تهران، خیابان خالد اسلامبولی (وزرا)، خیابان 15، پلاک 8
021-71058733
برج خنک کننده نوعی مبدل حرارتی است که در آن هوا و آب در تماس مستقیم با یکدیگر قرار میگیرند. با توجه به افزایش جمعیت و پیشرفت صنایع برای تولید محصولات مورد نیاز بشر، بالتبع گرمای بیشتری نیز تولید میشود. این گرما میتواند موجب کاهش کارایی، افزایش هزینهها، آلودگی محیط زیست و خطرات ایمنی شود. برای جلوگیری از این مشکلات، لازم است که گرما را از سیستمها و دستگاهها دفع کرد. یکی از روشهای موثر برای دفع گرما، استفاده از برج خنک کننده است.
برجهای خنک کن یا کولینگ تاورها (Cooling Tower) تجهیزاتی حیاتی در صنایع مختلف هستند. این دستگاهها با انتقال حرارت آب گرم به هوا در فرایند خنک کردن آب، مورد استفاده قرار میگیرند. عملکرد آنها مشابه به رادیاتورهای خودرو است؛ با این تفاوت که انتقال حرارت در آنها از طریق تماس مستقیم آب و هوا صورت میگیرد. استفاده از این تجهیزات برای حفظ عملکرد و کارایی سایر دس
تگاهها ضروری است.
برج خنک کن از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر یک نقش مهمی در عملکرد آن دارند. فن یا دمنده یک قطعه الکترومکانیکی است که برای ایجاد جریان هوا در برج خنک کننده استفاده میشود. این قطعه در بالا، پایین یا کنار برج نصب میشود. آنها میتوانند جریان هوا را به صورت افقی، عمودی یا متقاطع وارد برج کنند. فنها از نظر قدرت، شکل و جنس متفاوت هستند. همچنین باید از کارایی بالا، صدای کم و مقاومت بالا برخوردار باشند. سایر اجزای کولینگ تاور عبارتند از:
تولید کولینگ تاور یک فرایند حساس و مهم است که بر اساس استانداردها و عوامل مختلفی صورت میگیرد. برای طراحی برج خنک کننده باید استانداردهای ملی و بین المللی مربوط به این دستگاه را رعایت کرد. این استانداردها شامل مواردی مانند ابعاد، مواد، قطعات، کارایی و ایمنی هستند. رعایت این استانداردها به عملکرد و کارایی دستگاه کمک میکند. پارامترهای مهم در طراحی کولینگ تاور عبارتند از:
این تجهیزات با استفاده از تبخیر آب و جذب گرمای نهان، گرمای اضافی را از آب حذف میکنند. این دستگاهها یک راه حل اقتصادی برای کاهش انرژی آب هستند. عملکرد آنها به این صورت است که آب گرم وارد برج خنک کن میشود. معمولاً این آب حاوی مقداری آلاینده و مواد شیمیایی است. آب گرم از طریق نازل به قطرات کوچک تبدیل شده و بر روی سطوح خنک کننده یا پکینگهای برج پخش میشود.
هوای خنک و خشک از فضای اطراف و توسط فن به داخل برج خنک کن وارد میشود. این هوا با قطرات آب گرم تماس پیدا کرده و گرمای آن را به خود جذب میکند. در نتیجه آب سرد شده و هوا گرم و مرطوب میشود. بخشی از آب نیز به دلیل تبخیر، به فاز بخار تبدیل شده و با هوا مخلوط میشود. در نهایت هوای گرم و مرطوب از بالای برج خنک کن خارج میشود.
