برج خنک کننده (ترنسلیت انگلیسی: cooling tower) نوعی مبدل انرژی بوده که وظیفه «برج خنک کن» تولید آب خنک برای سایر ماشین آلات صنعتی میباشد. برج خنک کننده یک مبدل حرارتی بزرگ (heat exchanger) بین آب و هوا به حساب می‌آید. هدف اصلی برج خنک کن کاهش دمای آب برگشتی تجهیزاتی همانند چیلر، بویلر و کوره‌های ذوب فلزات است. این تجهیز با ایجاد یک عملکرد تبخیری در کاربری کاهش دمای آب تا محدوده خاص بکار می‌رود. افت دمای سیال آب گرم در کولینگ تاور همواره تابع شرایط محیط اقلیم محل نصب بوده است. این ماشین سرمایشی بواسطه مایعی مثل آب حرارت مازاد و اضافی ماشین‌آلات را جذب و آن را به محیط هدایت میکند.
خرید کولینگ تاور: جالب است بدانید گرمای دریافت شده از اجزای صنعتی در مکانیزم داخلی برج خنک کننده توسط هوای خشک به بیرون انتقال می‌یابد. به بیانی دیگر برج خنک کن نوعی تبادل کننده انرژی بین آب و هوا محسوب میشود. اتفاقی که درون یک کولینگ تاور رخ می دهد نوعی تماس یا ارتباط مستقیم و غیر مستقیم بین دو سیال است. این تماس و ارتباط بین آب و هوا موجب جابجایی انرژی گرمایی و کاهش یافتن دمای آب میگردد.
چرا از برج خنک کننده استفاده می کنیم؟؟
انواع پکینگ برج خنک کننده شاید این سوال پیش بیاید که چرا از برجهای خنک کننده استفاده می کنیم. همانطور که میدانیم اغلب تجهیزات صنعتی و غیر صنعتی در چرخه کاری خود پس از مدتی گرم می‌شوند. درصد کمی از این ماشین آلات یا تجهیزات گرمای تولید شده را توسط هوای محیط به اطراف دفع می‌کنند. دسته اعظمی از این تجهیزات نیز برای دفع گرمای مازاد تولیدی خود از آب گردشی استفاده می‌نمایند. آبی که گرمای این ماشینها را جذب کرده دچار افزایش دما شده و به سمت مبدل های حرارتی هدایت خواهد شد. از طرفی دیگر آب سرد تولیدی از پروانه برج خنک کننده در مبدل این انرژی گرمایی را به طور کامل دفع میکند.
برج خنک کن یا برج خنک کننده چیست؟
در یک جمله مختصر باید برج خنک کننده را منبع تولیدکننده آب خنک مورد نیاز در هر صنعتی دانست. آب سرد تولید شده توسط این منبع برودتی مجدداً انرژی اضافی تجهیزات را جذب و آن را به هوا انتقال میدهد. این فرآیند تبادلی یک سیکل تکراری است که دمای کاری ماشین‌آلات صنعتی را دائماً ثابت نگه می‌دارد. این دستگاه سرد کننده و تبریدی با فراهم کردن دائم آب سرد می‌تواند گرمای چیلرها، دیگها یا کوره‌های القایی را بگیرد. کاهش دائمی دمای ماشین آلات و جذب گرمای آنها یک دغدغه بزرگ در تضمین ثبات سیستم به شمار می‌آید.
فقدان گردش مکرر آب خنک موجب افزایش یافتن دمای ماشینهای صنعتی شده و باعث عدم کارایی مناسب آنها خواهد شد. بنابراین بکارگیری برج خنک کننده سبب ثابت شدن راندمان یک چرخه خواهد گردید. این سیستمها ممکن است گاهاً یک چرخه تهویه مطبوع ساختمان مسکونی، اداری و تجاری باشند. یا همچنین ممکن است این تجهیزات مهم فرآیند تولید یک یا چند محصول را بر عهده داشته باشند.
