برج خنک کننده (کولینگ تاور) چیست؟ + معرفی انواع آن

در بیشتر کارخانجات کوچک و بزرگ و در ساختمان های مسکونی و تجاری بزرگ یکی از مهمترین و اساسی ترین دستگاه های موجود برج خنک کننده می باشد. برج خنک کن علاوه بر آب به منظور خنک کردن سیالاتی دیگر در تهویه مطبوع و صنعت  مورد استفاده قرار می گیرند.

صنایع برادران حقیقی با بیش از 30 سال سابقه در تولید انواع چیلر، تونل انجماد و سردخانه همراه شما عزیزان است. برای اطلاع از قیمت ها و همچنین خرید تجهیزات سردخانه با مشاوران ما در سردخانه حقیقی تماس بگیرید. 

برج خنک کننده چیست؟

برج خنک کننده ( Cooling tower ) وسیله‌ای است برای دفع حرارت اضافی آب مورد استفاده در چگالنده. برج خنک کن معمولاً با تبخیر آب، حرارت تولید شده را دفع کرده و سیل سرویس را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می‌آورند

طرز کار برج خنک کننده به چه صورت است؟

در سیستم برج خنک کننده، آب گرم کندانسور یا آب جهت خنک شدن، از برج خنک کننده عبور می کند و با هوا تماس می یابد. در برج های خنک کننده با کشش طبیعی، پوسته خارجی برج از بتن مسلح ساخته شده و روی پایه ها تکیه دارد . هوا از قسمت پائین وارد برج خنک کننده می شود و به طرف بالا جریان می یابد و از دهانه بالای برج خارج می شود.

آب گرم، از کندانسور در ارتفاع 10 الی 15 متر بالاتر از سطح استخر، به سیستم پخش کننده آب وارد می شود. در برج های قدیمی تر صفحه ای که آب خروجی از کندانسور به آن ریخته می شود دارای سوراخ های منظمی در قسمت پائین است که آب از داخل این سوراخها به فنجان های زیرین می ریزد. این فنجان ها باعث پاشش آب و تبدیل آنها به قطرات کوچک می شوند. برای پخش آب در برج خنک کننده با استفاده از لوله هایی است که در سطح بالای آن شیپوره ها و ارفیس هایی برای پاشش آب گذاشته شده است.

تبادل حرارت بین هوای بالارونده از برج و آبی که از برج سر می رود، با تغییر حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بین آب و هوا انجام می شود. سهم این قسمت از تبادل حرارتی پایین است و قسمت بیشتر این تبادل در اثر تبخیر مقدار کمی آب که پیوسته همراه هوا می باشد،انجام می شود. این عمل باعث می شود که مقدار زیادی گرما از آب سرازیر شده در برج خنک کننده به هوا منتقل شود.

 مقداری از قطرات آب، به وسیله هوا به خارج از برج پراکنده می شود. برای جلوگیری از خروج قطرات آب یک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار می گیرد که به آن قطره گیر یا الیمیناتور گفته می شود. کمبود آب تبخیر شده در سیستم برج خنک کننده، باید از منبع خارجی جبران بشود که به آن، آب تکمیلی یا آب جبرانی می گویند.

برای این منظوراز نزدیک ترین منبع آب شیرین در دسترس مثل آب رودخانه، چاه، آب شهر استفاده می شود و یا فاضلاب ها را تا حد امکان صاف و تصفیه کرده و جایگزین منابع آب شیرین می کنند.

انواع برج خنک کننده (انواع برج خنک کن) 

برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا ،تبخیر آب را شدت بخشیده و به دلیل گرماگیر بودن فرایند تبخیر ،باعث خنک شدن سریع آب  سیستم کولینگ می گردد. و 3 نوع از این برج وجود دارد.

1- برج خنک کننده مرطوب ( WET – COOLING TOWER)

برج های خنک کننده مرطوب بصورت برج های خنک کننده با کشش طبیعی و برج های خنک کننده با کشش مکانیکی دسته بندی می شوند. برج های خنک کننده مرطوب حرارت تلف شده به وسیله دستگاه را به وسیله مکانیزم های زیر به محیط می دهند:

• بوسیله افزایش حرارت هوای اطراف
• بوسیله تبخیر بخشی از آب در حال گردش در سیستم
• بوسیله افزایش دمای مخزن طبیعی آب جمع آوری سرد شده

برج های خنک کننده یک سیستم توزیع و پخش آب گرم دارند که آب را بصورت یکنواخت روی یک شبکه کاری مشبک از تخته های افقی نزدیک به هم می باشد که این شبکه ها آکنه نامیده می شوند. آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج را با هوایی که از میان آنها حرکت می کند کاملاً مخلوط کرده بطوری که آب بصورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود می ریزد. هوای بیرونی از طریق منافذی که بصورت میله های افقی در اطراف برج قرار دارند وارد می شوند.