برج خنک کننده یکی از تجهیزات مهم و پرکاربرد در صنایع مختلف است. این دستگاه با استفاده از تبخیر آب، گرمای اضافی را از سیستمهای حرارتی خارج میکند. بنابراین دمای آب و سایر سیالات کاهش یافته و به سطح مطلوب میرسد. با کمک این تجهیزات بازده و کارایی سایر سیستمها افزایش مییابد و مصرف انرژی و هزینهها کمتر میشود. در ادامه به مهمترین مزایای کولینگ تاور اشاره میکنیم:
در صنایع گوناگون بسیاری از ماشین آلات و دستگاهها در حین فعالیت، حرارت زیادی از خود تولید میکنند. این حرارت میتواند دمای قطعات و بدنه ماشین آلات و دستگاهها را بالا ببرد. اگر این دما کنترل نشود، ممکن است عملکرد و کارایی ماشین آلات و دستگاهها را تحت تأثیر قرار دهد. همچنین در برخی موارد موجب آسیب و صدمه به دستگاه میشود. بنابراین در بسیاری از کارخانجات و مراکز صنعتی، کنترل و تنظیم دمای تجهیزات بسیار مهم است.
یکی از راههای رایج و موثر برای کاهش دمای تجهیزات صنعتی، استفاده از آب سرد است. در این روش، آب سرد از طریق لولهها به اطراف تجهیزات هدایت میشود و حرارت آنها را جذب میکند. اما مشکل اینجاست که آب نیز پس از مدتی گرم میشود و دیگر نمیتواند حرارت را جذب کند. در نتیجه باید راهی برای خنک کردن آب پیدا کرد. با کمک دستگاهی به نام کولینگ تاور، حرارت آب کاهش مییابد و مجدد برای خنک کاری تجهیزات به کار میرود. این دستگاه در صنایع مختلف کاربرد دارد که شامل موارد زیر میشود:
برج خنک کننده یک دستگاه صنعتی است. این دستگاه با استفاده از تبادل حرارتی بین آب و هوا، حرارت اضافی را از سیستمهای حرارتی دفع میکند. کولینگ تاور بر اساس معیارهای مختلفی دسته بندی میشود. یکی از این معیارها، نوع متریال است. متریال به کار رفته در ساخت بدنه دستگاه متفاوت است. رایجترین مواد اولیه شامل فایبرگلاس، بتن و فلز میشود.
این نوع برج خنک کننده از جنس فایبرگلاس تولید میشود. فایبرگلاس یک ماده کامپوزیتی است که از ترکیب الیاف شیشهای و رزین پلیمری تشکیل شده است. این ماده دارای ویژگیهایی مانند سبکی، مقاومت بالا، ضد زنگ و خوردگی است. معمولاً برج خنک کننده فایبرگلاس از نوع جریان متقاطع و مکش مکانیکی است. این دستگاه در صنایعی که نیاز به آب خنک با کیفیت بالا و دمای پایین دارند، مورد استفاده قرار میگیرد. کولینگ تاور فایبرگلاس هزینه ساخت و نگهداری پایین، عمر طولانی و ظاهر زیبایی دارد.
این نوع برج خنک کننده از جنس فلزاتی مانند فولاد، آلومینیوم و مس طراحی میشود. این تجهیزات دارای مقاومت بالا و استحکام بالا در برابر حرارت هستند. در صنایعی که نیاز به آب خنک با دمای متوسط و کیفیت متوسط دارند، از این نوع تجهیزات استفاده میکنند. کولینگ تاور فلزی هزینه ساخت و نصب بالا داشته و نیاز به رنگ آمیزی و عایقهایی همچون عایق الاستومری دارد.
همانطور که از نام این برج مشخص است، از بتن تولید میشود. بتن مادهای ساختمانی است که از ترکیب سیمان، شن، ماسه، آب و مواد افزودنی تشکیل شده است. این متریال از ویژگیهایی مانند مقاومت بالا، استحکام بالا و توانایی تحمل بارهای سنگین برخوردار است. در صنایعی که نیاز به آب خنک با دمای بالا و کیفیت پایین دارند، مورد استفاده قرار میگیرد. برج خنک کننده بتنی هزینه ساخت و نصب بسیار بالا، نیاز به فضای بزرگ و نیاز به تعمیرات مداوم دارد.
