برج خنک کننده تا کولینگ تاور چیست؟

next-01
next 00

برج‌ خنک کننده (کولینگ تاور / Cooling Tower) چیست؟

برج خنک کننده، یک نوع مبدل انرژی است که وظیفه تولید آب خنک برای ماشین‌آلات صنعتی را برعهده دارد. این برج، به عنوان یک مبدل حرارتی بزرگ بین آب و هوا عمل می‌کند. هدف اصلی این برج، کاهش دمای آب برگشتی از تجهیزاتی نظیر چیلر، بویلر و کوره‌های ذوب فلزات است. با ایجاد یک فرآیند تبخیری، دمای آب به میزان مشخصی کاهش می‌یابد. این تجهیز با استفاده از مایعی مثل آب، حرارت اضافی ماشین‌آلات را جذب کرده و آن را به محیط مناسب هدایت می‌کند.

در برج خنک کننده، گرما از اجزای صنعتی جذب شده و توسط هوای خشک به بیرون منتقل می‌شود. به عبارت دیگر، این برج یک نوع تبادل‌کننده انرژی بین آب و هوا است. در کولینگ تاور، تماس و ارتباط بین دو سیال یعنی آب و هوا، باعث جابجایی انرژی گرمایی و کاهش دمای آب می‌شود. این فرآیند به شدت به شرایط اقلیم محل نصب برج خنک کننده وابسته بوده و دمای آب گرم در این تاور به شکل متغیری در محیط اطراف تنظیم می‌شود.

بسیاری از تجهیزات صنعتی و غیر صنعتی، در حین چرخه کاری خود به مرور زمان گرم می‌شوند. بخش کوچکی از این ماشین‌آلات یا تجهیزات، گرمای تولید شده را از طریق تبادل با هوای محیط به اطراف منتقل می‌کنند. بسیاری از این تجهیزات نیز از آب گردشی برای دفع گرمای اضافی خود استفاده می‌کنند. آب که گرمای این دستگاه‌ها را جذب کرده، دما آن افزایش یافته و به سمت مبدل‌های حرارتی هدایت می‌شود. به همین دلیل، آب سرد تولیدی توسط برج خنک‌کننده به طور کامل این انرژی گرمایی را دفع می‌کند.

کولینگ تاور / Cooling Tower

عناوین اصلی

next 00

کاربرد برج‌ های خنک کننده

کاربری اول:
دفع گرمای دستگاه‌های صنعتی مختلف در تمامی فصول، اغلب ماشین‌آلات صنعتی همچون کوره‌های القایی و قوس، بویلرها و توربین‌ها، در دوره‌های کاری خود مقدار زیادی حرارت تولید می‌نمایند. برج خنک‌کننده با تکمیل این چرخه صنعتی، فرآیند جذب این انرژی حرارتی و دفع آن به محیط مطلوب را انجام می‌دهد. صنایع متنوعی از جمله توربین‌های گازی در پالایشگاه، کمپرسورهای هوا در نیروگاه و دیگ‌های بخار در صنایع مختلف از این تجهیز به عنوان یکی از اساسی‌ترین ابزارها برای دفع حرارت استفاده می‌کنند.

در این مدل کاربری، وظیفه اصلی برج خنک‌کننده استخراج انرژی گرمایشی از هوای بدون رطوبت محیط است. هوای خروجی از گلوی برج با افزودن نسبت رطوبت، باعث می‌شود تا هوای خروجی از برج به حالت اشباع درآید. این بخارات موجود در هوا به طور اصلی باعث تشکیل ابر و مه در بخش بالایی کولینگ تاور خواهد شد.

کاربری دوم:
در راستای افزایش یکتایی، بیشترین ساختمان‌های مسکونی، آپارتمان‌ها، ادارات، بانک‌ها و مراکز خرید با سیستم تهویه مرکزی مجهز هستند. در سیستم‌های سرمایش مرکزی، چیلرهای تراکمی یا جذبی برای خنک‌سازی هوای داخل استفاده می‌شوند. گرمای جذب شده از یک منطقه ساختمان توسط چیلر، باعث افزایش دمای مبرد (گاز کمپرسور) می‌شود.

