برج خنک کننده با معادل انگلیسی (cooling tower) و مترادف عبارات برج خنک کن، کولینگ تاور و دستگاه خنک سازی آب، دستگاهی است که برای خنک کاری آب گرم خروجی از کندانسورها، سیکل های صنعتی، بویلرها و… مورد استفاده قرار می‌گیرند. برج‌های خنک‌کن مهمترین دستگاه در تهویه مطبوع به حساب می آیند چرا که دمای زیاد باعث کاهش راندمان انسان در فعالیت روزمره و از کار افتادگی تجهیزات صنعتی می‌شود. 

برج خنک کننده صنعتی

برج خنک کننده بر اساس گستره استفاده به دو دسته تقسیم می‌شود برج خنک کننده چیلر (سیستم های تهویه مطبوع) و کولینگ تاورهای صنعتی. در واقع برج خنک کن صنعتی برای حذف گرما از منابع مختلف مانند ماشین آلات صنعتی یا مواد فرآوری شده گرم در کاربری هایی با وسعت بالا و ظرفیت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده اصلی از برج‌های خنک‌کننده صنعتی بزرگ، حذف گرمای جذب شده در سیستم های آب چرخشی مورد استفاده در نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌های نفت، نیروگاه‌های پتروشیمی، کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی، کارخانه‌های فرآوری مواد غذایی، نیروگاه‌های نیمه رسانا و سایر صنایع است. تأسیساتی مانند کندانسورهای ستونهای تقطیر، برای خنک کردن مایع در تبلور و غیره از برج خنک کننده استفاده می‌کنند.

از مزیتهای استفاده و نصب برج خنک کننده صنعتی در نیروگاهها و واحدهای صنعتی این است که میزان آب در گردش برای خنک سازی کاهش می یابد و از اینرو در مصرف آب بسیار صرفه جویی می‌گردد و از طرفی دیگر این مسئله واضح است که دیگر لازم نیست مانند سیستم های خنک‌کننده مستقیم مقادیر بالایی از آب گرم روانه دریاها، دریاچه‌ها و رودخانه شود و در پی آن اکوسیستم حیوانات دریایی برهم نمی‌ریزد.

پالایشگاه‌های نفت همچنین دارای کولینگ تاورهای بسیار بزرگی هستند. میزان آب مورد نیاز برج خنک کننده برای خنک سازی پردازش 40000 تن نفت خام در روز در پالایشگاههای معمولی بزرگ، چیزی حدود 80000 متر مکعب آب در هر ساعت می‌باشد.

برج خنک کننده چیلر

از دیگر کاربردهای برج‌های خنک‌کننده، خنک سازی آبی می‌باشد که در داخل کندانسور چیلرها گرم شده است. برج خنک کن چیلر با هدف حذف گرمای زاید از آب گرم درون کندانسور چیلر در بسیاری از کاربری های خانگی و یا صنعتی که قصد سرمایش فضا را دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. برج خنک کننده چیلر وظیفه باز خنک سازی مبرد داغ و پرفشار خروجی از کمپرسور چیلر را بر عهده دارد. این دستگاه در فضای آزاد نصب شده و بوسیله ی لوله کشی آب به صورت رفت و برگشتی به دستگاه چیلر متصل می‌شود. چیلر (Chiller) گرمای محیط را جذب می‌کند و دمای فضا را تا 4 درجه سانتی گراد پایین می آورد، دمای آب ورودی نباید بیشتر از ۲۹ درجه سانتی گراد باشد. زمانی که این گرما توسط چیلر از کندانسور (Condenser) خواه جذبی و یا تراکمی با هر ظرفیتی جذب می‌گردد و هوای اطراف راخنک می‌کند یک برج خنک کننده می‌تواند با استفاده از یک سیستم گردش آب سبب باز خنک‌شدن چیلر گردد.

برج خنک کننده چیلر

نحوه عملکرد برج خنک کننده

در واقع این دستگاه با ایجاد سطح تماس زیاد بین آب و هوا باعث خنک شدن آب گرم می‌شود به عبارت دیگر می‌توان گفت گرمای آب را به خارج از آب منتقل می‌کند.

پس با قاطعیت می‌توان گفت یکی از تجهیزات بسیار مهم در کارخانجات، پالایشگاه‌ها، ادارات و مجتمع های مسکونی کولینگ تاور می‌باشد.