کولینگ تاورها در شکل و مدلهای مختلف موجود هستند. دلیل اصلی تنوع این تجهیزات، نیازها و شرایط مختلف صنایع است. هر صنعت بر اساس میزان حرارت، مقدار مصرف و کیفیت آب باید کولینگ تاور مورد نیاز خود را انتخاب کند. بنابراین این تجهیزات باید بتوانند به نیازها و شرایط صنایع مختلف پاسخ دهند. به همین علت این تجهیزات در مدلها و انواع مختلفی تولید میشوند.
در این نوع برج خنک کننده، آب گرم روی پکینگ پاشیده میشود و با هوای خشک تماس پیدا میکند. این تماس باعث تبخیر بخشی از آب و کاهش دمای آن میشود. در برج خنک کننده مدار باز آب به صورت مستقیم با هوا برخورد میکند. کولینگ تاور مرطوب میتواند دارای جریان هوای متقاطع یا ناهم جهت باشد. همچنین میتواند دارای مکش هوای طبیعی یا اجباری باشد.
در کولینگ تاور مدار بسته، آب گرم در یک مبدل حرارتی که هوا از روی آن عبور میکند، جریان دارد. در این نوع برج خنک کن انتقال حرارت به صورت غیر مستقیم است. معمولاً برج خنک کننده خشک دارای جریان هوای اجباری است. در این نوع کولینگ تاورها، تبخیر آب وجود ندارد؛ زیرا تبادل انرژی به صورت غیر مستقیم است.
در این نوع برج خنک کننده، دو روش مرطوب و خشک با هم ترکیب میشوند. برج خنک کننده هیبریدی دارای دو مدار مجزا است. مدار باز که با پاشش آب گرم روی پکینگ، سیال را خنک میکند. مدار بسته که با عبور هوای خشک از روی کویل، سیال را خنک میکند. کولینگ تاور هیبریدی میتواند دارای جریان هوای متقاطع یا ناهمسو باشد. همچنین دارای مکش هوای طبیعی یا اجباری است.
جهت جریان هوا یکی از عوامل حیاتی در طراحی و عملکرد کولینگ تاور است. این عامل تاثیر مهمی بر روی بازده، هزینه، ابعاد و نویز برج خنک کن دارد. این فاکتور بر راندمان و بازدهی کولینگ تاور تأثیر فوق العادهای دارد. طراحی مناسب این تجهیزات از نظر جهت جریان هوا باعث بهبود تبادل حرارت و افزایش بازدهی آنها میشود. کولینگ تاورها بر اساس نوع مکش هوا در انواع مختلفی موجود هستند که در ادامه به آنها اشاره میکنیم:
در برج خنک کننده جریان طبیعی یا اتمسفری، قطعات مکانیکی همچون فن یا پروانه وجود ندارد. این نوع سیستمها از مکانیسم همرفت طبیعی هوا برای خنک کردن آب استفاده میکنند. در این نوع برج، آب گرم از بالا به پایین اسپری میشود و هوا از پایین به بالا جریان مییابد. این دو جریان در جهات مخالف هم حرکت میکنند و باعث انتقال حرارت از آب به هوا میشوند. معمولاً این نوع تجهیزات ساختار بزرگ و بلندی دارند. به همین علت در این کولینگ تاورها فشار هوا در پایین برج کمتر از فشار هوا در بالای برج است.
کولینگ تاور جریان مکانیکی
در این کولینگ تاورها از یک یا چند فن برای ایجاد جریان هوا در درون برج استفاده میشود. عملکرد برج خنک کننده جریان مکانیکی بهتر از نوع قبلی است. شرایط محیطی و وزش باد در عملکرد این تجهیزات اختلالی ایجاد نمیکند. این تجهیزات به دو نوع القایی و اجباری تقسیم میشوند. در نوع مکشی فن در بالای برج قرار دارد و هوا را به سمت بالا مکش میکند. در نوع فشاری یا دمشی، فن در پایین برج قرار دارد و هوا به داخل برج دمیده میشود.
