برج خنک کننده، سازه ای است که گرمای اضافی موجود در سیال ( غالباً آب ) را گرفته و آن را در جو آزاد می کند. به این ترتیب دما آب نیز کاهش می یابد. در برخی از انواع برج خنک کننده تبخیر آب نیز صورت می گیرد. که این فرآیند خنک سازی را افزایش می دهد. این موضوع را در برخ های خنک کننده عظیم واق در نیروگاه ها می توان مشاهده کرد. این در حالی است که در برج های تهویه مطبوع که دارای سیستم بسته (close) هستند. تنها به کمک گردش هوا گرمای اضافی از آب گرفته می شود.
موارد معمول استفاده از برج خنک کننده :
برج خنک کننده کاربرد های بسیاری داشته که از جمله آنها می توان به نیروگاه، پالایشگاه، سایت ها پتروشیمی، نیروگاه هسته ای و مهم تر از همه تاسیسات تهویه مطبوع HVAC اشاره کرد.
بیشتر بخوانید : HVAC چیست ؟
برج های خنک کننده در سایز های مختلف از مدل های سقفی که در HVAC استفاده می شوند گرفته تا سازه های بزرگی بتنی واقع در نیروگاه ها که گاهاً تا 200 متر ارتفاع دارند، ساخته و مورد استفاده قرار می گیرند. البته برج های خنک کننده ای که روزانه در اطراف ساختمان ها یا روی سقف آن مشاهده می کنید همه سایز های کوچک و به منظور تهویه مطبوع استفاده می شوند.
سیستم های سرمایش، گرمایش HVAC :
برج خنک کننده در سیستم های تهویه مطبوع به منظور دفع گرمای ناخواسته از چیلر مورد استفاده قرار میگیرد. چیلر های آب خنک به طور کلی دارای بازدهی بسیار بالاتری نسبت به چیلر های هوا خنک هستند. در مناطقی که دارای آب و هوای گرم هستند، ساختمان های بزرگ مانند بیمارستان ها، شرکت های بزرگ و مدارس از یک یا چند برج خنک کننده جهت سیستم تهویه مطبوع خود استفاده می کنند. برج های خنک کننده مورد استفاده در HVAC غالباً جهت سیستم های آب خنک یا کندانسور مورد استفاده قرار میگیرد. یک تن تبرید به گرفتن گرمای 12000 واحد گرمایش بریتیش یا BTU در ساعت (3500 وات) گفته می شود که البته مقدار معادلی که در سمت برج خنک کننده مصرف می شود 15000 BTU است که آن هم به دلیل گرمایش اضافی است که به دلیل کمپرسور به وجود می آید.
برج های خنک کننده در سیستم های HVAC که منبع آب با پمپ گرمایش مختلف با لوله کشی مشترک دارند نیز مورد استفاده قرار میگیرد. در این نوع سیستم آب در گردش، گرما را از کندنسور پمپ های گرمایشی، هنگامی که در حالت سرمایش قرار دارند، میگیرد و سپس برج خنک کننده که روی سقف قرار گرفته است گرمای آن را در هوا آزاد می کند. جالب اینکه در حالت برعکس که پمپ های گرمایش به منظور گرما مورد استفاده قرار میگیرند، کندانسور گرما را از آب درون لوله گرفته و آن را در محیطی که نیاز به گرمایش دارد، رها می کند. البته هنگامی که از آب جهت گرمایش استفاده می شود، برج خنک کننده خاموش شده و گاهاً جهت جلوگیری از یخزدگی آب آن نیز کشیده می شود. در این حالت گرمایش از طرق دیگر مانند دیگ بخار (بویلر) تامین می شود.
جهت مشاهده پروژه های صورت گرفته توسط آی ناین تاکنون کلیک کنید.
