انواع برج خنک کننده عبارتند از:
1-برج خنک کننده مدارباز 2-برج خنک کننده مداربسته3-برج خنک کننده هیبریدی 4-برج خنک کننده جریان مخالف 5-برج خنک کننده جریان طبیعی 6-برج خنک کننده جریان اجباری 7-برج خنک کننده مکعبی 8-برج خنک کننده مدور 9-برج خنک کننده تک سلولی 10-برج خنک کننده دو سلولی
نوع گردش آب، هندسه، مدل چرخش هوا و نحوه کاربرد برج خنک کن تعیین کننده دسته بندی انواع کولینگ تاور است. دلایل و علت های زیادی در انتخاب بین انواع برج خنک کننده دخیل هستند. به عنوان مثال برای خنک کاری سیستم چیلر باید انواع برج های خنک کننده را شناخت و نتیجتاً طرح بهتر را انتخاب نمود. تنوع فراوان مدل های مختلف چیلر ما را به سمت انتخاب شایسته در بین انواع برج خنک کن مناسب با آنها سوق میدهد. در ادامه متن به بررسی همه جانبه انواع برج های خنک کننده در دسته های متنوع و شناخت آنها میپردازیم.
چرا برج خنک کننده را در انواع مختلف دسته بندی می کنیم؟
مهندسان طراح از برج خنک کننده با هدف تامین آب سرد مورد نیاز برای ماشین آلات صنعتی و تهویه مطبوع (چیلر) استفاده میکنند. بعنوان نمونه یک دستگاه برج خنک کننده در صنعت تزریق پلاستیک وظیفه خنک کردن قالب و روغن هیدرولیک ماشین را بر عهده دارد. دمای آب گرم برج خنک کن در این سیستم باید حدوداً 35 درجه سانتیگراد طراحی شود. حال آنکه در طراحی کولینگ تاور برای چیلر تراکمی دمای آب برگشتی داغ را باید حداکثر 32 درجه سلسیوس تعریف بنماییم.
این تمایز دمایی در کارخانجات صنعتی از جمله علل اصلی اهمیت شناخت انواع برج خنک کننده بحساب می آید. در صنعت ذوب فلزات (صنایع فولاد) دمای خروجی آب سرد واتر کولینگ باید مطابق با دمای آلارم کوره در بازه 45 الی 55 درجه سانتیگراد طراحی گردد. قاعدتاً سیستم پیشنهادی سرمایی در دستگاه های تزریق باید متمایز از منبع برودتی کوره های ذوب و ریخته گری باشد. دسته بندی کولینگ تاور به انواع مختلف کمک بسزایی در انتخاب متناسب با شرایط محیطی و کاربری برج خواهد داشت.
انواع برج خنک کننده بر اساس جریان هوا
برج خنک کننده جریان طبیعی (اتمسفریک)
یکی از قدیمی ترین انواع سیستم های برودتی در ظرفیت فوق صنعتی، برج خنک کننده اتمسفریک میباشد. بعبارتی ساده کولینگ تاور اتمسفریک از جریان هوای آزاد محیط بیرون بدون استفاده از پروانه آب را خنک میکند. طراحی برج خنک کننده جریان طبیعی قالباً به صورت تجربی با سازه های هذلولی شکل صورت می پذیرد.
مهندسین طراح در بسیاری از صنایع مختلف با صرف کمترین هزینه سعی در طراحی نوع جریان طبیعی سیستم برودتی میباشند. در انواع برج خنک کننده اتمسفریک، آب گرم خروجی از کندانسور را بوسیله یک پمپ به قسمت فوقانی منتقل می کنیم. سپس آب داغ را از آنجا به وسیله نازلها و دوش های پاششی به داخل برج هدایت می نماییم.
عوامل افزایش راندمان در برج های خنک کننده جریان طبیعی
- افزایش ارتفاع سازه بتنی (هذلولی) و مکش بهتر جریان هوای طبیعی آزاد
- پاشش بهتر جریان آب داغ توسط نازلهای اسپری کننده
- استفاده از پرکن (Fill) با سطح تماس تبادلی بالاتر و یا استفاده از پکینگ گام بیشتر
- قرارگیری در محیطی کاملاً آزاد و در نقاطی با شدت جریان باد زیاد (دیز باد)
- افزودن سطح مقطع برج خنک کننده (قطر هذلولی)
- افزایش میزان ارتفاع لوور یا همان کرکره ها در قسمت ورودی هوا با هدف افزایش مساحت ورود هوای خشک محیط
ظرفیت سرمایی انواع برج خنک کننده طبیعی با تغییر میزان جریان طبیعی هوا (سرعت باد) تغییر میکند. برجهای اتمسفریک همواره در فضای آزاد و در شرایط اقلیمی خاص با وزش باد شدید قرار میگیرند. این مدل از انواع کولینگ تاور معمولاً در محیطهای تماماً باز و در دهانه دیز باد (نقطهای با بیشترین سرعت باد) نصب میشود.
