برج خنک کننده ( گوگل ترنسیلت: cooling-tower) یک ماشین بزرگ سردکننده بوده که وظیفه اصلی اش خنک کردن آب می‌باشد و انواع رایج آن مرطوب، هیبریدی، مکعبی و مخروطی می باشد. انواع مختلف برج خنک کننده در شرایط مختلف به کار برده می‌شود که هر یک از انواع کولینگ تاور نیز ویژگی های خاص خود را دارند.
دلایل زیادی بر انتخاب نوع برج خنک کننده (برج خنک‌کن) تأثیر می‌گذارد که مهمترین آن ها عبارتند از شرایط محیطی، دمای خروجی آب، میزان مصرف انرژی و نوع جریان دهی هوا. به عبارتی دیگر انتخاب نوع و مدل کولینگ تاور باید مطابق خواسته های خریدار یا کارفرما صورت پذیرد. امروزه برج خنک کننده انواع فراوانی دارد و در مدل های بسیار متنوعی طراحی و تولید می گردد که خلاصه دسته بندی مهمترین مدلهای آن در نمودار تصویر ذیل مشخص می‌باشد.
چرا برج خنک کننده را در انواع مختلف دسته بندی می کنیم؟
در پاسخ به این سوال باید اینطور بیان نمود که کولینگ تاور کاربری‌های مختلفی دارد و در نقاط مختلف آب و هوایی بکار می‌رود و شرایط کاری آن نیز یکسان نمی‌باشد. به عنوان مثال یک برج خنک کننده در صنعت تزریق پلاستیک وظیفه خنک کردن قالب و روغن گردشی را برعهده دارد. دمای آب خروجی برج خنک کن در این سیستم باید معادل در حدود 25 تا 30 درجه سانتیگراد طراحی شود.
در صنعت ذوب فلزات (صنایع فولاد) دمای خروجی آب سرد باید مطابق با دمای آلارم کوره در بازه 35 الی 45 درجه سانتیگراد طراحی شود. بنابراین سیستم پیشنهادی خنک کاری در دستگاه های تزریق باید متفاوت از سیستم برودتی دستگاه های کوره باشد. دسته بندی کولینگ تاور به انواع مختلف سبب شده که این تجهیز را متناسب با شرایط محیطی و کاربری منحصر به خود استفاده کنیم.
انواع برج خنک کننده
علاوه بر دسته بندی تصویر اول، کولینگ تاور در یک طبقه بندی جامع تر بر اساس نوع جابجایی هوا به دو دسته اصلی جریان طبیعی و القایی تقسیم می‌شود. در صورتی که انتقال هوا در کولینگ تاور به وسیله وزش باد انجام شود، به آن برج خنک کننده اتمسفریک (atmospheric cooling tower) گفته می‌شود. و همچنین اگر ایجاد جریان هوا توسط یک فن مکنده یا دمنده القا شود به آن برج خنک کننده جریان اجباری (mechanical forced draft) می‌گوییم.
- برج خنک کننده جریان طبیعی (اتمسفریک)
یکی از رایج ترین انواع سیستم برودتی در ظرفیت های بسیار بالا برج خنک کننده اتمسفریک می باشد. به عبارتی ساده کولینگ تاور اتمسفریک از جریان هوای اتمسفر بدون استفاده از فن آب را خنک می‌کند. طراحی برج خنک کننده اتمسفریک قالباً به صورت تجربی صورت می پذیرد و بسیاری از صنایع مختلف با صرف کمترین هزینه سعی در نوع طراحی دستی سیستم برودتی می‌باشند.
در برج خنک کننده اتمسفریک (جریان طبیعی)، آب گرم خروجی از کندانسور به وسیله یک پمپ به قسمت فوقانی منتقل شده و از آنجا به وسیله نازل به داخل برج پاشیده می‌شود.