این میله ها بمنظور نگهداری آب در داخل خود بطرف پائین مایل هستند. در اثر اختلاط آب و هوا ، انتقال حرارت و انتقال جرم اتفاق افتاده و در نتیجه آب سرد می گردد. آب سرد شده در حوضچه بتنی که در انتهای برج قرار دارد جمع آوری شده و سپس بطرف کندانسور پمپ می شود. اکنون هوای مرطوب و گرم از بالای برج خارج می گردد .

2- برج خنک کننده خشک (DRY – COOLING TOWER)

در مکان هایی که آب کافی برای برج خنک کننده مرطوب وجود ندارد، می بایست از اتلاف بر اثر تبخیر حداکثر جلوگیری بعمل آورد ، از این نوع برج استفاده می شود. دربرج های خنک کننده خشک، آب در حال گردش از میان لوله های پره دار عبور کرده بطوریکه هوای سرد از روی آنها عبور می کند .بنابراین حرارت آب در حال گردش از طریق لوله ها خارج شده و جذب هوای سرد می شود.

برج های خنک کننده خشک می توانند با کشش طبیعی و یا با کشش مکانیکی عمل نمایند .یک افشانک هوا که با بخار کار می کند با خارج کردن هوا و سایر گازهای غیر قابل تراکم به برقراری خلا کمک می کند. برای جلوگیری از نشت هوا به داخل دستگاه پمپ گرادیان اصلی فشار در داخل برج را مثبت نگه می دارد .ممکن است قسمتی ازکار پمپ توسط توربین هیدرولیک بازیابی گردد. این عمل پس از خروج آب از برج در مسیر آب فشانه های جتی انجام می گیرد.

فشار متراکم و درجه حرارتهایی که یک برج خنک کننده خشک بکار می برد بطور قابل ملاحظه ای 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. در یک برج خنک کننده خشک با کشش طبیعی، شناوری هوای گرم شده باعث جریان یافتن هوا در سرتاسر سطوح مولد حرارتی می گردد که برای انتقال حرارت آب داغ به جریان هوا ضروری است .

3- برج های خنک کننده خشک-مرطوب (WET-DRY COOLING TOWER)

با توضیحاتی که در مورد دو نوع برج های قبلی داده شد مشخص می شود که برج های مرطوب همیشه مقداری آب بصورت تبخیر، مکش توسط هوا و نشتی مصرف می کنند .همچنین این برج دچار مشکل پراکندن ذرات آب هست. برج های خنک کننده خشک مشکلی بر کارکرد نیروگاه بخصوص در موقع گرم شدن هوای محیط تحمیل می کند.

در چنین مواردی برای کاهش عوارض حاصل از دو نوع برج ذکر شده از برج های خنک کنننده خشک-مرطوب استفاده می شود. همانطوری که از نام این نوع برج های خنک کننده استنباط می شود یک برج خنک کننده خشک- مرطوب بوسیله ترکیبی از برجهای خشک و مرطوب عمل می کند. این سیستم دارای دو مسیر هوای موازی و دو مسیر آب سری می باشد.

قسمت بالای برج قسمت خشک می باشد که شامل لوله های پره دار است و قسمت پائین برج دارای آکنه ها است قسمت مرطوب است. آب گرم پروسس از قسمت فوقانی برج وارد لوله های پره دار شده و ضمن عبور ماپیچ از لوله ها قسمت خشک را ترک کرده و تحت اثر نیروی جاذبه از میان آکنه ها در قسمت مرطوب به حوضچه آب سرد می ریزد.

هوای محیط بصورت دو جریان از میان قسمتهای خشک ومرطوب کشیده می شود .این دو جریان بهم پیوسته و قبل از ترک برج در داخل آن مخلئط می شود. چون اولین جریان بصورت خشک گرم شده و حتی خشک تر از هوای محیط می شود . در حالیکه جریان دوم بطور معمول اشباع است ، بنابراین مخلوط هوای که برج را ترک می کند زیر اشباع است.

فواید برج های خشک و مرطوب

1. هوای زیر اشباع خروجی ذرات آب کمتری نسبت به برج مرطوب ایجاد نموده و شرایط اقلیمی مطلوب آنها را کاملاً حذف می کند .
2. چون آب در قسمت خشک قبلاً خنک شده است بنابراین افت های ناشی از تبخیر در قسمت مرطوب کاهش یافته است و در نتیجه از مصرف آب جبرانی برای جبران تبخیر آب بطور قابل ملاحظه ای کاسته خواهد شد .

نسبت حرارت گرفته شده در قسمت های خشک و مرطوب بوسیله دو پارامتر تنظیم می گردد . برای مثال اگر آب مشکل اصلی باشد ، برج را با قسمت خشک بزرگتری نسبت به قسمت مرطوب می سازند . بعلاوه تبخیر را می توان توسط یک کنترل کننده که جریان هوا را از میان قسمت مرطوب تنظیم می کند تغییر داد .

