برج خنک کننده

احتمالا در سفر به روستاها و یا شاید در فیلم‌ها، برج‌های استوانه‌ای شکلی را دیدید که تصویر منحصر به فردی از خود ایجاد کردند، به این غول‌های اعجاب‌انگیز برج خنک کننده گفته می‌شود. برج خنک کن که تقریبا می‌توان گفت که همه جا کاربرد دارند، وسیله‌ای برای دفع حرارت و ایجاد برودت است. این دستگاه مکانیسم پیچیده‌ای ندارد، اما در مدل‌های مختلف و برای مصارف گوناگون در بازار کشور یافت می‌شود.

برای مثال این دستگاه در چیلر برای مصارف خانگی کاربرد دارد و انواع بزرگتر آن در صنایع پتروشیمی به کار می‌آیند. در این مقاله ضمن معرفی این ابزار پرمصرف، نحوه عملکرد آن را برای شما توضیح داده و شما را با انواع برج خنک کن آشنا می‌کنیم.

برج خنک کن چیست؟

برج خنک کن که به انگلیسی Cooling Tower نامیده می‌شود؛ در واقع یک نوع مبدل حرارتی است. این دستگاه از طریق ایجاد تماس بین آب و هوا موجب خشک شدن آب گرم می‌شود. برای همین جهت دفع گرما در کلیه دستگاه‌ها همچون سیستم‌های تبرید، تهویه مطبوع و در کولینگ تاورها در فرآیند صنعتی استفاده محبوبیت زیادی کسب کرده است. استقبال از این دستگاه پرمصرف موجب شده است تا این روزها بازار فروش برج خنک کننده دست دوم داغ باشد.

این در حالی است که متخصصان توصیه می‌کنند که همواره از خرید نوع دست دوم این وسیله اجتناب کنیم؛ زیرا برج خنک کن، وسیله‌ای عمری است و در صورتی که مدل دست دوم آن خریداری شود و عمر خود را کرده باشد؛ ممکن است که به علت استهلاک و مصرف بالا بهره‌وری چندانی نداشته باشد. برای همین توصیه می‌شود، همواره در انتخاب برج خنک کننده و برند آن دقت لازم صورت گیرد. همچنین مهم است که پیش از خرید آن، کاربری به دقت بررسی شود تا با توجه به هزینه‌ای که صرف می‌شود؛ کالا مطابق با نیاز خریداری شود.

عملکرد برج خنک کن

برج خنک کننده وظیفه خنک کردن از طریق تبادل حرارتی را بر عهده دارد. در این دستگاه آب تبخیر می‌شود، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی دفع می‌شود و سیال سرویس تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می‌آید. در برج خنک کن خشک، کاهش دمای سیال تا دمای نزدیک به دمای حباب خشک هوا امکان‌پذیر است.

انواع برج خنک کننده

تقسیم‌بندی انواع برج خنک کننده با توجه به نوع تماس هوا با آب انجام می‌شود. رایج‌ترین انواع این دستگاه با توجه به مکانیزم‌های جابه‌جایی طبیعی و جابه‌جایی اجباری دسته‌بندی می‌شوند. از نظر سایز دستگاه نیز برخی مدل‌ها بسیار کوچک هستند و برای پشت بام منازل کاربرد دارند. در حالی که برج خنک کن نیروگاه در شکل سازه‌هایی غول‌پیکر در نیروگاه‌ها انجام وظیفه می‌کند و تا دویست متر ارتفاع و صد متر قطر دارد. 

همچنین برج خنک کن هیبریدی به ترکیب همزمان دو دستگاه برج خنک کن مرطوب و مدل خشک در یک دستگاه گفته می‌شود. ویژگی این مدل جلوگیری از اتلاف آب و مصرف برق است. این سیستم بر اساس شکل ظاهری خود نیز شامل مدل باتل و مدل مکعبی می‌شود.

