برج خنک کننده یا کولینگ تاور چه نقشی در تهویه مطبوع دارد؟
بررسی انواع برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته
در رشته مهندسی مکانیک و سیستم‌های تهویه مطبوع، برج خنک کننده یا کولینگ تاور یکی از تجهیزات مهم برای سرمایش است که در صنعت کاربردهای زیادی دارد. در این مقاله، با کمک متخصصان شرکت تهویه نگار، به معرفی انواع برج‌های خنک کننده و اجزای آن‌ها و نحوه کارکرد این سیستم‌ها می‌پردازیم. این دستگاه‌ها در صنایع مختلفی مانند تولید برق، پتروشیمی، صنایع غذایی و همچنین تأمین آب خنک برای چیلرهای تراکمی آبی و چیلرهای جذبی استفاده می‌شوند.
برج خنک کننده (کولینگ تاور) چیست؟
حالا که متوجه شدیم برج خنک کننده نوعی دستگاه تبادل حرارتی است، ممکن است بپرسید “مبدل حرارتی” یعنی چه؟ یعنی دستگاهی که گرما را از یک جسم می‌گیرد و به جسم دیگر منتقل می‌کند. این تبادل حرارت از طریق یک مبدل حرارتی انجام می‌شود.
بر اساس توصیف بالا، می‌بینیم که روش سرمایش در برج‌های خنک کننده مشابه کار کولر آبی است. در اینجا هم با تبخیر بخشی از آب به کمک جریان هوا، دما کاهش می‌یابد. این پدیده را همچنین می‌توان در کوزه‌های سنتی دید.
اجزای برج خنک کننده (کولینگ تاور)
در شکل زیر، مهم‌ترین قسمت‌ها و اجزای تشکیل دهنده برج‌های خنک کننده نمایش داده شده‌اند عبارتند از:
- فن
- نازل‌های آب پاش
- پکینگ
- پورت یا دریچه آب جبرانی
- دریچه آب تخلیه
- پورت آب سر ریز
- پورت آب داغ ورودی
- پورت آب سرد خروجی
نحوه عملکرد کولینگ تاور
آبی که در یک فرایند صنعتی یا در یک کندانسور مانند چیلر یا هواساز گرم می‌شود، به وسیله پمپ و لوله‌کشی به برج خنک کننده منتقل می‌شود. آب از طریق نازل‌ها به داخل یک ماده به نام “پکینگ” پاشیده می‌شود که باعث می‌شود جریان آب در برج کندتر شود و سطح بیشتری از آن در دسترس هوا قرار گیرد. وقتی آب از برج خنک کننده عبور می‌کند، با جریان هوایی که با کمک الکتروموتور و فن‌ها به داخل برج کشیده می‌شود، برخورد می‌کند.
زمانی که آب و هوا با هم تماس پیدا می‌کنند، مقداری از آب بخار می‌شود و مشکل سرمایش اتفاق می‌افتد. سپس آب خنک شده دوباره به کندانسور یا تجهیزات مرتبط پمپ می‌شود تا دما را پایین نگه‌دارد و دوباره به برج خنک کننده برمی‌گردد تا یک بار دیگر خنک شود و این روند ادامه دارد.
انواع برج خنک کننده
برج خنک کننده در بازار سیستم‌های تهویه مطبوع به دو دسته مهم تقسیم می‌شود:
- جنس کولینگ تاور
- نوع مدار برج خنک کننده
برج‌های خنک کننده بر اساس ماده ساخت‌شان به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- برج خنک کننده فایبرگلاس (Fiberglass cooling tower)
- برج خنک کننده فلزی (Metal cooling tower)
معمولاً کولینگ تاورهای فلزی از جنس فولاد ضد زنگ یا ورق گالوانیزه ساخته می‌شوند.
از نظر نوع طراحی مدار، نیز دو نوع کولینگ تاور داریم:
- کولینگ تاور مدار باز (Open circuit)
- کولینگ تاور مدار بسته (Closed circuit)
“`html
برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته چه تفاوتی دارند؟
در برج خنک‌کننده مدار باز، آبی که باید خنک شود، به طور مستقیم با هوا در تماس است. این آب به قسمت بالای برج هدایت می‌شود و از طریق نازل‌های آب‌پاش بر روی سطوح خاصی به نام پکینگ‌ها پخش می‌شود. آب به شکل لایه‌های نازک روی این سطوح پخش می‌شود و در نتیجه، سطح تماس بزرگی با هوای عبوری ایجاد می‌کند. هوای عبوری به دو طریق آب را خنک می‌کند. اول، بخش کمی از گرمای آب از طریق انتقال حرارت دفع می‌شود، به ویژه زمانی که دمای هوای خشک از دمای آب ورودی کمتر باشد. اما بخش بیشتر خنک کردن به دلیل تبخیر آب انجام می‌شود. در نهایت، هوای اشباع شده از بالای برج خارج می‌شود و آب سردی که جمع شده، از پایین برج خارج می‌گردد.