در آب و هوای سرد زمستان برای تقلیل اختلاف دمای ورودی و خروجی آب به برج برای معتدل ساختن دمای آب برگشتی به پروسس، عبور هوا از میان قسمت مرطوب را قطع نموده و برج را بصورت یک برج خنک کننده خشک تبدیل کرد .

از طرف دیگر می توان زیر فن یک مانع بصورت یک در تعبیه کرد که می توان از آن در آب و هوای گرم که قسمت خشک برج مشکلی برای کارکرد نیروگاهی ایجاد می کند برای افزایش دمای محیط استفاده کرد . برجهای خنک کننده خشک – مرطوب در مواردیکه امکان دسترسی به آب هست و نیز نیاز به کاهش مؤثر ذرات باشد مورد استفاده قرار می گیرد .

ظرفیت برج خنک کننده (ظرفیت برج خنک کننده صنعتی)

هنگامی که از نظر فضای ساختمان برج خنک کننده محدودیتی وجود داشته باشد ظرفیت برج خنک کننده را تا حد امکان با استفاده از بلوورهای مخصوص و بزرگی اضافه می کنند. این بادبزن ها مقدار عبور هوای خنک کننده در داخل برج را به شدت افزایش می دهند.

عوامل مؤثر در طراحی برج خنک کننده

عوامل مؤثر در طراحی برج های خنک کننده را بطور خلاصه می توان بصورت زیر بیان کرد:

1. میزان افت درجه حرارت (اختلاف دمای ورودی وخروجی برج)دلتا 
2. اختلاف بین درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا
3. دمای مرطوب محیط : اصولاً خنک کردن آب زیر این دما غیر ممکن است .
4. شدت جریان آب
5. شدت جریان هوا
6. نوع آکنه هاویا پکینگ هایبرجخنک کننده
7. روش پخش آب و آرایش افشانه ها

نکات مهم در استفاده از سیستم های خنک کننده

• برای هر ۱۰ درجه فارنهایت افت دما در برج خنک کننده میزان تبخیر در حدود یک درصد کل آب در حال گردش می باشد
• چون نمک های کلرور حلالیت زیادی دارند غلظت یون کلر در آب ورودی به برج وآب در حال گردش راهنمای بسیار خوبی برای تعیین غلظت بوده و بنابراین همیشه باید آن را بازدید و بررسی نمود .و یا از پارامتر هایی مانند کل املاح محلول (tds)و یا ضریب هدایت الکتریکی آب استفاده نمود
• افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در برج خنک کننده ایجاد اشکال  و انسداد و رسوب می کند که برای جلوگیری از افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداری از آب در حال گردش را تخلیه می کنند که این آب در صنعت به زیر آب (Blow down) معروف است .بلودان یا درین آب برج خنک کننده باید حد اقل به میزان ده درصد آب مصرفی یا میکاپ آب برج باشد.
• مقدار آب برج همچنین ممکن است تصادفی یا بوسیله باد تقلیل یابد . اصولاً در برجهای خنک کننده مقداری آب بصورت گرد و قطرات مه درآمده و توسط باد یا کشش و یا جریان هوای بلوور ها از برج خارج می شود .

محل نصب برج خنک کننده

محل نصب برج خنک کن باید به صورتی باشد که مانعی در اطراف آن برای ورود جریان هوای تازه به داخل برج وجود نداشته باشد همچنین در صورت استفاده از چندین برج در کنار هم باید راه حلی اندیشید که هوای گرم خروجی از برج ها مستقیماً وارد همدیگر نشده تا باعث کاهش راندمان و عدم کارایی برج شوند. اگر بتوان برج خنک کن را در فضای باز با جریان هوای آزاد قرار داد در حصول یک بازده مناسب از برج مشکلی وجود نخواهد داشت .

اگر برج را در داخل ساختمان و محصور بین دیوار ها نصب کنید موارد زیر بایستی مورد توجه قرار گیرد:

• باید فضای کافی و بدون مانع مزاحم در اطراف برج وجود داشته باشد تا هوای لازم به برج برسد.
•  هوای گرم خروجی از برج باید به گونه‌ای تخلیه شود که امکان بازگشت و گردش مجدد آن به برج وجود نداشته باشد زیرا گردش مجدد چنین هوایی در برج دمای مرطوب هوای ورودی به برج را افزایش می‌دهد و باعث گرم ماندن آب در خروج از برج می‌شود.
• گردش مجدد هوا به داخل برج هنگامی مورد توجه قرار می‌گیرد که چند برج در مجاورت هم باشند.
• تعیین محل نصب برج به عوامل دیگری هم بستگی دارد از قبیل استحکام محل نصب، تجهیزات اضافی برای تقویت آن، هزینه فراهم کردن تجهیزات اضافی برای برج و مسائل مربوط به معماری ساختمان و …

جهت مشاوره و راهنمای خرید سردخانه و تجهیزات سردخانه متناسب با کاربرد شما تنها کافی‌ست با شماره  09159171605 تماس بگیرید. کارشناسان خبره برادران حقیقی بهترین پیشنهاد ها را به شما خواهند داد.