آب سرد تولید شده از برج در بخش کندانسور چیلر افزایش دمای مبرد را جبران می‌کند. باید ذکر کرد که فقط چیلرهایی با کندانسور آبی از برج خنک‌کن در مدار کندانسور خود استفاده می‌نمایند. این نکته مهم را باید به یاد داشته باشیم که بیشتر چیلرهای تراکمی و جذبی دارای کندانسور آبی هستند.

next 00

ویژگی های برج‌ خنک کننده

انرژی حرارتی که در کولینگ تاورها به محیط اطراف دفع می‌شود، باعث خنک شدن سیال خنک‌کننده می‌گردد و از این جهت، برج خنک‌کننده را می‌توان به عنوان یک نوع سردکننده صنعتی دانست. انتقال انرژی در برج خنک‌کن به وسیله گرمای نهان تبخیر سیال خنک‌کن صورت می‌پذیرد، به همین دلیل درصد کمی از حجم سیال در گردش، تبخیر می‌شود و سپس به هوای محیط بیرونی منتقل می‌شود.

سیال خنک‌کننده باید در گردش خود در یک سیکل گرمازا و در عبور از برج خنک‌کننده، توانایی دریافت میزان قابل توجهی از انرژی را داشته باشد. در واقع، توانایی دریافت انرژی در سیال خنک‌کننده، تحت عنوان ظرفیت گرمایشی ویژه شناخته می‌شود که بهترین سیال در عملیات خنک‌کنندگی در یک چرخه صنعتی، آب است.

انتقال جرمی بخارات حاصل از تبخیر در برج خنک‌کننده در صورتی که سیال در گردش از نوع آب باشد، باعث افزایش رطوبت نسبی محیط اطراف و در نهایت تشکیل مه می‌شود. بنابراین همواره توصیه می‌شود که برج خنک‌کننده در محیط بیرونی نصب شود تا هوای داخل محیط به مرور زمان اشباع نشده و راندمان نهایی عملکرد برج با افت روبرو نشود.

ابعاد برج های خنک‌کننده در واقع عامل اصلی برای ایجاد سطح مبادله انرژی محسوب می‌شود.  هرچه برج خنک‌کن ابعاد بزرگتری داشته باشد، سطح مقطع بزرگتری نیز خواهد داشت که این مسئله در نهایت باعث انتقال حجم بیشتری از حرارت خواهد شد.

ابعاد و اندازه کولینگ تاور تأثیر مستقیمی بر ظرفیت سرمایی یا توان برودتی داردبه نوعی که برج‌های بزرگتر، ظرفیت بیشتری خواهند داشت. امروزه می‌توان در نیروگاه‌ها و همچنین  پالایشگاه‌ها و صنایع به راحتی از نمونه‌های بزرگ بتنی با سازه مستحکم برای خنک‌سازی حجم بسیار زیادی از آب در ساعت استفاده نمود. به عنوان مثال، در ابعاد تقریبی 100 در 100 متر، برج‌های خنک‌کننده غول پیکر در این صنایع به کار گرفته می‌شوند، در حالی که در ابعاد کوچکتر، برج‌های خنک‌کننده در صنایع مانند تزریق پلاستیک، گلاب‌گیری و عرق‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کولینگ تاور
next 00

انواع کولینگ تاور از نظر جریان هوا

  • جریان طبیعی
  • جریان مکانیکی
  • جریان اجباری
  • جریان القایی
  • جریان مرکب
next 00

انواع کولینگ تاور از نظر جنس بدنه

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

    • برج خنک کننده 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 کننده 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 کننده بتنی: کولینگ تاور بینی در ساخت برج های جریان طبیعی نیروگاهی کاربرد دارد.
    • برج خنک کننده چوبی: این مدل منسوخ شده است و دیگر از این جنس استفاده نمی شود.
next 00

برج خنک کننده جریان طبیعی

برج خنک‌کننده جریان طبیعی یا اتمسفری، بدون نیاز به پروانه، تماماً از اسپری کردن آب بهره می‌برد و برای به جریان انداختن هوا از هیچ قطعه‌ای استفاده نمی‌کند. در این نوع برج، آب فقط اسپری می‌شود و هوا به صورت طبیعی در داخل برج جریان پیدا می‌کند.