برج خنک کننده جریان اجباری (مکنده 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. ظرفیتهای برودتی پایین (کمتر از 100 تن تبرید) نیز قابلیت نصب در محیط محدود را دارند. 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 جهت تبادل حرارت بیشتر تحت عنوان پکینگ نیز استفاده میشود . راندمان این مدل از انواع کولینگ تاور های دیگر به مراتب بیشتر است.
عوامل افزایش راندمان انواع برجهای جریان مکنده اجباری
- افزایش ابعاد سطح موثر عرض و طول چیدمان پکینگ
- بالا بردن ارتفاع نشیمن سطوح خنک کننده
- بکارگیری از فن با قطر و میزان هوادهی زیادتر (تعداد پره و یا دور بیشتر)
- استفاده از پرکن با سطح ویژه بالاتر
- نازل های ریز اسپری کننده با هدف افزایش سطح تماس بین آب و هوا
- کاهش میزان افت فشار قطعات داخلی برج خنک کننده
- بکار بردن از قطره گیرهای لانه زنبوری جهت جلوگیری از پرتاب قطرات ریز آب به بیرون
انواع برج خنک کننده جریان القایی (گردش آب)
1-برج خنک کننده مدار باز (مرطوب)
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. گرمای موجود در آب داغ با ارتباط هوا از درون این سیال خروج می کند. پس از این فرآیند جریان آب نیز با اندکی تبخیر همراه خواهد بود.
2-برج خنک کننده مداربسته خشک
مدار چرخشی آب در سیستم خنککاری یک کولینگتاور خشک در یک سیکل کاملاً ایزوله صورت میپذیرد. عملاً تماس بین جریان گردشی آب گرم و هوای محیط بصورت غیر مستقیم انجام میپذیرد. آب داغ پس از گذر از درون کویلهای فین دار در تماس با هوای سرد بیرون قرار میگیرد. کولینگ تاورهای مداربسته قابلیت کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای خشک یا محسوس محیط را دارند. بخاطر همین موضوع به این دستگاه برج خنک کن خشک (هلر) نیز گفته میشود.
برج خنک کننده مداربسته هیبریدی
البته نوعی دیگری از انواع کولینگتاور مداربسته، ترکیبی از یک سیکل مرطوب تبخیری و بسته خشک میباشند. در علوم نوین مهندسی سیالات این دستگاه را “واتر کولینگ هیبریدی” مینامیم. در انواع برج های مداربسته هیبریدی در یک فرآیند آدیاباتیک ترمودینامیکی چندین سیال در تماس یکدیگر قرار میگیرند.
برج خنک کننده هیبرید از چند منبع انرژی یعنی آب و برق به صورت همزمان استفاده میکند. در فصول گرم همانند تابستان مصرف آب در برجهای هیبرید بالاتر از فصول دیگر است. البته میانگین مصرف آب سالیانه در این دستگاه ها بسیار پایین تر از سایر همتاهای خود میباشد.
انواع برج خنک کننده بر اساس شکل ظاهری
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 (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.
انواع برج خنک کننده بر پایه جنس بدنه
مواد اولیه بدنه دستگاه کولینگ تاور در گذشته تا به امروز دستخوش تغییرات فراوانی قرار گرفته اند. اکنون در صنعت تولید دستگاه های برودتی از مواد پلیمری ضد زنگ همانند فایبرگلاس در ساختار بدنه استفاده میشود.
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.
نحوه تولید بدنه فایبرگلاس بدنه برج خنک کننده
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 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 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 صنایع مختلف دمای مورد نیاز آب سرد با اعداد متفاوت طراحی صورت میپذیرد.
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.
تقسیم بندی انواع برج خنک کننده براساس تعداد سلول
برج های خنک کننده بر اساس تعداد فن و پروانه در هر کولینگ تاور به دو دسته تک سلولی و چند سلولی تقسیم میشوند.
برج خنک کن تک سلولی
رایج ترین و پر کاربردترین انواع سیستم های خنک کن به صورت تک سلولی ارائه میشوند. بیشترین کاربری برجهای خنک کننده تک سلولی به تناژهای پایینتر از 500 تن تبرید مرتبط است. معمولاً در ظرفیتهای بسیار بالا بدلیل محدودیت در اندازه و سهولت حمل، قالباً از نوع ماژولار برجهای دو سلولی بهره میجوییم.
بکارگیری از تعداد مشخصی کولینگ تاور تک سلول به مراتب نیازمند فضای بیشتری جهت نصب خواهد بود. اشغال فضای زیاد بدلیل رعایت فواصل مشخص بین هر دو سلول برج خنک کننده است. فاصله استاندارد میان دو دستگاه برج خنک کننده تک سلول عموماً دو برابر ارتفاع لوور تعیین میشود. همین فاصله سبب افزایش فضای مورد نیاز جهت نصب برج خنک کننده به صورت چندسلولی غیر ماژولار 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 میگردد.
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.
مطالب مفید در سایت مراجع اروپایی:
