راه های کاهش مصرف آب برج خنک کننده

برج خنک کننده دستگاهی است که برای کاهش دمای آب گرم استفاده می شود. این دستگاه ها معمولاً در صنایع و ساختمان های بزرگ برای خنک کردن سیالات در سیستم های تهویه مطبوع و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. در برج خنک کننده، آب گرم با تماس با هوا تبخیر شده و دمای آن کاهش می یابد. این فرآیند به کمک پمپ ها، فن ها و پرکن ها انجام می شود. برج های خنک کننده در انواع مختلفی مانند مدار باز، مدار بسته و هیبریدی وجود دارند که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. کاهش مصرف آب برج خنک کننده یکی از مسائلی است که باید توجه ویژه ای به آن داشت. در این مقاله به این موضوع می پردازیم.

روش های کاهش مصرف آب برج خنک کننده

برج های خنک کننده به عنوان یکی از تجهیزات اصلی در بسیاری از صنایع، نقش مهمی در دفع حرارت دارند. با توجه به اهمیت منابع آبی و افزایش هزینه های آن، کاهش مصرف آب برج خنک کننده بسیار حائز اهمیت است. در ادامه به برخی از روش های مؤثر برای کاهش مصرف آب برج خنک کننده اشاره می شود:

افزایش چرخه تغلیظ (COC) برای کاهش مصرف آب برج خنک کننده

یکی از راه های کاهش مصرف آب برج خنک کننده، افزایش چرخه تغلیظ (COC) است. چرخه تغلیظ (COC) به نسبت غلظت املاح محلول در آب گردش برج خنک کننده نسبت به آب تغذیه گفته می شود. به عبارت ساده تر، هرچه آب درون برج بیشتر تبخیر شود و املاح آن متمرکزتر شود، چرخه تغلیظ بالاتر می رود. به دو دلیل افزایش COC باعث کاهش مصرف آب برج خنک کننده می شود. اولا با افزایش COC، آب کمتری تبخیر می شود و در نتیجه نیاز به آب جبرانی (آبی که برای جبران آب تبخیر شده به سیستم اضافه می شود) کاهش می یابد. ثانیا با افزایش COC، می توان با مقدار آب کمتری، بار حرارتی سیستم را دفع کرد.

افزایش COC دو مزیت مهم دارد. کاهش هزینه های عملیاتی، مزیت اول است. کاهش مصرف آب به معنای کاهش هزینه های خرید آب و تصفیه آن است. کاهش اثرات زیست محیطی نیز مزیت دوم می باشد. کاهش مصرف آب، فشار کمتری بر منابع آبی وارد می کند. البته افزایش COC محدودیت ها و چالش های زیر را نیز به همراه دارد:

• رسوب گذاری: افزایش بیش از حد COC می تواند منجر به رسوب گذاری املاح در تجهیزات برج خنک کننده شود و بازدهی آن را کاهش دهد.
• خوردگی: افزایش غلظت برخی از املاح می تواند باعث خوردگی تجهیزات شود.
• کاهش انتقال حرارت: افزایش غلظت املاح می تواند بر انتقال حرارت در برج خنک کننده تأثیر منفی بگذارد.

روش های افزایش COC

افزایش COC باید با دقت و با توجه به شرایط خاص هر سیستم انجام شود. افزایش بی رویه COC می تواند مشکلات جدی برای سیستم ایجاد کند. در کل، افزایش COC یکی از روش های مؤثر برای کاهش مصرف آب در برج خنک کننده است. اما باید به محدودیت ها و چالش های آن توجه داشت و با استفاده از روش های مناسب، از بروز مشکلات جلوگیری کرد. به منظور افزایش COC می توان از روش های زیر استفاده کرد:

• کنترل دقیق آب جبرانی: با استفاده از سیستم های کنترل دقیق، می توان مقدار آب جبرانی را به حداقل رساند. البته بدیهی است که محاسبه آب جبرانی برج خنک کننده باید با دقت صورت پذیرد.
• استفاده از مواد ضد رسوب و خورندگی: افزودن مواد شیمیایی مناسب به آب برج خنک کننده می تواند از تشکیل رسوب و خوردگی جلوگیری کند.
• نظارت بر کیفیت آب: با انجام آزمایش های دوره ای بر روی آب برج خنک کننده، می توان از افزایش بیش از حد غلظت املاح جلوگیری کرد.
• بهینه سازی طراحی برج خنک کننده: با طراحی مناسب برج خنک کننده، می توان از اتلاف آب جلوگیری کرد.