این برج‌ها به عنوان گزینه‌ای بسیار اقتصادی شناخته می‌شوند، اما عملکرد آن‌ها معمولاً پایدار نیست و به شدت تحت تأثیر باد و شرایط آب و هوایی قرار می‌گیرند. شکل کولینگ تاور اتمسفریک ساده نمایانگر این نوع برج است که آب از طریق نازل‌ها توزیع می‌شود و در همان حین، هوا به صورت طبیعی در داخل برج جریان پیدا می‌کند.

اجزاء  کولینگ تاور جریان طبیعی

  • سازه بتنی و فولادی
  • پکینگ
  • قطره گیر
  • سیستم توزیع آب
  • حوضچه آب
next 00

برج خنک کننده جریان مکانیکی

برج خنک‌کننده جریان مکانیکی متشکل  از یک یا چند پروانه است که  برای به جریان درآوردن هوا استفاده می‌نماید. این نوع دستگاه خنک‌کننده از عملکرد پایداری برخوردار است و کمتر تحت تأثیر باد و شرایط محیطی قرار می‌گیرد.

در این نوع برج خنک‌کننده، از فن به عنوان محرک برای ایجاد جریان هوا استفاده می‌شود. هوا با ورود از دو طرف دستگاه و توسط فن به سمت بالا هدایت می‌شود.

برج خنک‌کننده با جریان مکانیکی، از مزایای منحصر به فردی برخوردار است:

1. سازه بسیار کوچک: دارای ابعاد فیزیکی کوچکی است که امکان نصب و استفاده در فضاهای محدود را بهبود می‌بخشد.

2. اشغال فضای کم: به دلیل ابعاد کم، نیاز به فضای زیادی برای نصب و استقرار ندارد و امکان استفاده در مکان‌های محدود را فراهم می‌سازد.

3. راندمان و عملکرد بالا: با استفاده از جریان مکانیکی و ابزارهای پیشرفته، راندمان بالا و عملکرد بهینه را فراهم می‌کند که در تبدیل حرارت به آب خنک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

4. پایداری نسبت به شرایط جوی: به دلیل طراحی منحصر به فرد و ویژگی‌های مکانیکی، پایداری و کارایی خود را در برابر تغییرات شرایط جوی حفظ می‌کند.

اجزای کولینگ تاور مکانیکی

  • الکتروموتور
  • پروانه
  • قطره گیر
  • پکینگ
  • سیستم توزیع آب
  • سازه
  • حوضچه آب
next 00

کولینگ تاور با جریان القایی

برج خنک‌کننده با جریان القایی از نوع جریان مکانیکی، به خصوص به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، از مزایای زیر برخوردار است:

1. دیزاین مبتکرانه: این کولینگ تاور با داشتن پروانه یا پروانه‌ها در بخش خروجی هوا، به خوبی از توربولانس و افزایش سرعت خروج هوا در ناحیه فن بهره می‌برد. این طراحی مبتکرانه سبب بهبود کارایی و عملکرد برج می‌شود.

2. جلوگیری از یخ زدن پروانه:  با قرار گرفتن  پروانه در قسمت خروجی هوای گرم، این برج از مشکل یخ زدن پروانه در فصول سرد جلوگیری می‌کند که این ویژگی، به دوام و عمر طولانی‌تر برج خنک‌کن کمک می‌کند.

