برج خنک کننده

برج خنک کننده

برج خنک کننده (cooling tower) یا در اصلاح کولینگ تاور ماشین برودتی خنک کننده آب می‌باشد که به آن "برج خنک کن آب" نیز گفته می‌شود. برج خنک‌کننده ماشین برودتی خنک کننده‌ای است که قالباً در کاهش دادن دمای آب تا محدوده خاص بکار می‌رود. کاهش دمای سیال آب در کولینگ تاور طبیعتاً تابع شرایط دمایی محیط محل نصب می‌باشد. این ماشین سرمایشی (برج خنک کننده) توسط آب حرارت ماشین‌آلات را جذب و آن را به محیط خارج هدایت می‌کند.

جالب است بدانید گرمای جذب شده از تجهیزات صنعتی در مکانیزم داخلی برج خنک کننده توسط هوای خشک به بیرون انتقال می‌یابد. به بیانی دیگر برج خنک کن نوعی تبادل کننده انرژی بین آب و هوا محسوب می‌شود که در واقع به آن، مبدل برودتی(heat exchanger) نیز می‌گویند. در واقع این منبع برودتی با ایجاد تماس و برخورد بین آب گرم و هوای محیط سبب تبادل شدن انرژی گرمایی می‌شود. تبادل حرارتی از آب گرم به هوای خنک انجام می‌پذیرد و این موضوع سبب کاهش یافتن دمای آب می‌گردد.

چرا از برج خنک کننده استفاده می کنیم؟؟

شاید این سوال بیاید که چرا از برج خنک کننده استفاده می کنیم؟ در پاسخ باید اینطور بیان نمود که برج خنک کننده مکمل هر دستگاه و ماشینی است که در یک جهت خاص بکار برده می شود. در واقع اینطور باید بیان نمود هر ماشین صنعتی و هرگونه دستگاهی که مورد استفاده قرار میگیرد پس از مدتی گرم می شود. برای خنک کردن تمامی ماشین آلات صنعتی مثل چیلر ، بویلر و غیره از هوا یا آب استفاده می شود. آبی که گرمای ماشین صنعتی را جذب کرده داغ شده و نیازمند دستگاهی است که دمای آن را باز کاهش دهد. به عبارتی دیگر کولینگ تاور (نام دیگر برج خنک کننده) وظیفه باز چرخش آب جهت خنک کاری دستگاه های دیگر را برعهده دارد.

***نگاهی دقیق تر به کارکرد برج خنک کننده

آب سرد تولید شده در برج خنک کننده مجدداً انرژی اضافی تجهیزات را جذب و آن را مکرراً به هوا انتقال می‌دهد. این فرآیند یک سیکل تکراری است که دمای کاری ماشین‌آلات صنعتی را دائماً ثابت نگه می‌دارد. برج سردکن آب یا کولینگ‌تاور با تولید دائمی آب سرد می تواند گرمای چیلر ، دیگ بخار یا کوره القایی را بگیرد.

کاهش دائمی دمای ماشین آلات و جذب گرمای این تجهیزات جهت ثبات سیستم نیاز است. فقدان گردش آب سرد موجب افزایش یافتن دمای این تجهیزات و عدم کارایی مناسب آنها خواهد شد. پس لزوم استفاده از برج خنک کننده سبب ثبات "سیستم" با بالاترین راندمان خواهد شد. این سیستم ممکن است چرخه تهویه مطبوع یک ساختمان مسکونی ، اداری و تجاری باشد و یا فرآیند تولید یک محصول خاص توسط یک ماشین صنعتی قلمداد گردد.

روش محاسبه توان یا ظرفیت برج خنک کننده

قابلیت کولینگ تاور در دفع انرژی گرمایی از سیال آب و انتقال آن به هوا توان برودتی یا ظرفیت برج خنک کننده نامیده می‌شود. به هر میزان توان برودتی برج خنک کننده بالاتر باشد میزان بیشتری از آب را قادر خواهد بود در زمان معین به دمای مطلوب برساند.  نوع سیال خنک کننده، میزان حجم سیال در چرخش و اختلاف دمای ورودی و خروجی سیال در کولینگ تاور عوامل اصلی تعیین کننده ظرفیت می‌باشد. به نرخ حجمی آب گردشی، دبی آب سیرکوله (water flow rate) نیز گفته می‌شود. البته فاکتور دمای محیط، دمای آب گرم و سرد نیز عوامل دیگر دخیل در شرایط طراحی می‌باشد. اختلاف دمای ورودی و خروجی سیال را دلتاتی یا رنج (range) می‌گویند.

مشخصه‌های تعیین کننده ظرفیت برج خنک کننده

  • دبی جرمی سیال در گردش (گذر اسمی سیال)

  • نوع سیال خنک‌شونده و تعیین ظرفیت گرمایشی ویژه

  • دمای ورود و خروج سیال (دمای خروجی وابسته به محیط طراحی)

  • ضریب تأثیر طراحی در محاسبه ظرفیت نامی و تفکیک آن از توان واقعی

روش‌های محاسبه ظرفیت سرمایشی برج خنک کننده

  •  معادلات ترمودینامیکی حاکم بر شرایط طراحی (q=m*c*delta T)

  • محاسبه براساس ظرفیت و نوع چیلر فقط در کاربری خنک کننده چیلر

  • استفاده از نرم افزارهای محاسباتی ظرفیت سرمایشی کولینگ تاور

 اطلاعات بیشتر در بخش محاسبات برج خنک کننده


منظور از تن تبرید در برج خنک کننده چیست؟

حتماً بارها شنیده‌اید که ظرفیت برج معادل 100 تن یا ظرفیت مدل مشخص چیلر معادل 200 تن می‌باشد. منظور از کلمه "تن" در برج خنک کننده و چیلر همان ظرفیت سرمایشی دستگاه در خنک کردن آب می‌باشد. کلمه تن در این اصطلاح مهندسی، خلاصه شده کلمه "تن تبرید" یا "تن سرمایی" می‌باشد. تن سرمایی یکی از واحدهای انتقال حرارت و معیار سنجش قدرت دستگاه‌های برودتی به شمار می‌آید. واحد ترمودینامیکی تن تبرید (RT) هم ارز یکاهایی همچون KW و BTU/H می‌باشد. هر تن برودتی برابر با 3.51 کیلووات و برابر با 12 هزار بی تی یو بر ساعت می‌باشد.


