برج خنک کننده یا Cooling tower، دستگاهی برای دفع گرمای اضافی آب می باشد. اساس کار این برج ها، خنک سازی آب به وسیله تبخیر آن و تبادل حرارتی با هوا است. برج های خنک کننده در پالایشگاه ها، کارخانجات، نیروگاه ها، سیستم های اچویایسی و … به کار می روند. نکته قابل توجه در مورد کولینگ تاورها این است که با اینکه در صنایع بسیاری کاربرد دارند، اما نمی توان برای همه شرایط و محیط ها از یک نوع برج خنک کننده استفاده کرد. برج های خنک کننده دارای انواع مختلف و ویژگی های مخصوص به خود بوده و هر نوع آن در شرایط و محیط خاصی استفاده می شود.پس شناخت انواع برج های خنک کننده برای یک خرید مناسب بسیار ضروری است. در ادامه به معرفی انواع برج های خنک کننده خواهیم پرداخت، با ما همراه باشید.
برج های خنک کننده به چند دسته تقسیم بندی می شوند؟
برج های خنک کننده تنوع زیادی دارند. کولینگ تاورها از لحاظ شکل ظاهری، جنس بدنه، عملکرد، نحوه برخورد جریان آب و هوا، نیروی محرک جریان هوا و تعداد سلول تقسیم بندی می شوند.
تقسیم بندی انواع برج های خنک کننده از لحاظ ظاهری
- مکعبی: برج خنک کننده مکعبی یا Cubic cooling tower اولین دسته از این سری می باشد. این برج ها فضای کمی اشغال کرده و قابلیت تولید به صورت چند سلولی را نیز دارند. این برج ها دارای نازل های پاشش آب ثابت بوده و از سیستم هوادهی مکش القایی استفاده می‌کنند. برجهای خنک کننده مکعبی کاربرد بسیاری در صنایع بزرگ دارند.
- مدور: برج های خنک کننده مدور، مخروطی، گرد یا Round cooling tower رایج ترین نوع برج در صنایع و سیستمهای کوچک می باشند.
- هگزانول: برج های خنک کننده شش ضلعی با هگزانول یا Hexanol cooling tower دارای بدترین طراحی مهندسی بین انواع برج های خنک کننده هستند. البته این برج ها خیلی سریع به دلیل طراحی ضعیف، آبرسانی نامناسب و … کنار گزاشته شدند.
برج های خنک کننده از لحاظ جریان هوا به چند دسته تقسیم بندی می شوند؟
کولینگ تاورها از این لحاظ به 5 دسته زیر تقسیم بندی می شوند:
- جریان طبیعی: برج های خنک کننده جریان طبیعی به برج های اتمسفریک یا جوی نیز معروف هستند. در این برج ها از هیچ موتور، فن یا پروانهای برای به حرکت درآوردن هوا استفاده نمی شود. هوا کاملا به صورت طبیعی در برج جریان پیدا میکند. به همین دلیل قیمت این برج ها به نسبت دیگر برج ها مناسب تر است. البته این برج ها دقت کافی نداشته و عملکرد آنها می تواند تحت تاثیر شرایط آب و هوایی نیز قرار بگیرد.
- جریان مکانیکی: در این برج ها، هوا به صورت مکانیکی و با کمک پروانه ها و فنها به جریان میافتد. برج های خنک کننده جریان مکانیکی دارای راندمان بسیار بیشتری نسبت به برج های خنک کننده جریان طبیعی هستند و آب و هوا تاثیر چندانی روی عملکرد آنها ندارد.
- جریان اجباری: پروانه های موجود در این نوع برج ها، در قسمت ورودی هوا قرار دارند و قسمت خروجی هوا بدون پروانه می باشد. فن های موجود در برج های خنک کننده جریان اجباری در معرض یخ زدگی در فصول سرد قرار دارند. (زیرا در قسمت ورودی هوای سرد قرار دارند.)
- جریان القایی: برج های خنک کننده جریان القایی کاملا برعکس برج های خنک کننده جریان اجباری هستند. به این صورت که پروانه های آن در قسمت خروجی هوا قرار دارند و ورود هوا به صورت طبیعی صورت میگیرد. این برجها از راندمان بهتری نسبت به نوع جریان اجباری برخوردار هستند. از طرفی به دلیل اینکه فن ها در قسمت خروجی هوای گرم قرار دارند، در فصول سرد مشکلی برای آنها به وجود نمی آید.
- جریان مرکب: برج های خنک کننده مرکب یا هیبریدی، ترکیبی از دو حالت جریان طبیعی و مکانیکی می باشند. به این صورت که در آنها پروانه یا فن تعبیه شدهاست اما قابلیت کار در حالت جریان طبیعی و اتمسفریک را نیز دارند.
انواع برج های خنک کننده از لحاظ عملکرد یا مدار جریان آب
برج های خنک کننده از لحاظ نوع برخورد و تماس آب داخل برج و هوای بیرون به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:
- برج خنک کننده مدار بسته (خشک): اساسا در برج های خنک کننده مدار بسته، آب داخل برج و هوای بیرون با یکدیگر تماس مستقیم ندارند. در این برج ها آب داغ در داخل کویلهای تعبیه شده در دستگاه به حرکت در می آید (در یک سیستم کاملا بسته و ایزوله). سپس هوای خنک بیرون در برج جریان پیدا می کند. در اثر برخورد هوا به سطح بیرونی کویل و تبخیر آب جانبی پاشیده شده روی کویلها، دمای سطح کویلها کاهش یافته و در نتیجه آب داغ داخل آنها خنک میشود. این سیستم از تبخیر آب و افزایش میزان ناخالصی آب جلوگیری می کند.
