برج خنک کننده صنعتی چیست؟

برج خنک کننده (کولینگ تاور) چیست؟

پکینگ برج خنک کننده وسیله ای است که حرارت ایجاد شده در سیکل های صنعتی همانند نیروگاه ها و ذوب آهن یا سیستم های تهویه مطبوع مرکزی مانند چیلر را جذب کرده و به محیط پیرامون منتقل می کند. عمده کاربرد برج خنک کننده در سیکل های صنعتی و سیستم های تهویه خانگی می باشد. در ادامه به بررسی بیشتر مشخصات فنی برج خنک کننده کولینگ تاور می پردازیم.

انواع برج خنک کننده

برج خنک کننده را از نظر جریان هوا و سیکل کار کرد می توان دسته بندی کرد، که در ادامه به شرح انواع آن و مشخصات کولینگ تاور می پردازیم.

برج خنک کننده بارانی یا برج خنک کننده جریان متقاطع

برج خنک کننده بارانی یا پکینگ گرید اسپلش به گونه ای کار می کند، که آب خارج شده از کندانسور، از طریق پمپ به تشتک های بالایی کولینگ تاور بارانی منتقل شده و در آنجا از طریق سوراخ های روی تشتک ها به صورت قطرات باران روی پکینگ ها ریخته و همزمان با این فرآیند فن کولینگ تاور هوای بیرون را از دمپرها به داخل کشیده و با عبور از بین پکینگ ها باعث کاهش دمای آب عبوری از بین آنها می شود.

برج خنک کن آبگردان یا جریان مخالف

برج خنک کننده آبگردان، آب گرم کندانسور را به برج خنک کن منتقل می کند و آنجا از طریق افشانک ها روی پکینگ های برج پاشیده می شود و همزمان فن برج خنک کن هوای بیرون را از دمپرهایی که پایین آن تعبیه شده است به داخل کشیده و هوا را در خلاف جهت ریزش آب ها به بالا می کشد و باعث تبادل دما بین آب و هوای عبوری می گردد و در ادامه پکینگ ها آب خنک شده به کندانسور منتقل می کنند. در این مدل از برج های خنک کن بین افشانک ها و پکینگ ها، قطره گیر نصب می گردد تا از هدر رفت آب جلوگیری شود. کولینگ تاور جریان مخالف، در مدل های زیر ارائه می گردد.

• برج خنک کننده آبگردانی با جریان هوای طبیعی
• برج خنک کننده آبگردانی با جریان هوای مکانیکی
• برج خنک کننده آبگردانی با جریان هوای اجباری

برج خنک کن آبگردانی با جریان طبیعی

این مدل از برج خنک کننده آبگردانی بدون فن طراحی شده و از جریان طبیعی هوا که به علت اختلاف فشار هوا به وجود می آید، استفاده می کند. این برج های خنک کننده گزینه مناسبی برای استفاده در نیروگاه ها و کارخانه ها که حجم آب در گردش زیاد است، می باشند به همین دلیل به آن برج خنک کننده نیروگاه نیز می گویند. همچنین در نیروگاه هایی که توربین بخار و توربین گازی در امتداد یکدیگر قرار می گیرند تشکیل یک بلوک نیروگاه سیکل ترکیبی را می دهند، که از برج خنک کننده نیروگاه سیکل ترکیبی استفاده می کنند.

برج خنک کننده آبگردانی با جریان مکانیکی

در این مدل از برج های آبگردانی هوای عبوری در آنها از طریق فن که در بالای آنها تعبیه شده است به جریان در می آید.

برج خنک کن آبگردانی با جریان اجباری

در این سری از برج های خنک کننده آبگردانی از فن سانتریفیوژی در پایین دستگاه استفاده می شود که هوای بیرون را در خلاف جهت پاشش آب در برج خنک کن به جریان در می آورد.

نحوه عملکرد برج خنک کن آبگردانی با جریان اجباری

انواع برج خنک کننده از نظر سیکل کارکرد

در ادامه انواع کولینگ تاور از نظر سیکل کارکرد را بررسی می کنیم.