عامل دیگر در دسته‎‌بندی برج خنک کننده جنس بدنه آن است. بر این اساس دستگاه شامل مدل‌های گالوانیزه، فایبرگلاس و بتنی می‌شود. در ادامه انواع مختلف آن را به شما معرفی می‌کنیم.

برج‌های خنک کننده بر اساس جهت حرکت آب و هوا

این مدل برج‌ها بر دو نوع هستند: برج های خنک کن جریان متقاطع، که در آن آب از بالا و پایین و همچنین جریان هوا به صورت متقاطع وارد می‌شود، این سیستم بسیار کم هزینه بوده و هدررفت آب گرم نیز در آن بسیار کم است. همچنین تعمیر و نگهداری آن نیز بسیار ساده است. مدل دیگر این برج‌ها جریان نا هم سو است که آب از بالای برج و هوا در خلاف جهت آن از پایین وارد می‌شود. در این مدل بیشترین تماس بین فازها برقرار شده و بیشترین میزان نیروی محرکه برای انتقال جرم و حرارت وجود دارد.

برج‌های خنک کننده بر اساس روش انتقال حرارت

این سیستم دارای انواع متعددی است. برای مثال در برج خنک کننده خشک، آب نقشی ندارد و سیال توسط مبدل هوا خنک می‌شود. در مدل مدار باز نیز عملیات خنک کردن با تبخیر آب صورت می‌گیرد و همچنین بازده انرژی بسیار بالا خواهد بود. این در حالی است که قیمت برج خنک کن مدار باز نسبت به سایر مدل‌ها هزینه بیشتری می‌برد. برج خنک کن مدار بسته نوع دیگر این دستگاه است که عملکرد آن شبیه مدل باز است؛ اما در این مدل سیال فرآیندی با هوای خنک تماس پیدا نخواهد کرد.

برج خنک کننده بر اساس مکش هوا

در مدل مکش طبیعی با تبخیر، دمای هوا بالا رفته و با افزایش دما، چگالی کم می‌شود و هوا به این طریق به بالا می‌رود. فایده این دستگاه، ایمنی بالا و بازده بالای انرژی آن است؛ اما معمولا به فضای زیادی برای نصب نیاز داشته و همچنین هزینه اولیه آن نیز بالا است. در مدل مکش مکانیکی نیز با شیوه دمیدن اجباری و مکش اجباری عملیات، خنک کردن انجام می‌شود.

خرید برج خنک کننده

هنگام خرید این دستگاه باید به برخی نکات، توجه ویژه داشته باشید. برای مثال در برج خنک کننده فلزی از آنجایی که جنس بدنه عمدتا از فلز است باید حتما توجه شود که فلز با روکش گالوانیزه پوشیده شده باشد تا در برابر رطوبت و خوردگی مقاومت کافی داشته باشد. همچنین در انتخاب ظرفیت مناسب برج حتما باید حداکثر اختلاف دمای آب ورودی و خروجی از دستگاه کمتر از اختلاف دمای آب ورودی و دمای هوای مرطوب در محیط باشد.

همچنین در نظر داشته باشید که همواره، حتی در آب و هوای خشک نیز میزان کاهش دمای آب در این دستگاه بیشتر از هشت درجه سیلسیوس نخواهد بود. بهتر است، رطوبت نسبی هوای محل نصب سیستم نیز زیاد نباشد؛ زیرا هرچقدر رطوبت کمتر باشد، راندمان خنک کنندگی نیز بیشتر خواهد بود. لازم است تا پیش از خرید، حتما تحقیقات لازم درباره برندهای این دستگاه و کارایی مورد نظر صورت گیرد و مشاوره‌های لازم با متخصصان این حوزه انجام شود تا خریدی مطمئن و در عین حال هوشمندانه صورت گیرد.