دسته بندی برج های خنک کننده بر مبنای نوع ساخت :
نوع پکیج :
این نوع برج های خنک کننده تماماً در کارخانه اسمبل شده. و به آسانی توسط ماشین های حمل و نقل مانند کامیون به محل مورد نظر منتقل می شوند. علت این امر نیز طراحی جمع و جور آنهاست. نکته ای که ممکن است شما نیز متوجه آن شده باشید این است. که ظرفیت این نوع برج خنک کننده کم است و به همین دلیل معمولاً در مراکزی مورد استفاده قرار میگیرد. که مقدار حرارتی که نیاز به خارج شدن از سیستم است. کم باشد. از جمله آنها می توان به سیستم تهویه مطبوع ساختمان ها و بیمارستان ها اشاره کرد.
نوع ساختنی :
تاسیسات بزرگ مانند نیروگاه ها، پالایشگاه ها و برخی مال های فروشگاهی نمی توانند از مدل های اسمبل شده در کارخانه استفاده کننده لذا ناگزیر به استفاده از برج های خنک کننده ای هستند که در محل مورد نیاز ساخته شوند. این برج ها از ظرفیت دفع گرمای بالایی برخوردارند.
روش های انتقال حرارت در برج خنک کننده :
روش های معمول به شرح زیر است :
برج های خنک کننده خیس : این برج ها بر اساس تبخیر سیال ( معمولاً آب ) و کاهش دما از این طریق عمل می کنند. در این روش سیال کاری و آنچه که تبخیر می شوند یکی هستند ( یعنی بخشی از آب جهت خنک شدن باقی آن تبخیر می شود )
برج خنک کننده حلقه بسته : در این روش سیال کاری از درون مبدل حرارتی عبور می کند. در این هنگام آب تمیز روی مبدل ها اسپری شده و یک فن، فرآیند تبخیر را سرعت می بخشد. مزیت این روش نسبت به روش فوق عدم ارتباط سیال با محیط بیرونی و آلوده شدن آن می باشد.
برج خنک کننده خشک : در این روش سیال از درون یک مبدل به شکل مستقیم با هوای بیرون در ارتباط بوده و یه این شکل خنک می شود ( شبیه آنچه در رادیاتور شوفاژ مشاهده می کنید. )
برج خنک کننده هیبریدی : این برج ها می توانند بین حالت خیس و خشک جابجا شوند که بسیار در آب و هوای مختلف می تواند کارایی داشته باشد.
در برج خنک کننده خیس، آب داغ می تواند تا دمایی پایین تر از دمای محیط، کاهش یابد البته این موضوع در صورتی که هوا نسبتاً خشک باشد امکان پذیر است. هنگامی که هوا از درون جریان آب عبور می کند، بخشی از آب بخار شده که انرژی لازم جهت تبخیر آن از باقی آب گرم گرفته می شود که باعث کاهش دمای آن می شود. به شکل تقریبی 420 کیلوژول به ازای هر کیلوگرم ( 970BTU/lb ) آب جهت تبخیر جذب می شود.
روش های ایجاد جریان هوا :
با توجه به جریان هوا سه روش مختلف در برج های خنک کننده وجود دارد:
- روش طبیعی : استفاده از دودکش بلند یکی از روش های مناسب گردش هواست. هوای گرم و مرطوب به شکل طبیعی به دلیل اختلاف چگالی با هوای خشک، رو به بالا حرکت می کند. به این شکل هوای سرد رو به پایین حرکت می کند.
- روش مکانیکی : با استفاده از فن، گردش هوا می تواند به شکل مکانیکی انجام گیرد.
- روش فن کمکی : در این روش به شکل ترکیبی از فن و دودکش جهت تسریع گردش هوا استفاده می شود.
برج خنک کننده در HVAC :
برج های خنک کننده در تهویه مطبوع به عنوان وسیله ای که آب گرم پمپ شده. از کندانسور را خنک می کنند، مورد استفاده قرار می گیرند. این کار بوسیله هوای اطراف و به منظور کاهش دمای آب صورت میگیرد. هوا می تواند به شکل طبیعی یا بوسیله گردش فن جریان یابد. ظرفیت این دستگاه ها به مقدار تبخیر آب در تماس با هوا بستگی داشته. که آن نیز به رطوبت هوای اطراف بستگی دارد. نکته جالب اینکه با این روش دمای آب حتی تا پایین تر از دما هوای محیط نیز کاهش می یابد.
