برج خنک کننده چیست؟
در بسیاری از فرآیندها گرما از محیطی گرفته و به محیط دیگری دفع میشود. برای مثال در سیستم یخچال خانگی لازم است گرمایی که مبرد از محتویات داخل یخچال دریافت می‌کند را به محیط بیرون یخچال بدهد. در بسیاری از فرآیندهای صنعتی نیز دفع گرما جزئی از چرخه است. در گذشته این مهم با دفع حرارت به رودخانه‌ها محقق می شد اما با پیشرفت علم و صنعت و توجه به عواقب زیست محیطی و افزایش هزینه آب مصرفی، روش‌های دیگری اتخاذ شد. یکی از راه‌های دفع گرما استفاده از برج خنک کننده (Cooling Tower) است. برج خنک کننده در تهویه مطبوع، پالایشگاه، نیروگاه، پتروشیمی و … استفاده میشود. این برج ها در انواع مختلف وظیفه انتقال گرما از سیال خنک شونده به سیال خنک کننده را دارند.
برج خنک کننده چیلر
چیلر دستگاهی است که با گرفتن گرما، جریان آب را سرد می‌کند. آب سرد شده برای کاربردهای تهویه مطبوع، وارد دستگاه هواساز، فن‌کوئل و غیره میشود و هوای سرد را به محیط اتاق تحویل می‌دهد. در کاربرد صنعتی نیز، آب سرد شده توسط چیلر، برای سرد کردن ماشین آلات یا محصولات تولیدی، استفاده میشود. گرمایی که گاز مبرد چیلر در دستگاه اواپراتور از آب گرفته و آن را سرد می‌کند بایستی به محیط دیگر منتقل شود. این انتقال گرما در کندانسور اتفاق می‌افتد و در کندانسور آبی، مبرد گرمای خود را به جریان آب دیگری انتقال می‌دهد. این جریان آب به برج خنک کننده منتقل میشود و در آنجا گرمای خود را از دست می‌دهد و دوباره به کندانسور بر‌می‌گردد. در کندانسور هوایی، از برج خنک کننده استفاده نمی‌شود و مبرد در کندانسور با جریان هوا خنک می‌گردد. برج خنک کننده چیلر از جنس فایبر گلاس یا فلزی (گالوانیزه) ساخته و عرضه می‌گردد.
نقش برج خنک کننده در کنار سیستم چیلر در تصویر زیر بیان شده است:
انواع برج خنک کننده
برج خنک کننده را بر اساس معیارهای زیر دسته بندی می‌کنند:
- نحوه اننقال حرارت
- نوع جابجایی هوا
- جریان هوا
در ادامه، هر کدام از این دسته ها به صورت کلی توضیح داده می‌شوند.
نحوه اننقال حرارت
انواع برج خنک کننده بر اساس نحوه انتقال حرارت عبارتند از:
برج خنک کننده تر یا مدار باز
ساختمان و نحوه انتقال حرارت در این برج‌ها در شکل زیر نشان داده شده است. سیال خنک شونده که معمولا آب است به بالای برج پمپاژ و از آنجا توسط پاشنده یا اسپرینکلر (Sprinkler) به پایین پاشیده میشود. هوا بسته به نوع برج به صورت طبیعی یا توسط فن از پایین وارد برج خنک کننده میشود و بالا می‌رود. با تماس قطرات آب با جریان هوا گرما از این قطرات به هوا دفع میشود. علاوه بر این به سبب وجود اختلاف فشار بخار، مقداری از آب نیز تبخیر می‌گردد. بدین منظور گرمای نهان تبخیر آب از هوا و قطرات آب جذب و سبب کاهش دمای آب میشود. از معایب این روش نیز هدر رفت آب در اثر تبخیر است. آب جبرانی (Makeup)، کمبود ناشی از تبخیر آب را تأمین می‌کند. به سبب تبخیر آب، غلظت مواد معدنی در آب افزایش می‌یابد. لذا باید سیستم پیش تصفیه و سختی‌گیر تعبیه شود.
برج خنک کننده مدار بسته
آب به بالای برج پمپاژ میشود و سیال خنک شونده در لوله‌های مبدل‌های حرارتی جاری است. پاشش آب روی این لولهها سبب کاهش دمای آن میشود. مزیت این روش عدم تماس سیال خنک شونده با محیط و ایجاد آلودگی است.
برج خنک کننده خشک
در برج خنک کننده خشک، سیال خنک شونده در لوله‌های مبدل‌های حرارتی جاری است و عبور جریان هوا از روی این لولهها سبب کاهش دمای آن میشود. برج خنک کننده خشک از نوع مدار بسته است که انتقال حرارت فقط به سبب اختلاف دمای سیال خنک شونده و هوا و بصورت محسوس انجام میشود.