از برج خنک کننده چه استفاده ای می شود؟

1-به منظور خنک کردن دستگاه‌های صنعتی مختلف

اکثر ماشین‌آلات صنعتی همانند کوره‌ها، بویلرها و توربین‌ها در چرخه‌کاری خود مقداری حرارت اضافی تولید می‌کنند. وظیفه برج خنک کننده صنعتی در چرخه این ماشین‌آلات و تجهیزات، جذب و دفع گرمای اضافی ایجادشده می‌باشد. توربین‌های گازی در پالایشگاه‌ها، کمپرسورهای هوا در نیروگاه‌ها و دیگ‌های بخار در صنایع از مهمترین تجهیزات سرد شده با کولینگ‌تاور به شمار می‌آید. وظیفه استخراج این انرژی حرارتی به عهده سیال هوا است. کاربری ماشین‌های برودتی دیگر همچون چیلر نیز در صنایع کوچک و بزرگ رایج می‌باشد. هزینه‌های بالا در مصرف انرژی، تعمیر و نگهداری دشوار چیلرها، موجب استقبال صنعت از برج خنک کننده گردیده است.

2- جهت سرد نمودن چیلرهای تهویه مطبوع ساختمانها در تابستان

اکثر ساختمان‌ها و برج‌های بزرگ، ادارات، بانک‌ها و مراکز خرید دارای سیستم تهویه مطبوع مرکزی (HVAC) می‌باشند. در سیستم‌های سرمایش مرکزی از چیلرهای تراکمی یا جذبی جهت خنک کردن هوای داخلی محیط استفاده می‌کنند. گرمای جذب شده از یک منطقه ساختمان توسط چیلر سبب افزایش دمای این ماشین برودتی می‌شود. کولینگ تاور با هدف تعدیل دمای چیلر در این کاربری تحت عنوان برج خنک کننده چیلر مورد استفاده قرار می‌گیرد. برج خنک کننده با تولید آب سرد و هدایت آن به کندانسور، موجب تعادل دمایی این تجهیز می‌شود. لازم به ذکر است که فقط چیلرهایی که دارای کندانسور آبی می‌باشند از برج خنک‌کننده در مدار کندانسور خود استفاده می‌نمایند. امروزه بیشتر چیلرهای تراکمی و تمامی چیلرهای جذبی دارای کندانسور آبی می‌باشند.


انواع برج خنک کننده

برج خنک کننده

  • برج خنک کننده مدار باز (مرطوب)

برج خنک کننده مدارباز با ایجاد یک سطح تبادل تماس مستقیم بین هوا و آب سبب کاهش دمای آب می‌شود. در این مدل کولینگ تاور درصدی از آب دچار تبخیر شده و وارد هوای ورودی می‌شود. این موضوع سبب مرطوب شدن هوای اطراف یا اشباع شدن آن می‌گردد. بخاطر همین موضوع به این مدل سیستم سردکننده برج خنک کننده مرطوب نیز گفته می‌شود. آب خروجی از نازل یا اسپرینکلر شروع به ریزش بر روی پکینگها در تماس با هوا دچار  کاهش دما می‌شود. به سیستم‌های مرطوب، مدارباز نیز گفته می‌شود زیرا که چرخه گردش آب در یک سیکل باز صورت می‌پذیرد.

  • برج خنک کننده مدار بسته خشک

در این مدل کولینگ تاور ، آب در یک چرخه تماماً بسته (Close) در تماس با هوای خشک محیط خنک می‌گردد. از این رو این نوع سیستم برودتی برج خنک کننده خشک نیز نامیده می‌شود. این نوع کولینگ‌تاور به دلیل تماس مستقیم با هوای خشک محیط تابع دمای محسوس محل نصب (دمای جوی محیط) می‌باشند. برج خنک کننده خشک یا مداربسته دارای سطوح انتقال حرارت از نوع شبکه‌های لوله و فین می‌باشد. آب در گذر از این شبکه‌ها در تماس با هوای ایجاد شده توسط فن یا پروانه، سرد می‌گردد.

  • برج خنک کننده هیبریدی (ترکیبی)

نسل جدید تجهیزات برودتی تبخیری که ترکیبی از برج خنک کننده مدار باز و مداربسته می‌باشد برج خنک کن هیبریدی نام دارد. جریان اصلی سیال آب در گذر از سطوح نفوذ حرارتی کویل توسط یک جریان ثانویه پاششی قرار می‌گیرد. در این تماس، گرما توسط نفوذ و هدایت از آب گرم کویل به آب سرد مدار پاشش انتقال می‌یابد. مزیت بزرگ این مدل برج خنک کننده کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای مرطوب محیط است. این سیستم برودتی در عین حال هیچگونه رسوب گرفتگی و تبخیری ندارد.


انواع برج خنک کننده بر اساس نوع جریان هوای ورودی

  • برج خنک کننده جریان مخالف یا کانتر فلو

کولینگ تاور کانترفلو دارای ورودی هوا از تمامی جوانب دستگاه در قسمت بالایی تشتک و بخش زیرین پکینگ‌ها می‌باشد. جهت جریان هوای ورودی به برج خنک کننده جریان مخالف در جهت مخالف با جریان آب پاششی از نازل می‌باشد. هوا در این مدل از قسمت لوورهای پایین وارد می‌شود و از بخش بالای تنوره فن خارج می‌شود. کارایی این مدل کولینگ‌تاور بسیار مناسب برای محیط‌های گرم و خشک می‌باشد. در شهرهایی همانند یزد، شیراز، مشهد، تهران، اراک و اصفهان که رطوبت نسبی هوا پایین می‌باشد، بسیار کاربرد دارند. سیستم های کانترفلو راندمان بالاتری نسبت به سیستم کراس یا متقاطع دارند. البته کاربری این سیستم‌ها در مناطق مرطوب و شرجی کارایی کمی دارد.

  • برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو

کولینگ تاور کراس فلو یا جریان عمود دارای دو ورودی اصلی هوا در دو طرف می‌باشد. هوا در ورود به این بخش به صورت عمود بر جریان ریزشی آب سبب سرد شدن این سیال می‌شود. برج خنک‌کننده جریان متقاطع به دلیل تماس هوای تازه در سراسر قسمت پکینگ دارای عملکرد خوبی در مناطق شرجی می‌باشد. در مناطق شمالی و جنوبی کشور عزیزمان که به دلیل نزدیکی به دریا، رطوبت محیط محل نصب کولینگ تاور بالا می‌باشد. در این گونه مناطق اقلیمی از کولینگ تاورهای جریان متقاطع یا ابارا استفاده می‌شود. شهرهایی همانند اهواز، ماهشهر، بوشهر، رشت، گرگان و ... بسیار مناسب جهت کاربری این دستگاه می‌باشد. این مدل اولین بار توسط شرکت ابارا ژاپن ایده پردازی شده است. به همین دلیل به این چنین سیستم های برودتی برج خنک کننده ابارا نیز گفته می‌شود.

اجزای داخلی و مهم برج خنک کننده

اجزای برج خنک کننده

  • الکتروموتور (motor): فراهم کننده گشتاور لازم جهت چرخش فن یا مولد انرژی مکانیکی

  • فن یا پروانه (fan): به وجود آورنده فشار نسبی در هوا و جابجا کردن حجم مشخصی از سیال هوا

  • سیستم انتقال قدرت(speed reducer): کاهش دهنده سرعت زاویه‌ای موتور (دور موتور) به سرعت چرخشی استاندارد فن

  • گیربکس انتقال قدرت و کاهنده دور: جایگزین سیستم تسمه پولی در انتقال قدرت از دینام به پروانه

  • سطوح خنک‌کن (fill): فیلینگ یا پوشال جهت ایجاد سطح انتقال حرارت مستقیم بین آب و هوا (در کولینگ تاورهای مدار باز)

  • کویل (coil): فراهم کننده سطح برای تبادل انرژی بین آب و هوا (در برج‌های خنک‌کننده مدار بسته)

  • نازل (nozzle): تقسیم کننده جریان آب داغ ورودی در برج‌های مکعبی

  • آب پخش کن (Sprinkler): توزیع کننده سیال گرم در کولینگ تاورهای مخروطی

  • لوله و انشعابات داخلی (pipe and fittings): منتقل کننده جریان آب در بخش‌های داخلی برج

  • بست کمربندی (belt Fastener): متصل کننده انشعابات داخلی به نازلها یا افشانکها

  • قطره‌گیر (drift eliminator): بازدارنده پرتاب قطرات آب به سمت فن مکنده القایی

  • تشتک (basin): محل جمع آوری آب سرد یا مخزن تجمیع آب با دمای پایین

  • کرکره‌ها (louvre): دریچه داخل شدن هوای خشک و سرد محیط

  • تنوره خروج هوا (fan deck): دهانه خروجی هوای اشباع داغ

  • پنل (panel): دیواره های اصلی استراکچر یا بدنه

  • ساپورت‌های حائل یا نگهدارنده (supports): قوطی‌های نگهدارنده پکینگ‌ها ، قطره گیر و سایر تجهیزات درونی

  • محافظ پروانه (fan Guard): محافظ فن در مقابل ضربات احتمالی یا ورود اشیاء خارجی

  • شاسی موتور(motor Chassis): فریم نگهدارنده دینام یا الکتروموتور

  • فلنچ ورودی(inlet Flange): اتصال ورودی آب داغ

  • فلنچ خروجی(outlet Flange): محل خروجی آب سرد

  • فلوتر (floater): شناور تنظیم کننده جریان آب جبرانی

  • شیر تخلیه(drain valve): محل خروجی جریان بلودان(blow down)

  • فلنچ سرریز (overflow): خروجی تخلیه جریان مازاد آب

اجزای کنترلی و جانبی برج خنک کننده

  • سیستم کنترل دور متغیر (VFD control):

این بخش در قسمت تابلو کنترل وظیفه تنظیم دستی یا اتوماتیک دور خروجی موتور توسط تغییر فرکانس را عهده‌پذیر است.

  • آنتی فریز در تشتک تجمیع آب سرد (anti-freez):

دارای دو بخش هیتر و ترموستات می‌باشد که با قرارگرفتن در تشتک در زمستان از یخ زدن آب ممانعت می‌نماید.

  • دک کاهش صدای فن (lower fan deck):

این قطعه در زیر قسمت کاهش دور بین فن و فولی نصب می‌شود و لرزش‌های موجود پروانه را کاهش می‌دهد.

  •  لرزه گیر مکانیکی (spring shock absorber):

سبب دمپ لرزشها و کاهش سطح ارتعاشات کولینگ‌تاور گشته و در انواع چیلرهای تراکمی نیز کاربرد زیادی دارد.

  • سیستم تخلیه اتوماتیک آب بلودان (auto-drain):

بلودان هوشمندمجهز به یک TDS متر و شیر برقی می‌باشد که عامل کاهش میزان املاح سنگین در تشتک می‌باشد.

  • سیستم فیلتراسیون هوا (air filter):

توری‌های هوای فلزی(آلومینیوم) در پشت کرکره‌ها نصب می‌شود و از ورود ذرات معلق به داخل جلوگیری می‌نماید.

  • ساید گلس یا پنل بازدید(side glass):

 پنل شیشه‌ای یا تلقی که موجب سهولت بازدید اپراتور از شرایط کارکرد برج خنک کننده در شرایط مختلف می‌شود. 

  • پمپ شاور (pump):

  این بخش فقط در سیستم برج‌های خنک‌کننده هیبریدی به کار می‌رود و آب را دائماً بر روی کویل پاشش می‌کند. 

  • توری آشغال گیر (trash trap):

این تجهیز در جلوی فلنچ خروجی آب سرد نصب شده و باعث ممانعت از عبور آشغال‌های موجود در تشتک می‌گردد.

  • فیلتر میکرونی مدار آب جبرانی(bag filter):

فیلتر کیسه‌ای سبب افزایش کیفیت آب جبرانی و کاهش میزان رسوب گرفتگی قطعات داخلی کولینگ تاور خواهد شد.