 کاهش میزان تبخیر برای کاهش مصرف آب برج خنک کننده

یکی از راه های کاهش مصرف آب برج خنک کننده، کاهش میزان تبخیر است. تبخیر یکی از عوامل اصلی اتلاف آب در برج های خنک کننده است. این فرآیند زمانی رخ می دهد که آب در تماس با هوا قرار گرفته و به بخار تبدیل می شود. برای کاهش این اتلاف و در نتیجه کاهش مصرف آب، روش های مختلفی وجود دارد. دلایل اهمیت کاهش تبخیر در برج های خنک کننده شه مورد است. اولا با کاهش تبخیر، نیاز به تأمین آب جبرانی کمتر می شود. ثانیا کاهش مصرف آب به معنای کاهش هزینه های خرید آب، تصفیه و دفع پساب است. ثالثا کاهش مصرف آب، فشار کمتری بر منابع آب زیرزمینی و سطحی وارد می کند.

روش های کاهش تبخیر در برج های خنک کننده

باید توجه داشته باشید که برای انتخاب بهترین روش، بهتر است از یک متخصص تاسیسات یا کارشناس انرژی مشورت بگیرید. چند مورد از بهترین روش ها عبارتند از:

• استفاده از برج های خنک کننده بسته:

در این نوع برج ها، آب در یک مدار بسته گردش می کند و با هوا به صورت مستقیم تماس ندارد. از یک مایع واسطه مانند پروپیلن گلیکول برای انتقال حرارت استفاده می شود. این روش به طور قابل توجهی تبخیر را کاهش می دهد اما هزینه اولیه آن نسبت به برج های باز بیشتر است.

• کاهش دمای آب ورودی به برج:

با کاهش دمای آب ورودی، اختلاف دمای آب و هوای محیط کمتر شده و در نتیجه نیروی محرکه تبخیر کاهش می یابد. این کار می تواند با استفاده از پیش سردکن یا بهینه سازی فرآیند تولید صورت گیرد.

• کاهش رطوبت نسبی هوای ورودی به برج:

با کاهش رطوبت نسبی هوا، گرادیان فشار بخار آب کاهش یافته و تبخیر کمتر می شود. این کار می تواند با استفاده از سیستم های رطوبت زدایی یا افزایش دمای هوای ورودی انجام شود.

• استفاده از پوشش های ضد تبخیر:

استفاده از پوشش های مخصوص روی سطح آب برج می تواند میزان تبخیر را کاهش دهد. این پوشش ها معمولاً از مواد شیمیایی یا پلیمرهای خاصی ساخته می شوند.

• بهینه سازی طراحی برج:

طراحی مناسب برج خنک کننده از نظر هندسی و آیرودینامیکی می تواند به کاهش تبخیر کمک کند. به عنوان مثال، کاهش سطح تماس آب با هوا و افزایش سرعت جریان هوا می تواند تبخیر را کاهش دهد.

• کنترل دقیق جریان آب و هوا:

کنترل دقیق جریان آب و هوا در برج خنک کننده می تواند به کاهش تبخیر کمک کند. استفاده از سیستم های کنترل پیشرفته می تواند به بهینه سازی عملکرد برج کمک کند.

