بررسی های انجام شده در دنیا نشان میدهد که میلیونها برج خنک کننده نصب شده از روش فناوری خنک کننده تبخیر مستقیم direct evaporative cooler technology استفاده می کنند. طراحی برج با استفاده از فناوری خنک کننده تبخیرکننده مستقیم direct evaporative cooler technology که در آن یک فرآیند بدون سرد شدن آنتالپی برج خنک کننده جریان آب فرایند را به دمای بالاتر از داخل برج خنک کننده مرطوب محیط می دهد.
این دمای محیط برج خنک کننده مرطوب؛ خود محیط عامل محدود کننده خنک کننده فرایند است. از این رو اتصال انرژی و آب مشخص است ، این برجهای خنک کننده مصرف کننده مستقیم آب تصفیه شده هستند و عملکرد خنک کننده آنها با راندمان فرایند پیوند خورده است.
اینجا مفهوم برج خنک کننده برج خنک کننده پیشرفته در صنعت را توصیف می کنند که یکپارچه سازی روش خنک کننده تبخیر غیرمستقیم با انتقال حرارت پیشرفته و تکنیک های جریان سیال به طور قابل توجهی بهره وری عملکرد فرایند را بهبود می بخشد،
به دلیل افزایش خنک کننده سیال فرآیند به دمای نزدیک به محیط نقطه شبنم با تغییر ترتیب مسیر جریان در بسته بندی معمولی گرما و تبادل انبوه ، که با موفقیت برنامه های خنک کننده داخلی نشان داده شده است ، هوای محیط در بسته بندی بطور معقول از قبل تنظیم شده و سپس از طریق تبخیر مستقیم ، از طریق مرحله بندی یکپارچه ، سرد می شود.
از طریق این خنک کننده حساس-حساس پنهان جریان هوا ، محدودیت نظری خنک کننده آب فرآیند اکنون به دمای نقطه شبنم محیط می رسد. از طریق این خنک کننده حساس-حساس پنهان جریان هوا ، محدودیت نظری خنک کننده آب فرآیند اکنون به دمای نقطه شبنم محیط می رسد.
نسبت به برجهای خنک کننده مستقیم تبخیر ، رویکرد پیشرفته به طور همزمان جریان هوای مرطوب رد شده را کاهش می دهد و پتانسیل خنک کننده فرایند را در دمای محیط لامپ زیر خیس افزایش می دهد و به طور مضاعف باعث بهبود آب و راندمان انرژی می شود.
در این مقاله نویسندگان در مورد نتایج مدل سازی عددی بسته بندی برج برج خنک کننده پیشرفته در طیف وسیعی از شرایط عملیاتی و اقلیمی بحث می کنند. تنظیم مجدد بسته بندی معمولی برای شبیه سازی اولین مرتبه فرآیند در محیط برج خنک کننده ساخته شده است.
نتایج مدل محاسباتی با توجه به دمای هوا / آب در پرهای آزمایش شده تأیید شده است. در حالی که در این مدل بندی اولیه مورد بحث قرار نگرفته است ، آرایش جریان در نظر گرفته جریان فرایند را با شیب چگالی مطلوب هم تراز می کند و در صورت وجود اثرات شناور را افزایش می دهد.
نقد و بررسی عملکرد برج خنک کننده پیشرفته در صنعت
معمولی ترین طراحی برج خنک کننده از فناوری خنک کننده مستقیم تبخیر استفاده می کند . مورد استفاده در کولرهای حوضچه برای تهویه مطبوع ، هوای گرم و خشک توسط اسپری مرطوب می شود و غالباً از طریق پر کردن (سطح خیس پکیج) برای تقویت تبخیر و انتقال گرما عبور می کند و گرمای نهان تبخیر آب هوا را خنک می کند.