انواع کاربری برج خنک کننده در صنعت و تهویه مطبوع
- کاربری اول: به منظور دفع گرمای دستگاه‌های صنعتی مختلف در تمامی فصول
اکثر ماشین‌آلات صنعتی همانند کوره‌های ذوب القایی و قوس، بویلرها و توربین‌ها و غیره در چرخه کاری خود مقداری زیادی حرارت تولید می‌کنند. برج خنک کننده با تکمیل این چرخه صنعتی، پروسه جذب این انرژی حرارتی و دفع آن به محیط مطلوب را انجام میدهد. توربین‌های گازی در پالایشگاه، کمپرسورهای هوا در نیروگاه و دیگ‌های بخار در صنایع متنوع از مهمترین صنایع کاربردی این محصول بشمار می‌آیند.
در این مدل کاربری وظیفه استخراج انرژی گرمایشی بعهده هوای بدون رطوبت محیط است. هوای خروجی از قسمت گلویی با افزوده شدن نسبت رطوبت سبب میشود تا هوای خروجی از برج به حالت اشباع درآید. جالب است بدانید این بخارات موجود در هوا عمدتاً باعث تشکیل ابر و مه در قسمت بالایی کولینگ تاور خواهد شد.
- کاربری دوم: جهت سرد نمودن چیلرهای تهویه مطبوع ساختمانها در تابستان
اکثریت ساختمانهای مسکونی و آپارتمانهای بزرگ و کوچک، ادارات، بانکها و مراکز خرید دارای سیستم تهویه مرکزی می‌باشند. در سیستمهای سرمایش مرکزی معمولاً از چیلرهای تراکمی یا جذبی در خنک نمودن هوای محیط داخل استفاده می‌نمایند. گرمای جذب شده از یک منطقه ساختمان توسط چیلر سبب افزایش دمای مبرد (گاز کمپرسور) خواهد شد.
آب سرد تولید شده از برج در بخش کندانسور چیلر افزایش دمای مبرد را جبران میکند. لازم بذکر است بدانید که فقط چیلرهایی با کندانسور آبی از برج خنک کن در مدار کندانسور خود استفاده می‌نمایند. بهتر است این نکته را متذکر شویم که بیشتر چیلرهای تراکمی و جذبی دارای کندانسور آبی هستند.
اجزای اصلی برج خنک کننده
در تصویر زیر می توانید نحوه قرارگیری اجزای مختلف برج خنک کننده را مشاهده نمایید.
- الکتروموتور (motor): فراهم کننده گشتاور لازم جهت چرخش فن یا مولد انرژی مکانیکی
- فن یا پروانه (fan): بوجود آورنده فشار نسبی در هوا و جابجا کردن حجم مشخصی از آن در طی زمان معین
- انتقال قدرت تسمه ای (speed reducer): کاهش دهنده سرعت زاویه‌ای موتور یا دور موتور به دور گردشی استاندارد فن
- انتقال قدرت گیربکسی: جایگزین سیستم تسمه پولی در سیستم کاهندگی دور از دینام به پروانه محوری یا حلزونی
- سطوح خنک‌کن (fill): برقراری ارتباط بین سیالات مختلف و ایجاد سطح مفید انتقال حرارت بین آب و هوا
- کویل (coil): فراهم کننده سطح موثر از جهت انتقال گرمایشی از آب به هوا
- نازل (nozzle): تقسیم کننده و توزیع دهنده جریان آب گرم
- آب پخش کن ( head sprinkler): توزیع کننده سیال داغ در نوع مدور یا چرخشی سیستم پاشش آب
- لوله و انشعابات داخلی (pipe and fittings): منتقل کننده جریان آب در بخش‌های داخلی
- بست کمربندی (belt fastener): متصل کننده انشعابات داخلی به نازلها یا افشانکها
- قطره‌گیر (drift eliminator): بازدارنده پرتاب قطرات آب به سمت فن مکنده القایی