***چه عواملی سبب کارکرد بهتر برج خنک کننده اتمسفریک می شود؟
میزان پودر شدن آب و سرعت میزان تماس آب در کولینگ تاور جریان طبیعی عمدتاً به میزان پودر شدن آن بستگی دارد. برای حصول راندمان بالا در برج خنک کننده اتمسفریک وجود پاشش خوب در نازل یا افشانک شرط کافی می‌باشد. مقدار و سرعت هوای گردشی در کولینگ تاور اتمسفریک نیز به سرعت باد بستگی دارد.
به دلیل مذکور ظرفیت برودتی انواع برج خنک کننده جریان طبیعی با تغییر میزان جریان طبیعی هوا (سرعت باد) تغییر می‌کند. برجهای اتمسفریک، همواره در فضای آزاد قرار می‌گیرند بطوری که هوا بتواند آزادانه در آنها جریان داشته باشد. این مدل از انواع برج خنک کننده معمولاً در محیط‌های کاملاً باز و در دهانه دیز باد (نقطه‌ای با بیشترین سرعت باد) نصب می‌شود.
- برج خنک کننده جریان اجباری (جریان القایی)
در این مدل از انواع برج خنک کننده جریان هوا توسط ایجاد یک جریان مکانیکی در هوا ایجاد می‌شود. کولینگ تاور جریان القایی بر اساس نوع و جهت ورود و خروج هوا به دو دسته دمنده و مکنده تقسیم می‌شود. ظرفیت های برودتی پایین این مدل از انواع خنک کننده آب در داخل فضای بسته نیز می‌تواند قرار گیرد.
به لحاظ اینکه در برجهای خنک کننده اجباری میتوان هوای بیشتر و سرعت زیادتر فن استفاده نمود، ظرفیت آنها به ازای ابعاد فیزیکی برابر، از برجهای خنک کن اتمسفریک به مقدار قابل ملاحظه‌ای بیشتر خواهد بود. در این مدل از انواع برج های خنک کننده از سطوح خیس شده جهت تبادل حرارت بیشتر تحت عنوان پکینگ نیز استفاده می‌شود و راندمان این مدل از انواع کولینگ تاور به مراتب از انواع کولینگ تاور اتمسفریک بیشتر خواهد بود.
انواع برج خنک کننده جریان القایی
برج خنک کن با توجه به نحوه تماس و ارتباط بین آب داغ و هوای سرد بیرون به دو دسته ارتباط مستقیم (برج خنک کن مدارباز) و ارتباط غیر مستقیم (برج خنک کن مداربسته) تقسیم می شود.
- برج خنک کننده باز یا تر
یکی از رایج‌ترین انواع برج خنک کاری با مدارباز که سبب خنک‌شدن آب در یک مدارباز تا نزدیکی دمای‌مرطوب می‌گردد برجخنککن مدارباز برج خنک کننده مرطوب می‌باشد. این برج خنک کن پر کاربردترین نوع خنک کننده صنعتی در میان انواع کولینگ تاور محسوب می‌شود.
این سیستم با ایجاد یک مساحت معین از پرکن یا پوشال سبب ارتباط آب با هوای خشک(بدون رطوبت) می‌گردد. در این تماس بین دو سیال آب و هوا در انواع برج خنک کن باز هوا از آب گرما دریافت کرده و آب نیز دچار میزان کمی تبخیر شده و خنک‌تر می شود.
- برج خنک کننده بسته یا خشک
اگر مدارچرخشی آب در سیستم خنک‌کاری یک کولینگ‌تاور در یک سیکل کاملاً بسته و ایزوله صورت پذیرد، عملاً تماس بین جریان گردشی آب و جریان هوا به صورت غیرمستقیم انجام می‌پذیرد و به آن نوع سردکن، برج خنک کننده مداربسته گفته می‌شود. کولینگ تاور مداربسته قابلیت کاهش آب تا نزدیکی دمای خشک یا محسوس محیط را دارد و از این رو به آن برج خنک کن خشک نیز گفته می‌شود. به کولینگ تاور مداربسته خشک در صنعت برج خنک کن هلر نیز گفته می شود.
