في غلاف المبخر الخاص بالمبرد قبل إعادته إلى المساحة المكيفة عند درجة حرارة 45 درجة فهرنهايت. في هذه الظروف، يعمل المبرد وبرج التبريد بينما يتم عزل المبادل الحراري الموضح عن النظام ولا يتم تضمينه في تشغيل النظام.
وفي الوقت نفسه، يمتص برج التبريد حمل المبنى بالإضافة إلى حرارة الضغط. ثم يقوم برج التبريد بنقل هذا الحمل الحراري إلى الغلاف الجوي. في نظام تكييف الهواء النموذجي، يترك الماء غلاف المكثف للمبرد ويدخل برج التبريد عند درجة حرارة 95 درجة فهرنهايت. ثم يتم تبريد الماء الساخن إلى 85 درجة فهرنهايت ثم يتم إرساله مرة أخرى إلى غلاف المكثف للمبرد لمواصلة عملية نقل الحرارة.
عملية تبريد مجانية
أثناء التبريد الحر، لا يعمل المبرد. يمتص برج التبريد الحمل الحراري للمبنى ويطرده إلى الغلاف الجوي. أثناء عملية التبريد الحر، لا يحتاج برج التبريد إلى إزالة حرارة الضغط لأن المبرد لا يعمل. يتم عزل المبرد، ويتم تمرير الماء من برج التبريد والمساحة المكيفة إلى المبادل الحراري. تسمح الظروف المحيطة المنخفضة لبرج التبريد بتوفير درجات حرارة "ماء مبرد" تصل إلى 45 درجة فهرنهايت إلى الجانب الأساسي من المبادل الحراري حيث يمتص الحمل الحراري للمبنى قبل إعادته إلى برج التبريد. يمكن تحقيق نهج 2 درجة فهرنهايت في المبادل الحراري حيث يوفر الماء 47 درجة فهرنهايت على الجانب الثانوي التبريد للمبنى. وبما أن أحمال التبريد ومتطلبات إزالة الرطوبة من المبنى تنخفض في فصل الشتاء، فإن درجات حرارة الماء المبرد "التبريد الحر" يمكن أن تكون أعلى من تلك التي تحدث أثناء التشغيل في الصيف.
تعتبر درجات الحرارة الموضحة في المخطط نموذجية ولكنها تعتمد على أحمال النظام وظروف التصميم الشتوية ودرجات حرارة المبنى المرغوبة. مهندس التصميم مسؤول عن تحديد معلمات النظام التي ستسمح لك باختيار برج التبريد المناسب لعملية التبريد المجانية.
التبريد المجاني: اعتبارات تصميم النظام
عند النظر في تطبيق التبريد المجاني، من المهم التخطيط بشكل صحيح لتصميم نظام برج التبريد. ينبغي مراعاة العناصر التالية أثناء مرحلة تصميم المشروع:
- اختيار برج التبريد
- تخطيط الوحدة
- برج مواسير التبريد
- اكسسوارات برج التبريد
- الانتقال من التبريد الحر إلى التبريد الميكانيكي
اختيار برج التبريد
The first item to consider when designing a cooling tower system is the primary design condition – summer conditions or winter (free cooling) conditions. This design condition will drive the unit selection. If the winter condition is driving the unit selection, a larger unit will be required than would be normally selected for summer only operation. This occurs because it is more difficult for the cooling tower to reject heat at low ambient operating conditions.
علاوة على ذلك، على الرغم من أن وحدة الخلية الواحدة قد تلبي شروط التصميم الخاصة بالصيف والشتاء، إلا أن الوحدة متعددة الخلايا قد تكون اختيارًا أفضل للتشغيل في فصل الشتاء. وبما أن معدل تدفق المياه للعملية الشتوية قد يكون أقل من معدل التدفق الصيفي، فيمكن تركيزه في عدد أقل من الخلايا، مما يسمح لمعدل التدفق لكل خلية بالبقاء مرتفعاً، وبالتالي تقليل احتمالية تكوين الجليد داخل البرج. توفر وحدات الخلايا المتعددة أيضًا قدرة احتياطية إذا كانت الخلية العاملة تتطلب إزالة الجليد أو في حالة فشلها.