در حالت ایده آل ، این یک فرآیند adiabatic است که در آن یک تبادل انرژی مستقیم از گرمای نهان تبخیر آب تا خنک کننده قابل قبول هوا تأمین می شود و بنابراین ، ظرفیت خنک کننده خالص وجود ندارد. حد خنک کننده نظری دمای محیط برج خنک کننده مرطوب (tWB) جریان هوای ورودی است. به همین دلیل ، دمای محیط برج خنک کننده مرطوب هوا که وارد برج خنک کننده می شود ،
حداقل دمای دمای برج خنک کننده را تعیین می کند. با توجه به ناکارآمدی های واقعی ، این مبادله انرژی با نسبت انتقال معقول به نهان کمتر از آنتالپی خنثی نیست. بنابراین ، در عمل ، آب تا دمای بالاتر از دمای محیط برج خنک کننده مرطوب هوای محیط سرد می شود.
به طور کلی ، یک رویکرد (تفاوت بین دمای آب خنک شده و دمای لامپ مرطوب هوا) کمتر از 3 درجه فارنهایت تا 5 درجه فارنهایت (1.7 درجه سانتیگراد تا 2.8 درجه سانتیگراد) یک حد عملی برج خنک کننده معمولی است. عملکرد [3] در نتیجه برج های خنک کننده معمولی برای مناطقی با آب و هوای بسیار خشک مناسب هستند.
با این وجود تعداد قابل توجهی از برجهای خنک کننده معمولی در حال کار در جنوب در مکانهایی هستند که برای نتیجه کارآمد نیستند (مانند ساحل خلیج فارس). فرایند برج خنک کننده معمولی که در شکل 1 نشان داده شده است.
برج خنک کننده پیشرفته در صنعت
شکل 1: برج خنک کننده معمولی اجباری (الف) نمودار جریان ، (ب) پکیج ، (ج) نمودار روان سنجی
برای آب خنک شده از 90 درجه فارنهایت تا 72 درجه فارنهایت (32 درجه سانتیگراد تا 22 درجه سانتیگراد) تخمین زده می شود که مربوط به 75٪ راندمان برج خنک کننده در شرایط مورد نظر (مطابق شکل زیر) ، با استفاده از روابط روان سنجی استاندارد ASHRAE برای هوا [4].
میزان تبخیر (درصد کل آب ورودی هوای گرم تبخیر شده) 1.5 درصد و افزایش رطوبت هوا 0.0162 لیتر آب در هر لیتر هوای خشک (0.0162 کیلوگرم آب در هر کیلوگرم هوای خشک) است. از آنجا که این شرایط محیطی مطلوب با رطوبت هوا کم است ، عملکرد به عنوان تابعی از لامپ-مرطوب کننده محیط مرطوب تخریب می شود.
برای شکستن این سد عملکرد محدود کننده فرآیند خنک کننده به هوا در هوا ، فن آوری های مختلف ارائه شده است ، در درجه اول از طریق آب اضافی. سرمایش و / یا پیش هوا سازی هوا. اغلب با خنک کننده مکانیکی برای خنک کردن آب بیشتر ، سرمایش مکمل آب حاصل می شود ،
اما این به نوبه خود هزینه های نصب و پیچیدگی سیستم (نگرانی های قابلیت اطمینان) را نیز به همراه دارد و مصرف آب را در بر نمی گیرد. احتراق هوا ممکن است با کاهش مجازات انرژی فرصت بیشتری را فراهم کند. در اصل ، کاهش دمای هوای محیط در یک رطوبت ثابت منجر به کاهش دمای لامپ خیس آن و در نتیجه کاهش دمای آب سرد شده می شود [4].
با خنک کننده در هوا یا فشار هوا در زیر آن ، یک متریک مناسب برای تجزیه و تحلیل هوا از هوا قبل از استفاده از اثر شبنم (DPE) به جای آن که به طور معمول از کارآیی خاکی استفاده شود (WBE) بطور معمول مورد استفاده قرار گرفته است ، که هر دو به شرح زیر تعریف شده اند:
برج خنک کننده پیشرفته در صنعت
خنک شدن با لامپ زیر مرطوب می تواند از طریق پیش گرم کردن معقول هوای محیط ورودی قبل از شروع خنک کننده مستقیم تبخیر حاصل شود [5]. این امر از این واقعیت استفاده می کند که وقتی یک بسته هوا به طور قابل توجهی خنک می شود ، فشار بخار آب اشباع کاهش می یابد و دمای لامپ خیس آن کاهش می یابد و در نتیجه پتانسیل خنک کننده تبخیر آن افزایش می یابد.