• استفاده از برج های خنک کننده خشک:

در این نوع برج ها، آب به صورت مستقیم با هوا تماس ندارد و تبخیر به حداقل می رسد. گرما از طریق یک مبدل حرارتی به هوا منتقل می شود. انتخاب روش مناسب برای کاهش تبخیر در برج های خنک کننده به عوامل مختلفی از جمله نوع سیال خنک کننده، شرایط آب و هوایی، محدودیت های اقتصادی و زیست محیطی بستگی دارد.

کاهش نشت آب برای کاهش مصرف آب برج خنک کننده

یکی از راه های کاهش مصرف آب برج خنک کننده، کاهش نشت آب است. کاهش نشت آب یکی از روش های بسیار موثر در کاهش مصرف آب برج های خنک کننده است. این روش نه تنها به صرفه جویی در مصرف آب کمک می کند، بلکه از هدر رفتن انرژی و ایجاد مشکلات زیست محیطی نیز جلوگیری می کند. قبل از بررسی راهکارهای کاهش نشت، بهتر است با دلایل اصلی این مشکل آشنا شویم که عبارتند از:

• خوردگی مواد: با گذشت زمان و در اثر تماس با آب و مواد شیمیایی، مواد تشکیل دهنده برج خنک کننده مانند لوله ها، اتصالات و مخازن دچار خوردگی شده و منجر به نشت می شوند.
• سایش و پارگی قطعات: استفاده مداوم از برج خنک کننده باعث سایش و پارگی قطعاتی مانند واشرها، اورینگ ها و شیرآلات می شود و در نتیجه احتمال نشت افزایش می یابد.
• نصب نادرست: نصب نادرست قطعات و اتصالات در هنگام ساخت یا تعمیر برج خنک کننده یکی از دلایل اصلی نشت آب است.
• تغییرات دمایی: تغییرات دمایی شدید می تواند باعث انبساط و انقباض مواد و در نتیجه ایجاد ترک و شکاف در آن ها شود.
• لرزش و ارتعاش: لرزش و ارتعاشات ناشی از کارکرد پمپ ها و سایر تجهیزات می تواند باعث شل شدن اتصالات و ایجاد نشت شود.

راهکارهای کاهش نشت آب

برای کاهش نشت آب در برج خنک کننده که در نهایت منجر به کاهش مصرف آب برج خنک کننده می شود، می توان اقدامات زیر را انجام داد:

• بازرسی منظم: انجام بازرسی های دوره ای و دقیق از تمام قسمت های برج خنک کننده برای شناسایی زودهنگام نشتی ها و ترمیم آن ها بسیار مهم است.
• استفاده از مواد با کیفیت: برای ساخت و تعمیر برج خنک کننده از مواد با کیفیت بالا و مقاوم در برابر خوردگی و سایش استفاده شود.
• نصب صحیح قطعات: هنگام نصب قطعات و اتصالات، دقت لازم به عمل آید تا از محکم بودن آن ها اطمینان حاصل شود.
• کنترل کیفیت آب: کیفیت آب مورد استفاده در برج خنک کننده به طور مرتب کنترل شود تا از خوردگی و رسوب گذاری جلوگیری شود.
• استفاده از مواد ضد خوردگی: برای جلوگیری از خوردگی، می توان از مواد ضد خوردگی مانند پوشش های اپوکسی استفاده کرد.
• تعمیر به موقع: هرگونه نشتی یا آسیب به قطعات باید به سرعت تعمیر شود تا از گسترش آن جلوگیری شود.
• استفاده از حسگرهای نشت: نصب حسگرهای نشت در نقاط حساس می تواند به تشخیص زودهنگام نشتی ها کمک کند.

