برج خنک کننده چیست؟

در فرآیند های بزرگ صنعتی برای دفع گرمای تولید شده ی بیش از حد دستگاه های بزرگ تهویه مطبوع ، نیروگاه ها ، پالایشگاه های بزرگ و همچنین واحد های صنعتی دیگر به دستگاهی احتیاج است تا بتواند آبی را که جهت خنک سازی دستگاه ها در سیستم استفاده می شود و گرما را دریافت می کند، دوباره خنک کند و به سیستم برگرداند. برای انجام این منظور از برج خنک کننده استفاده می شود. وجود این دستگاه تقریبا در تمامی واحدهای صنعتی جهت استمرار و ادامه دادن فرآیند تولید الزامی است.

در فرآیند خنک سازی، برج خنک کننده حرارت اضافی آب در گردش را از دستگاه ها به محیط انتقال می دهد. کیفیت و قیمت برج به دقت و میزان انتقال حرارت آن بستگی دارد. در سیستم های سرمایشی و گرمایشی نیز وجود این دستگاه به چیلر ها کمک می کند تا حرارت نامطلوب خود را دفع نمایند.

نحوه کار برج خنک کننده چیست؟

وظیفه برج خنک کننده کاهش دما و دفع حرارت از سیستم های متصل به آن است. به طور ساده می توان گفت که آب با حرارت بسیار بالا وارد برج خنک کننده می شود و این سیستم با تبخیر کردن بخشی از این آب، به کنترل دما با دفع حرارت می پردازد.
برای این منظور، آب با هوا به صورت طبیعی یا اجباری در تماس می شود. این اقدام به صورت دقیق و مهندسی شده صورت می گیرد تا درصدی از این آب تبخیر شود. با تبخیر شدن آب، بخشی از حرارت درون آب به هوا منتقل شده و همین موضوع به کاهش دمای آب و دفع حرارت می انجامد.
جالب است بدانید که میزان عملکرد برج های خنک کننده به میزان رطوبت هوا وابسته است. اگر میزان رطوبت هوا زیاد باشد، نحوه عملکرد بیان شده در بالا راندمان مناسبی نخواهد داشت و امکان کاهش دمای آب وجود ندارد. چراکه در عملیات تبخیر مشکلاتی به وجود می آید. به همین علت است که خرید، نصب و راه اندازی برج خنک کننده در مناطقی که رطوبت بالایی دارند یا اصطلاحات شرجی هستند، چندان توجیه پذیر نیست.
 

انواع برج خنک کننده

بر اساس سیکل گردش آب، برج‌ خنک کن را به دو دسته مدار باز و مدار بسته تقسیم می‌کنند.

در برج‌ خنک‌کننده مدار باز، آب از طریق نازل‌ها بر روی سطوح خنک‌کننده توزیع می‌شود و در مجاورت با هوا خنک می‌شود.

در برج‌ خنک‌کننده مدار بسته، آب از داخل کویل جریان پیدا می‌کند و هوا بر روی کویل دمیده می‌شود.

جهت افزایش راندمان در بعضی مواقع نیاز به پاشش آب بر روی سطح کویل نیز می‌باشد.

بزرگترین مزیت برج‌های مدار بسته کم بودن مصرف آب می‌باشد.

در مناطق خشک و کم‌آب، استفاده از برج خنک‌کننده مدار بسته، علی‌رغم سرمایه‌گذاری اولیه بیشتر، نسبت به برج خنک‌کننده مدار بسته ارجحیت دارد.

بر اساس شکل ظاهری، برج خنک‌کننده به دو شکل مخروطی یا گرد و مکعبی تقسیم می‌شوند.

در کولینگ تاورهای مخروطی توزیع آب توسط آب پخش کن یا اسپرینکلر صورت می‌گیرد.

در کولینگ تاور مکعبی، توزیع آب توسط نازل‌های ثابت انجام می‌شود.

با توجه به توزیع مناسب آب در برج‌های خنک‌کننده مکعبی، راندمان این نوع برج‌های خنک‌کننده بیشتر از برج‌های خنک‌کننده مخروطی می‌باشد. مشکل عمده برج‌های خنک‌کننده مخروطی، رسوب گرفتگی اسپرینکر می‌باشد که نیاز به تعمیرات و نگهداری بیشتری دارد.

برج خنک کننده مدار باز (یا همان تر یا مرطوب)

منظور از مدار باز این است که آبگرم و هوا تماس و برخورد مستقیم با هم دارند و در نتیجه قسمتی از آبگرم تبخیر شده و به همراه هوا از دستگاه خارج می شود و بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب خواهیم داشت. همچنین از نوع مدار باز نمی توان در مناطق با آب و هوای مرطوب استفاده کرد زیرا وقتی رطوبت هوای محیط بالا باشد، راندمان دستگاه برای خنک کردن آبگرم شدیدا افت می کند.