- برج خنک کننده ترکیبی یا هیبریدی
البته نوعی دیگری از انواع کولینگ‌تاور مداربسته ترکیبی از یک سیکل باز و یک سیکل بسته می‌باشد که به آن برج‌خنک‌کننده هیبریدی (یا برجخنککن ترکیبی) نیز گفته می‌شود و این نوع سیستم خنک‌کاری سبب کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای مرطوب محیط در یک سیکل بسته (آدیاباتیک یا آنتروپی ثابت) می‌گردد.
به عبارتی دیگر این نوع کولینگ تاور ترکیبی از یک برجخنککن باز(مرطوب) و برجخنککن بسته(خشک) می باشد که در فصول سرد به صورت خشک و با یک سیکل بسته آب را خنک می‌کند و در فصول گرم نیز با یک سیکل کمکی مدارباز به خنک‌سازی آب کمک می‌نماید.
تقسیم بندی انواع برج خنک کننده بر اساس شکل ظاهری
براساس نوع شکل ظاهری و هندسه برج‌خنک‌کننده این تجهیز به انواع برج خنک‌کننده مکعبی ، برجخنککن مدور(مخروطی) و برج خنک‌کن شش ضلعی تقسیم می شود.
- برج خنک کننده مکعبی
کولینگ تاور با ظاهری شبیه یک مکعب که دارای سیستم پاشش آب نازلهای ثابت و سیستم هوادهی مکش القایی می‌باشد برج خنک کن مکعبی(cubic cooling tower) نام دارد. این نوع برجخنککن به دلیل اشغال فضای‌کم و امکان تولید چندسلولی از کاربرد بسیاری در صنعت و تهویه مطبوع دارد. در کولینگ‌تاور مکعبی آب پس از پاشش از خروجی نازل(دوش‌های توزیع آب) بر روی سطوح خنک‌کن در تماس با هوای خنک بیرون قرار می‌گیرد و خنک می‌شود.
- برج خنک کننده مدور یا مخروطی
یکی از رایج‌ترین انواع برجخنککن با سیستم پاشش آب دوار و دایره‌ای که دارای ظاهری استوانه‌ای شکل یا مدور می‌باشد برج‌خنک‌کن‌گرد یا مخروطی نام دارد. این مدل سردکن در میان انواع‌برج‌خنک‌کننده بیشتر در خنک‌کاری چیلرهای‌تراکمی در آپارتمان‌ها و سیستم‌های صنعتی با گردش آب کم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- برج خنک کننده هگزانول یا شش ضلعی
این مدل از کولینگ‌تاور یکی از انواع برج خنک‌کن با طول عمر طراحی بسیارکم محسوب می‌شود که دارای ظاهری شش ضلعی شکل می‌باشد و به دلایل معایب زیاد خود از رده تولید در بیشتر خط تولیدهای برج خنک کن کاملاً کنار گذاشته شده است. عدم توزیع آب مناسب، ایجاد حفره های هوا در گوشه های شش گوشه و عملکرد ضعیف از مهمترین دلایل برکناری تولید این نوع از برج خنک کاری می‌باشد.
تقسیم بندی انواع برج خنک کننده براساس نوع متریال بدنه
برج خنک کن با توجه به نوع متریال و ماده به کار رفته در تولید بدنه در دسته بندی برجخنککن فایبرگلاس ، برج خنک‌کن بتنی و برج خنک کن فلزی تقسیم بندی می شود.
- برج خنک کننده فایبرگلاس
باتوجه به رشد صنعت در چند دهه اخیر و نیاز بسیار به منابع انرژی سرمایشی در صنایع، استفاده از برجهای خنک‌کن بتنی و فلزی در دهه‌های گذشته به نسبت انواع خنک‌کن فایبرگلاس معایب بسیاری داشته‌اند که باهم به برخی از معایب انواع برجهای خنک‌کننده درگذشته اشاره خواهیم داشت.