- تشتک (basin): محل جمع آوری آب سرد یا مخزن تجمیع آب با دمای پایین
- کرکره‌ها (louvre): دریچه داخل شدن هوای خشک و سرد محیط
- تنوره خروج هوا (fan deck): دهانه خروجی هوای اشباع داغ
- پنل (panel): دیواره های اصلی استراکچر یا بدنه
- ساپورت‌های حائل یا نگهدارنده (supports): قوطی‌های نگهدارنده پکینگها ، و سایر تجهیزات درونی
- محافظ پروانه (fan Guard): محافظ فن در مقابل ضربات احتمالی یا ورود اشیاء خارجی
- شاسی موتور(motor Chassis): فریم نگهدارنده دینام یا الکتروموتور
- فلنچ ورودی(inlet Flange): اتصال ورودی آب برگشتی
- فلنچ خروجی(outlet Flange): محل خروجی آب رفت
- فلوتر (floater): شناور تنظیم کننده ورود جریان آب جبرانی
- شیر تخلیه(drain valve): محل خروجی جریان بلودان یا تخلیه زیرآب
- فلنچ سرریز (overflow): مقطع خروج یا تخلیه جریان مازاد آب
اجزای جانبی برج خنک کننده
- کنترل دور متغیر: این بخش در قسمت تابلو کنترل وظیفه تنظیم دستی یا اتوماتیک دور موتور توسط تغییر فرکانس را عهده‌پذیر است.
- آنتی فریز ضدیخ: دارای دو بخش هیتر و ترموستات میباشد که با قرارگرفتن در تشتک در زمستان از یخ زدن آب ممانعت به عمل می آورد.
- دک کاهش صدای فن: این قطعه در زیر قسمت کاهش دور بین فن و فولی نصب شده و لرزشهای موجود پروانه را کاهش میدهد.
- لرزه گیر مکانیکی: سبب دمپ لرزشها و کاهش سطح ارتعاشات گشته که نمونه کاربری آن را می توان در هواسازها و چیلرها مشاهد کرد.
- تخلیه اتوماتیک: بلودان هوشمند مجهز به یک TDS متر و شیر برقی بوده که عامل کاهش میزان املاح سنگین در تشتک است.
- فیلتراسیون هوا: توری‌های هوای فلزی(آلومینیوم) در پشت کرکره‌ها نصب میشود و از ورود ذرات معلق به داخل جلوگیری می‌نماید.
- سایت گلس یا پنل بازدید: پنل شیشه‌ای یا تلقی که موجب سهولت بازدید اپراتور از شرایط کارکرد دستگاه در شرایط مختلف عمل می آورد.
- پمپ شاور: این بخش فقط در کولینگ تاور هیبریدی به کار می‌رود و دائماً آب مدار باز را بر روی کویل پاشش میکند.
- توری آشغالگیر: این تجهیز در جلوی فلنچ خروجی آب سرد نصب شده و باعث ممانعت از عبور آشغال‌های موجود در basin میگردد.
- فیلتر میکرونی: فیلتر کیسه‌ای سبب افزایش کیفیت آب جبرانی و کاهش میزان رسوب گرفتگی قطعات داخلی خواهد شد.
آشنایی با انواع برج های خنک کننده
تصویر انواع برج خنک کننده مرطوب، مداربسته هیبریدی و خشک
1- برج خنک کننده مدارباز مرطوب یا تر: این مدل دستگاه با ایجاد یک سطح تبادل تماس مستقیم بین هوا و آب سبب کاهش دمای آب میشود. در این سیستم برودتی درصدی از آب(1.5 تا 2 درصد) دچار تبخیر شده و وارد هوای ورودی خواهد شد. این موضوع موجب مرطوب شدن هوای اطراف یا اشباع شدن آن میگردد. بخاطر همین موضوع به این مدل سیستم سردکننده کولینگ تاور مرطوب یا خیس نیز گفته میشود. آب خروجی از افشانک یا اسپرینکلر شروع به ریزش بر روی پکینگها کرده و از سوی دیگر در تماس با هوا دچار کاهش دما میگردد.
