برج خنک‌کننده (Cooling Tower) یک مبدل حرارتی تخصصی است که در آن هوا و آب برای کاهش دمای آب با یکدیگر در تماس مستقیم قرار می‌گیرند. در این فرآیند، مقدار کمی از آب تبخیر می‌شود و دمای آبی که در برج به گردش در می‌آید، کاهش می‌یابد.

آب، که در یک فرآیند صنعتی یا در کندانسور سیستم تهویه مطبوع گرم شده است، از طریق لوله‌ها به برج خنک‌کننده پمپاژ می‌شود. این آب از طریق نازل‌ها بر روی بسترهایی به نام “فیل” پاشیده می‌شود. این بسترها جریان آب را در برج خنک‌کننده کند می‌کنند و سطح تماس آب با هوا را به حداکثر می‌رسانند. هنگامی که آب از برج عبور می‌کند، در معرض هوا قرار می‌گیرد که توسط فن‌های موتور الکتریکی از داخل برج کشیده می‌شود.

هنگامی که آب و هوا با یکدیگر برخورد می‌کنند، مقدار کمی از آب تبخیر شده و عمل خنک‌کنندگی انجام می‌شود. آب خنک‌شده سپس به کندانسور یا تجهیزات فرآیندی بازگردانده می‌شود تا گرما را جذب کند. سپس دوباره برای خنک‌سازی به برج برمی‌گردد. اصول عملکرد برج‌های خنک‌کننده یک سطح دانش پایه‌ای درباره برج‌های خنک‌کننده را ارائه می‌دهد و منبع خوبی برای کسانی است که می‌خواهند اطلاعات بیشتری در این زمینه کسب کنند.

هدف برج خنک‌کننده چیست؟

برج خنک‌کننده آب برای خنک‌سازی آب استفاده می‌شود و به‌عنوان یک مبدل حرارتی بزرگ عمل می‌کند. این برج حرارت ساختمان را به جو منتقل کرده و آب خنک‌شده را به چیلر باز می‌گرداند. برج خنک‌کننده آب گرم را از چیلر دریافت می‌کند.

این آب گرم به دلیل دریافت حرارت در کندانسور چیلر، “آب کندانسور” نامیده می‌شود. معمولاً چیلر در سطحی پایین‌تر، مانند زیرزمین قرار دارد. وظیفه برج خنک‌کننده کاهش دمای آب است تا آب بتواند مجدداً به چیلر بازگردد و حرارت بیشتری جذب کند.

برج خنک‌کننده چگونه کار می‌کند؟

تجهیزات تهویه مطبوع و فرآیندهای صنعتی ممکن است حجم زیادی از آب گرم تولید کنند که نیاز به خنک‌سازی دارد. در اینجا، برج خنک‌کننده صنعتی وارد عمل می‌شود. آب داغ از طریق برج خنک‌کننده جریان می‌یابد، جایی که بازچرخانی شده و در معرض هوای خنک و خشک قرار می‌گیرد. حرارت از طریق تبخیر از آب بازچرخانی‌شده در برج خنک‌کننده دفع می‌شود.

این فرآیند “خنک‌سازی تبخیری” نام دارد. آب سردتر سپس به تجهیزات تهویه مطبوع یا فرآیند صنعتی بازمی‌گردد تا آن تجهیزات را خنک کند، و این چرخه خنک‌سازی بارها تکرار می‌شود. هنگامی که آب گرم کندانسور وارد برج خنک‌کننده می‌شود، از طریق نازل‌هایی عبور کرده و به شکل قطرات کوچک بر روی بخش‌های پرشده پخش می‌شود که سطح تماس آب را افزایش داده و با تبخیر بیشتر، اتلاف حرارت بهتری را امکان‌پذیر می‌کند.

هدف فن در بالای کولینگ تاور این است که هوا را از پایین برج وارد کرده و آن را به سمت بالا و در جهت مخالف آب گرم کندانسور در بالای واحد، حرکت دهد. هوا با تبخیر آب از برج خنک‌کننده، حرارت را به جو منتقل می‌کند.

کاربردهای کولینگ تاور

برج‌های خنک‌ کن کوچک برای استفاده‌های خانگی مناسب هستند زیرا تنها چند لیتر آب را مدیریت می‌کنند، در حالی که برج‌های خنک‌کننده بزرگ‌تر می‌توانند حجم‌های بیشتری از آب را پردازش کنند و برای استفاده‌های صنعتی مناسب‌اند. برج خنک‌کننده یک سیستم انتقال حرارت است که به حذف حرارت زائد از مایعات سیستم‌های فرآیند مبتنی بر آب کمک می‌کند.