برج خنک کننده هیبرید
برج خنک کننده مدار بسته‌ای هیبرید نامیده میشود که امکان تغییر عملکرد آن از خشک به تر یا بالعکس وجود داشته باشد. مزیت این روش امکان تغییر عملکرد به منظور صرفه جویی در هزینه و مصرف انرژی است.
نوع جابجایی هوا
به لحاظ جابجایی هوا دو نوع برج خنک کننده وجود دارد:
جابجایی طبیعی
هوا از پایین برج وارد می‌گردد و با افزایش دما چگالی آن کاهش می‌یابد و جای خود را به هوای خنک سنگین‌تر می‌دهد و به سمت بالای برج حرکت می‌کند. استاندارد دیواره‌های برج در این نوع، به صورت هذلولوی (هایپربولیک) است تا به لحاظ استحکام سازه و استفاده از مواد مورد نیاز مطلوب باشد و همچنین این کار باعث افزایش شتاب هوا به سمت بالا خواهد شد.
جابجایی اجباری
در این نوع از یک فن برای ایجاد جریان هوا در برج استفاده میشود. این فن می‌تواند در بالای برج به عنوان مکنده یا در پایین آن به عنوان دمنده نصب شود.
جریان هوا نسبت به جریان آب
جریان متقاطع
در برج خنک کننده با گردش متقاطع، آب بصورت عمودی و از بالا روی فین‌ها جاری میشود، در حالی كه هوا به صورت افقی نسبت به آب در حال ریزش جریان می‌یابد.
جریان معکوس
در این نوع جریان هوا از پایین برج و به سمت بالا است و قطرات آب از بالای برج به پایین پاشیده می‌شوند.
اجزای اصلی
سیستم توزیع آب
لوله ها، رایزر، پمپ سیرکولاسیون، اسپرینکلر و نازل‌ها از اجزای اصلی سیستم توزیع آب هستند.
پکینگ یا فیلینگ خنک کننده
در داخل برج، پکینگ خنک کننده با افزایش سطح و همچنین زمان تماس بین هوا و آب ، سبب انتقال بهتر گرما میشود. راندمان برج به نوع و میزان سطوح خنک کننده بستگی دارد. دو نوع پکینگ خنک کننده وجود دارد که ممکن است مورد استفاده قرار گیرد:
- نوع فیلمی: باعث میشود آب به شکل یک فیلم نازک روی سطوح پخش کننده جاری شود.
- نوع پاششی: آب با برخورد به این پرکننده‌ها تبدیل به قطرات ریزتری میشود.
در گذشته سطوح خنک کننده از جنس پوشال، سفال یا بتن بودند اما امروزه از جنس پی وی سی، پلی اتیلن یا سرامیک ساخته می‌شوند.
فن یا دمنده
میزان جریان هوا در برج خنک کننده کم ارتفاع و کوچک با جریان طبیعی در بیشتر موارد مطلوب نیست. در بسیاری از کاربردها نیز فن یا دمنده می‌تواند هوای مورد نیاز را تأمین کند. فن‌ها در بالا یا پایین برج نصب می‌شوند و به کمک الکتروموتور بصورت مستقیم یا همراه گیربکس چرخانده می‌شوند.
قطره گیر
مقداری از قطرات آب توسط بخار از بالای برج خارج و در واقع هدر رفته محسوب میشود. با استفاده از تجهیزاتی که قطره گیر نام دارند میزان آب اتلافی کمتر میشود. با افزایش دمای هوای ورودی در برج خنک کننده، میزان اتلاف نیز کاهش می‌یابد.
لوور
لوور برج خنك كننده به عنوان مانعي براي نور خورشيد، پاشش آب به بیرون و در عين حال عاملی برای بهبود و یکنواخت سازی جريان هواي ورودی به برج عمل می‌كند. لوورها معمولا از جنس فایبرگلس یا پلی اتیلن ساخته می‌شوند.
تعمیر و نگهداری برج خنک کننده
توجه به تعمیرات و نگه داری با حفظ جریان مناسب آب و هوا و همچنین جلوگیری از خوردگی در برج خنک کننده می‌تواند از افت کارایی و همچنین افزایش هزینه‌ها جلوگیری کند. این عملیات شامل موارد زیر است:
- بررسی تجهیزات پیش تصفیه آب مثل سختی‌گیر
- تمیز کردن نازل‌ها و اسپرینکلرها
- تمیز کردن سطوح خنک کننده و دیواره و زدودن خوردگی و آلودگی‌ها
- بررسی تجهیزات مکانیکی و الکتریکی اعم از پمپ، فن، تسمه، الکتروموتور و…
دیـــدگـاه خـود را بـه اشــتراک گــذاریــد