برج خنک کننده یا cooling tower دستگاهی کاربردی است که از آن در سازمان ها، کارخانجات، پالایشگاه ها، آپارتمان ها و ساختمانهای بزرگ برای دفع گرما و ایجاد سرما استفاده می کنند. برج خنک کن نوعی مبدل حرارتی می باشد که با برقراری تماس بین آب و هوا باعث خنک شدن آب گرم می گردد. به همین سبب، به صورت متداول برای دفع گرما از سیستم های تبرید، تهویه مطبوع و فرآیند صنعتی از کولینگ تاورها استفاده می گردد.
نرخ مصرف آب (تبخیر و پرت آب) در یک برج خنک کننده تنها در حدود 5% نرخ مصرف آب در یک سیستم با جریان آب طبیعی می باشد. به این صورت، برج های خنک کننده کم هزینه ترین سیستم هایی هستند که به صورت آبی کار می کند. علاوه بر این، میزان هدر رفت آب گرم شده بسیار کم است. در نتیجه تا حد زیادی اثرات زیست محیطی این وسیله کاهش می یابد. نکته دیگر این است که در این نوع سیستم خنک کننده می شود آب را تا دمای مرطوب محیط بعلاوه 2 الی 3 درجه خنک کرد. دمای هوای مرطوب متناسب با میزان رطوبت هوا، معمولاً خیلی کمتر از دمای خشک محیط است.
محل نصب برج های خنک کننده
برای نصب برج خنک کننده باید شرایط بسیار مختلفی را در نظر داشت تا بتوان نصب برج ها را با موفقیت انجام داد. یکی از متداول ترین سوالات درباره نصب برج خنک کننده، محل نصب آن ها است، که در این مورد می توان گفت بهترین مکان برای نصب برج خنک کننده روی پشت بام ساختمان و یا در بالاترین مکان قرارگیری دستگاه ها یا تاسیسات مکانیکی می باشد. از جمله شرایطی که هنگام نصب برج خنک کننده باید در نظر گرفت این است که برج خنک کننده را باید به گونه‌ای نصب کنیم که امکان ورود و خروج هوا به صورت آزادانه وجود داشته باشد و به هیچ وجه گرمای خروجی دوباره به داخل برج وارد نشود زیرا در صورتی که گرما به داخل برج وارد شود مقدار رطوبت در فضا زیاد شده و دمای آب گرم و سرد خروجی افزایش می یابد.
از نکات دیگری که هنگام نصب برج های خنک کننده باید به آن توجه داشت این است که برج باید از هر گونه منبع حرارتی و آلوده کننده‌ای مانند دودکش فصله داشته باشد و اگر می خواهید چند برج را با یکدیگر نصب کنید باید دقت کنید که به گونه‌ای نصب شوند که هوای گرم آزاد شده از یک برج نتواند به برج دیگر وارد شود در نتیجه باید مقدار فاصله مشخصی را رعایت کرد.
یک نکته بسیار مهم دیگر که باید حتما به آن توجه داشت این نکته است که برج خنک کننده حتما باید بالاتر از کنداسور یا دستگاه آب خروجی قرار بگیرد چون در غیر این صورت اگر کنداسور خاموش باشد آب درون برج خنک کننده سرریز می شود.
اجزای اصلی برج خنک کننده
- لوله ها و پکینگ ها
- حوضچه مخزن برج خنک کننده
- فن برج خنک کننده
- حذف کننده ها
- پکینگ ها
انواع برج خنک کننده
در واقع برج های خنک کننده بر اساس روش انتقال حرارت به سه گروه زیر تقسیم بندی می شوند
- برج خنک کننده مرطوب یا خیس یا مدار باز
در این مدل، آب توسط یک پمپ به بالای برج خنک کننده منتقل می شود و توسط نازل ها بر روی پکینگ ها پاشیده می شود. هوایی که از پایین به داخل برج وارد می گردد، توسط مجموعه فن و الکتروموتوری که در بالا قراردارد، از میان پکینگ ها عبور کرده و به سمت بالا مکیده می شود. به این صورت بر اثر تماس مستقیم آب و هوا، مقداری از آب تبخیر می شود. تبخیر آب یک فرآیند گرما گیر است و گرمای مورد نیاز را از جریان آب عبوری جذب می نماید. این نوع از برج های خنک کن برای محیط هایی که از رطوبت نسبی کمی برخوردار هستند یا به اصطلاح هوای آن ها خشک است بسیار مناسب هستند. عمده ترین عیب این مدل سیستم های خنک کننده هدر رفتن بیش از حد آب در اثر تبخیر می باشد.
- برج خنک کننده مرطوب- خشک یا مدار بسته
در این نوع سیستم ها، بین آب و هوا تماس مستقیم برقرار نمی شود. آب یا هر سیالی که قرار است در برج خنک کن سرد شود از داخل یک کویل حرکت می کند. هوا نیز از طریق مجموعه فن و الکتروموتور از پایین به بالا مکیده می شود. در اثر برخورد هوا با سطح بیرونی کویل، حرارت از کویل و بالتبع از سیال داخل کویل جذب می شود و توسط جریان هوا به محیط اطراف منتقل می گردد. این نوع برج های خنک کننده برای خنک کردن آب در دمای بالا و یا محیط های دارای هوا سرد بسیار مناسب هستند.
- برج خنک کننده خشک
هنگامی که از ترکیب دو برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته استفاده کنیم شکل سومی به نام برج خنک کننده هیبریدی خواهیم داشت. در این مدل، آب یا سیال خنک شونده از داخل کویل حرکت کرده و بر روی کویل توسط مجموعه نازل آب پاشیده می شود. از مزایای این مدل بهینه سازی مصرف آب است. در شب هنگام و یا اوقاتی که دمای هوا پایین می باشد، برج های خنک کننده هیبریدی صرفاً خشک کار می کنند اما در ساعاتی که هوا گرم است، آب بر روی کویل پاشیده می شود و از هر دو نوع انتقال نهان و محسوس جهت سرمایش سیال خنک شونده بهره گیری می شود.
گفتنی است انواع برج خنک کننده فقط به همین چند مورد ختم نمی شود بلکه این برج ها از براساس معیارهای دیگری همچون نوع مکش هوا و جهت حرکت هوا و آب نیز تقسیم بندی می شود.
کاربرد صنعتی برج های خنک کننده:
سیستم برج های خنک کننده در بسیاری از صنایع بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند. به طور خاص، برج های خنک کننده در کارخانه های فرآوری مواد غذایی، پالایشگاه های نفت، کارخانه های گاز طبیعی و نیروگاه های پتروشیمی رایج هستند.
سایر کاربردهای صنعتی برج های خنک کننده شامل موارد زیر می باشد:
- کمپرسور های خنک کننده آب
- دستگاه قالب گیری تزریقی و پلاستیک
- ماشین ریخته گری
- یخچال و فریزر کارخانه
- ذخیره سازی سرد
- فرآیندهای آندایزینگ کردن گیاه
- نیروگاه تولید برق
- سیستم های تهویه مطبوع و دستگاه های VAM
برج خنک کننده