انواع برج خنک کننده براساس شکل ظاهری

برج خنک کننده

  • برج خنک کننده با استراکچر مکعبی

این مدل از سیستم‌های برودتی دارای ظاهر مکعب مستطیل بوده و بسیار فضای کمی را اشغال می‌نماید. برج خنک کننده مکعبی می‌تواند به صورت مدارباز، مداربسته و یا هیبریدی تولید و طراحی گردد. کولینگ تاور مکعبی دارای سیستم پاشش آب ثابت و بسیار کم رسوب می‌باشد. برج خنک کننده مکعبی به دلیل داشتن ارتفاع زیاد و سیستم پاشش آب منظم دارای راندمان بالایی می‌باشد. سیستم‌های برودتی مکعبی امروزه در بیشتر صنایع بزرگ و همچنین در تهویه مطبوع کاربرد فراوانی دارد.

مزایای برج خنک کننده مکعبی

  • رسوب گرفتگی کمتر در تجهیزات داخلی همچون نازل و پکینگ مدیا

  • اشغال فضای کمتر به دلیل نداشتن فضای پرت و اضافی

  • راندمان بالاتر و کاهش دمای بیشتر آب

  • تعمیر و نگهداری آسان‌تر

  • ارسال و حمل بسیار سریع، کم هزینه و آسوده

  • دارای مخزن آب سرد بزرگتر نسبت به مدلهای مخروطی

  • برج خنک کننده با استراکچر استوانه‌ای (مخروطی)

کولینگ تاور مدور یا گرد یکی از قدیمی ترین طرح‌های تولیدی بسیاری از شرکتهای سازنده برج خنک کننده به شمار می‌آید. یکی از مشخصه‌های اصلی آن سیستم پاشش آب دوار دارای اسپرینکلر یا آب پخش کن می‌باشد. ابعاد بزرگ استوانه‌ای شکل و ارتفاع کم نسبت به مدل مکعبی از دیگر مشخصات این مدل می‌باشد. بیشترین کاربرد این نوع برج خنک کننده در انواع ساختمان‌ها و برج‌های مرتفع به منظور خنک کاری کندانسور چیلر در موتورخانه می‌باشد. سیستم های مدور امروزه به دلیلهای متعدد کاربرد کمی در خط تولید سازندگان برج خنک کننده دارد.

مزایای برج خنک کننده استوانه‌ای یا مدور

  • نصب آسان در محل پروژه

  • صدای کمتر فن یا پروانه و گردش آسان تر و بهینه هوا

  • قیمت پایین تر و اقتصادی تر بودن نسبت به تیپ مکعبی

  • مکش هوای بهتر به دلیل داشتن لوورهای بزرگتر


انواع برج خنک کننده بر اساس جنس بدنه


  • برج خنک کننده فایبرگلاس

فایبرگلاس امروزه بیشتر تولیدات صنعتی را معطوف خود کرده است و برج خنک کننده نیز از این قائده مستثنی نبوده است. استفاده از صنعت کامپوزیت در تولید قطعات فایبرگلاس از نوع FRP (Fiber reinforce polymer) می‌باشد.  فایبرگلاس به معنی الیاف شیشه مقاوم شده با پلاستیک می‌باشد که از دو عنصر الیاف و رزین تشکیل می‌شود. به بیانی ساده‌تر ساختار کامپوزیت بدنه برج خنک کن الیاف تقویت شده با رزینهای پلی‌استر می‌باشد. قطعات فایبرگلاس بدنه ابتدا در قالب مورد نظر تحت پوشش الیاف، رزین، اروزیل و تیتان قرار می‌گیرد. بعد از مدت ژل تایم و پخت از قالب اولیه جداسازی می‌شود. به منظور پخت و فرآوری نهایی قطعات بدنه را در تماس با تابش نورخورشید قرار می‌دهند.

دقت کنید !! نوع الیاف و رزین بکار رفته در ساخت قطعات فایبرگلاس بیشترین تاثیر را در کیفیت نهایی بدنه می‌گذارد.

الیاف فشرده فایبرگلاس در برج خنک کننده در دو تیپ کلی حصیری و سوزنی در قطعات بدنه به کار برده می‌شود. ترکیب این دو الیاف در تولید قطعات بدنه سبب افزایش مقاومت نهایی سازه کامپوزیتی در کولینگ تاور می‌شود. البته الیاف‌های پودری نیز تحت عنوان پرکن در لایه‌های آخر سبب ضد نفوذ شدن بدنه در مقابل آب می‌شود. تولید بدنه فایبرگلاس برج خنک کننده باید مطابق با استانداردهای لازم صورت پذیرد تا کیفیت مورد انتظار را داشته باشد. برج خنک کننده فایبرگلاس در دو تیپ مکعبی و  مخروطی تولید و عرضه می‌گردد. برج خنک کننده فایبرگلاس جایگزین بسیار عالی برای انواع کولینگ‌تاور بتنی و فلزی در صنعت به شمار می‌رود. قسمت‌های مختلف بدنه برج خنک کن فایبرگلاس شامل فن استک، پنل، لوور، ستونی و تشتک می‌باشد.

مزایای برج خنک کننده فایبرگلاس

  • لرزش کم و فرکانس ارتعاش پایین به دلیل دمپ عالی ارتعاشات توسط الیاف شیشه
  • دسترسی آسان به بخشهای داخلی همانند پکینگ، قطره گیر، نازل و آب پخش کن

  • عدم پوسیدگی در مقابل جریان آب در داخل و گرد و غبار در بیرون

  • عدم نفوذ پذیری گرمایشی و جذب حرارت توسط نیروی تابشی خورشید

  • عدم رسوب پذیری در مقابل تبخیر آب و افزایش مواد محلول

  • قابلیت اسیدشویی بدنه و رسوب زدایی تجهیزات داخلی

  • سبک و دارای قابلیت حمل و جابجایی آسوده و راحت


  • برج خنک کننده بتنی و فلزی

برج خنک کننده بتنی (concert cooling tower) دارای یک سازه تمام بتنی به شکل مکعبی یا به شکل هذلولی می‌باشد. سیستم هوادهی این نوع برج خنک کننده عموماً سیستم دمش یا مکش القایی از نوع axial flow میباشد. سیستم هوادهی این سیستم‌های برودتی شامل یک فن محوری دمنده بزرگ یا چند فن محوری مکنده کوچک می‌باشد. این مدل برج خنک کن بیشتر در نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌های بزرگ دیده می‌شود. به همین دلیل به این مدل، برج خنک کننده نیروگاهی نیز گفته می‌شود. برج خنک کن بتنی عمدتاً برای صنایعی که دارای دبی آب در گردش بالایی می‌باشند کاربرد فراوان دارد.