همانطور که می‌‌دانید در فرآیند خنک‌کاری در آب‌های صنعتی که سختی بسیار بالایی دارد وجود املاح زیاد در آب در برج‌های‌خنک‌کننده گالوانیزه سبب ایجاد مشکلات زیادی از جمله رسوب،گرفتگی و پوسیدگی در بدنه برج خنک‌کن می شد که بزرگترین ویژگی منحصربه‌فرد برج خنک کننده فایبرگلاس فاقد خوردگی و پوسیدگی بودن و عدم تغییر شکل در شرایط جوی مختلف می‌باشد.
الیاف بکار رفته در برج خنک کننده فایبرگلاس از نوع حصیری(مت) و سوزنی(مش) می‌باشد که با انواع رزین‌های دسته پلی استر غیر اشباع به قوام و پخت نهایی در بدنه می‌رسد و برای مقاومت بیشتر در برابر نور خورشید از یک یا چند لایه رزین اپوکسی مخصوص نیز در جداره انتهایی بدنه استفاده می‌شود.
برج خنک کننده فایبرگلاس به مراتب از وزن کمتری به نسبت انواع همتای خود دارد که به علت اتصالات پیچ و مهره‌ای آن که قطعات به صورت جداگانه و یک به یک به هم متصل می‌گردند این امکان را فراهم ساخته تا تعمیرات برج خنک‌کننده فایبرگلاس به راحتی صورت پذیرد.
- برج خنک کننده بتنی
یکی از انواع برج‌خنک‌کاری رایج در صنعت که بیشتر در انواع نیروگاه‌های‌حرارتی جهت خنک‌کاری بخار خارج‌شده از توربین‌های گازی استفاده می‌شود برجخنککن بتنی با استراکچر هذلولی‌گون(همانند استوانه کمرباریک) می‌باشد که در دو تیپ جریان‌طبیعی و جریان‌القایی نیز طراحی می‌شود. به مدل جریان‌طبیعی این نوع از کولینگ‌تاور ، برج‌خنک‌کننده اتمسفریک نیز گفته می‌شود. استفاده از سازه‌های بتنی عظیم در ساختار تولید برجخنککن سبب مشکلات متعددی شده است که امروزه طراحان سیستم های برودتی از هیچ یک از انواع کولینگ‌تاور بتنی در پیشنهادات خود استفاده نمی‌نمایند.
- برج خنک کننده گالوانیزه
امروزه به علت فضای محدود برخی از کارخانه‌جات صنعتی و در واحدهای مسکونی بیشتر از انواع برجخنککن گالوانیزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. فلذا چندین عامل باعث گردیده مخاطب تمایل نسبی به برج‌خنک‌کننده گالوانیزه نشان دهد که یکی از این تمایلات اغلب استفاده از فن‌های حلزونی کم‌صدا درساختار این مدل از برج خنک‌کن می‌باشد. البته لازم به ذکر است برای ایجاد تبرید مورد نیاز جهت خنک‌کاری و راندمان بالا از یک تا چهار فن گریزازمرکز در برجخنککن گالوانیزه استفاده می‌گردد.
از دیگر مزایای این نوع برج خنک کن نسبت دیگر کولینگ‌تاورها ابعاد کوچک آنها می‌باشد ولی به این نکته باید اشاره داشت که با مزایای محدود معایب فراوانی نیز دارند. بزرگترین معایب این نوع از برج‌های‌خنک‌کن ایجاد رسوب، خوردگی و رشد انواع میکروب‌های بیولوژیکی در دیواره و داخل دستگاه می‌باشد. از دیگر معایب این نوع از برج‌خنک‌کننده رسانا بودن فلز در مقابل نفوذ گرما می باشد که به شدت در فصول گرم تاثیر منفی بردمای خروجی کولینگ‌تاور خواهد داشت.
انواع برج خنک کننده بر اساس نوع زاویه ورود جریان هوا
برج خنک‌کننده مدارباز با توجه به چگونگی ورود هوای‌تازه (Fresh Air) و زاویه بین جریان هوای‌مکشی با جریان آب ریزشی به دو دسته کولینگ‌تاور جریان‌ناهمسو (برجخنککن جریان‌مخالف) و کولینگ تاور جریان عمود(برج خنک کن جریان متقاطع) تقسیم می‌شود.