عملکرد اصلی کولینگ تاورها جلوگیری از افزایش دمای آب خنک‌ کننده در حال جریان است. در زیر به برخی از کاربردهای برج های خنک‌ کننده اشاره می‌شود:

• کمپرسورهای هوای دارای سیستم خنک‌کننده آب
• ماشین‌های قالب‌گیری دمشی و قالب‌گیری فشاری
• ماشین‌آلات ریخته‌گری
• کارخانه‌های انجماد عمیق و آنودایزینگ
• کارخانه‌های تولید برق
• ماشین‌آلات VAM و سیستم‌های تهویه مطبوع مایع
• ماشین‌آلات پردازش گاز طبیعی
• ایستگاه‌های تولید برق
• تأسیسات نفت و گاز
• کارخانه‌های نیمه‌هادی
• تأسیسات هیدروکربنی
• کاربردهای بویلر
• کاربردهای چیلر
• کاربردهای ریخته‌گری
• کاربردهای کوره
• گالوانیزه غوطه‌وری
• پرس هیدرولیک

انواع برج خنک کننده

سیستم‌های برج خنک‌کننده اغلب برای فرآیندهای صنعتی بسیار حیاتی هستند. این سازه‌های استوانه‌ای بلند با دهانه باز مسئول خنک کردن آب تولید شده از جریان هوای صنعتی یا سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) هستند. انواع مختلف برج‌های خنک‌کننده بر اساس نوع جریان هوا (طبیعی یا مکانیکی) و جهت جریان هوا (مقابل یا عرضی) طبقه‌بندی می‌شوند.

1. سیستم‌های برج خنک‌کننده با جریان طبیعی عموماً در نیروگاه‌های بزرگ و صنایع با جریان آب خنک‌کننده نامحدود استفاده می‌شوند. این برج‌ها از طریق خروج هوای گرم که به سمت بالا می‌رود و سپس به جو آزاد می‌شود، گرمای زائد را دفع می‌کنند. این برج‌ها بلند هستند و دارای شکل هیپربولیک بوده که باعث ایجاد جریان هوای مناسب می‌شود.
2. سیستم‌های کولینگ تاور با جریان مکانیکی این برج‌ها با استفاده از یک فن که هوا را از درون برج به گردش درمی‌آورد، عمل می‌کنند. فن‌های معمول مورد استفاده در این برج‌ها شامل فن‌های پروانه‌ای و گریز از مرکز هستند. هرچند برج‌های مکانیکی از برج‌های طبیعی کارآمدتر هستند، اما به دلیل مصرف بیشتر انرژی، هزینه‌های عملیاتی بالاتری دارند.
3. سیستم‌های برج خنک‌کننده با جریان عرضی این برج‌ها دارای طراحی‌ای هستند که هوا را به صورت افقی از میان بخش‌های برج به داخل یک منطقه باز هدایت می‌کند. آب گرم از مخازن توزیع به پایین جریان می‌یابد. با این حال، برای جلوگیری از رطوبت‌زایی بیش از حد، فن‌ها و موتور نیاز به حفاظت در برابر شرایط جوی دارند، که می‌تواند منجر به یخ‌زدگی و کاهش کارایی شود.
4. سیستم‌های برج خنک‌ کن با جریان مقابل این سیستم‌ها دارای طراحی‌ای هستند که در آن هوا به سمت بالا و جریان آب گرم به سمت پایین حرکت می‌کند. این ساختار حداکثر عملکرد را از هر منطقه کاری به دست می‌دهد و نیاز به هد پمپ را به حداقل می‌رساند. همچنین، سیستم برج خنک‌کننده با جریان مقابل در شرایط هوای سرد کمتر احتمال یخ‌زدگی دارد و در بلندمدت به صرفه‌جویی در انرژی کمک می‌کند. تمام برج‌های خنک‌کننده Delta با جریان مقابل طراحی شده‌اند و این مزایا را شامل می‌شوند.
5. سیستم‌های برج خنک‌کننده با جریان القایی معمولاً دارای فن در بالای برج هستند که هوا را به بیرون هدایت کرده و از طریق کل ساختار برج، هوا را به گردش درمی‌آورد. سرعت بالای خروج هوا احتمال گردش مجدد هوا را کاهش می‌دهد. برای جلوگیری از گیر افتادن قطرات آب در جریان هوای خروجی، از جداسازهای قطرات استفاده می‌شود. برج‌های با جریان القایی به دلیل مصرف ۳۰ تا ۷۵ درصد کمتر انرژی نسبت به طراحی‌های با جریان اجباری، کارآمدتر هستند.
6. سیستم‌های برج خنک‌کننده با جریان اجباری این سیستم مشابه جریان القایی است، اما تفاوت اصلی آن این است که فن انتقال هوا در پایه برج قرار دارد و هوا از پایین به برج وارد می‌شود. استفاده از این سیستم به دلیل چالش‌های توزیع آب، نیاز به فن‌های با توان بالا و احتمال گردش مجدد محدود است.

