الفرق بين البرجات الباردة المغلقة والبرجات الباردة المفتوحة

عادةً ما يتم تشغيل مراوح التبريد في أبراج التبريد باستخدام محرك كهربائي من خلال مقرنات ومحاور نقل ومخفضات سرعة، حيث تقوم المراوح بتبريد المياه الداخلة إلى برج التبريد بسرعة، ثم تقوم مضخات المياه بضخ هذه المياه إلى الأجهزة التي تحتاج إلى التبريد، وبعد ذلك تُعاد المياه إلى برج التبريد ليتم تبريدها مرة أخرى، وبذلك يتم استخدام المياه المبردة في دورة مستمرة. يتم تدوير مياه التبريد الصناعية بين أجهزة التبادل الحراري وأبراج التبريد عن طريق مضخات المياه. وفي عمليات التصميم والتصنيع واختيار النوع المناسب وكذلك أثناء الاستخدام، يتم أخذ العديد من العوامل في الاعتبار، مثل موثوقية النظام، مما يؤدي إلى أن تكون مضخات المياه في هذا النظام قادرة على توفير ضغط وتدفق كافٍ. ويتجلى ذلك في النقاط التالية: 1. من الصعب حساب كمية المياه في كل نظام تدوير مياه بدقة. لذلك، عند حساب تدفق المياه في النظام، يأخذ مهندسو العمليات في الاعتبار عوامل السلامة وغيرها، ويضيفون نسبة تتراوح بين 10% إلى 20% كحد أدنى إلى الكمية المطلوبة، وذلك لضمان توفير كمية كافية من المياه. وبهذه الطريقة، تكون كمية المياه في النظام كافية دائمًا. 2. في نظام المياه المتدوير بأكمله، يوجد مقاومة معينة في كل قسم من أقسام أنابيب المياه والفوهات المنحنية، كما أن موقع برج التبريد ومقاومة أجزاء تبادل الحرارة ومتطلبات الضغط تؤدي جميعها إلى ظهور مقاومات داخل النظام. ولا يمكن حساب هذه المقاومات بدقة، لذلك فإن القيم التي يحسبها مهندسو العمليات هي مجرد أرقام تقريبية. وعند اختيار مضخة المياه بناءً على هذه القيم، يتم أخذ معدل أمان أعلى لتلبية احتياجات الإنتاج، وذلك بإضافة هامش يتراوح بين 10% إلى 20% إلى القيمة المحسوبة للمقاومة — وبالتالي يجب أن يكون هناك فائض في الضغط في النظام بأكمله. لكن كل هذه الطاقات ضاعت سدى في النظام في الماضي. أما التوربينات المائية، فهي تستغل هذه الطاقة الزائدة بشكل كامل لتحريك المروحة. كما يوحي الاسم، فإن المروحة الهيدروليكية هي مروحة تعمل بقوة الماء، وليس بالطاقة الكهربائية التقليدية. في أبراج التبريد ذات المروحة الهيدروليكية، يتم استخدام توربين المياه بدلاً من المحرك كمصدر لطاقة المروحة. تأتي قوة تشغيل التوربينات المائية من التدفق الزائد في النظام والارتفاع الزائد للمياه. بعد التعديل، يمر الماء الساخن الذي توفره مضخة المياه عبر التوربين ويدفعها للدوران. محور الخرج للتوربينات المائية متصل مباشرة بالمروحة، مما يؤدي إلى تدويرها.

برج التبريد هو جهاز لتبديد الحرارة بالتدوير، حيث يقوم بامتصاص الحرارة الزائدة الناتجة عن عملية الإنتاج من خلال الماء المتدوير، ثم يتم رش هذا الماء داخل البرج على المواد المستخدمة في عملية التبريد، وبعد اتصاله بالهواء، تتفرق الحرارة في الهواء، مما يؤدي إلى خفض درجة حرارة الماء المتدوير. يتم تحقيق التبريد عن طريق خلط وتفاعل سائلين، أحدهما بارد والآخر ساخن، داخل البرج؛ حيث يُستغل الفرق في درجات الحرارة لجعل الجسم المراد تبريده يتلامس مع الماء البارد، مما يؤدي إلى تبخر الماء في الهواء وبالتالي تبريد الجسم نفسه. فيما يلي سنقدم لكم معايير التحكم في فرق درجة الحرارة بين المياه الداخلة والخارجة من برج التبريد: إن فرق درجة الحرارة بين المياه الداخلة والخارجة من برج التبريد يعتبر أحد أفضل الطرق لقياس كفاءة عملية التبريد، كما أنه معيار مهم في اختيار نوع برج التبريد المناسب. في الحالات العادية، يكون معيار تصميم برج التبريد للاستخدامات المدنية هو درجة حرارة المياه الداخلة 37 درجة مئوية، ودرجة حرارة المياه الخارجة 32 درجة مئوية، أي أن فرق درجة الحرارة بين المياه الداخلة والخارجة هو 5 درجات مئوية℃ ； تنقسم ظروف التشغيل المعتادة لأبراج التبريد الصناعية إلى فئات مثل 65 درجة مئوية–45 درجة مئوية، و43 درجة مئوية–33 درجة مئوية، و40 درجة مئوية–32 درجة مئوية، ويمكن أن يصل الفرق في درجة حرارة الماء الداخل إلى المبرج والخارج منه إلى 8 درجات مئوية–20 درجة مئوية. يجب الحفاظ على سلاسة جميع مراحل نظام التبريد أثناء تشغيله، ويجب تجنب حدوث أي انسدادات. من أنواع الانسدادات الشائعة انسداد الأنابيب، وانسداد المواد المستخدمة في النظام بسبب تراكم الرواسب. إذا حدث انسداد، من الأفضل التخلص منه فورًا للحفاظ على تدفق المياه في برج التبريد، وبذلك يمكن تحقيق تأثير التبريد المطلوب.

