انواع کاربری برج خنک کننده در صنعت و تهویه مطبوع

برج های خنک کننده بخشی از سیستم های تهویه مطبوع یا مبدل حرارتی هستند که تمرکز عملکرد آنها روی خنک کردن آب ورودی است. این آب ورودی در واقع مقدار آب است که در فرآیند سیستم های تهویه یا فعالیت های صنعتی به دمای بالایی رسیده و توانایی خود را برای انجام کار از دست داده است. به همین علت به جای این‌که دور ریخته شود، وارد شده و دوباره به دمای پایین می‌رسد تا به چرخه فعالیت باز گردد.

معیارها و عوامل مختلف در دسته بندی انواع برج خنک کننده

• عملکرد
• جهت حرکت هوا و آب
• نوع مکش هوا
• ساختار مدار و مونتاژ
• شکل ظاهری
• جنس بدنه

انواع برج های خنک کننده از لحاظ عملکرد، مخالف و متقاطع

به طور کلی دو نوع جریان مخالف یا متقاطع برای هوا و آب در انواع برج خنک کننده تعیین شده است. در برج های خنک کننده­ متقاطع، جریان هوا و آب بر همدیگر متقاطع هستند؛ به این شکل که هوا از دیواره های جانبی به برج وارد شده و آب از بالا و عمودی درون آن اسپری می‌شود. این آب به دلیل گرانش زمین خود به خود به سمت پایین حرکت کرده و تماماً در تماس با ساختار مولکولی هوا قرار می‌گیرد.

عملکرد مخالف

جریان مخالف برای برج های خنک کننده هم به این معناست که آب از بالا و هوا از پایین به داخل برج وارد می‌شوند. در طول مسیر هوا که قرار است به وسیله فن ها به بالای برج منتهی شود، آب قرار دارد که به دلیل نیروی گرانش زمین به پایین هدایت می‌شود. به این شکل، بیشترین میزان تماس بین آب و هوا صورت می‌گیرد و باعث خنک شدن کامل آب می‌شود. می‌توان گفت برج های خنک کننده­ جریان مخالف به دلیل بیش‌ترین تماس با هوا، از کارآمدترین انواع برج ها هستند.

جریان های مکش هوا در برج های خنک کننده

• جریان طبیعی
• جریان مکانیکی (دو نوع اجباری و القایی)
• جریان مرکب

جریان طبیعی

انواع برج خنک کننده­ در جریان طبیعی درون خود از هیچ پروانه‌ای برای چرخش استفاده نمی‌کنند و اجازه می‌دهند هوا به صورت طبیعی جریان خود را درون برج پیدا کند و به سمت بالا برود و این روند خاتمه پیدا کند. به طور طبیعی، این نوع برج ها عملکرد ضعیف تری دارند و کنترل روی آنها اعمال نمی‌شود. بنابراین باد و عوامل محیطی می‌توانند روی عملکرد این برج تأثیر بگذارند. این نوع برج های خنک کننده قیمت پایینی نسبت به برج های خنک کننده دیگر دارند.

یکی از قطعات مهم در برج های خنک کننده، پکینگ برج خنک کننده می باشد. این محصول دارای انواع مختلفی می باشد که از وظایف اصلی آن بالا بردن راندمان برج است.

جریان مکانیکی، القایی و اجباری

جریان مکانیکی در انواع برج خنک کننده به این معنا است که از یک یا چند پروانه برای به جریان انداختن هوا در برج ها استفاده می‌شود. خود این نوع برج ها با جریان مکانیکی به دو نوع القایی و اجباری تقسیم می‌شوند که بر اساس محل قرارگیری پروانه به ترتیب در مسیر خروجی هوا و ورودی آن قرار می‌گیرند.

جریان مرکب

نوع برج خنک کننده­ جریان مرکب نیز  به این شکل است که ظاهر خود را از برج های خنک کننده­ طبیعی با مقداری ارتفاع کمتر به ارث برده است اما درون ساختمان خود پروانه هایی برای جریان هوا جا داده است.

تقسیم بندی انواع برج خنک کننده از لحاظ ساختار مدار و مونتاژ

انتقال حرارت در برج های خنک کننده به شکل های گوناگونی تحت قالب مدارهای گوناگون انجام می‌شود:

• مدار خیس یا مدار باز
• مدار بسته و خشک

مدار خیس و مدار باز، تماس مستقیم آب و هوا

برج های خنک کننده­ مدار باز در انواع برج های خنک کننده، در واقع همان برج هایی هستند که تا اینجا درباره­ آن‌ها صحبت شد و به صورت معمولی و رایج شناخته می‌شوند. به این صورت که آب از داخل لوله خارج شده و به صورت مستقیم درون برج خنک کننده اسپری می­شود. اساس کار برج های مدار باز تبخیر است. یکی از نکات منفی قابل توجه برج های خنک کننده مدار باز نسبت به برج های مدار بسته این است که تماس مستقیم آب و هوا باعث میشود که آب ناخالص وارد شود و این ناخالصی نهایتاً روی سیستم رسوب می­کند.