هوای ورودی می تواند از طرق مختلف از جمله فشرده سازی بخار مکانیکی (تبادل مستقیم یا خنک کننده غیرمستقیم) ، سرمایش مرحله ای تبخیر مستقیم و غیر مستقیم ، بازیابی انرژی از هوای اگزوز و مصرف جزئی آب خنک شده به طور قابل توجهی خنک شود. این چهار روش پیش تصفیه هوا مورد بررسی در زیر خلاصه می شود ،
با برآورد تلفات تبخیر و دمای آب خنک شده با استفاده از دو شرایط مختلف محیط در جدول 1. تخمین ها با استفاده از محاسبات استاندارد انجام می شود [4] و ، همانطور که اشاره شد ، فرضیات دیگری توسط محققان انجام می شود. فرض می شود که مسیرها بدون اصطکاک است (هیچ تخمینی از قدرت پمپ یا فن) نیست و از بین رفتن گرمای سطح به محیط زیست غفلت می شود.
تبرید مکانیکی
با خنک کننده کاملاً معقول ، تلفات تبخیر برای پیشگیری از تبرید حداقل است. با بارهای خنک کننده انگلی در 10٪ و 20٪ از کل نشان داده شده ، اینها سرمایه غیرمقیقی ، نگهداری و هزینه انرژی (تقریباً 0.5 کیلو وات / تن [1.986 کیلو جی در کیلوگرم] سرمایش را نشان می دهد). بنابراین ، این به طور معمول گزینه مناسبی نیست.
مستقیم یا غیر مستقیم
از آنجا که این روش به طور مؤثر نیاز به استفاده از برجهای خنک کننده کوچکتر برای پیش سازی دارد ، تلفات تبخیر در مقایسه با آنها بزرگترین است. علاوه بر این ، برای این شرایط محیط با فشارهای لامپ نسبتاً بزرگ (به ترتیب 30 درجه فارنهایت و 20 درجه فارنهایت) ، فقط دمای خنک کننده متوسط به دست می آید.
بازیابی گرمای هدر رفته
همانطور که توسط ونگر اشاره شده است ، این روش فقط در آب و هوای گرم و خشک مفید است. بنابراین ، سود خنک کننده کمی حاصل می شود ، و از دست دادن فشار هوا در شرایط محیطی معتدل و مرطوب ایجاد می شود. علاوه بر این ، این فرایند برای اختلافات گسترده در دمای ورودی آب و خروجی محدود است.
این تخمین ها برای 10 درجه فارنهایت است. تخمین ها فرض می کنند که یک سیستم انتقال حرارت واسط کنترل شده منفعل (مانند لوله حرارتی) کنترل می شود. مجازات سیستم پمپ شده هزینه و انرژی اضافه می کند. بازده بازیابی فرض شده (ηR) به عنوان نسبت بازیافت شده (پیش احتراق) به گرمای اگزوز در دسترس تعریف شده است.
پیشگیری هوا با آب حوضه سرد
از نظر تکنیک های پیش احتراق شرح داده شده ، این روش مؤثرترین خنک کننده و حداقل تلفات تبخیر (در مقایسه با تبرید مکانیکی) را فراهم می کند. با این حال ، به مقدار غیرمجاز بار برج خنک کننده ، بین 20 تا 30 درصد نیاز دارد.
بنابراین ، در واقع ، این روش خنک کننده ایجاب می کند که برج بین 30 تا 50 درصد بزرگ باشد. علاوه بر هزینه پمپ های لازم آب ، مبدل های حرارتی هوا به آب و همچنین بزرگ شدن اندازه کافی فن ، برج بزرگ نیاز به سرمایه گذاری اولیه قابل توجهی دارد.