کاربرد برج خنک کننده

این دستگاه یکی از کاربردی‌ترین وسایلی است که در صنایع مختلف موارد استفاده فراوان دارد. شاید ملموس‌ترین آن برج خنک کن چیلر باشد که در منازل، بانک‌ها، ادارات و هر ساختمانی که سیستم حرارت و برودت مرکزی آن چیلر آبی باشد، کاربرد دارند. در صنایع مختلف نیز از این وسیله استفاده فراوان می‌شود؛ برای مثال در مصرف صنعتی به عنوان منبع سرمایشی در صنایع ذوب فلزات، دمای کوره القایی را کاهش داده و همچنین قطعات تزریق پلاستیک را خنک می‌کند.

از دیگر موارد استفاده این سیستم برای صنایع فولاد، چوب، رنگ و رزین، غذایی و پتروشیمی است که به عنوان واحد مرکزی تولید آب سرد مبدل‎‌های حرارتی نقش مهمی ایفا می‌کند. مهم است که پیش از خرید، حتما آگاهی لازم و دانش کافی در خصوص علوم سیالات را داشته باشیم. برای مثال راندمان چیلر به دمای آب خنک کولینگ تاور بستگی دارد و ضروری است که کلیه اصول طراحی و انتخاب برج خنک کننده قبل از نصب در نظر گرفته شود.

ویژگی‌های برج خنک کن

اولین مزیت این دستگاه، همان‌طور که از نامش پیداست؛ البته که خنک کردن است؛ اما در عین حال از ویژگی‌های مهم برج خنک کن، مصرف کم آن است. در یک برج خنک کننده، میزان آب مصرفی در حد 5% نرخ مصرف آب در سیستم با جریان آب طبیعی است. برای همین در میان سیستم‌هایی که به صورت آبی کار می‌کنند؛ برج خنک کننده کم هزینه‌ترین آن‌ها محسوب می‌شود. همچنین هدر رفت آب گرم شده نیز در این دستگاه بسیار پایین است که موجب می‌شود از اثرات زیست محیطی این وسیله به میزان زیادی کاسته شود.

ویژگی بارز دیگر این دستگاه، آن است که می‌توان آب را تا دمای مرطوب محیط و دو تا سه درجه سانتی‌گراد خنک کرد. برای همین هوای مرطوب با توجه به میزان رطوبت هوا، معمولا بسیار کمتر از دمای خشک محیط است. محاسبه برج خنک کن به معنای به دست آوردن مقدار تن لازم سیستم متناسب با شرایط طراحی است. برای این محاسبه باید دمای آب ورودی به برج، دمای آب خروجی از آن، منطقه جغرافیایی محل نصب دستگاه و مقدار دبی آب در گردش، مد نظر قرار گیرد.

اجزای اصلی برج خنک کن

برج خنک کن دارای اجزای مختلفی است که یکی از مهم‌ترین آن‌ها  شامل حوضچه آب سرد، اسکلت برج خنک کننده، پکینگ‌ها، قطره‌گیر و… می‌شود. همچنین پکینگ یا فیل  را به عنوان قلب برج خنک کن می‌شناسند. این قسمت، سطح اصلی جهت انتقال گرما بین آب داغ و هوا در تولید آب سرد بوده و بر دو نوع پکینگ اسپلش و پکینگ فیلمی است. در پالایشگاه‌ها و در صنایع پتروشیمی موتورهای ضد انفجار در برنامه دستگاه گذاشته می‌شوند.

قطعه دیگر در این سیستم، قطره‌گیر است که نقش حمایت از پکینگ را بر عهده دارد. کارکرد عمده این دستگاه، کاهش هدر رفتن قطرات آب در برج خنک کننده است و معمولا در کنار پکینگ و در جهت جریان هوا نصب می‌شود. یکی دیگر از اجزای بسیار مهم در این سیستم فن‌های برج است. فن برج که معمولا از جنس آلومینیوم و فیبر ساخته شده، موجب کاهش مصرف انرژی می‌شود. در طول تابستان به علت گرمای هوا بر اهمیت فن برج خنک کن افزوده می‌شود.