بدنه فلزی برج خنک کننده در واقع گزینه مناسبی جهت جلوگیری از اتلاف وقت در تولید کولینگ‌تاور با بدنه بتنی محسوب می‌شود. بدنه فلزی به کار رفته با ایجاد پوشش‌های مناسب می‌تواند مقاومت کافی در برابر رسوب و خوردگی را داشته باشد. برج خنک کن با بدنه فلزی قالباً از متریال فولاد گالوانیزه تولید و عرضه می شود. به همین دلیل به این سردکن‌های صنعتی "برج خنک کننده گالوانیزه" گفته می‌شود. کولینگ‌تاور فلزی عموماً دارای یک چارچوب و اسکلت فلزی به صورت چند پارچه می‌باشد . استراکچر و فریم اصلی دستگاه توسط پیچ و مهره اسمبل (مونتاژ) می‌گردد. برجهای خنک کننده فلزی بیشتر توسط شرکت شرکت بالتیمور و سارآفرین تولید و عرضه می شدند. امروزه به دلیل معایب زیاد طراحی از این مدل سیستم های برودتی استفاده چندانی نمی‌شود.

معایب برج خنک کننده بتنی

  • وزن بسیار زیاد و سنگینی بیش از حد بدنه و استراکچر اصلی

  • عدم قابلیت حمل و جابجایی و تغییر مکانی محل نصب

  • هزینه بسیار زیاد سازه عمرانی بتنی

  • سرعت ساخت پایین سازه سیمانی

  • مصرف آب بسیار زیاد به دلیل عملکرد ضعیف تبادل حرارت

  • رشد جلبک و میکرو ارگانیسم‌ها و باکتری‌های داخل تشتک بتنی

معایب برج خنک کننده فلزی یا گالوانیزه

  • رسوب و خوردگی بدنه فلزی در مقابل جریان آب

  • وزن بسیار بالا و سنگین بودن بیش از حد

  • عدم حمل و جابجایی آسان به دلیل سنگینی بیش از حد قطعات فلزی

  • عدم دسترسی آسان به اجزای داخلی به دلیل زنگ زدگی اتصالات

  • رشد جلبک ، لجن و میکروارگانیسم ها و کاهش کیفیت آب سرد خروجی

  • جذب و نفوذ آسان انرژی گرمایی تابشی حاصل از تابش نورخورشید

  • ایجاد سر و صدای زیاد به دلیل ارتعاش بدنه و نوع سیستم‌های هوادهی نامرغوب


روش برج خنک کننده در تبادل انرژی گرمایی

برج خنک‌کننده  یا برج تبرید در علوم انتقال حرارت نوعی منتقل کننده انرژی حرارتی به شمار می‌آید. این تجهیز سرمایشی عمل انتقال گرمای اضافی یک چرخه ترمودینامیکی به محیط اطراف را انجام می‌دهد. انرژی منتقل شده از آب به هوا امکان دارد گاهاً در یک سامانه باز صورت پذیرد. در این صورت آب در خروجی از افشانک‌ها بر روی پکینگ‌مدیا پاشش می‌کند و در تماس با هوای القایی فن قرار می‌گیرد. در این جریان تماسی با برخورد آب و هوا گرمای آب از دو طریق به هوا انتقال می‌یابد. در حالت اول گرما به دلیل اختلاف دمای دو سیال در قسمت پکینگها یا پدهای سلولزی از آب به هوا جابجا می‌شود. در حالت دوم انرژی به صورت گرمای محسوس سبب بخار شدن درصد کمی آب و سردشدن این سیال می‌شود. بهره گیری از دو روش تبادل انرژی سبب شده تا این سیستم بیشترین راندمان برودتی را در انواع کولینگ تاور داشته باشد.

در برخی از انواع برج خنک کننده سطوح تبادل گرما به صورت کویل(Coil) یا شبکه‌ای از لوله‌های باریک می‌باشد. جریان سیال با گذر از شبکه لوله های باریک در تماس با هوای خشک محیط باز خنک می شود. گرمای محسوس در این فرآیند صفر می باشد و تبخیری در جریان اصلی سیال صورت نمی پذیرد. میزان افت دما در این روش کمتر خواهد بود ولی مزیت بزرگ این روش عدم تبخیر جریان آب می باشد. فقدان تبخیر در سیکل بسته در برجهای خنک کننده سبب کاهش رسوب و خوردگی در مبدل و تجهیزات دیگر می‌شود. بکارگیری سیکل بسته در جریان خنک کاری سیالات مختلف دیگر نیز مورد کاربرد قرار می‌گیرد. علاوه بر دو مزیت فوق عدم تبخیر در سیکل بسته سبب می شود که مصرف آب این تجهیزات بسیار پایین باشد. مصرف آب برج‌های خنک کننده ترکیبی نیز حتی 25 درصد مصرف آب در سیستم‌های باز می‌باشد.

قانون پایستگی انرژی و جرم در سامانه برج خنک کننده

  • موازنه انرژی در برج خنک کننده (Energy Balance)

برج خنک کننده دستگاهی جهت انتقال حرارت QC (گرمای کندانسور یک ماشین صنعتی) به محیط اطراف می‌باشد. در چرخه هر فرآیند ترمودینامیکی قانون پایستگی انرژی برقرار است. عملیات انتقال انرژی در برج خنک کننده نیز یک فرآیند ترمودینامیکی محسوب می‌شود. انرژی مصرفی دستگاه برودتی بیانگر توان مصرفی (قالباً انرژی برق) در بخش‌های مصرف کننده برج می‌باشد. مصرف کننده‌های اصلی انرژی برق در برج خنک‌کننده الکتروموتور بخش هوادهی و پمپ سیرکولاتور آب می‌باشند. گرمای تولیدی نیز نشانه‌ی میزان انرژی است که در بخش کندانسور به آب انتقال می‌یابد. در نهایت مکمل این دو مورد دفع گرمای جذب شده از آب در برج خنک کننده است. بازنویسی قانون پایستگی انرژی در چرخه کاری کولینگ تاور به شرح ذیل صورت می‌پذیرد.