- برج خنک کن جریان مخالف
برج خنک کننده کانترفلو یا جریان مخالف (counter flow) از انواع برجخنککن مدارباز محسوب می‌شود که جریان مکش یا دمش‌شده هوا در خلاف جهت جریان ریزش یا پاشش آب می‌باشد و براساس شکل ظاهری به دو دسته مکعبی و مدور تقسیم‌بندی می‌شود. این نوع از برج خنک کاری بیشتر در انواع محیط های اقلیمی گرم و خشک مورد کاربرد قرار می‌گیرد و بیشترین میزان افت دما و راندمان را در میان انواع کولینگ‌تاور دارا می‌باشد.
به دلیل راندمان بالای این تجهیز در مناطق گرم و خشک در بسیاری از مناطق مرکزی کشور (یزد، اصفهان، تهران، مشهد، اراک، زنجان، قزوین و غیره) که دارای آب و هوای گرم و خشک می باشد کاربرد فراوانی دارد.
- برج خنک کن جریان متقاطع
برج خنک کننده کراس فلو یا جریان تقاطعی(Cross Flow) به نوعی طرحی از یک کولینگ‌تاور شرکت ابارا ژاپن محسوب می‌شود که به کولینگ‌تاور طرح‌ابارا نیز معروف می‌باشد. در این مدل از انواع برج‌خنک‌کننده جریان هوا به صورت تقاطعی با زاویه نود درجه در برخورد با جریان آب قرار می‌گیرد و بیشتر در مناطقی با اقلیم مرطوب و شرجی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این نوع از انواع برج‌خنک‌کننده در سالهای اخیر کاربرد فراوانی در مناطق صنعتی کشور که دارای رطوبت زیادی می‌باشند قرارگرفته است. مناطقی همچون شمال و جنوب کشور که در مجاورت دریا قرار دارند و رطوبتی زیادی در هوای محیط دارند استقبال زیادی از این طرح کولینگ‌تاور می‌نمایند.
تقسیم بندی انواع برج خنک کننده براساس نوع کاربری
برج خنک کاری آب بر اساس نوعی دستگاهی که خنک می‌کند در دو دسته کلی تقسیم می‌شود. اگر دستگاهی که کولینگ تاور وظیفه خنک کردن آن را برعهده دارد در سیستم های تهویه مطبوع(چیلر) باشد در این کاربری به آن برجخنککن چیلر گفته می‌شود. اگر دستگاهی که کولینگ‌تاور وظیفه خنک‌کاری آن را برعهده دارد از سایر دستگاه‌ها در چرخه صنعت باشد به آن برج خنک کننده صنعتی گفته می‌شود.
- برج خنک کننده چیلر
یکی از رایج ترین کاربری های برج خنک کننده در همین سیستم های تهویه ساختمان ها و جهت خنک کاری چیلر محسوب می شود. چیلر یک نوع دیگر از خنک کننده آب با سیکل تراکمی و جذبی محسوب می شود که توسط ایجاد یک سیکل در یک سیال گازی (مبرد) سبب خنک تر شدن آب می گردد. حال خود چیلر گرمایی را که از مبرد دریافت می کند را باید توسط یک دستگاه دیگر به محیط بیرون انتقال دهد.
منتقل کننده گرمای اضافی چیلر به محیط اطراف برج خنک کن می باشد که به آن برج خنک کن چیلر نیز گفته می شود. برج خنک کن چیلر در واقع آب سرد مدار کندانسور (مبدل خنک کاری مبرد) را تأمین می نماید و این گرما را توسط جریان مکانیکی هوا به بیرون هدایت می کند. بنابراین برج خنک کن چیلر از نوع جریان اجباری محسوب می شود.