نحوه عملکرد برج خنک کننده در تهویه مطبوع :
مثال بارز استفاده از برج خنک کننده فرآیند خنک سازی آب ورودی از چیلر است. آب داغ خروجی از کندانسور واقع در چیلر، توسط لوله کشی به برج خنک کننده منتقل می شود. این انتقال آب و برگشت آن توسط پمپ سیرکولاتور صورت میگیرد.
آب داغ توسط نازل روی صفحه هایی که می تواند به شکل تخت یا لانه زنبوری باشد، اسپری می شود. جنس این صفحه ها از چوب، فلز یا پلاستیک است. با جریان یافتن آب روی این صفحه ها، هوایی که به شکل طبیعی یا توسط فن در برج خنک کننده جریان یافته است با آن در تماس بوده و بخشی از آن را تبخیر می کند. این آب خنک در بخش پایینی پس از عبور از یک فیلتر حمع آوری می شود و دوباره توسط پمپ سیرکوله وارد سیستم می شود.
آی ناین از بزرگترین تامین کنندگان تمامی اجزاء تاسیسات و تهویه مطبوع در ایران بوده و با انجام پروژه های بزرگ در سطح کشور، بسیاری از فعالین در این صنعت آن را می شناسند. همچنین آی ناین ، نمایندگی اصلی هانیول در ایران بوده و محصولات اصل این برند خوشنام را در ایران با گارانتی عرضه می دارد.
به دلیل تبخیر بخش زیادی از آب در این پروسه، سختی آب ممکن است بالا رود. به این جهت از یک سختی گیرد در سیستم استفاده می شود.
همچنین به دلیل تبخیر و فرآیند سختی گیری، آب موجود در سیستم کاهش می یابد. معمولاً جهت حفظ مقدار کافی آب در سیستم از یک فلوتر مکانیکی استفاده می شود.
موارد ایمنی :
در بسیاری از کشور های سردسیر، آب در زمستان، زمانی که دما زیر 0 درجه سانتیگراد بیاید، یخ می زند. استفاده از مواد ضد یخ و هیتر گرمایی برای این زمان ها مورد نیاز است. لوله ها لازم است عایق کاری شوند تا گرمای آب از دست نرفته و مواد شیمیای جهت جلوگیری از رشد جلبک، قارچ و سایر میکرو اورگانیسم ها الزامی است.
این روز ها موارد مورد استفاده در برج های خنک کننده بسیار حائز اهمیت است. معمولاً جنس های مورد استفاده شامل ورق های گالوانیزه، و یا استنلس استیل است که تعمیرات راحت تری دارند. برج های خنک کننده غیر فلزی به مرور زمان در محیط های سخت، کیفیت خود را از دست می دهند. حتی اجزای داخلی برج خنک کننده. مانند پره های فن از جنس فایبر گلس، پلی استر تقویت شده یا FRP هستند. رنگ اپوکسی نیز جهت جلوگیری از آسیب اشعه فرابنفش مورد استفاده قرار میگیرد.
قیمت برج خنک کننده بر مبنای تناژ تبرید :
در برج خنک کننده جنس بدنه و تن تبرید مهم ترین عامل قیمت محصولات است. البته برند تولید کننده نیز از عوامل تاثیر گذار آن است. برای صنعت تهویه مطبوع معمولاً از برج های خنک کننده با تناژ تبرید پایین استفاده می شود. تن تبرید در کولینگ تاور یا برج خنک کننده می تواند. از مقادیر خیلی کوچک مانند 20 تن شروع شده و تا 800 یا 1000 تن برسد. برخی ترجیح می دهند. به جای تهیه یک برج با تناژ بالا از چندین برج با تناژ پایین تر استفاده کنند. علاوه بر این نوع برج خنک کننده در قیمت آن تاثیر گذار است. برج های مدار بسته به دلیل دارا بودن تجهیزات کنترلی مانند کویل تبادل حرارت، پمپ و… ) معمولاً نسبت به مدل مشابه مدار باز بیشتر است.