این دستگاه که یک نوع مبدل حرارتی می‌باشد که بین آب و هوا تماس برقرار می‌کند و باعث می‌شود آب گرم و داغ شده خنک شود. کولینگ تاور گرما را از یک فرآیند جذب می‌کند و آن را به محیط بیرون (اتمسفر) انتقال می‌دهد. برج‌های خنک‌کننده به دلیل اینکه خنک سازی و دفع گرما را از طریق تبخیر انجام می دهند، هدر رفت آب گرم شده بسیار کمی دارند و یکی از کم هزینه ترین و به صرفه ترین سیستم های خنک‌کننده به حساب می آیند. از سوی دیگر این برج‌ها اثرات زیست محیطی کم و پایینی دارند.

برج خنک کن

برج خنک کننده نقش اساسی در بازدهی سیستم تهویه مطبوع و فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کند و به همین علت دقت در انتخاب و خرید این سیستم از اهمیت ویژه ای برخوردار است. میزان هدر رفت آب گرم شده بسیار کمتر از یک سیستم با جریان آب طبیعی است.

همچنین آب خروجی از برج خنک کن تقریبا تا دمای هوای مرطوب محیط خنک می‌شود که معمولا 2 تا 3 درجه خنک تر از دمای هوای خشک محیط می‌باشد.

مزایای استفاده از برج خنک کننده

در گذشته آب گرم خروجی از سیستم های تهویه مطبوع و فرآیند های صنعتی به دریا و رودخانه ریخته می شد که علاوه بر غیر اقتصادی بودن خسارات جبران ناپذیری را به محیط زیست وارد می کرد ولی امروزه دیگر این حرارت در یک سیکل بسته در برج خنک کننده از آب گرفته می‌شود.

فروش برج خنک کننده

البته همانطور که انتظار می رود برای خنک نمودن آب همواره مقداری تبخیر وجود دارد که این مقدار بسیار کم است (حدود 5 درصد یک سیستم با جریان آب طبیعی است) وظیفه این دستگاه جذب گرمای آب و رهاسازی آن به محیط بیرون می‌باشد.

در یک دستگاه، جریان آب گرم ضمن ورود به برج خنک کن و ریزش بر روی سطوح تبخیر، طی تبادل حرارتی با هوا سرد شده و سپس از طریق مجرای خروجی، خارج می‌گردد.

در واقع برج خنک کننده دو عمل بر روی آب گرم انجام می‌دهد

  1. یکی کاهش سرعت جریان آب
  2. دیگری افزایش زیاد سطح تماس بین آب و هوای محیط 

طبقه بندی برجهای خنک‌کننده بر اساس مسیر جریان آب و هوا

کولینگ تاورها براساس مسیر جریان آب و هوا نسبت به هم به 2 دسته تقسیم می شوند که عبارتند از:

برج خنک کننده جریان مخالف

در این نوع برج، آب و هوا در خلاف جریان یکدیگر حرکت می‌کنند. آب از بالا به پایین و هوا از پایین به بالا حرکت می‌کند. برج خنک کننده جریان مخالف بیشترین تماس را بین آب و هوا برقرار می‌کند و از بیشترین نیروی محرکه برای انتقال حرارت استفاده می‌نماید. همچنین بیشترین بازدهی در بین تمام برج‌های خنک‌کن را دارد. این مدل بیشتر در صنایع پتروشیمی و پالایشگاه‌های نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کولینگ تاور

مزایای برج خنک کننده جریان مخالف (کانتر فلو)

  1. توزیع مناسب آب بر روی سطوح انتقال حرارت باعث می‌شود برج در برابر یخ زدگی مقاوم تر باشد.
  2. شکستن آب در اسپری باعث کاهش دمای آب اولیه ورودی به دستگاه می‌شود.
  3. سطح تماس جریان آب با هوا در بالاترین میزان می‌باشد.

معایب برج خنک کن جریان مخالف

  1. هزینه اولیه و بلند مدت معمولاً بیشتر که علت این موضوع عمدتا به دلیل نیاز به پمپ پرقدرت در ساخت کولینگ تاور جریان مخالف است.
  2. استفاده از جریان متغیر آب دشوار است، زیرا ممکن است خصوصیات اسپری تأثیر منفی بگذارد.
  3. دارای سر و صدای بیشتری است و علت آن ارتفاع بیشتر سقوط آب به سوی حوضچه آب سرد می‌باشد.

کولینگ تاور جریان متقاطع

در این نوع برج خنک کن، مسیر جریان آب و هوا متقاطع می‌باشد و آب از بالا به پایین و هوا به صورت افقی وارد می‌شود. برج خنک کننده جریان متقاطع به دلیل کم هزینه بودن و داشتن هدر رفت آب گرم بسیار کم، به پر استفاده ترین و پرمصرف ترین سیستم تبدیل شده است.