کولینگ تاور جریان مرکب از ترکیب جریان طبیعی و مکانیکی برای خنک کردن آب استفاده میکند. شکل ظاهر این نوع کولینگ تاورها مشابه مدل جریان طبیعی است؛ اما ارتفاع این تجهیزات کمتر است. همچین دارای یک یا چند فن هستند. معمولاً این فنها از نوع محوری هستند و با سرعت کمتری نسبت به سایر فنها به دوران در میآیند. در این نوع از کولینگ تاور آب گرم از بالا به پایین اسپری میشود. در مقابل هوا به صورت معکوس، یعنی از پایین به بالا جریان دارد. برای مقایسه بیشتر انواع برج خنک کننده جریان طبیعی و جریان مکانیکی به مقاله مربوطه مراجعه کنید.
یکی از پارامترهای مهم در عملکرد برج خنک کننده، جهت جریان آب و هوا درون برج است. اگر جریان آب یا هوا ناهماهنگ باشد، منجر به افزایش هزینه، مصرف انرژی و کاهش راندمان دستگاه میشود. به منظور بهبود عملکرد برج خنک کن، لازم است که جهت جریان آب و هوا به دقت مورد بررسی قرار گیرد. استفاده از سیستمهای کنترل و نظارت مناسب بر جریان آب و هوا، به بهبود عملکرد و کارایی آنها کمک میکند.
در برج خنک کن جریان متقاطع، جریان آب و هوا در جهات عمود بر هم حرکت میکنند. این برج خنک کن میتواند در شرایط آب و هوایی مختلف کار کند. این تجهیزات در برابر خوردگی و رطوبت مقاوم هستند. به همین علت در مناطقی با رطوبت بالا نیز مورد استفاده قرار میگیرند. این برج خنک کن همچنین از ظرفیت خنک کاری بالایی برخوردار است. در نتیجه برای صنایعی که نیاز به خنک کردن آب گرم با دبی زیاد دارند، مناسب هستند.
کولینگ تاور جریان ناهمسو یکی از انواع برجهای خنک کننده است. در این سیستم آب از بالای برج به پایین سرازیر میشود و هوای گرم از پایین به بالا جریان مییابد. این ناهمسو بودن جریانها باعث میشود که انتقال جرم و حرارت بین آب و هوا بهینه شود. در نتیجه بازدهی دستگاه افزایش یابد. معمولاً در این تجهیزات از پکینگهای فیلمی یا ریزشی استفاده میشود.
با این نوع پرکنها سطح تماس بین آب و هوا بیشتر میشود. این تجهیزات برای مناطقی که دما و رطوبت هوا پایین است، بسیار مناسب هستند؛ زیرا در این شرایط اختلاف دمای آب و هوا بیشتر است. در نهایت اشباع شدن هوا کمتر رخ میدهد. اما در مناطقی که دما و رطوبت هوا بالا است، این برجها از کارایی کمتری برخوردار هستند.
برجهای خنک کننده به عنوان یکی از عناصر بسیار اساسی و حیاتی در صنایع مختلف شناخته میشوند. این تجهیزات علاوه بر نوع متریال و عملکرد، از نظر شکل ظاهری نیز متفاوت هستند. در مورد شکل ظاهری کولینگ تاورها، تنوع بسیار زیادی مشاهده میشود. این عامل همانند سایر فاکتورها در راندمان و بازدهی این تجهیزات موثر است. در ادامه به شکل ظاهری کولینگ تاورها اشاره میکنیم:
برج خنک کننده مکعبی یکی از تجهیزات محبوب در صنایع است. این تجهیزات به شکل مکعبی و عمودی طراحی شدهاند. این سیستمها از مواد مقاومی مانند فایبرگلاس، فلز و بتن تولید میشوند. این نوع کولینگ تاور از ساختار سادهای برخوردار است. این مدل برج خنک کن فضای کمی را اشغال میکند؛ به همین علت در اکثر صنایع مورد استفاده قرار میگیرد.