2- برج خنک کننده مداربسته خشک: در این مدل، آب در یک چرخه تماماً بسته (Close) در تماس با هوای خشک محیط سرد میگردد. از این رو این نوع سیستم برودتی را خشک یا درای نیز می نامند. به دلیل تماس غیر مستقیم آب با هوای خشک، دمای آب تحت تاثیر دمای محسوس اقلیم جوی قرار دارد. این تجهیز دارای شبکه‌های لوله ی مسی و فینهای آلومینیوم تحت عنوان کویل فیندار میباشد. آب در گذر از این شبکه‌های لوله ای کویل در تماس با هوای فن یا پروانه، سرد میگردد.
3- برج خنک کننده هیبریدی یا ترکیبی: نسل جدید تجهیزات برودتی تبخیری در واقع ترکیبی از دو سیستم مدارباز و مداربسته هستند. جریان اصلی سیال آب در گذر از سطوح نفوذ حرارتی کویل توسط یک جریان ثانویه پاششی قرار می‌گیرند. در این تماس، گرما توسط نفوذ و هدایت گرمایشی از آب گرم کویل به آب سرد مدار پاششی انتقال می‌یابد. مزیت بزرگ این مدل کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای مرطوب محیط طی یک سیکل بدون تبخیر است. این سیستم برودتی در عین حال رسوب گرفتگی به شدت کمتری نسبت به انواع کولینگ تاور مدار باز دارند.
دسته بندی برج خنک کننده بر اساس شکل ظاهری
1- برج خنک کننده با استراکچر مکعبی: این مدل از سیستمهای برودتی دارای ظاهر مکعب مستطیل بوده و بسیار فضای کمی را اشغال می‌نماید. برج خنک کننده مکعبی می‌تواند به صورت مدارباز، مداربسته و یا هیبریدی تولید و طراحی گردد. کولینگ تاور مکعبی دارای سیستم پاشش آب ثابت و بسیار کم رسوب میباشد. برج خنک کننده مکعبی به دلیل داشتن ارتفاع زیاد و سیستم پاشش آب منظم دارای راندمان بالایی میباشد. سیستمهای برودتی مکعبی امروزه در بیشتر صنایع بزرگ و همچنین در تهویه مطبوع کاربرد فراوانی دارد.
مزایای برج خنک کننده مکعبی
- رسوب گرفتگی کمتر در تجهیزات داخلی همچون نازل و پکینگ مدیا
- اشغال فضای کمتر به دلیل نداشتن فضای پرت و اضافی
- راندمان بالاتر و کاهش دمای بیشتر آب
- تعمیر و نگهداری آسان‌تر
- ارسال و حمل بسیار سریع، کم هزینه و آسوده
- دارای مخزن آب سرد بزرگتر نسبت به مدلهای مخروطی
2- برج خنک کننده با استراکچر مدور یا استوانه ای: کولینگ تاور مدور یا گرد یکی از قدیمی ترین طرح‌های تولیدی بسیاری از شرکتهای سازنده به شمار می‌آید. یکی از مشخصه‌های اصلی آن سیستم پاشش آب دوار دارای به حساب می‌آید. ابعاد بزرگ استوانه‌ای شکل و ارتفاع کم نسبت به مدل مکعبی از دیگر مشخصات بارز آنها حساب میشود. بیشترین کاربرد این نوع در انواع ساختمانهای مرتفع به منظور توازن گرمایی در کندانسور چیلر میباشد.
مزایای برج خنک کننده استوانه‌ای یا مدور
- نصب آسان در محل پروژه
- صدای کمتر فن یا پروانه و گردش آسان تر و بهینه هوا
- قیمت پایین تر و اقتصادی تر بودن نسبت به تیپ مکعبی
- مکندگی بهر هوا بدلیل داشتن لوورهای بزرگتر