3. عدم گردش مجدد هوا: در این نوع برج خنک‌کننده، عدم وجود گردش مجدد هوا اطمینان می‌بخشد که هوا تا حد ممکن به شکل جریان مستقیم از برج خارج می‌شود و از کارایی بهتری برخوردار است.

4. انطباق با ابعاد کوچک: این مدل‌ها به دلیل ابعاد کوچک خود، به راحتی در فضاهای محدود قابل نصب هستند و عملکرد مطلوبی را در فضاهای محدود به ارمغان می‌آورند.

next 00

کولینگ تاور جریان مرکب

برج خنک‌کننده جریان مرکب، یک ترکیب منحصر به فرد از انواع برج‌های خنک‌کننده است که در طراحی و کارکرد خود دارای ویژگی‌های استثنایی می‌باشد:

1. تطابق با کولینگ تاورهای جریان طبیعی: این برج خنک‌کننده با ظاهری شبیه به کولینگ تاور جریان طبیعی طراحی شده است، اما ارتقاع کمتری دارد. از پروانه‌ها برای به جریان انداختن هوا استفاده شده و این نکته از طراحی ابتکاری آن نمایان است.

2. کنترل هوشمند مصرف انرژی: طراحی برج خنک‌کن جریان مرکب به گونه‌ای است که در فصل‌های سرد، پروانه‌ها به طور خودکار می‌توانند خاموش شوند و تنها در شرایط گرمای بیشتر یا بار متفاوت، فن‌ها به کار بروند. این ویژگی به مصرف انرژی صرفه‌جویی بسیاری ایجاد می‌کند.

3. کاربرد انعطاف‌پذیر: برج خنک‌کننده جریان مرکب به دلیل قابلیت تنظیم سرعت پروانه‌ها و همچنین فن‌ها، از انعطاف بالایی در مدیریت دما و بار مصرف برخوردار است. در مواقع نیاز، می‌توان بهینه کردن دور پروانه‌ها و فن‌ها را انجام داد.

4. مدیریت هوا بدون ایجاد توربولانس:  استفاده  از پروانه‌ها در بخش خروجی هوا، جلوی ایجاد توربولانس را می‌گیرد و مدیریت هوا را بهبود می‌بخشد. این ویژگی موجب افزایش کارایی و عملکرد برج خنک‌کن می‌شود.

next 00

انواع برج خنک کننده بر اساس شکل ظاهری

براساس نوع شکل ظاهری و هندسه برج‌خنک‌کننده این تجهیز به انواع کولینگ تاور مکعبی، کولینگ تاور مدور(مخروطی) و کولینگ تاور شش ضلعی تقسیم می شود.

next 00

برج خنک کننده مکعبی

برج خنک‌کننده مکعبی (Cubic Cooling Tower)، یک ساختار با ظاهری منحصر به فرد است که به وسیله‌ی سیستم پاشش آب نازلهای ثابت و سیستم هوادهی مکش القایی عمل می‌کند. این نوع برج خنک‌کن به شکل یک مکعب طراحی شده است و به دلیل این طراحی منحصر به فرد و اشغال کم فضا، در صنعت و سیستم‌های تهویه مطبوع کاربرد زیادی دارد.

در برج خنک‌کننده مکعبی، آب از نازلهای ثابت پاشش داده می‌شود و به سطوح خنک‌کن منتقل می‌شود. در اینجا، آب با هوا در تماس قرار گرفته و حرارت آن به هوا منتقل می‌شود. سپس آب خنک شده به سیستم بازگشتی منتقل می‌شود. برج خنک‌کننده مکعبی به دلیل اینکه امکان تولید چندسلولی دارد و فضای کمی را اشغال می‌کند، به عنوان یک گزینه موثر برای خنک‌کن‌ها در محیط‌های محدود محسوب می‌شود. این ساختار با ادغام سیستم پاشش آب و هوادهی مکش القایی، به بهبود کارایی خنک‌کن و کاهش دمای آب کمک می‌کند.