گرمای مازاد تولیدی از منبع گرم = انرژی مصرفی (برق موتور و پمپ) + گرمای دفع شده در کولینگ تاور

  • موازنه جرم در برج خنک کننده (Mass Balance)

فرآیند تبادل انرژی در قالب انواع برج خنک‌کننده یک فرآیند ترکیبی از انتقال جرم و حرارت به صورت همزمان می‌باشد. کولینگ‌تاور با ایجاد یک سطح تبادل حرارت بسیار بزرگ سبب تبخیر درصدی از آب می‌گردد. تبخیر صورت گرفته در برج خنک کننده خود مقدمه جذب گرمای موجود در جریان اصلی آب می‌شود. گرمای لازم جهت بخار شدن آب و از هم گسسته شدن پیوندهای ملکولی آب از مابقی جریان آب جذب می‌شود. جریان اصلی سیال آب با از دست دادن گرما دچار کاهش دما شده و اصطلاحاً سرد خواهد شد. علاوه بر تبخیر دو عامل دیگر در برج خنک کننده موجب هدر رفتن آب می شود. بلودان یا تخلیه و پرتاب قطره‌های آب از فن یا پروانه به بیرون از دیگر عوامل مصرف آب می‌باشد.

به منظور برقرار شدن قانون پایستگی جرم باید میزان مشخصی آب را به طور دائم وارد دستگاه بنماییم. به این جریان آب که به صورت دائمی وارد برج‌خنک‌کن می‌شود، جریان جبرانی (make up) نیز می‌گویند. فرمول زیر به منظور پایسته شدن جریان سیال در سامانه فوق برقرار است.

جریان جبرانی = آب تبخیر شده + تخلیه جریان مواد غلیظ (blow down) + پرتاب قطره‌ها از قسمت فن (drift)

موازنه جرم و انرژی برج خنک کننده

کاتالوگ مشخصات فنی برج خنک کننده

برج خنک کننده شرکت دماگستر با بدنه فایبرگلاس در انواع مدار باز و مدار بسته قابل عرضه و تولید می‌باشد. کاتالوگ کولینگ تاور در سه دسته مختلف توسط کارشناسان فنی شرکت دماگستر جمع آوری گردیده است. کاتالوگ برج خنک کن حاوی اطلاعات مفیدی در زمینه ابعاد و سایر مشخصات فنی انواع می‌باشد. کاتالوگ برج خنک‌کننده در واقع دربرگیرنده انواع اطلاعات و مشخصات فنی متریال و تجهیزات بکار رفته در این تجهیز می‌باشد. این مشخصات با توجه به نوع و مدل خنک‌کن، نوع و جنس متریال بکار رفته نیز قابل تغییر خواهد بود. ضخامت بدنه فایبرگلاس با توجه به وزن آب و ظرفیت دستگاه متغیر می باشد. همچنین پارامتر سیستم هوادهی در هر مدل معین دارای فن یا پروانه با قطر مشخص می باشد. توان الکتروموتور با توجه به گشتاور مورد نیاز چرخش پروانه و صرفاً جهت هوادهی معین در کاتالوگ قید شده است.

اطلاعات اصلی و اساسی موجود در کاتالوگ مشخصات فنی

  • ظرفیت و توان سرمایشی یا قدرت برج خنک کننده در کاهش دمای آب

  • حداکثر دمای ورودی به کولینگ تاور و حداقل دمای خروجی از کولینگ تاور

  • میزان حجم دبی مجاز سیال آب در گردش در ورودی به دستگاه

  • میزان مصرف آب در فصول گرم و سرد با توجه به شرایط کاری استاندارد

  • ابعاد و دایمنشن نهایی هر یک از ظرفیت‌های مختلف تولیدی

  • وزن درحال کار - وزن خشک سازه اصلی

  • اتصالات ورودی و خروجی - اتصالات جانبی 

  • توان مصرفی الکتروموتور و میزان آمپر مصرفی یا نوع برق مصرفی (سه فاز یا تک فاز)

  • قطر پروانه یا فن به عنوان مرکز مکش هوا

  • میزان حجم هوای تولیدی بر اساس واحد CFM

  • تعداد پره های فن یا پروانه با توجه به میزان هوادهی لازم

نحوه صحیح انتخاب برج خنک کننده

طراحی و انتخاب سیستم‌های برودتی نباید توسط افراد عادی صورت پذیرد بلکه این موضوع باید توسط کارشناس مربوطه صورت پذیرد. مشاور فنی پروژه با داشتن دانش مهندسی موجب انتخاب صحیح و اصولی این تجهیز می‌شود. کارشناس با در نظر گرفتن اصول و اساس طراحی، برج خنک کننده مورد نظر را پیشنهاد نماید. در مرحله انتخاب کولینگ تاور باید جوانب مختلف کمی و کیفی را در نظر گرفت. اصول اصلی در فرآیند انتخاب و طراحی برج خنک کننده انجام محاسبات ظرفیت و تعیین میزان آب مصرفی می‌باشد. محاسبه پارامترهای طراحی همچون راندمان، توان برودتی و برآورد فراهم کردن آب مصرفی از مهمترین بخشهای انتخاب محسوب می‌شود.

در انتخاب برج خنک کننده از روی کاتالوگ محصولات دقت کنید!!

در مرحله خرید برج خنک کننده صرفاً استفاده از کاتالوگ مشخصات فنی به هیچ عنوان توصیه نمی‌شود. انتخاب هر ماشین صنعتی از کاتالوگ نباید صرفاً با توجه به ظرفیت آن صورت پذیرد. علاوه بر ظرفیت سرمایشی کولینگ تاور عوامل دیگری نیز بر پارامتر انتخاب و طراحی این تجهیز تأثیرگذار می‌باشد. عوامل جانبی همچون اقلیم محل نصب و شرایط کیفی استاندارد آب تأثیر بسزایی بر خرید و انتخاب صحیح خواهد داشت. بنابراین بهتر است از انتخاب کولینگ تاور به صورت غیرکارشناسی از کاتالوگ مشخصات فنی خودداری نمایید. بهترین گزینه در انتخاب تأسیسات صنعتی استفاده همزمان از کلیه پارامترهای در دسترس طراحی است. مهمترین ابزار طراحی استفاده از نرم افزارهای آنلاین در محاسبات مهندسی و استفاده از کاتالوگ سازندگان سیستم‌های برودتی می‌باشد.


