انواع برج های خنک کننده، نحوه کارکرد و نصب آنها

برج های خنک کننده

برج خنک کننده چیست؟

برج های خنک کننده در حقیقت نوع خاصی از مبدل های حرارتی هستند که می توانند از هوا برای کاهش دمای آب استفاده کنند که تحت تاثیر تماس مستقیم یا غیر مستقیم صورت می گیرد. 

این تجهیزات از نظر ساختار، جنس بدنه، شکل، روش انتقال حرارت، آرایش جریان آب و هوا همچنین نوع مکش جریان هوا انواع مختلفی دارند که هرکدام از آنها ویژگی و محدودیت هایی را شامل می باشد و کاربردهای گوناگونی نیز دارد. 

کاربرد برج های خنک کننده به صنایع متفاوت مانند پالایشگاه یا نیروگاه ها محدود نخواهد شد. در سیستم های تهویه مطبوع مجتمع های اداری و مسکونی هم از این برج های خنک کننده استفاده می کنند. به دلیل اینکه انتخاب مناسب ترین نوع برج خنک کننده با شناخت کاربردها، محدودیت ها مزایا و معایب آن اتفاق می افتد در ادامه به بررسی این موارد می پردازیم. 

طرز کار برج خنک کننده:

محوه کارکرد برج های خنک کننده از طریق مقداری رطوبتی خواهد بود که در تماس با آب گرم قرار می گیرد. در این حالت به دنبال اختلاف انرژی و همچنین میزان گرادیان غلظت انتقال انرژی و جرم از آب به هوا صورت خواهد گرفت. 

در ادامه مسیر آب هم از حالت مایع به بخار تبدیل شده و وارد این فاز می شود. در این صورت به دنبال تبخیر ایجاد شده مقداری انرژی هم به فاز گازی وارد می شود که لازم به ذکر است میزان انرژی بسیار بالای خواهد بود زیرا گرمای نهان آب در ان حالت بالا است. 

در ادامه روند به دلیل تبخیر مقداری آب و خروج گرما از فاز مایع دمای آب کاهش پیدا می کند، شرط پیش رفتن به روند این است که هوای مورد استفاده در برج همراه با مقدار کمی رطوبت است تا ظرفیت پذیرش آب تبخیر شده را داشته باشد. 

نحوه کارکرد برج های خنک کننده

تقسیم بندی برج های خنک کننده:

برج های خنک کننده شامل؛ برج خنک‌کننده فایبر گلاس طرح مکعبی - برج خنک‌کننده مارلی (ذوزنقه‌ای) - برج خنک‌کننده ۱مارلی (مکعبی)- برج خنک‌کننده مدل سانتریفیوژ - برج خنک‌کننده کانتر فلو فلزی - برج خنک‌کننده گِرد می باشند که با توجه به مواردی که در ادامه عنوان می شوند تقسیم بندی خواهند شد. باید توجه کرد که برج های خنک کننده به صورت ترکیبی از هرکدام از دسته ها می توانند باشند و این طبقه بندی تنها برای نشان دادن وضعیت عملکرد خنک کننده ها خواهد بود:

نیروی محرک جریان هوا:

برج های خنک کننده براساس نیروی جریان دهنده هوای طبیعی یا مکانیکی به دو دسته تقسیم می شوند که شامل موارد زیر می باشند: 

برج خنک‌کن فن دار (مکانیکی):

در برج هایی که فن دارند یک یا چند فن وظیفه دارند هوا را به جریان در آورده و وارد برج خنک کننده کنند. در این مورد تا زمانی که فن روشن باشد جریان هوا میان داخل و خارج برج برقرار خواهد بود از طرفی نسبت به برج های بدون فن فضای کمتر اشغال خواهند کرد اما مهمترین عیبی که این برج های دارند مربوط به صدا و لرزشی است که فن یا فن ها ایجاد می کنند. 

در برج هایی که بدون فن هستند؛ جریان هوا به صورت طبیعی بین برج و محیط بیرون جابجا می شوند. از جمله مزیت هایی که در این دسته وجود دارند می توان به مصرف مقدار انرژی الکتریکی کمتر، صدا، قطعات متحرک کمتر و عدم پاشیده شدن آب به فضای اطراف اشاره کرد. در کنار این مزایا معایبی هم دارد که بیشتر مربوط به هزینه های ساخت آن می شود. 

مکانیسم انتقال حرارت:

برج های خنک کننده از لحاظ روش های انتقال حرارتی به سه دسته تقسیم می شوند که شامل موارد زیر می باشند: 

برج خنک کن مرطوب:

در برج های خنک کننده مرطوب آب گرم از بالا و عبور از پکینگ ها در ادامه برخورد با جریان هوای تازه محیط بیرون که یا به شکل صورت طبیعی وارد برج می شوند یا از طریق فن، علاوه بر تبادل حرارتی و خنک شدن، در پایین برج نیز ته نشین خواهند شد. مهمترین عیبی که می توان به این دستگاه نسبت داد مربوط به پاشیدن ذرات آب به اطراف و همچنین تبخیر بیش از حد آب می باشد. 