در برج‌های خنک‌کننده مدار بسته، آب در حال خنک شدن به طور مستقیم با هوای عبوری تماس ندارد. در این نوع برج، یک مبدل حرارتی (کویل) داخل برج وجود دارد که آب از داخل آن عبور می‌کند. آب دیگری از پایین برج به سمت بالا هدایت می‌شود و از طریق نازل‌ها بر روی لوله‌های مبدل ریخته می‌شود. وقتی آب به لوله‌ها برخورد می‌کند، مقداری از آن تبخیر می‌شود و باعث کاهش دمای آب درون لوله‌ها می‌گردد. هوای عبوری هم از روی کویل می‌گذرد و به تبخیر بهتر آب کمک می‌کند. در این شرایط، هوای اشباع شده از برج خارج شده و هوای تازه و خشک به جای آن وارد می‌شود. البته دمای خشک هوا اگر نسبت به دمای لوله‌ها کمتر باشد، به خنک شدن آب درون لوله‌ها نیز کمک می‌کند.
برج‌های خنک‌کننده مدار باز آب خنک کننده را در معرض هوا قرار می‌دهند. معمولاً آب سردی که از برج خارج می‌شود، به عنوان جزئی از سیستم چیلر عمل می‌کند. برج‌های مدار باز طراحی ساده، کارآمد و اقتصادی دارند و تمام قسمت‌های موجود در یک سیستم باز باید با اکسیژن موجود در هوا سازگار باشند.
برج‌های خنک‌کننده مدار بسته آب خنک کننده را از هوا جدا می‌کنند. این کار با استفاده از یک مبدل حرارتی اضافی داخل برج امکان‌پذیر است. این سیستم حلقه بسته کیفیت مایع خنک کننده را حفظ کرده و نیاز به تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد و همچنین قابلیت‌های عملیاتی بیشتری با هزینه اولیه کمی بالاتر فراهم می‌کند.
با توجه به نحوه‌ی ایجاد جریان هوا، دو نوع کولینگ تاور یا برج خنک‌کننده مدار باز وجود دارد:
برج خنک‌کننده با جابجایی اجباری هوا: در این نوع، جریان هوا توسط یک عامل خارجی مثل فن‌ها در برج ایجاد می‌شود.
برج خنک‌کننده با جابجایی طبیعی هوا: در این روش جریان هوا به طور طبیعی و بدون نیروی اضافی و فقط به دلیل ارتفاع برج ایجاد می‌شود. مانند بسیاری از برج‌های نیروگاهی.
برج‌های خنک‌کننده مدار باز با هر نوع جابجایی هوا به دو صورت طراحی می‌شوند:
جریان مخالف (Counter flow): در این نوع برج‌ها جریان آب و هوای عبوری یکسان است ولی جهت آن‌ها مخالف است.
کولینگ تاور فایبرگلاس و فلزی چه تفاوت‌هایی با هم دارند؟
برج‌های خنک‌کننده ساخته شده از فایبرگلاس به مراتب ارزان‌تر از نوع فلزی هستند و وزن کمتری دارند. اما باید توجه داشت که برج‌های فلزی، چه از جنس فولاد ضد زنگ و چه ورق گالوانیزه، معمولاً عمر مفید بیشتری دارند و در شرایط صنعتی که دستگاه‌ها ممکن است تحت فشار باشند، انتخاب بهتری هستند.
“`
نیاز به روشن بودن دائمی باعث می‌شود که دستگاه‌ها بهتر کار کنند.
اما امروزه در بیشتر سیستم‌های تهویه مطبوع، وقتی از چیلر تراکمی آبی یا چیلر جذبی استفاده می‌شود، کولینگ اور یا برج فایبرگلاس بیشتر به کار می‌رود.
اگر کولینگ تاورها از مواد قابل اشتعال ساخته شوند، با توجه به نسبت سطح به حجم بالایی که دارند، ممکن است آتش‌سوزی‌های جدی و خطرناکی ایجاد کنند. چون این دستگاه‌ها غالباً در ساختمان‌های مسکونی یا کارخانه‌ها استفاده می‌شوند، احتمال دارد که برای ساکنان و کارگران خطر بزرگی به وجود بیاورند. به همین دلیل، توصیه می‌شود که همیشه کولینگ تاورها بر اساس استانداردهای لازم به همراه سیستم‌های ضد حریق نصب شوند.
برای انتخاب درست کولینگ تاور از نظر ظرفیت برودتی، نوع بدنه، طراحی مدار و… حتماً باید با شرکت‌های معتبر در زمینه تهویه مطبوع مشورت کنید.
