دليل اختيار برج التبريد: تحليل شامل من مبادئ الممارسة

تعمل أبراج التبريد كمعدات حرجة في الإنتاج الصناعي وبناء أنظمة تكييف الهواء ، مع اختيارها مما يؤثر بشكل مباشر على كفاءة الطاقة في النظام ، والاستقرار التشغيلي ، والاقتصاد طويل الأجل. تقدم هذه المقالة بشكل منهجي العناصر الأساسية المتمثلة في اختيار برج التبريد ، بما في ذلك مقارنات أنواع أبراج التبريد ، والنقاط الرئيسية للحساب الحراري ، واعتبارات العوامل البيئية ، ومعايير اختيار المواد ، وطرق التقييم الاقتصادي ، ومساعدة فنيي الهندسة في اتخاذ قرارات الاختيار العلمي والعقلاني.

1. تحليل أنواع برج التبريد وسيناريوهات التطبيق

يتطلب اختيار أبراج التبريد أولاً فهمًا للخصائص وسيناريوهات التطبيق لأنواع مختلفة. يمكن تقسيم أبراج التبريد السائدة في السوق إلى ثلاث فئات: أبراج تبريد مضادة للتدفق والتدفق المتقاطع ودوائر المغلقة ، ولكل منها ميزات مميزة في المبادئ الهيكلية ، وأداء كفاءة الطاقة ، ومتطلبات الصيانة.

1.counter-flow أبراج التبريد

يتبنى برج التبريد الحالي لتصميم الهواء والماء يتدفقان في اتجاهين متعاكسين ، والذي يتمتع بمزايا كفاءة نقل الحرارة العالية والبصمة الصغيرة. يتضمن هيكله النموذجي مدخل الهواء السفلي ، وطبقة التعبئة الوسطى ، ومروحة أعلى ، ونظام توزيع المياه. يرتفع الهواء الساخن بشكل طبيعي ويتلامس بالكامل مع قطرات المياه المتساقطة ، وتحقيق تبادل حراري فعال. هذا النوع من برج التبريد مناسب بشكل خاص للمواقع الصناعية ذات المساحة المحدودة ، مثل النباتات البتروكيماوية ، ومحطات الطاقة ، وما إلى ذلك ، مع قدرة معالجة تتراوح عادة بين 100-4000 متر ⊃3 ؛/ساعة. إن عيب برج تبريد التدفق المضاد هو أن نظام توزيع المياه معقد نسبيًا ، ويتطلب جودة المياه العالية ، ويقع المروحة في الجزء العلوي من البرج ، مما يجعل الصيانة غير مريحة نسبيًا.

2. أبراج تبريد التدفق

تتميز أبراج التبريد عبر التدفق ، التي تتميز بالهواء الذي يتدفق أفقياً عبر أفلام المياه المتساقطة رأسياً ، على الجاذبية لتوزيع المياه ، مما يلغي الحاجة إلى الفتحات المضغوطة. يضمن هذا الهيكل توزيع مياه موحد ، ومقاومة النظام المنخفض ، وضوضاء التشغيل المنخفضة ، مما يجعله مثاليًا للمباني التجارية الحضرية الحساسة للضوضاء مثل الفنادق والمستشفيات والمباني المكتبية. قدرة المعالجة النموذجية لأبراج التدفق المتقاطع هي 50-2000 m⊃3 ؛/h. يسهل هيكلها المفتوح الصيانة والتفتيش ، ولكنها تشغل عمومًا مساحة أرضية بنسبة 20-30 ٪ من أبراج التدفق المضادة بنفس السعة ، مع انخفاض كفاءة التبادل الحراري قليلاً بسبب وقت التلامس في الماء.

3. أبراج تبريد الدائرة (المكثفات التبخرية)

من خلال عزل السوائل العملية من ماء التبريد من خلال لفائف ، تتجنب أبراج تبريد الدائرة المغلقة تمامًا تلوثًا متقاطعًا لجودة المياه. هذا التصميم يجعلها مثالية للصناعات الدقيقة (مثل أشباه الموصلات والأدوية) وأنظمة تكييف الهواء النظيفة. على الرغم من أن أبراج الدائرة المغلقة لها استثمار أولي أعلى (بنسبة 40-60 ٪ من الأبراج المفتوحة) ، فإنها تقلل بشكل كبير من تكاليف معالجة المياه وتردد الصيانة ، مما يدل على الاقتصاد التشغيلي طويل الأجل. تشمل التطبيقات النموذجية أنظمة تبريد المعدات بالليزر وتبريد مركز البيانات الاحتياطية.