برج خنک کن خشک:

در مناطقی که مقدار کافی آب وجود ندارد باید از اسراف و مصرف بی رویه آب پیشگیری کرد که در این صورت پیشنهاد می شود از برج های خنک کننده خشک استفاده شود. در این نوع تجهیزات آب گرم به جای عبور از پکینگ ها از لوله های پره داری که با هوای سرد در تماس هستند عبور می کند و سپس دچار کاهش دما خواهد شد. از جمله معایبی که می توان برای این سیستم در نظر داشت مربوط به کاهش راندمان با افزایش دمای محیط اطراف می باشد. 

تقسیم بندی برج های خنک کننده؛ نوع خنک خشک کن

برج خنک کن خشک-مرطوب:

این نوع برج های خنک کننده به صورت ترکیبی از دو نوع برج بالا هستند که به جهت کاهش عواض و معایب دو سیستم بالایی مورد استفاده قرار می گیرد. برج های خنک کننده خشک دارای دو مسیر هوایی هستند که به صورت موازی و دو مسیر آب نیز دارند که به صورت سری قرار می گیرند. 

آب گرم در ابتدا وارد لوله های پره دار شده و سپس وارد پکینگ می شود در طول مسیر هم با هوای سرد شروع به تبادل حرارتی می کند سپس آب سرد در انتهای برج تجمع پیدا می کند. 

نحوه برخورد جریان‌های آب و هوا:

برج های خنک کننده بر اساس اینکه چگونه جریان هوای سرد با جریان آب گرم برخورد می کند به دو دسته تقسیم می شوند که شامل موارد زیر می باشد: 

برج خنک کن با جریان هوای متقاطع:

در این صورت هوایی که از محیط بیرون وارد برج می شود با جریان آب به صورت متقاطع برخورد می کند. 

برج خنک کن با جریان هوای مخالف:

در این صورت جریان هوا به صورت ممخالف با جریان آب برخورد خواهد کرد. 

انواع برج خنک ‌کننده:

دسته بندی هایی که برای برج های خنک کننده درنظر می گیرند به چند صورت می باشد. به صورت کلی می توان گفت برج های خنک کننده به دو دسته مدار باز و مدار بسته تقسیم می شوند. 

برج های خنک کننده مدار باز:

در این نوع تجهیزات آب به وسیله نازل ها روی سطوح خنک کننده توزیع شده و در مجاورت هوا دچار کاهش دما می شوند. 

برج های خنک کننده مدار باز

برج های خنک کننده مدار بسته:

در این نوع تجهیزات هم آب از داخل کویل جریان پیدا کرده و هوا روی همین کویل ها وارد می شود. در برخی از موارد برای افزایش مقدار راندمان آب را روی سطح کویل می ریزند. بزرگ ترین مزیتی که می توان برای برج های مدار بسته در نظر گرفت مربوط به مصرف کم آب می باشد. در مناطق خشک و کم آب استفاده کردن از این نوع تجهیزات علاوه بر اینکه سرمایه گذاری بیشتری نیاز دارید به نسبت برج های خنک کننده مدار بسته نیز دارای ارجحیت است. 

براساس شکل ظاهری این برج ها به دو صورت مخروطی، گرد یا مکعبی تقسیم بندی می شود. 

در برج های خنک کننده مخروطی توزیع آب به وسیله پخش کن یا اسپرینکلر انجام می شود، اما در نوع مکعبی توزیع آب به وسیله نازل های ثابت صورت می گیرد. باتوجه به اینکه توزیع مناسب آب در برج های خنک کننده مکعبی راندمان این نوع برج های خنک کننده را نسبت به نوع مخروطی افزایش می دهد اما مشکل عمده ای که برج‌های خنک‌کننده مخروطی دارند ایجاد رسوب در اسپرینکر است که موجب گرفتگی خواهد شد و در نهایت نیاز به تعمیرات و نگهداری دارند. 

برج های خنک کننده مدار بسته

محل نصب برج خنک کننده:

محل نصب برج های خنک کننده باید به گونه ای باشد که از ورود جریان هوای تازه به داخل برج جلوگیری نکنند، از طرفی اگر چندین برج درکنار هم باشند باید چاره ای اندیشید تا هوای گرم خروجی از برج ها به صورت مستقیم وارد همدیگر شده و موجب کاهش راندمان و عدم کارایی برج نشوند. 

درصورتی که بتوانید برج های خنک کننده را در فضای باز و جریان هوای آزاد قرار دهید، در ایجاد یک بازده مناسب از برج مشکلی نخواهید داشت اما اگر بخواهید برج را داخل ساختمان بگذارید به طوری که بین دیوارها محصور باشد باید به نکاتی توجه داشته باشید: 

باید فضایی کافی و بدون وجود هیچ مزاحمی در اطراف برج داشته باشید تا هوای لازم به برج شما برسد. 

هوای گرم خارج شده از برج باید به طوری باشد که امکان بازگشت و گردش مجدد آن به داخل برج وجود نداشته باشد زیرا گردش مجدد این هوا در برج دمای رطوبت هوای ورودی را افزایش می دهد در نتیجه آب همچنان بعد از خروج از برج هم گرم می ماند. 

گردش مجدد هوا به داخل برج زمانی مورد توجه خواهد بود که چند برج در مجاورت همدیگر باشند. تعیین محلی مناسب برای نصب برج به عواملی مانند قبیل استحکام محل نصب، تجهیزات اضافی برای تقویت آن، هزینه فراهم کردن تجهیزات اضافی برای برج و مسائل مربوط به معماری ساختمان و... بستگی دارد. 

گردآوری: بخش علمی سرپوش