داشتن هزینه‌های جانبی و بهره برداری کم، تعمیر و نگهداری آسان و مصرف انرژی پایین از دیگر مزیت های این دستگاه می‌باشد. از این مدل بیشتر در صنایع پتروشیمی و صنایع آلومینیوم استفاده می‌شود.

قیمت کولینگ تاور

مزایای برج خنک کننده جریان متقاطع (کراس فلو)

  1. توزیع آب ثقلی موجب استفاده از پمپهای کوچکتر و نگهداری ساده تر آنها می‌شود.
  2. اسپری بدون فشار جریان متغیر را ساده می‌کند.
  3. درمناطق مرطوب مانند ناحیه شمال کشور از راندمان بالاتری برخوردار هستند.
  4. قابلیت تولید بصورت مارلی و کاهش مصرف انرژی
  5. قابلیت تولید در ظرفیتهای بالا بصورت مونتاژ شده و کاهش هزینه‌های حمل و نقل به سبب ظاهر مستطیلی آن
  6. اشغال فضای کمتر نسبت به برج خنک کن مدور و ارتفاع کمتر نسبت به مدل مکعبی

معایب برج خنک کننده جریان متقاطع

  1. بیشتر از کولینگ تاور جریان مخالف مستعد یخ زدن است.
  2. نامناسب در مناطق گرم و خشک
  3. بیشتر از مدل جریان مخالف، به ویژه در مناطق با گرد و غبار یا ماسه، بیشتر در معرض گرفتگی و رسوب قرار می‌گیرند.

طبقه بندی برج‌های خنک‌کننده براساس نوع مکش هوا

برج‌های خنک‌کننده براساس نوع مکش هوا به 2 دسته تقسیم می شوند که عبارت هستند از:

برج خنک کن مکش طبیعی

کولینگ تاور دارای مکش طبیعی، بدون فن هستند و جریان هوا را به صورت طبیعی جا به جا می‌کنند. این برج‌ها مصرف انرژی پایینی دارند، آب را به اطراف نمی پاشند، دارای صدای کمی هستند و قطعات متحرک کمتری نسبت به دیگر سیستم ها دارند. از معایب کولینگ تاور مکش طبیعی می‌توان راندمان پایین تر و هزینه نصب بالا را نام برد.

کولینگ تاور مکش مکانیکی

برج خنک کننده دارای مکش مکانیکی، فن دار هستند و با استفاده از چند فن، هوا را به جریان در می آورند. در این مدل برج، تا زمانی که فن روشن است و کار می‌کند، جا به جایی هوا بین محیط بیرون و داخل برج ادامه دارد. این برج‌ها فضای کمی را اشغال می‌کنند، بهره ‌برداری و تعمیر آنها آسان است، در آب و هوای نامناسب به شدت مقاوم هستند و هوای گرم شده دوباره به داخل سیستم برنمی‌گردد. از معایب کولینگ تاور مکش مکانیکی می‌توان به داشتن صدا و لرزش اشاره کرد.

طبقه بندی برج‌های خنک‌کننده بر اساس نوع عملکرد

مکانیزم عملکرد برج خنک کننده

برج خنک کننده مدار باز

در برج خنک کننده مدار باز آب توسط یک پمپ به قسمت بالای کولینگ تاور انتقال می یابد و وارد لوله کشی بالای برج می‌شود و توسط نازلها بر روی سطح خنک‌کننده که همان پکینگ ها می‌باشد پاشیده می‌شود، از طرف دیگر هوایی که از پایین دستگاه از طریق لوورها به داخل برج خنک کننده وارد می‌شود توسط مجموعه فن و الکتروموتوری که در قسمت فن استک (بالای کولینگ تاور) قرار دارد از میان سطوح خنک‌کننده عبور کرده و به سمت بالا مکیده می‌شود.

در اثر تماس مستقیم آب روی سطوح سیستم مدار باز با هوا مقداری از آب بالطبع تبخیر می‌شود می دانیم که تبخیر آب یک فرآیند گرماگیر است و گرمای مورد نیاز خود را ازجریان آب داخل برج خنک کن می‌گیرد و موجب خنک شدن آب داخل برج می‌گردد. این نوع از برج‌های خنک‌کننده در محیط هایی که دارای رطوبت نسبی کمی هستند بازدهی بالایی دارند یعنی برای محیط های خشک بسیار مناسب می‌باشند. به این نوع برج‌های خنک‌کننده اصطلاحا برج‌های مرطوب نیز می‌گویند.