برج خنک کن مدار باز

از برج خنک کننده باز برای خنک کردن سیالی استفاده می شود که خودش مستقیما با محیط بیرون تبادل دمایی دارد. در کولینگ تاور آب خروجی از کندانسور مستقیما با هوای بیرون تبادل دمایی کرده و زمانی که خنک شود و به داخل کندانسور بر می گردد. برج های خنک کن باز را با نام برج خنک کن تر نیز گفته می شناسند. ولی بهتر است از اصطلاح تر برای کندانسور استفاده شود.

برج خنک کننده مدار بسته

کولینگ تاور مدار بسته یکی دیگر از برج های خنک کننده بوده که دارای سیال خنک شونده است و مستقیما با محیط بیرون ارتباطی ندارند و از داخل لوله به برج منتقل شده و تا از طریق تبادل دمایی بین لوله و محیط خنک شوند. گاهی به این برج ها، برج خنک کن خشک نیز گفته می شود که این اطلاح خشک صحیح نمی باشد زیرا این اصلاح برای انواع کندانسور است.

برج خنک کننده هیبریدی

منظور از کولینگ تاور هیبرید یعنی ترکیب دو یا چند روش مختلف برای بهبود راندمان و عملکرد یک سیکل است. برج خنک کن هیبریدی ترکیبی از برج خنک کن باز و بسته بوده که در بالای برج خنک کن به وسیله جریان هوا، آب درون لوله ها، مقداری از گرمای خود را از دست داده و سپس روی پکینگ ها پاشیده می شود و پس از عبور از کولینگ تاور هیبریدی وارد تشت آب سرد شده و به سیستم بر می گردد.

نحوه عملکرد دستگاه برج خنک کننده

برج خنک کننده یا کولینگ تاور وسیله ای است برای خنک کردن کندانسور که در چیلرهای آب خنک از آنها استفاده می شود. اواپراتور گرمای خود را به کندانسور منتقل کرده و آب داخل کندانسور گرم شده و سپس برای کاهش دمای آب کندانسور به برج خنک کن منتقل می شود و در آنجا با تبادل دما با محیط بیرون خنک شده و مجدد به کندانسور بر می گردد. در شکل زیر نحوه عملکرد برج خنک کننده را نمایش می دهد.

انواع کولینگ تاور از نظر جنس بدنه

هریک از مدل های معرفی شده امکان ساخت در جنس های زیر را دارند.

• برج خنک کن گالوانیزه: معمولا در ساخت برج های خنک کن بارانی از جنس گالوانیزه استفاده می شود که در مقابل آب و نور خورشید مقاومت بالایی ندارند.
• برج خنک کن فایبر گلاس: این مدل بیشتر در ساخت برج های متقاطع و آب گردانی استفاده می گردد که در مقابل گردش آب، تابش دائمی نور خورشیدو پرتو فرابنفش مقاومت بالایی دارند که به آنها برج خنک کن پرتوی نیز می گویند.
• برج خنک کن بتنی: کولینگ تاور بینی در ساخت برج های جریان طبیعی نیروگاهی کاربرد دارد.
• برج خنک کن چوبی: این مدل منسوخ شده است و دیگر از این جنس استفاده نمی شود.

اجزای برج خنک کننده

برج خنک کننده از اجزای بسیاری تشکیل شده است به همین دلیل در ادامه به شرح هر بخش می پردازیم که سبب می شود کاربر با نحوه ساخت کولینگ تاور و عملکرد آن آشنا شود.

• بدنه: بدنه مهمترین بخش در برج خنک کننده بوده که معمولا از جنس فایبر گلاس با الیاف حصیری درست می شود. در برج های خنک کننده با جریان اجباری از بدنه گالوانیزه نیز استفاده می کنند.
• الکتروموتور و فن: الکتروموتور و فن شامل دو بخش الکتروموتور و فن بوده که الکتروموتور نیروی مکانیکی نیرویی مکانیکی مورد نیاز برای گردش فن را برعهده دارد. وظیفه اصلی گردش هوا در کولینگ تاور بر عهده مجموعه فن است.
• خروجی هوا: خروجی هوای کولینگ تاور در عین سادگی از اهمیت بالایی برخوردار است و مهمترین کار آن ایجاد یکنواختی در جریان هوای داخل برج خنک کن می باشد.
• قطره گیر: از قطره گیر برج خنک کن برای جلوگیری از اتلاف و هدر رفت آب استفاده می شود. به این صورت که قطرات مکش شده به سمت پروانه را در خود گیر انداخته و به سمت پایین برج هدایت می کند. قطره گیرها معمولا ظاهری شبیه به کندو دارند.