این نوع برجها شکل هندسی مخروطی یا استوانهای دارند. به طور معمول آنها از جنس فایبرگلاس یا فلز تولید میشوند. این تجهیزات فقط از نوع جریان مخالف هستند و فن در قسمت بالای دستگاه نصب شده است. این دستگاهها دارای بیشترین تماس آب و هوا، بیشترین بازده و کمترین پرتاب آب هستند. این برجها برای پالایشگاههای نفتی و گازی، پتروشیمی و نیروگاهها مناسب هستند.
سیستمهای تهویه مطبوع همچون فن کویل و چیلر در تابستان برای سرد نمودن ساختمانها کاربرد زیادی دارند. هنگام فعالیت و جذب گرمای محیط، دمای این دستگاهها افزایش مییابد. در نتیجه برای حفظ کارایی و راندمان آنها، خرید و نصب برج خنک کن بسیار مهم است. این تجهیزات همچون یونیت هیتر، فن کویل و ازن ژنراتور در دو مدل صنعتی و خانگی موجود هستند. از نظر اصول فنی و مهندسی، عملکرد هر دو مدل بر اساس انتقال حرارت از آب به هوا است؛ اما از نظر مشخصات فنی همچون ظرفیت، اندازه، شکل و جنس با یکدیگر تفاوت دارند.
توان و ظرفیت کولینگ تاور دو مفهوم مهم در ارزیابی عملکرد و طراحی برج خنک کن هستند. توان برج خنک کننده نشان دهنده میزان حرارتی است که دستگاه میتواند از سیال مورد نظر به هوا منتقل کند. این فاکتور با واحد تن تبرید (Ton of Refrigeration)، کیلو وات یا بی تی یو بر ساعت (Btu/hr) اندازه گیری میشود. ظرفیت برج خنک کننده به معنای قدرت یا توانایی دفع گرما توسط کولینگ تاور است. معمولاً این پارامتر با واحد تن تبرید اندازه گیری میشود. محاسبه توان و ظرفیت کولینگ تاور به عوامل مختلفی بستگی دارد که عبارت است از:
استفاده از برج خنک کننده در صنایع، مزایای فراوانی از جمله افزایش کارایی و ماندگاری تجهیزات صنعتی دارد. هر چند برجهای خنک کننده مزایای فراوانی دارند، اما با گذشت زمان و استفاده مداوم ،برای آنها مشکلاتی پیش میآید. برای پیشگیری از رخ دادن مشکلات و حفظ عملکرد بهینه کولینگ تاور، نگهداری و بررسی دورهای آنها بسیار اهمیت دارد. جهت نگهداری و افزایش راندمان کولینگ تاور باید به نکات زیر توجه کرد:
در دنیای امروزی اکثر صنایع و کارخانجات به برج خنککننده نیاز دارند. برای خرید برج خنک کننده مناسب باید به چند نکته توجه کنید. این تجهیزات بر اساس جهت حرکت هوا و آب، نوع مکش هوا و روش انتقال حرارت دستهبندی میشوند. اولین گام مهم در خرید کولینگ تاور، انتخاب نوع و مدل دستگاه است. برای انتخاب صحیح مدل برج خنککننده لازم است دما و کیفیت سیال مورد نظر را بررسی کنید. سایر عوامل عبارتند از:
قیمت برج خنک کننده بر اساس عوامل مختلفی از جمله اندازه و کارایی متغیر است. تنوع در مدل کولینگ تاور نیز تاثیر مهمی بر تفاوت قیمت آنها دارد. همچنین با تغییرات در بازار و نیازهای مشتریان، قیمت کولینگ تاور تغییر پیدا میکند. در تعیین قیمت نهایی این تجهیزات نوع متریال، کیفیت و رعایت استانداردهای ملی و بین المللی نیز مهم است. عوامل مختلفی همچون نوع قطعات، تعداد فن و نازل نیز در تعیین قیمت آنها موثر هستند.