معایب برج خنک کن مدار باز

از معایب برج خنک کننده مدار باز می‌توان به هدر رفت بیش از حد آب بر اثر تبخیر آب و همچنین ایجاد ستون بخار در بالای کولینگ تاور مدار باز در ظرفیت‌های خیلی بزرگ اشاره نمود.

برج خنک کننده مدار باز

برج خنک کننده مدار بسته

اصلی ترین ویژگی سیستم مدار بسته در این است که آب یا هر سیال دیگری که از کندانسور خارج می‌شود و قرار است وارد برج خنک کن شود با هوا به طور مستقیم تماس ندارد و آب خروجی از کندانسور در داخل یک کویل حرکت می‌کند، هوا نیز توسط فن تعبیه شده در بالای برج از بالا به پایین مکیده می‌شود و در اثر برخورد هوا با سطح خارجی کویل گرما از سیالی که داخل کویل وجود دارد توسط هوا جذب شده و بواسطه جریان هوایی که دربرج وجود دارد به محیط اطراف منتقل می‌شود.

به این نوع برج‌های خنک‌کننده اصطلاحا برج خنک کننده خشک نیز می‌گویند. کولینگ تاور مدار بسته برای خنک کردن آب با دمای بالا و یا محیط های دارای هوای سرد بسیار کاربرد دارد.

این نکته را نیز باید در نظر گرفت که این نوع سیستم ها بسیار گرانتر از مدل مدار باز می‌باشد و دلیل این گرانی نیز کویل های بکار رفته در برج خنک کننده مدار بسته می‌باشد که جنس آن در نمونه‌های تولیدی ما از جنس مسی می‌باشد که داری بالاترین ضریب انتقال حرارتی در میان فلزات است.

برج خنک کننده ترکیبی یا همان کولینگ تاور هیبریدی

کولینگ تاور هیبریدی، ترکیبی از سیستم های مدار باز و مدار بسته می‌باشد. در این نوع کولینگ تاورها هم آب در کویل مسی وجود دارد و هم در تشتک برج، فرآیند خنک کاری در برج خنک کن مدار بسته به این صورت است که آب یا سیال خنک شونده از داخل کویل حرکت می‌کند و بر روی کویل توسط مجموعه نازل آب پاشیده می‌شود.

برج خنک کننده هیبریدی از مزیت های زیادی نسبت به دو نمونه دیگر برخوردار است که می‌توان به راندمان بالا و بهینه سازی مصرف آب اشاره نمود.

البته این نکته را نیز باید در نظر داشته باشیم که قیمت برج خنک کننده هیبریدی، گاها تا 3 برابرقیمت نوع دیگر برج‌ها می رسد.

کولینگ تاور مدار بسته

مزایای برج خنک کننده هیبریدی

ترکیب مناسب برج خنک کننده خشک و مرطوب در کولینگ تاورهای هیبریدی موجب شده تا برخی از معایب هر دو برج خنک کن که به تنهایی استفاده می شوند، مرتفع گردد و از اینرو این نوع از برجهای خنک‌کن تبدیل به تجهیزات پرطرفدار گردند. برج خنک کننده هیبریدی در دو طرح جریان موازی و جریان سری طراحی و تولید می شوند. در زیر به برخی از مزیتهای این مدل سیستم‌های خنک کاری اشاره می نماییم:

  • کاهش تبخیر و اتلاف آب
  • کاهش مصرف برق و نتیجتا کاهش مخاطرات زیست محیطی
  • دارا بودن سیستم لوله کشی بسیار دقیق به سبب ارتفاع بلند آنها
  • به سبب ساختار و نوع عملکرد ماژولهای خشک و مرطوب این دستگاه، میزان بخار خروجی از برج در کمترین حد ممکن می‌باشد.
  • کاهش یخ زدگی در زمستان
  • راندمان حرارتی بالا در هر موقعیت جغرافیایی

از برج خنک کننده هیبریدی غالبا در صنایع و کاربری های زیر استفاده می‌شود:

  1. صنایع انرژی
  2. صنعت پتروشیمی
  3. صنایع شیمیایی
  4. مهندسی صنایع و متالورژی
  5. صنعت پلاستیک و لاستیک
  6. صنعت کاغذ
  7. صنعت تولید (پردازش مواد غذایی، پالایشگاه‌های شکر)

انواع کولینگ تاورها بر اساس نوع ساخت

برج‌های خنک‌کننده در ظرفیتهای مختلف خنک سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همین ظرفیت خنک سازی تعیین کننده سایز و ابعاد دستگاه می‌باشد. از نظر نحوه ساخت کولینگ تاورها به دو دسته تقسیم می شوند: مدل مونتاژ کارخانه و برج خنک کننده دمونتاژ.