برج خنک کننده خشک مدار بسته:

در مکانهایی که آب کافی برای برج خنک کننده مرطوب وجود ندارد، میبایست از طریق کولینگ تاور خشک مداربسته، از اتلاف آب بر اثر تبخیر حداکثری جلوگیری نمود. درحقیقت در انواع برج خنک کننده خشک، آب در حال گردش از میان لوله‎های پره دار عبور کرده تا هوای سرد از روی آنها بگذرد. در نتیجه حرارت آب در حال گردش از طریق لوله ها خارج شده و جذب هوای سرد میگردد. برجهای خنک کننده خشک میتوانند با کشش طبیعی و یا با کشش مکانیکی عمل نمایند. اما نحوه عملکرد دقیق این مدل به چه شکلی است؟!

یک افشانک هوا که با بخار کار میکند، با خارج نمودن هوا و سایر گازهای غیرقابل تراکم، به برقراری خلا کمک مینماید.

برای جلوگیری از نشت هوا به داخل دستگاه، پمپ گرادیان اصلی، فشار درون برج را مثبت نگه میدارد. همچنین ممکن است قسمتی از کار پمپ، توسط توربین هیدرولیک بازیابی گردد.

این عمل پس از خروج آب از برج در مسیر «آب فشانه‌های جتی» انجام می گیرد. فشار متراکم و درجه حرارتهایی که یک برج خنک کننده خشک بکار میبرد، بطور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از برج مرطوب است.

برای دستیابی به فشار بیشتر، مساحت کوچکتری برای فضای بین دو تیغه آخرین مرحله در بوربین با فشار کم ضروری است. همچنین می توان جریان هوا را با ایجاد کشش القائی یک بادبزن افزایش داد. کشش مکانیکی استفاده شده از یک بادبزن، ابعاد برج را تقلیل داده، اما توجه داشته باشید که باعث اتلاف انرژی بیشتری در دستگاه می گردد!

اجزای اصلی برج خنک کننده

اجزای اصلی برج خنک کننده در انواع آن شامل موارد زیر است:

بدنه، تشک، تنوره فن: بدنه برج خنک کننده برای حرکت جریان هوا و تماس آن با آب است و تشک نیز برای جمع آوری آب سرد است. فن قسمتی از برج است که فن در ان قرار دارد و هوا را به داخل بدنه می کشد. هر کدام از این اجزا می توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند.

جنس برج های خنک کننده بتنی است ولی در ساخت آن ها از مواد دیگری نیز چون آهن گالوانیزه، پلاستیک و فایبر گلاس استفاده می شود.

سطوح خنک کننده یا پکینگ: سطح تبادل حرارت مهمترین جزء در برج خنک کننده است. هر چقدر سطح تبادل حرارت بیشتر باشد، میزان حرارت منتقل شده نیز بیشتر است.

سطوح خنک کننده به دلیل محدودیت فضا در درون برج  باید دارای مساحت زیاد در حجم پایین باشند.

سیستم توزیع آب: سیستم توزیع آب در برج خنک کننده شامل لوله کشی ها، رایزرها، اتصالات، ساپورتها، پمپ سیرکولاسیون، آب پخش کن یا اسپرینکلر و نازلهای توزیع آب است.
فن برج خنک کننده: در برج های خنک کننده، حرکت هوا به دو صورت حرکت طبیعی و حرکت اجباری صورت می گیرد. برج های خنک کننده هزلولی شکل حرکت طبیعی دارند و ان هم به علت اختلاف دما در پایین و بالای برج است که در ام هوا از سمت پایین از درون لوورها به صورت طبیعی به سمت بالا کشیده می شود.

در حرکت اجباری، هوا به وسیله یک فن یا پروانه نصب شده در پایین یا بالای دستگاه از داخل برج به حرکت در می آید. نیروی لازم برای به حرکت در آوردم فن از یک الکتروموتور تامین می شود. از طریق تسمه و پولی نیرو را به پروانه منتقل می کند.

قطره گیر: قطره گیر ها به دو نوع لانه زنبوری و تیغه ای برای استفاده در انواع برج خمک کننده مورد استفاده قرار می گیرند. قطره گیرها برای حذف کردن قطره های آب از جریان هوا و جلوگیری از هدر رفتن آب در بالای نازل های توزیع کننده آب در برج خنک کننده استفاده می کنند.

لوور: لوورها از نوع تیغه ای یا لانه زنبوری هستند و جنس آن ها می تواند از کامپوزیت، پی وی سی یا پلی اتیلن باشد. لوور همگن سازی هوای ورودی را انجام می دهد و مانع از پاشیدن آب از داخل تشک به بیرون می شود.

الکتروموتور: الکتروموتور فن یا پروانه را به حرکت در می آورد و معمولا دارای سه فاز و حداقل IP55 و کلاس حرارتی F  است.