4. متغيرات التصميم الخاصة بالسيناريوهات الفريدة:

• أبراج تبريد تحويل التردد: ضبط سرعة المروحة لمطابقة التغييرات ، مع توفير كبير في الطاقة (حتى 30 ٪) ، مناسبة للأنظمة ذات الأحمال المتقلب.

• أبراج التبريد الصامتة: اعتماد المعجبين منخفضة السرعة وتصميمات خاصة مقاومة للصوت ، والتحكم في الضوضاء أقل من 60 ديسيبل (أ) ، ومناسبة للمناطق السكنية.

• أبراج التبريد المضادة للتجميد: مزودة بسخانات كهربائية وأنظمة الدورة الدموية المضادة للتجميد ، مناسبة لتشغيل الشتاء في المناطق الشمالية الباردة.

  
  

الثاني. طرق الحساب الحراري وتحديد السعة

يكمن جوهر اختيار برج التبريد في حساب سعة التبريد المطلوبة بدقة ، والذي يتم الانتهاء منه من خلال الحسابات الحرارية المنهجية. عادة ما يتم التعبير عن سعة التبريد في 'Tons ' (RT) ، حيث يساوي 1RT 3.517 كيلو واط من قدرة التبريد. تدمج عملية الحساب ثلاثة عناصر رئيسية: حمل حرارة النظام ، اختلاف درجة حرارة التصميم ، ومعلمات الأرصاد الجوية المحلية.

1. تحديد الحمل الحراري

يختلف أساس الحسابات حسب سيناريو التطبيق:

• أنظمة تكييف الهواء: q = g × ρ × CP × ΔT

(س: الحمل الحراري في كيلوواط ؛ G: حجم الماء المتداول في M⊃3 ؛/H ؛ ρ: كثافة الماء في Kg/M⊃3 ؛ ؛ CP: سعة حرارة محددة في KJ/(kg · ℃)

2. فرق درجة الحرارة النشط لأنظمة تكييف الهواء هو 5 ℃ ، في حين أن الأنظمة الصناعية قد تتطلب 8-15 ℃ بناءً على متطلبات العملية ：

• المعدات الصناعية: راجع تبديد الحرارة المقنن للمعدات أو الحصول عليها من خلال القياسات الفعلية.

• صناعة الطاقة: عادةً تقدر الطلب على التبريد على أنه 1.5-2 ٪ من حجم العادم التوربيني.

3. معلمات الحالة

المعلمات الرئيسية تؤثر بشكل كبير على نتائج حساب:

• درجة حرارة المصباح الرطب: اعتماد درجة حرارة المصباح الصيفي المحلي ، تتراوح من 24-28 ℃ في المدن الصينية الرئيسية.

• درجة حرارة الماء/المخرج: 37/32 ℃ ​​لأنظمة تكييف الهواء ، وربما 40/30 ℃ للأنظمة الصناعية.

• النهج (الفرق بين درجة حرارة الماء البارد ودرجة حرارة المصباح الرطب): عمومًا لا يقل عن 2.5-3 ℃ ؛ المتطلبات الأعلى تؤدي إلى معدات أكبر.

4. حساب الحالة العملي

يحتاج مركز البيانات في Shenzhen إلى تبريد حمل حراري 500 كيلو وات في ظل ظروف التصميم 35/30 ℃ ، مع درجة حرارة المصباح الرطب المحلي البالغ 27 ℃:

（1） حساب حجم الماء: g = q/(ρ × cp × ΔT) = 500/(1 × 4.18 × 5) = 23.9m⊃3 ؛/h

（2） التحويل إلى أطنان التبريد: 500/3.517 = 142RT

（3） ارجع إلى منحنيات الأداء بناءً على درجة حرارة المصباح الرطب 27 ℃ والنهج 3 ℃ (30-27) ، هناك حاجة إلى برج تبريد 160RT (بالنظر إلى هامش 10-15 ٪).

5. عوامل تصحيح القدرات

（1） تصحيح الارتفاع: تنخفض سعة التبريد بنسبة 3 ٪ تقريبًا لكل زيادة في الارتفاع 300 متر.

（2） تصحيح الحالة غير القياسية: ضبط مع عوامل التصحيح التي توفرها الشركات المصنعة عندما تختلف معلمات التشغيل الفعلية عن التصميم.

（3） النظر في التوسع في المستقبل: عادة ما يحجز هامش السعة 10-20 ٪.

ثالثا. تقييم العوامل البيئية وظروف التثبيت

يرتبط أداء برج التبريد ارتباطًا وثيقًا ببيئة التثبيت ، ويمكن أن يتجنب تقييم الموقع العلمي المشكلات التشغيلية. يجب أن تشمل الاعتبارات البيئية ظروف الأرصاد الجوية ، وقيود المساحة ، والنقاط الحساسة المحيطة.