- برج خنک کن مدار باز (مرطوب یا تر): این نوع برج ها پرکاربردترین و رایج ترین نوع برج های خنک کننده میباشند. در این برجها آب داغ توسط نازلها داخل برج و روی پکینگ ها پاشیده میشود. بر اثر برخورد مستقیم آب و هوا و تبخیر آب، دمای آن کاهش می یابد.
- برج خنک کن هیبریدی (خشک – مرطوب): در این برج های خنک کننده از ترکیب دو حالت مدار باز و مدار بسته استفاده می شود. این سیستم ها در فصول سرد سال از روش مدار بسته و در فصول گرم سال از روش مدار باز استفاده کرده و سبب بهینه شدن کارایی برج می‌شوند.
برج های خنک کننده از لحاظ مسیر یا زاویه جریان هوا به چند دسته تقسیم بندی می شوند؟
برج های خنک کننده براساس نحوه ورود هوای تازه به داخل برج و زاویه برخورد آن به آب داغ داخل دستگاه، به دو نوع زیر تقسیم بندی می‌شوند:
- جریان مخالف (Counter Flow): در برج های خنک کننده کانتر فلو یا جریان مخالف، همانطور که از نام آن هم پیداست؛ جهت جریان آب و هوا مخالف یکدیگر است. به این صورت که آب توسط نازلهای پاششی از بالای برج به پایین پاشیده می شود. در همین حال نیز هوا توسط فن ها از پایین برج به سمت بالا جریان پیدا می کند. این برج ها بیشتر در مناطق خشک کارایی دارند.
- جریان متقاطع (Cross Flow): در برج های خنک کننده کراس فلو یا جریان متقاطع، آب و هوا به صورت عمودی و عرضی با یکدیگر برخورد می کنند. در این برج ها آب توسط نازلهای پاششی از بالای برج به پایین پاشیده می شود. در همین حین هوا از اطراف برج به صورت متقاطع و عمودی وارد دستگاه شده و با آب برخورد می کند. این نوع از برج های خنک کننده اولین بار توسط شرکت ابارا ژاپن طراحی شد. برج های خنک کننده کراس فلو دارای راندمان بسیار بالایی در مناطق مرطوب و شرجی می باشند.
برج های خنک کننده از چه جنس و متریالی ساخته می شوند؟
برج های خنک کننده از لحاظ مواد به کار رفته در ساخت آنها، انواع مختلفی دارند که به شرح زیر می‌باشد.
- چوبی: اولین برج های خنک کننده از جنس چوب ساخته می شدند. رفته رفته این برج ها به دلیل پوسیدگی چوب، ضررهای فراوان به محیط زیست (به دلیل استفاده زیاد از چوب) و راندمان پایین محبوبیت خود را از دست دادند. امروزه دیگر استفاده از برجهای خنک کننده چوبی مرسوم نیست.
- بتنی: این نوع از برج های خنک کننده بیشتر در نیروگاه های حرارتی کاربرد داشته و به صورت استوانه ای ساخته می شوند. استفاده از این سازه های بتنی عظیم به دلیل مشکلات فراوان از جمله ثابت بودن آن، هزینه ساخت بالا و … دیگر در صنایع جدید کاربرد ندارد. می توان گفت برج های خنک کننده بتنی نیز منسوخ شده اند.
- گالوانیزه یا فلزی: این نوع کولینگ تاورها امروزه توانستهاند در رقابت با کولینگ تاورهای فایبرگلاس دوام آورده و مشتریهای خود را حفظ کنند. برج های خنک کننده گالوانیزه از لحاظ سایز بسیار کوچک و دارای سر و صدای کم و مناسبی برای کارخانه های کوچک می باشند. البته این برج ها دارای معایبی مانند ایجاد رسوب و خوردگی در گذر زمان بوده و به دلیل رسانا بودن فلز، کارایی آنها در فصول گرم پایین می آید.
- فایبرگلاس: امروزه محبوب ترین و رایج ترین برج های خنک کننده از جنس فایبرگلاس هستند.
این برج ها دارای مزایای بسیاری می باشند که عبارتند از:
الف) در گذر زمان هیچ خوردگی و پوسیدگی برای آنها پیش نمی آید.
ب) در گذر زمان تغییر شکل نمیدهند.
ج) دارای وزن مناسب و پایین هستند.
د) تعمیرات آنها بسیار آسان و راحت انجام می شود.
تقسیم بندی برج های خنک کننده از لحاظ تعداد سلول
برج های خنک کننده بر اساس تجهیزات و توان تبرید به دو دسته تک سلولی و چند سلولی تقسیم می شوند.
- تک سلولی: این نوع از برج های خنک کننده رایج ترین نوع آن است. این برجها برای ظرفیت های پایین تر از 500 تن تبرید به کار برده می‌شوند. برج های تک سلولی فضای بیشتری را نسبت به برج های چند سلولی اشغال می کنند. (به دلیل رعایت فاصله معین بین دو برج)
- چند سلولی: به برج های خنک کننده چند سلولی ماژولار یا به هم پیوسته نیز می گویند. این برج ها معمولا برای ظرفیت های بیشتر از 500 تن استفاده می شوند. استفاده از این برج ها سبب کنترل مصرف برق و کاهش هزینه های ارسال و نصب می شود.