تخطيط الوحدة
Careful consideration must be given to the proper location and layout of the cooling tower(s) on every project. Adequate unobstructed air flow must be provided for both the intake and discharge of the unit. It is إلزامي لأبراج التبريد المستخدمة للتبريد الحر ذلك يقلل تخطيط المعدات من إمكانية إعادة التدوير.
أثناء التشغيل في الصيف، يمكن أن تؤدي إعادة التدوير إلى تقليل قدرة برج التبريد بشكل كبير، ولكن أثناء التشغيل في الشتاء، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تجميد المكثفات على فتحات المدخل، والمراوح، وأعمدة المروحة، وشبكات المروحة. يمكن أن يؤثر تراكم الجليد في هذه المناطق سلبًا على تدفق الهواء إلى الوحدة، أو يؤدي في الحالات الأكثر خطورة إلى فشل هذه المكونات. تشجع شركات التصنيع والاستشارات بشدة استخدام مفتاح الاهتزاز في الوحدات التي سيتم استخدامها للتشغيل في فصل الشتاء.
انظر الشكل 3 لمعرفة التركيبات الصحيحة وغير الصحيحة لوحدات السحب القسرية والمستحثة. يمكن أن يتأثر أداء برج التبريد بالرياح السائدة. يمكن للرياح العاتية أن تخلق ظروفًا جليدية على فتحات الدخول وشبكات المروحة، مما يؤثر سلبًا على تدفق الهواء إلى البرج.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتسبب الرياح السائدة في تخطيطات الوحدات السيئة في تدفق هواء هابط للهواء المحمل بالرطوبة، والذي يمكن أن يتكثف على أسطح الوحدة ويتجمد بسرعة. تعمل هذه الظاهرة على تعزيز تكوين الجليد على فتحات الدخول لوحدات السحب المستحثة وعلى مراوح وحدات السحب القسري.
برج مواسير التبريد
عند تصميم نظام برج التبريد لتطبيقات التبريد المجانية، يجب مراعاة العديد من تفاصيل الأنابيب لضمان التشغيل السليم للوحدة في فصل الشتاء. يجب دمج تجاوز برج التبريد في تصميم النظام للسماح للمياه "بتجاوز" نظام توزيع المياه في البرج كوسيلة للتحكم في السعة أثناء ظروف الحمل المنخفض. هناك عدة طرق لتصميم أنابيب النظام لاستيعاب تجاوز برج التبريد.
يوصى بتركيب ممر برج التبريد في نظام أنابيب مياه المكثف. سيتطلب الممر الجانبي الذي يتم تركيبه بهذه الطريقة وجود قسم من الأنابيب بين مصدر مياه المكثف والرجوع المؤدي من وإلى برج التبريد.
Bypassing the cooling tower water directly into the cold water basin is another method of a cooling tower bypass. In either method of bypass (in the system piping or tower sump), it is good practice to install the bypass valve below the cold water basin level to assure good head pressure on the valve.
بغض النظر عن نوع ترتيب الالتفافية المستخدم، فمن المستحسن أن يتم فقط أ تجاوز التدفق الكامل يمكن استخدامها أثناء عملية التبريد المجانية. وهذا يعني أن معدل التدفق الإجمالي إلى البرج يجب إما إرساله إلى نظام توزيع المياه أو تجاوزه.
على الرغم من أنه قد يكون من المقبول استخدام تجاوز جزئي خلال فصل الصيف، فلا تستخدم أبدًا تجاوزًا جزئيًا لبرج التبريد أثناء عملية التبريد المجانية!
Reduced flow over the tower can result in uneven water flow over the heat transfer media (fill) which can cause scaling during summer operation and ice formation during winter operation.
الحماية من التجمد
Another important consideration during free cooling system design is to ensure that the necessary piping and accessories are heat traced and insulated. All water inside the cooling tower drains (by gravity) to the cold water basin – no additional provisions are required within the cooling tower. However, all external piping that does not drain (makeup water lines, equalizers, and riser piping) must be heat traced and insulated to ensure that they do not freeze. System piping accessories (makeup water and control valves, water circulation pumps, and water level control packages) also require heat tracing and insulation. If any of these items are not heat traced and insulated, the ensuing ice formation in these components may result in failure causing a shutdown of the cooling tower(s).
[dvfaqtopic title=”FREQUENTLY ASKED QUESTIONS” topicid=”18900″ skin=”custom” searchbox=”no” switcher=”yes” paginate=”” order=”ASC” orderby=”date”]