1. معلمات الأرصاد الجوية

• درجة حرارة المصباح الرطب: يحدد حد التبريد ، مما يتطلب استخدام القيم المتطرفة مع فترة عودة لمدة 10 سنوات على الأقل.

• درجة حرارة المصباح الجاف: تؤثر على التبخر ، مما يستلزم زيادة تدفق المياه أو منطقة تبديد الحرارة في بيئات درجة الحرارة العالية.

• مخطط وردة الرياح: يرشد اختيار اتجاه مدخل الهواء لتجنب الدورة الدموية القصيرة.

• درجات الحرارة المنخفضة الشتوية الشديدة: تتطلب المناطق ذات درجات الحرارة التي تقل عن -5 ℃ تصميمات مضادة للتجميد ، مثل التتبع الكهربائي.

2. تخطيط الفضاء

• مساحة الأرضية: تحتاج أبراج التدفق المتقاطع إلى مساحة أكبر ، في حين أن أبراج التدفق المضاد يمكن أن تستخدم الارتفاع.

• تباعد التثبيت: حافظ على عرض البرج على الأقل بين الأبراج وما لا يقل عن 2 متر من الجدران.

• ظروف التهوية: تجنب مناطق الهواء الراكدة ، ويجب ألا يواجه العادم الأعلى المباني أو العقبات مباشرة.

• سعة الحمل: يتطلب تركيب السقف التحقق من الحمل الهيكلي ، مع وزن الماء الكامل يصل إلى 1.5-2 طن/m⊃2 ؛.

3. الحساسيات البيئية

• الحد من الضوضاء: تتطلب المناطق السكنية عادةً 55 ديسيبل (أ) في الليل ، مما يستلزم المراوح أو الخمور منخفضة السرعة.

• التحكم في الانجراف: تتطلب المناطق الحساسة معدل انجراف <0.001 ٪ ، ويتطلب إخراج الانجراف عالية الكفاءة.

• متطلبات المظهر: قد تحدد المباني التجارية الألوان أو الأشكال للتنسيق مع الأساليب المعمارية.

4. ظروف جودة المياه

• صلابة الماء: الماء العالي صلابة (> 300 ملغ/لتر) عرضة للتوسع ، مما يتطلب زيادة في التفجير أو تليين العلاج.

• محتوى كلوريد: حدد مواد الفولاذ المقاوم للصدأ أو FRP عندما> 200ppm لتجنب تآكل الصلب الكربوني.

• المواد الصلبة المعلقة: تحتاج المناطق الرملية إلى مرشحات لمنع انسداد التعبئة.

رابعا. المعايير الرئيسية للمكون واختيار المواد

يؤثر تكوين المواد لأبراج التبريد بشكل مباشر على عمر المعدات وتردد الصيانة. يجب أن يوازن الاختيار الميزانية وجودة المياه وحياة الخدمة المتوقعة. تشمل مكونات برج التبريد الحديثة القشرة والتعبئة والأجزاء الهيكلية وعموم الماء ، ولكل منها خيارات مواد مختلفة.

1. مواد الصدفة

• الألياف الزجاجية المعززة من البلاستيك (FRP): الاختيار السائد ، مقاوم للتآكل ، خفيفة الوزن ، ومرنة في النمذجة ، مع عمر خدمة من 10 إلى 15 سنة.

• لوحة الصلب المجلفن: أقل تكلفة ولكن مقاومة التآكل المعتدلة ، والتي تتطلب صيانة منتظمة ، مناسبة للمناطق الجافة.

• الفولاذ المقاوم للصدأ: خيار متميز ، خاصة بالنسبة لبيئات الملح العالية الساحلية ، ولكن 2-3 أضعاف سعر FRP.

• الخرسانة: تستخدم لأبراج التبريد الصناعية الفائقة ، مع تكلفة أولية عالية ولكن عمر تصل إلى 30 عامًا.

2. اختيار التعبئة

• حشو فيلم PVC: الأكثر شيوعًا ، مع مساحة تبادل حرارة كبيرة (250-350 متر ⊃2 ؛/M ⊃3 ؛) ، سعر منخفض ولكن ليس مقاومة درجات الحرارة المرتفعة (≤ 60 ℃)

• تعبئة قرص العسل PP: مقاومة أفضل لدرجة الحرارة (ما يصل إلى 80 ℃) ، مع خصائص مضادة للشيخوخة فائقة مقارنة مع PVC.

• تعبئة الخشب: اختيار تقليدي ، مقاوم للتآكل بشكل طبيعي ولكن عرضة للنمو الميكروبي ، مما يتطلب صيانة عالية.