بهترین متریال برای ساخت کولینگ تاور چیست؟

سیستم‌های خنک‌کننده آبی عمدتاً از سه نوع ماده ساخته می‌شوند: فلز، فایبرگلاس و پلاستیک. همان‌طور که می‌دانید، فلز می‌تواند زنگ بزند و دچار خوردگی شود، که این مسئله ممکن است با گذشت زمان منجر به نشتی درون آن شود.

به طور معمول، برج خنک‌کننده فلزی عمر مفید متوسطی تا حداکثر ۱۵ سال دارد و نیازمند نگهداری با استفاده از رنگ‌های اپوکسی، مواد درزگیر و موارد دیگر است. این نوع نگهداری می‌تواند منجر به وقفه در عملکرد کسب‌وکار شما شود. به همین دلیل، فلز اکنون با فناوری‌های پیشرفته‌تر جایگزین می‌شود. هرچند برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس نسبت به فلز گزینه بهتری هستند، اما همچنان در معرض ترک و فرسایش قرار دارند که می‌تواند منجر به افزایش هزینه‌های نگهداری در طولانی‌مدت شود.

اجزای برج های خنک‌ کن و عملکردهای آن‌ها

برای داشتن یک دید کلی، نگاهی به دیاگرام اجزای برج خنک‌کننده زیر بیندازید. شما می‌توانید محل اجزای برج خنک‌کننده و نحوه اتصال آن‌ها را مشاهده کنید.

در ادامه جزئیات اجزای برج خنک‌کننده شامل نام اجزا و عملکرد آن‌ها آمده است.

جلو پنجره‌های برج خنک‌ کننده

جلوپنجره ورودی هوا، بخشی از برج خنک‌کننده است که به عنوان مانع برای پاشش آب، سر و صدا و زباله‌ها عمل می‌کند. آن‌ها همچنین از نفوذ نور خورشید به داخل برج خنک‌کننده جلوگیری می‌کنند. این جلوپنجره‌ها می‌توانند جریان هوای برج خنک‌کننده را افزایش داده و در عین حال ظاهر دستگاه را بهبود ببخشند. در صورت عدم نگهداری مناسب، برج خنک‌کننده به درستی کار نخواهد کرد.

اگر نیاز به تعویض جلوپنجره داشته باشید، ما جلوپنجره‌های مختلفی را ارائه می‌دهیم که می‌توانند با هر برند و نوعی از برج‌های خنک‌کننده سازگار باشند. ما نیازهای شما را بر اساس مشخصات برج خنک‌کننده‌تان تأمین خواهیم کرد و آن‌ها را به درستی نصب خواهیم کرد.

مواد پرکننده برج خنک‌کننده

یکی از اجزای مهم برج های خنک کن ، مواد پر کننده (Cooling Tower Filling) است. این قسمت به عنوان دک‌های مرطوب یا سطح نیز شناخته می‌شود. عملکرد اصلی این قسمت در برج‌های خنک‌کننده، تسریع سطح تماس بین هوا و آب به بهترین شکل ممکن برای طولانی‌ترین زمان است.

پکینگ برج خنک کن همچنین باعث تولید لایه‌های نازک آب می‌شوند که می‌توانند سطح تماس آب را افزایش دهند. این موضوع می‌تواند منجر به نرخ‌های تبخیر بالاتر شود. به صورت کلی دو نوع پکینگ برای کولینگ تاور ها مرسوم است که شامل پرکننده‌های پاششی و فیلمی می‌شوند. این فیلینگ ها کارآمد، UV محافظت شده و بادوام هستند و همچنین نصب آن‌ها آسان است.

فن برج خنک کن

انواع برج‌های خنک‌کننده مانند جریان معکوس، جریان متقاطع و مکش مکانیکی دارای فن هستند. عملکرد اصلی این فن‌ها، دمیدن و وادار کردن هوا به داخل برج خنک‌کننده است.

بیشتر فن‌های برج خنک‌کننده صدای بلندی دارند. با این حال، فن‌هایی که صدای کمتری دارند نیز موجود هستند. همچنین می‌توانید فن‌هایی را پیدا کنید که بادوام بوده و بتوانند پیچیدگی‌های استفاده از دستگاه را تحمل کنند.

حذف‌کننده‌های پاشش برج خنک‌کننده

جزء اساسی دیگر در برج خنک‌کننده، حذف‌کننده‌های پاشش هستند. این قسمت، قطرات بزرگ آب را از جریان هوای برج خنک‌کننده جذب می‌کند. این قطرات آب حاوی مواد شیمیایی و معدنی هستند که بر محیط زیست تأثیر می‌گذارند.