 بهینه سازی عملکرد برج برای کاهش مصرف آب برج خنک کننده

یکی از راه های کاهش مصرف آب برج خنک کننده، بهینه سازی عملکرد برج است. بهینه سازی عملکرد برج خنک کننده یکی از روش های موثر برای کاهش مصرف آب در این سیستم ها است. با انجام این اقدامات می توان به طور قابل توجهی مصرف آب در برج های خنک کننده را کاهش داد و در عین حال راندمان آن ها را افزایش داد. انتخاب بهترین روش بهینه سازی به عوامل مختلفی از جمله نوع برج، شرایط آب و هوایی، بار حرارتی سیستم و هزینه های اقتصادی بستگی دارد. برخی از مهم ترین روش های بهینه سازی عملکرد برج خنک کننده عبارتند از:

۱. نظارت و کنترل دقیق بر پارامترهای عملیاتی

دمای آب ورودی و خروجی برج، دمای هوای ورودی و خروجی، و دمای آب گردش باید به صورت مداوم اندازه گیری و کنترل شوند. کنترل pH و هدایت الکتریکی آب هم باید صورت پذیرد. این پارامترها برای ارزیابی کیفیت آب و جلوگیری از خوردگی و تشکیل رسوب بسیار مهم هستند. همچنین کنترل میزان جریان هوا ضروری است. جریان هوای ورودی به برج باید بهینه باشد تا تبخیر بهینه صورت گیرد. از سوی دیگر کنترل میزان جریان آب هم انجام می گیرد. میزان جریان آب گردش در برج باید با توجه به بار حرارتی سیستم تنظیم شود.

۲. تمیزکاری منظم برج

اولا پکینگ برج باید به صورت دوره ای تمیز شود تا از گرفتگی و کاهش سطح تماس بین آب و هوا جلوگیری شود. ثانیا بدنه بیرونی برج باید از گرد و غبار و آلودگی پاک شود تا انتقال حرارت بهینه صورت گیرد.

۳. بهبود طراحی و ساخت

استفاده از فن های با راندمان بالا، پکینگ با سطح تماس بالا ضروری است. فن های با راندمان بالا مصرف انرژی را کاهش داده و به بهبود عملکرد برج کمک می کنند. پکینگ با سطح تماس بالا نیز باعث افزایش راندمان انتقال حرارت می شود. همچنین توزیع یکنواخت آب بر روی پکینگ باعث افزایش راندمان تبخیر می شود.

۴. استفاده از سیستم کنترل پیشرفته

سیستم کنترل مبتنی بر مدل با استفاده از مدل های ریاضی عملکرد برج را پیش بینی کرده و بهینه سازی می کنند. سیستم کنترل هوشمند نیز با استفاده از الگوریتم های هوشمند به طور خودکار پارامترهای عملیاتی برج را تنظیم می نمایند.

۵. استفاده از مواد شیمیایی مناسب

بازدارنده های خوردگی، از خوردگی تجهیزات برج جلوگیری کرده و عمر مفید آن ها را افزایش می دهند. ضد رسوب ها نیز از تشکیل رسوب در برج جلوگیری کرده و راندمان انتقال حرارت را افزایش می دهند.

۶. بهینه سازی سیستم آب گیری

استفاده از سیستم آب گیری با راندمان بالا باعث کاهش تلفات آب می شود. میزان بلودان نیز باید به گونه ای تنظیم شود که غلظت املاح در آب برج بهینه باشد.

۷. استفاده از فناوری های نوین

برج های خنک کننده هیبریدی ترکیبی از برج های خنک کننده تبخیری و خشک هستند و مصرف آب را کاهش می دهند. سیستم های بازیافت آب نیز آب مصرف شده در برج را بازیافت کرده و مجدداً به چرخه باز می گردانند.

استفاده از سیستم های بازیافت آب برای کاهش مصرف آب برج خنک کننده

یکی از موثرترین راه های کاهش مصرف آب برج خنک کننده، استفاده از سیستم های بازیافت آب است. این سیستم ها با بازیابی بخشی از آبی که در فرآیند خنک سازی تبخیر می شود، به کاهش نیاز به آب تازه کمک می کنند. به طور کلی، این سیستم ها با جمع آوری آبی که از برج خنک کننده خارج می شود و تصفیه آن، آب را برای استفاده مجدد آماده می کنند. سیستم های بازیافت آب به دو نوع تقسیم می شود. سیستم های بازیافت ساده که معمولا از یک حوضچه و یک پمپ برای جمع آوری و برگرداندن آب استفاده می کنند. سیستم های بازیافت پیشرفته که از تجهیزات پیچیده تری مانند فیلترها، رسوب زداها و سیستم های ضدعفونی استفاده می کنند و قابلیت بازیافت آب با کیفیت بالاتر را دارند. مراحل اصلی در فرآیند سیستم های بازیافت آب عبارتند از:

• جمع آوری آب: آبی که از برج خنک کننده خارج می شود، در یک حوضچه یا مخزن جمع آوری می شود.
• تمیز کردن آب: آب جمع آوری شده حاوی ناخالصی هایی مانند گرد و غبار، مواد معدنی و موجودات میکروبی است. برای استفاده مجدد، این آب باید تصفیه شود. روش های تصفیه ممکن است شامل فیلتراسیون، رسوب زدایی، ضدعفونی و… باشد.
• بازگرداندن آب به سیستم: پس از تصفیه، آب تمیز به سیستم برج خنک کننده برگردانده می شود تا مجدداً مورد استفاده قرار گیرد.

مزایای استفاده از سیستم های بازیافت آب

استفاده از این نوع سیستم ها مزایای زیر را به دنبال دارد:

• کاهش مصرف آب: این روش به طور قابل توجهی مصرف آب تازه را کاهش می دهد و فشار بر منابع آبی را کم می کند.
• کاهش هزینه های عملیاتی: با کاهش مصرف آب، هزینه های مربوط به خرید آب و تصفیه آن کاهش می یابد.
• کاهش آلودگی محیط زیست: با کاهش مصرف آب، فشار بر منابع آبی زیرزمینی و سطحی کاهش یافته و از آلودگی محیط زیست جلوگیری می شود.
• افزایش راندمان سیستم: با حفظ کیفیت آب در سیستم، افزایش راندمان برج خنک کننده صورت می پذیرد.

استفاده از برج های خنک کننده هیبریدی برای کاهش مصرف آب برج خنک کننده

یکی از راه های کاهش مصرف آب برج خنک کننده، استفاده از برج های خنک کننده هیبریدی است. برج های خنک کننده هیبریدی، ترکیبی از دو روش خنک سازی تبخیری و هواخنک هستند. این نوع برج ها، با بهره گیری از مزایای هر دو روش، مصرف آب را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند و در عین حال، راندمان خنک سازی را حفظ می کنند. در برج های هیبریدی، آب گرم ابتدا از یک کویل هواخنک عبور می کند. در این قسمت، بخشی از گرمای آب به هوای محیط منتقل می شود. سپس، آب گرم شده وارد بخش تبخیری برج می شود. در این بخش، با تماس آب با هوا و تبخیر بخشی از آن، دمای باقی مانده آب کاهش می یابد.

برج های خنک کننده هیبریدی در صنایع مختلفی از جمله صنایع پتروشیمی، نیروگاه ها، صنایع فولاد، تهویه مطبوع ساختمان ها و صنایع غذایی مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب بهترین روش برای کاهش مصرف آب در برج خنک کننده به عوامل مختلفی مانند نوع برج، شرایط آب و هوایی، کیفیت آب ورودی و نوع سیال بستگی دارد. بنابراین، توصیه می شود برای انتخاب بهترین روش با یک متخصص در این زمینه مشورت کنید.

مزایای برج های خنک کننده هیبریدی

فواید این نوع برج ها عبارتند از:

• یکی از مهم ترین مزایای این نوع برج ها، کاهش قابل توجه مصرف آب است. با استفاده از کویل هواخنک، بخشی از گرمای آب بدون نیاز به تبخیر آب از بین می رود.
• ترکیب دو روش خنک سازی، باعث افزایش راندمان کلی سیستم می شود.
• به دلیل کاهش میزان تبخیر، تشکیل رسوب در برج کاهش می یابد.
• این برج ها در مناطقی که با کمبود آب مواجه هستند، بسیار مناسب هستند.