ابعاد و مشخصات برج خنک کننده

انرژی حرارتی دفع شده در برج خنک‌کننده به محیط اطراف سبب سرد‌ شدن سیال خنک کاری می‌شود و از این جهت برج‌ خنک‌کن را نوعی سردکن صنعتی نیز قلمداد می‌کنند. انتقال انرژی در برج خنک کننده از طریق گرمای نهان تبخیر سیال خنک کاری صورت می‌پذیرد و از این رو درصد‌ کمی از حجم در گردش سیال تبخیر‌ شده وارد هوای محیط بیرون می‌شود. سیال خنک‌کاری باید درگردش خود در یک سیکل گرمازا و در عبور از برج‌خنک‌کننده توانایی دریافت میزان قابل توجهی از انرژی را دارا باشد. در واقع توانایی دریافت انرژی در سیال خنک‌کاری تحت عنوان ظرفیت‌گرمایشی‌ویژه مطرح می‌باشد که بهترین سیال در خنک‌کنندگی یک چرخه‌صنعتی آب می‌باشد. انتقال جرمی بخارات حاصل از تبخیر در برج‌خنک‌کننده در صورتی که سیال در گردش از نوع آب باشد سبب افزایش رطوبت نسبی محیط اطراف و تشکیل مه می‌شود.در نتیجه توصیه می‌گردد برج‌خنک‌کننده در محیط بیرون(outdoor) نصب گردد تا هوای داخل محیط قرارگیری به مرور زمان اشباع نشود و راندمان نهایی (Efficiently) افت نداشته باشد.
ابعاد برج خنک کننده در واقع فاکتور اصلی ایجاد سطح مبادله انرژی به شمار می آید . به هر میزان برج خنک کن ابعاد بزرگتری داشته باشد سطح مقطع بزرگتری خواهد داشت و این به معنای انتقال حرارت بیشتر می باشد. ابعاد و اندازه یک کولینگ تاور رابطه مستقیمی با ظرفیت سرمایی یا توان برودتی دارد. برجهای بزرگتر طبیعتاً ظرفیت بیشتری خواهند داشت. امروزه نمونه های از اسکیل بزرگ کاربرد برج خنک کننده را در صنعت در نیروگاه و پالایشگاه ها می توان به راحتی جستجو نمود. در اکثر نیروگاه ها قالباً از برجهای غول پیکر بتنی با سازه هذلولی جهت خنک نمودن حجم بسیار زیادی از آب در ساعت استفاده می شود. در اسکیل کوچک و در ابعاد تقریبی 100 در 100 می توان مشاهده نمود که برجهای خنک کننده کوچک در صنایع کوچک همانند تزریق پلاستیک ، گلاب گیری و عرق گیری استفاده میگردد. مشخصات ابعادی دستگاه های برودتی و ماشین آلات فاکتوری است که همواره در کاتالوگ محصولات شرکت های سازنده می توان آن را مشاهده نمود.


رسوب گرفتگی در برج خنک کننده

رسوب و گرفتگی تجهیزات و قطعات داخلی برج خنک کننده یکی از عمده مسائل اجتناب ناپذیر در کولینگ تاور محسوب می شود که در طی عمر کاری این دستگاه ممکن است به صورت متوالی ایجاد مشکل نماید. در بیشتر انواع برج های خنک کننده اعم از مدار باز - جریان مخالف و همچنین جریان متقاطع بیشتر رسوب گرفتگی به دلیل تبخیر آب و تغلیظ نمک های محلول در آب می باشد. رسوبات تشکیل شده در مدار برج خنک کننده عموماً از جنس آهک بوده و به رنگ سفید و قهوه ای روشن در میان شیارهای پکینگ و قطعات جانبی دیگر تشکیل می شوند. رسوبات آهکی تشکیل شده در بخش های داخلی برج خنک کننده بیشتر به دلیل املاح سنگین آب همچون کلسیم، منیزیم و کاتیون های فلزی و نمکی تشکیل می شود.

راهکارهای اصلی و اساسی در کاهش میزان رسوب پذیری برج خنک کننده

  • استفاده از پکینگ مدیا یا پوشال خنک کننده آنتی باکتریال و ضد رسوب همانند پکینگ نت اسپلش

  • کاربرد نازل‌ها و افشانک‌های پاشش آب با خاصیت آنتی کلاگ

  • استفاده از الیاف نانو پودری و نانو فایبر در بافت اصلی قطعات بدنه

  • تزریق آب Make up با کیفیت بالا یا به صورت سختی گیری شده

  • تنظیم دقیق بلودان یا تخلیه آب غلیظ از قسمت تشت یا بیسین

  • انتخاب برج خنک کننده با سیستم خنک کاری هیبریدی و کاهش میزان تبخیر آب

  • عدم کاربری تجهیزات فلزی و کاهش میزان زنگ زدگی و عدم تلفیق مواد رسوبات سنگین ناشی از لوله ها یا اتصالات فلزی

  • استفاده از فلیترهای فلزی یا غیر فلزی در بخش ورودی هوای کولینگ تاور که سبب ممانعت از ورود گرد و غبار موجود در هوا می شود.


نگهداری و محافظت از برج خنک کننده

مرحله نگهداری کولینگ تاور (برج خنک کننده) مهمترین اقدام پس از نصب و راه اندازی می باشد که اگر به صورت صحیح صورت پذیرد اثرات بسیار مفیدی خواهد داشت. نگهداری و محافظت از برج سبب افزایش طول عمر قطعات داخلی و جانبی می گردد. اگر اصول نگهداری برج خنک کننده رعایت نگردد سبب بروز مشکلات فراوانی شود.