در عین حال، حذف‌کننده‌های پاشش مانع خروج قطرات آب از برج خنک‌کننده می‌شوند. این اجزا جهت قطرات آب را تغییر می‌دهند که بر دیواره‌های تیغه تأثیر می‌گذارد و به آب خنک‌کننده باز می‌گردند.

یک حذف‌کننده پاشش کارآمد، از دست رفتن غیرقابل‌قبول آب مایع را به کمتر از 001/0 درصد از نرخ جریان آب بازیافتی کاهش می‌دهد.

جعبه دنده

جعبه دنده‌های برج خنک‌ کننده برای فن‌های بزرگ و موتورها لازم هستند. این جعبه‌ها به عنوان کاهنده عمل می‌کنند و سرعت چرخش را از موتور به فن برج خنک‌کننده کاهش می‌دهند.

جعبه دنده‌ها همچنین به عنوان یک مبدل گشتاور عمل کرده و اندازه موتور را حفظ می‌کنند. آن‌ها همچنین سیستم مکانیکی را به صرفه‌تر می‌کنند. بدون این جعبه دنده‌ها، موتور بزرگ و سنگین باید گشتاور مورد نیاز توسط فن را تأمین کند که بسیار پرهزینه خواهد بود.

شیر شناور

شیرهای شناوری برج خنک‌ کن برای حفظ سطح آب مناسب درون برج خنک‌کننده لازم هستند. آن‌ها سطح آب را تنظیم و کنترل می‌کنند که می‌تواند به طول عمر برج خنک‌کننده کمک کند. این شیرهای شناور نیز نیاز به نگهداری کمی دارند. معمولاً کیت کامل شیرهای شناوری شامل بازوی شناور، شیر و شناور است.

نصب تنظیم شیر شناور نیاز به آزمون و خطا دارد، که نیاز به تنظیماتی دارد تا آب تازه با برج متوازن شود. به یاد داشته باشید که در هنگام خاموش شدن پمپ، نباید آب اضافی در سرریز هدر رود.

نازل‌ها

نازل‌های کولینگ تاور برای حفظ سطح آب مناسب درون برج خنک‌کننده لازم هستند. آن‌ها سطح آب را تنظیم و کنترل می‌کنند که می‌تواند به طول عمر برج خنک‌کننده کمک کند. این نازل‌ها نیز نیاز به نگهداری کمی دارند. معمولاً کیت کامل نازل‌ها شامل بازوی شناور، شیر و شناور است.

نصب تنظیم نازل‌ها نیز نیاز به آزمون و خطا دارد و نیاز به تنظیماتی دارد تا آب تازه با برج متوازن شود. به یاد داشته باشید که در هنگام خاموش شدن پمپ، نباید آب اضافی در سرریز هدر رود.

حوضچه برج خنک‌کننده

حوضچه برج خنک‌کننده ممکن است از انواع مختلفی از جمله حوضچه جمع‌آوری و حوضچه توزیع تشکیل شده باشد. حوضچه جمع‌آوری در زیر یا در پایین برج خنک‌کننده قرار دارد. هدف آن جمع‌آوری آب و هدایت آن به چاه یا خط مکش پمپ است.

در عین حال، حوضچه توزیع، یک حوضچه سطحی کم‌عمق است. این حوضچه آب گرم را از طریق سوراخ‌هایی در کف حوضچه به برج توزیع می‌کند. همچنین حوضچه آب سرد وجود دارد که می‌تواند آب راکد را از بین ببرد و رشد هر گونه باکتری را کاهش دهد. فیلتر مکش آن به راحتی قابل جداسازی است و این حوضچه نیاز به نگهداری کمی دارد.

لوله‌کشی

عملکرد اصلی لوله‌کشی برج خنک‌کننده توزیع آب در برج است. ابعاد و مسیر لوله‌کشی آب بین منبع گرما و محل برج بستگی به نوع برج، چیدمان سایت و توپوگرافی دارد. چیدمان معمول لوله‌کشی تأمین این است که خط تأمین در کنار طول بلند برج قرار دارد.

در عین حال، لوله‌های عمودی نیز برای اتصال به خط تأمین و اتصال ورودی در ارتفاع سیستم توزیع برج فراهم شده‌اند.

موتور برج خنک‌ کن

موتور برای راه‌اندازی فن‌ها در نوعی از کولینگ تاورها مانند برج خنک‌کننده مکش مکانیکی طراحی شده است. این موتورها باید کارآمد و بادوام باشند تا در برابر شرایط نامساعد درون برج مقاومت کنند.

دو نوع موتور برج خنک‌کننده وجود دارد: موتورهای باز و موتورهای کاملاً بسته. موتور باز، هوا را از محیط بیرون به داخل محفظه می‌کشد تا خنک شود. در عین حال، موتور کاملاً بسته مانع عبور هوای بیرونی از محفظه می‌شود.