- برج خنک کننده صنعتی
در این نوع کاربری از برج خنک کن صنعتی در فضای بیرون کارخانجات و کارگاه های صنعتی نصب می شود و آب سرد مورد نیاز دستگاه های صنعتی را تأمین می کند. در واقع برج خنک کن در این نوع کاربری یک آب سردکن بزرگ صنعتی محسوب می شود و به همین دلیل در صنعت به آن برج خننک کننده صنعتی یا سردکن صنعتی گفته می شود.
دستگاه های گرمازا در کارخانجات سیمان ، فولاد، نفت و پتروشیمی و تمامی کارخانجات تولید موادغذایی نیازمند کولینگ تاور به عنوان منبع آب خنک می باشند و به منظور اینکار گاه هزینه های گزافی بابت طراحی و تولید این دستگاه پرداخته می شود. از این رو توصیه می کنیم یکبارهم که شده با شرکت دماگستر تماس حاصل نمایید و به ما اعتماد کنید.
تقسیم بندی انواع برج خنک کننده براساس تعداد سلول
برج های خنک کننده براساس تعداد سلول طراحی شده در سیستم تولید این تجهیزات به دو دسته کلی تک سلولی و چندسلولی تقسیم می شوند. دلیل اصلی تولید برج های خنک کننده به صورت چندسلولی کنترل میزان مصرف انرژی و همچنین کاهش ابعاد دستگاه و ارسال برج خنک کاری به صورت مونتاژ درب کارخانه که سبب کاهش هزینه های مونتاژ در محل پروژه می گردد. در ظرفیت های بالاتر از 500 تن برودتی از انواع برج خنک کننده چندسلولی در طراحی و به کارگیری جهت خنک سازی آب استفاده می شود.
- برج خنک کن تک سلولی
رایج ترین و پرکاربردترین انواع سیستم های خنک کن به صورت تک سلولی ارائه می شود. بیشترین کاربرد برجهای خنک کننده تک سلولی به ظرفیت های پایین تر از 500 تن تبرید مرتبط می شود. همچنان که اگر ظرفیت برودتی مورد نظر طراحی به عددی بالاتر از 500 تن برودتی محاسبه شود از برج های خنک کننده چندسلولی ماژولار(به هم پیوسته) و غیرماژولار ( جدا از هم) توصیه می گردد.
البته لازم به ذکراست که استفاده از انواع کولینگ تاور غیرماژولار نیازمند فضای بیشتری جهت نصب می باشد و دلیل این امر رعایت فاصله بین دو دستگاه در محل نصب برج خنک کننده می باشد. فاصله استاندارد میان دو دستگاه برج خنک کننده تک سلول عموماً دو برابر ارتفاع لوور یا کرکره مکش هوا در نظر گرفته می شود که همین فاصله سبب افزایش فضای مورد نیاز جهت نصب برج خنک کننده به صورت چندسلولی غیرماژولار می گردد.
- برج خنک کننده چند سلولی
در بسیاری از ظرفیت های برودتی بالا که امکان تولید برج خنک کننده با ابعاد همگن با سطح مقطع مربعی وجود ندارد و یا به دلیل افزایش عرض دستگاه و عدم امکان بارگیری از برج های خنک کننده چندسلولی استفاده می شود. برج های خنک کننده چندسلولی سبب کاهش هزینه های مونتاژ و هزینه های بارگیری و ارسال کالا خواهد شد. علاوه بر این موضوع استفاده از برجهای خنک کن چندسلولی سبب افزایش کنترل بر میزان مصرف برق (توسط خاموش نمودن موتور یک یا چندسلول در فصول سرد) خواهد شد.
برج های خنک کننده چندسلولی از نظر استاندارد باید دارای ابعاد همگن و مستطیلی باشد که عرض دستگاه به نسبت عدد صحیحی از طول دستگاه باشد. به عنوان مثال در طراحی استاندارد انواع برج خنک کن دو سلولی عرض دستگاه همواره یک دوم (نصف) طول دستگاه خواهد بود. به دلیل عدم مکش هوای مناسب از طرفین دستگاه استفاده از ابعادی غیر استاندارد به هیچ عنوان در طراحی کولینگ تاور توصیه نمی شود.