يُستخدم المصطلح العام “برج التبريد” لوصف أجهزة تبديد الحرارة المباشرة (ذات الدائرة المفتوحة) وغير المباشرة (ذات الدائرة المغلقة). على الرغم من أن معظم الناس يفكرون في “برج التبريد كجهاز لتبديد الحرارة عن طريق التلامس المباشر”، إلا أن برج التبريد غير المباشر، والذي يُطلق عليه أحيانًا “برج التبريد ذو الدائرة المغلقة”， هو أيضًا نوع من أبراج التبريد. 　　برج التبريد المباشر، أو برج التبريد ذو الطريق المفتوح، هو جهاز يعمل داخل هيكل مغلق، حيث يتم رش الماء المتداول على مواد التعبئة المصنوعة من الألياف الزجاجية على شكل رذاذ. يوفر المادة المالئة سطحًا اتصال أكبر، مما يؤدي إلى تبادل الحرارة من خلال التلامس بين الماء والهواء. كما أن المراوح تساعد في تدوير التيار الهوائي داخل البرج، مما يؤدي إلى خروج التيار الهوائي الساخن بعد تبادل الحرارة مع الماء، وبذلك يتم التبريد. 　　قد يتضمن التعبئة عدة عناصر، والأساس منها هو الاتجاه العمودي؛ حيث يعتمد انتشار الماء على السطح الرطب (التعبئة)، أو على العناصر الناتجة عن الرذاذ الأفقي، مما يخلق طبقات عديدة من الأغشية الرقيقة تحتوي على قطرات مائية صغيرة ذات مساحة سطحية كبيرة (الرذاذ). 　　لا تتضمن أبراج التبريد غير المباشرة أو أبراج التبريد المغلقة أي اتصال مباشر بين الهواء والسائل، والذي عادةً ما يكون الماء أو خليط من الإيثيلين جلايكول. الفرق يكمن في برج التبريد المفتوح، حيث يحتوي برج التبريد هذا على دائرتين منفصلتين للسوائل. أحدهما هو الماء الموجود في الدائرة الخارجية، وهو في المسار الثاني؛ حيث يتم تبريد السائل الحراري عبر دورة خارجية للأنابيب (ملفات غير مكشوفة)، ثم يعود إلى الدائرة المغلقة. يتم تبريد الهواء عن طريق تدوير الماء حول الأنابيب الحرارية، مما يوفر تبريدًا مشابهًا لذلك الذي توفره أبراج التبريد المفتوحة. يتدفق التيار الحراري أثناء التشغيل من الدائرة السائلة الداخلية، عبر جدران أنبوب الملف، إلى الدائرة الخارجية، ثم يتم تسخينه بفعل تبخر بعض الهواء والماء، ليصل في النهاية إلى الغلاف الجوي. إجراءات التبريد غير المباشر في الأبراج العاكسة متشابهة للغاية، مع وجود استثناء واحد وهو فتح البرج العاكس. يتم تبريد هذه العملية بواسطة سائل التبريد في دائرة “مغلقة”， دون أن يتعرض للهواء المحيط أو لمياه التبريد الخارجية. 　　في برج التبريد عكس التيار، يتحرك الهواء لأعلى عبر المواد المملوءة أو الأنابيب، بينما يتحرك الماء لأسفل. في برج التبريد ذو التيار الأفقي، يتحرك الهواء أفقيًا بينما يتحرك الماء للأسفل عبر الفراغات. 　　يتمتع برج التبريد أيضًا بخاصية مفادها أن أبراج التبريد ذات التهوية الميكانيكية، والتي تُستخدم في وسائل النقل الجوي، تعتمد على مراوح تعمل بالطاقة الكهربائية لسحب الهواء من داخل البرج أو إدخال هواء نقي إليه، وذلك بهدف توفير الطاقة وحماية البيئة. يوفر النمو المتزايد في أعمدة العادم المستخدمة في أبراج التبريد بالتهوية الطبيعية قوة دفع هوائية. تستخدم أبراج التبريد ذات التهوية الطبيعية المدعومة بالمراوح نظامًا ميكانيكيًا لزيادة تأثير الطفو. اعتمدت العديد من أبراج التبريد المبكرة على تيارات الهواء الناتجة عن اتجاه الرياح. 　　إذا عاد الماء المبرد من جهاز التبريد ليُستخدم مرة أخرى، فيجب إضافة كمية من الماء لتعويض الجزء الذي تبخر أثناء التدفق. نظرًا لأن التبخر يشمل الماء النقي، فإن تركيز المعادن المذابة والمواد الصلبة الأخرى في الماء المستخدم في الدورة غالبًا ما يزداد، ما لم يتم التحكم في بعض المواد المذابة عبر وسائل مثل التحكم في المواد الصلبة. فقد بعض الماء أيضًا قطرات الغازات الناتجة عن العمليات الجارية، لكن يمكن تقليل هذه الكمية إلى حد كبير عن طريق استخدام أجهزة مثل الحواجز التي تُسمى “أجهزة إزالة القطرات”， والتي تُستخدم لجمع تلك القطرات. يجب أن يكون مبلغ التعويض مساويًا للكمية المفقودة بسبب التبخر والهبوط، بالإضافة إلى الانحرافات الناتجة عن الرياح وتسربات المياه الأخرى، وذلك للحفاظ على مستوى مائي مستقر.