برای خرید انواع برج های خنک کننده باکیفیت بالا می توانید به سایت شرکت دلتا کولینگ مراجعه نمایید. این مجموعه آماده پاسخگویی و مشاوره به شما عزیزان می بااشد.

برج های خنک کننده مدار بسته، دشمن زنگ زدگی

اما در مقابل، در درون خود از کویل استفاده می­کنند و در تمام مدت آب را به صورت مستقیم در تماس با هوا نمی­گذارند. برج های خنک کننده­ خشک همانطور که گفته شد با رسوب آب روبرو نیستند و همین موضوع به عدم زنگ زدگی و عمر بالای دستگاه کمک می­کند.

این نوع از برج های خنک کننده قیمت بالاتری دارد؛ چون از فن کویل ها بهره می‌برند!

همچنین از آنجایی که به دو پمپ قوی برای راه اندازی احتیاج دارند، نیروی مصرفی آن‎ها بیش‌تر است. تعداد بیش‌تر تجهیزات در برج های مداربسته باعث می­شود تعمیرات آن‌ها مشکل تر، زمان‌برتر و پرهزینه تر باشد. یکی دیگر از معایب برج های مدار بسته که به وجود و نحوه­ کار برج مرتبط می‌شود؛ این است که راندمان آنها با افزایش دمای محیط اطراف ضعیف میشود.

برج های خنک کننده خشک، تماس آب و هوا به صورت غیر مستقیم

برج های خنک کننده خشک نوعی از انواع برج خنک کننده مداربسته هستند. در برج های خنک کننده­ خشک، این آب نیست که وظیفه انتقال گرما را به عهده داشته باشد تا بخواهد در فرآیند خنک سازی قرار بگیرد. در واقع، تماس آب و هوا به صورت غیر مستقیم انجام می­شود. به این شکل که درون برج خنک کننده­ خشک کویل هایی تعبیه شده‌اند و آب وارد این کویل ها می­شود. سپس هوا از روی کویل ها عبور داده میشود تا آب داخل کویل ها دچار کاهش دما شوند. بنابراین در برج های خنک کننده­ خشک، وظیفه اصلی بر دوش هوا است و در مصرف آب صرفه جویی قابل توجهی می­شود. بنابراین این برج می­تواند برای مناطقی که دچار کمبود آب هستند مفید باشد. می­توان از این نوع برج ها برای آب هایی که دمای بسیار زیادی دارند کمک گرفت و در اولین مرحله این آب ها را وارد این نوع از برج کرد.

شکل ظاهری انواع برج های خنک کننده چه تفاوتی با هم دارند؟

بر اساس مکان مورد استفاده، شرایط جغرافیایی و اقلیمی آن و حجم فضای آزاد موجود و تفاوت در هر اقلیم آب و هوایی، از انواع شکل های مختلفی که برای برج های خنک کننده موجود هستند استفاده می­شود. شکل های موجود این برج ها، مکعبی، هذلولی و مخروطی هستند.

برج های مخروطی در خانه ها

برج های مخروطی یا گرد، بیش‌تر برای مصارف خانگی استفاده می­شوند و قیمت پایینی دارند. البته که در صورت بروز اشکالاتی مانند خرابی قطعات یا رسوب، انجام دادن کارهای تعمیراتی روی این برجها کار سختی است و نیاز است که کل بدنه برج باز شود.

برج های مکعبی، کیفیت بهتر و تعمیرات راحت تر

برج های خنک کننده­ مکعبی کیفیت بهتری نسبت به مورد قبلی دارند و برای مصارف جدی‌تر و صنعتی به کار می­آیند. همچنین که نحوه تمیز کردن و تعمیرات آنها هم ساده‌تر است و کم‌تر زمان می­برد.

یک برج خنک کننده­ هذلولی شکل با جریان طبیعی کار می­کند. اما شکل هندسی برج، طوری ساخته شده است که راندمان کاری برج­ را بالا ببرد. این نوع از برج ها که به شکل مدار بسته انتقال حرارت میدهند نقش مهمی در صنعت دارند و در اندازه­ای بزرگ‌تر به شکل ترکیبی با هم مورد استفاده قرار می­گیرند.

تقسیم بندی انواع برج خنک کننده از لحاظ جنس بدنه

برای ساختن برج های خنک کننده از مواد متفاوتی مانند برج های خنک کننده­ بتنی، چوبی، گالوانیزه و فایبرگلاس استفاده می‌شود

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.

یکی از رایج‌ترین انواع برج خنک کاری با مدارباز که سبب خنک‌شدن آب در یک مدارباز تا نزدیکی دمای‌مرطوب می‌گردد برج‌خنک‌کن مدارباز 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 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.

نکات تکمیلی 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.

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. 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 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.

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.

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.