رایح ترین مشکلات به وجود آمده در صورت عدم رعایت اصول نگهداری برج خنک کننده

  • رسوب گرفتگی شدید و انسداد مجراهای توزیع آب همانند لوله ها و انشعابات داخلی ، آب پخش کن و افشانک ها به دلیل استاندارد نبودن آب در چرخش کولینگ

  • مسدود شدن شیارهای بین ورق های پکینگ مدیا و کاهش سطح موثر انتقال حرارت به خاطر مطلوب نبودن آب جبرانی

  • آفتاب سوختگی قطره گیرها یا المیناتورها به دلیل عدم نصب صحیح و مطلوب نبودن مکان و موقعیت نصب کولینگ

  • تخریب قطعات داخلی و کاهش عمر تجهیزات همانند پکینگ ، فن ، نازل و قطره گیر

سرویس و چکاپ برج خنک کننده

سرویس کردن و چکاپ کردن(Check Up) یک تفاوت اساسی با تعمیر اساسی یا آورهال دارد و آن هم این است که در سرویس لزوماً نیازی به تعویض قطعه نمی باشد. سرویس یک دستگاه می تواند شامل عملیات مختلف شستشو و تنظیم مجدد قطعات داخلی می باشد. رعایت کردن سرویس دوره ای در برج خنک کننده سبب کاهش میزان خرابی در بخش های مختلف شده و از بروز خرابی های غیرقابل جبران نیز جلوگیری می نماید.

بخشهای مختلف و مهم در هر نوبت سرویس برج خنک کننده

  • شستشو با جت آب و کارواش در بخشهای قطره گیر، آب پخش کن و سیستم توزیع آب ، لوور و دیگر اجزایی که تماس مستقیم با آب یا هوای آلوده دارند

  • شستشو با اسیدهای مناسب در بخشهایی که تماس دائمی با آب دارند و رسوب گرفتگی های بیشتری می گیرند همانند افشانک ها و پکینگ ها

  • تنظیم لوله های خروجی اسپرینکلر و چرخش صحیح آب پخش کن و رسوب زدایی سوراخهای خروجی از لولهای جانبی

  • تنظیم زاویه پره های فن یا پروانه و بالانس کردن آن که سبب افزایش طول عمر بلبرینگ ها و گیربکس و همچنین موجب کاهش آمپر مصرفی موتور و خنک کار کردن آن می شود.


تعمیر اساسی یا آورهال برج خنک کننده

تعمیر یا overhaul در برج خنک کننده با توجه به تماس دائم و مکرر با آب و قرارگرفتن در محیط بیرون یک امری اجتناب ناپذیر است. تعمیر اساسی کولینگ تاور یا برج خنک کن شامل فرآیندهایی از جمله تعویض پکینگ ها یا پوشالها ، تعویض و تعمیر فن یا پروانه به لحاظ کاهش لرزش و بالانس کردن تیغه ها ، تعویض قطره برگردان یا چکه گیرهای داخلی ، تعویض نازلها یا آب پخش کن(اسپرینکلرهد) می باشد. مدت زمان تعمیر برج خنک کننده با توجه به کیفیت متریال مورد استفاده شده در داخل برج خنک کن ممکن است بین 2 تا 10 سال باشد. به هر میزان گرید و کیفیت تجهیزات فرعی و اصلی کولینگ تاور بالاتر باشد طول عمر دستگاه بالاتر رفته و تعمیر برج خنک کننده نیز با تاخیر بیشتری نیز همراه خواهد بود.

راهکارهای اساسی در افزایش دوره تعمیر برج خنک کننده

  • استفاده از متریال مرغوب پلیمری همانند  PP یا PVC درجه یک (سفید رنگ) در تولید پکینگ های داخلی

  • انتخاب صحیح برج خنک کننده و طراحی سیستم خنک کاری آب بر اساس بهترین نوع کولینگ تاور

  • ترکیب مواد آنتی یووی anti-UV در بدنه و قطعاتی که در تماس با تابش اشعه خورشید قرار دارند.

  • بکارگیری نسل جدید پروانه با تیغه های سوپر بلید(super blade) در ساختار تیغه های فن و کاهش میزان لرزش فن

  • بهره بری از فن یا پروانه با متریال مناسب محیط طراحی (محیط های مرطوب و اسیدی = فن فایبرگلاس و محیط هایی با تابش شدید نور خورشید: پروانه آلومینیوم)

  • استفاده از تجهیزات محافظتی همانند سیستم هیتریز هوشمند آنتی فریز ، سیستم فیلتراسیون آب جبرانی، فیلترهای هوا و ...

  • انجام منظم سرویس و شستشو قطعات داخلی


قیمت و بهای تمام شده برج خنک کننده

قیمت یا فی در هر موضوعی طبیعتاً حرف آخر را می زند و در مورد کولینگ تاور یا برج خنک کاری نیز این موضوع صادق می باشد. قیمت هر دستگاهی که تولید می شود از عوامل مختلفی می تواند تأثیرپذیر باشد. قیمت برج خنک کننده نیز با توجه به جامع بودن قطعات داخلی و سروکار داشتن با بخشهای مختلف تهیه مواد اولیه دائماً دستخوش تغییرات فراوان می شود. با توجه به همت تولیدکنندگان و سازندگان برج خنک کننده هم اکنون سعی تمامی شرکتهای سازنده بر این بوده است تا قیمت های خود را با کمترین ضریب تغییرات اعلام نمایند.

عوامل اصلی موثر در قیمت برج خنک کننده یا کولینگ تاور

  • نوع برج خنک کننده (مکعبی یا مخروطی ، مدارباز یا مداربسته)

  • ظرفیت برج خنک کننده (از 10 تن تبرید تا 4500 تن تبرید)

  • قیمت مواد اولیه فایبرگلاس همانند الیاف و رزین

  • نوع الیاف و رزین بکاربرده شده در تولید و ساخت برج خنک کن

  • تعداد لایه های الیاف و رزین و ضخامت نهایی بدنه

  • نوع پکینگ مدیا بکار رفته و گرید مواد بکار رفته در پکینگها

  • گرید عایق حرارتی و کلاس محافظتی موتور و نوع برند موتور

  • نوع پروانه با فن ، نوع تیغه های بکار رفته و تعداد پره های فن مکنده