• تعبئة الفولاذ المقاوم للصدأ: تستخدم في درجات الحرارة العالية (> 80 ℃) أو بيئات تآكل ، 5-8 أضعاف تكلفة PVC.

3. مواد المكون الهيكلي

• المروحة: شفرات سبيكة الألومنيوم + محور الصلب الكربوني هو خيار اقتصادي ؛ الفولاذ المقاوم للصدأ الدعاوى الصب الدعاوى التآكل.

• نظام النقل: تحتوي مخفضات التروس على فترات صيانة أطول من محركات الأقراص ولكن تكلفة 30-40 ٪ أكثر.

• مقلاة الماء: يوفر صب FRP قطعة واحدة الوقاية من التسرب جيدًا ، بينما يسهل الفولاذ المقاوم للصدأ التنظيف ولكنه يكلف أكثر.

• السحابات: 304 من الفولاذ المقاوم للصدأ قياسي ، مع 316 الفولاذ المقاوم للصدأ للمناطق الساحلية.

4. تصميم مكافحة التآكل

• سماكة الطبقة المجلفنة: يجب أن يكون الجلفنة الساخنة للأجزاء الهيكلية ≥80μm.

• علاج اللحام: تتطلب جميع الأجزاء الملحومة علاجًا ثانويًا لمكافحة التآكل.

• حماية الترباس: استخدم صواميل قفل النايلون أو تطبيق الشحوم المضادة للانتعاش.

• عزل الأساس: قم بتثبيت منصات مطاطية بين البرج والأساس الخرساني لمنع التآكل الكهروكيميائي.

• التوفير السنوي: (50-40) × 6000 × 0.8 = 48000 يوان

• فترة الاسترداد لفرق السعر: (30-25) /4.8 ≈ 1.04 سنة

• إجمالي المدخرات على مدى 10 سنوات: 4.8 × 10- (30-25) = 430،000 يوان

خامسا - اقتراحات لعملية الاختيار وخطوات التنفيذ

يجب أن يتبع اختيار أبراج التبريد العلمية عملية اتخاذ القرارات المنهجية ، والتي تتضمن عمومًا ست خطوات رئيسية من تحليل المتطلبات إلى المشتريات النهائية لضمان عدم تجاهل الاعتبارات المهمة. فيما يلي عملية اختيار موحدة موصى بها ونقاط التنفيذ.

الخطوة 1: جمع البيانات الأساسية

· تحديد أهداف التبريد بوضوح: أنظمة تكييف الهواء أو المعدات الصناعية أو مجموعات المولدات

· تحديد الحمل الحراري: الحصول على قيم دقيقة من خلال الحسابات أو معلمات المعدات

· جمع بيانات الأرصاد الجوية: تصميم درجة حرارة المصباح الرطب ، درجة الحرارة القصوى ، إلخ

قياس الموقع: أبعاد المساحة المتاحة ، قيود الحمل ، إلخ

· تقرير جودة المياه: قيمة الرقم الهيدروجيني ، صلابة ، محتوى كلوريد أيون ، إلخ

الخطوة 2: الفحص الأولي للأنواع

· اختر التدفق المضاد أو التدفق المتقاطع بناءً على قيود الفضاء

· النظر في مفتوح أو مغلق وفقًا لمتطلبات جودة المياه

· تقييم الحاجة إلى التصميم الصامت على أساس قيود الضوضاء

· تحديد نوع نظام النقل على أساس قدرة الصيانة

الخطوة 3: حساب المعلمة الفنية

· احسب قدرة التبريد المطلوبة (بالأطنان)

· تحديد ظروف التصميم (درجة حرارة الماء والمخرج ، القرب)

· أداء الارتفاع وتصحيح درجة الحرارة

· النظر في هامش أمان مناسب (10-15 ٪)

الخطوة 4: قارن حلول الشركة المصنعة

· الحصول على مقترحات من 3 موردي مؤهلين على الأقل

· قارن المعلمات الأساسية: حجم الهواء ، الطاقة ، الضوضاء ، إلخ

· تحقق مما إذا كانت بيانات اختبار الأداء تلبي المعيار

· تقييم ما إذا كان التصميم الخاص يفي بالمتطلبات

الخطوة 5: التقييم الاقتصادي

· احسب إجمالي الاستثمار الأولي

· تقدير تكلفة استهلاك الطاقة السنوية

· توقع دورة الاستبدال وتكلفة المكونات الرئيسية

· إجراء تحليل فترة استرداد الاستثمار

الخطوة 6: القرار النهائي والمشتريات

نتائج التحليل التقني والاقتصادي الشامل

· تأكيد شروط خدمة ما بعد البيع

· حدد بوضوح معايير القبول وطرق اختبار الأداء

· التوقيع على عقد رسمي يتضمن فترة ضمان