• نازل: نازل یا افشانک در برج های خنک کننده آبگردانی کاربرد دارند و با پاشش آب داغ روی پکینگ هایی که با جریان هوا در تماس هستند باعث کاهش دمای آب می شوند.

• پکینگ: برای ایجاد مقطعی که آب و هوا با هم در تماس اند، از پکینگ ها استفاده می شود. که به آنها مدیا نیز می گویند و عموما از جنس فایبر گلاس ساخته شده اند.

• دمپر یا ورودی هوا: دمپرها وظیفه ورود مقدار مشخصی هوای خشک و تازه به داخل برج خنک کننده را بر عهده دارند.
• حوضچه آب سرد: آب داغ بعد از عبور از پکینگ ها خنک شده و در کف برج داخل حوضچه ای جمع می شود که از آن حوضچه به چیلر برگردد.
• تشتک های بالایی: در برج های جریان متقاطع بارانی آب ورودی از سمت کندانسور روی حوضچه هایی که بالای برج خنک کن قرار دارند می ریزد و در کف این حوضچه ها سوراخ های متعددی وجود دارد که باعث می شوند آب به صورت بارانی روی پکینگ ها ریخته و دمای آن کاهش یابد.

نحوه تعیین ظرفیت برج های خنک کننده

این روزها با توجه به اینکه علاقه مصرف کنندگان مختلف به استفاده از سیستم های تهویه مرکزی و علی الخصوص چیلر افزایش یافته، انتخاب برج خنک کننده مناسب با ظرفیت چیلر از اهمیت بالایی برخوردار است. اگر ظرفیت کولینگ تاور کمتر از ظرفیت مورد نیاز چیلر باشد علاوه بر کاهش بازدهی سیستم سرمایش ساختمان، می تواند باعث خسارات جبران ناپذیری در سیستم شود. قبل از انتخاب و محاسبه ظرفیت برج خنک کن لازم است با چند پارامتر مهم در این زمینه آشنا شویم.

• دبی آب در گردش: دبی آب در گردش به مقدار آبی گفته می شود که توسط پمپ در برج خنک کن به گردش در می آید که آن را با M نشان می دهند. برای محاسبه دبی آب در گردش، سرعت آب را بر حسب متر در ثانیه و بین 2.5 تا 3 در نظر گرفته و ضربدر سطح مقطع لوله ورودی آب به کولینگ تاور (بر حسب متر مربع) کرده و دبی آب در گردش، برحسب متر مکعب در ثانیه به دست می آید.
• منطقه جغرافیایی: یکی از موارد مهم در محاسبه فرمول ظرفیت برج خنک کن، منطقه جغرافیایی است. دما و رطوبت نسبی هوای منطقه ای که برج خنک کن در آن نصب می شود بسیار حائز اهمیت است. لذا بدیهی است که هرچه دمای هوای محیط بیشتر باشد، باید ظرفیت برج افزایش یافته تا بتواند اختلاف دمای مورد نیاز سیستم را فراهم کند و همچنین هر چه رطوبت محیط بیشتر، ظرفیت بیشتری برای عمل تبخیر نیاز است. این پارامتر که با ثابت C نمایش داده می شود. توسط سازمان هواشناسی اعلام می گردد. که برای شهر تهران واحد انگلیسی 4200 و متریک 500 در واحد استاندارد در نظر گرفته می شود.
• اختلاف دما: اختلاف دمای مورد نیاز سیستم که باید توسط برج خنک کننده ایجاد شود. به عبارتی اختلاف دمای آبی که از کندانسور با یک دما وارد برج خنک کن شده و سپس از آن خارج می شود را اختلاف دما می گویند. که معمولا 10 درجه فارنهایت یا 5 درجه سانتیگراد می باشد. محاسبه ظرفیت حرارتی کولینگ تاور از طریق فرمول زیر به دست می آید.