برج خنک کننده مونتاژ شده (خانگی)

این نوع برج‌های خنک‌کننده از قبل در محل کارخانه مونتاژ می شوند و به راحتی می‌توان آنها را با کامیون ها حمل کرد، چرا که اینها سازه ای جمع و جور هستند. ظرفیت سرمایشی برج‌های خانگی (مونتاژ شده) محدود است و به همین دلیل، آنها معمولاً از نظر تأسیساتی با نیاز به دفع حرارت کم در کارخانه‌های فرآوری مواد غذایی، کارخانه‌های نساجی، برخی از کارخانه‌های فرآوری شیمیایی یا ساختمانهایی مانند بیمارستان ها، هتل ها، مراکز خرید، کارخانه‌های خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنجاییکه برج خنک کننده مونتاژ شده مکررا در مناطق مسکونی یا نزدیک آنها مورد استفاده قرار می‌گیرند، کنترل سطح صدا مسئله برجسته تری برای برج‌های خنک‌کننده از نوع خانگی است.

برج خنک کننده دمونتاژ

تأسیساتی مانند نیروگاه‌ها، کارخانه‌های فرآوری فولاد، پالایشگاه‌های نفت یا کارخانجات پتروشیمی معمولاً به دلیل ظرفیت بیشتر در دفع گرما، به برج خنک کننده دمونتاژ نیاز دارند. اندازه برج‌های درست شده میدانی معمولاً در مقایسه با برج‌های خنک‌کننده مونتاژ شده در کارخانه بسیار بزرگتر است. برج خنک کن دمونتاژ زمان زیادی برای ساخت و مونتاژ در محل نیاز دارد.

برج خنک کننده مدولار

مزیتهای موجود در برج خنک کننده فایبرگلاس بسیاری از کارفرمایان صنایع گوناگون را وادار می‌کند تا در معیارهای انتخاب خود تجدید نظر کنند. در صنایع بزرگ همانطور که می دانید اصولا از کولینگ تاورهای دمونتاژ استفاده می‌شود اما از دهه ی 1960 سعی در جایگزینی برج خنک کننده فایبرگلاس با مدل دمونتاژ شده است. وقتی صحبت از عملیات سنگین صنعتی می‌شود، برای خنک سازی فرآیندها و کنترل دمای بالا به برجهای خنک‌کننده بزرگی – که اغلب به اندازه ساختمانهای چند طبقه  هستند – نیاز است.

در حالی که ابزارهای موثر خنک سازی فرآیند، اعم از برجهای خنک‌کننده بسیار بزرگ دارای کارایی کمتری از حد مطلوب می‌باشند. زمان نصب طولانی مدت، خوردگی فلز و نگهداری گسترده و مداوم و… در برجهای دمونتاژ باعث شد تا مهندسین به فکر طراحی کولینگ تاورهای مدولار بیفتند که با متریال فایبرگلاس و بصورت مونتاژ در کارخانه قابل ساخت هستند.

برج خنک کننده فایبرگلاس

برج خنک کننده مدولار که بصورت چند سلولی هستند قطعا از نظر نصب بسیار ساده تر از مدلهای دمونتاژ هستند. برج‌های خنک‌کننده مدولار (HDPE) از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته شده اند و هزینه نگهداری و تعمیر کمتر، بهره وری انرژی بهتر و دوام و ماندگاری بالاتری دارند. برج خنک کننده مدولار دارای یک مزیت بسیار مهم می‌باشد و آن نیز این است که از کار افتادگی و یا نقص در یک سلول مانع از عملکرد کل دستگاه نمی‌شود و ضمنا با مدیریت میزان کارکرد و مصرف انرژی سلولها می‌توان میزان مصرف انرژی را تا 70 درصد کاهش دهند و هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند. با ظرفیت خنک سازی تا 2500 تن در هر سلول، استفاده از برج‌های خنک‌کننده مدولار در عملیات سنگین صنعتی در حال رشد است.

قطعات برج خنک کننده

همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید هر برج خنک کننده یا همان کولینگ تاور (Cooling Tower) دارای قطعات زیادی می‌باشد که اکثر آن ها در تمامی برج‌های خنک‌کن یکسان هستند. در ادامه بصورت مختصر هر کدام را توضیح خواهیم داد.

  1. بدنه یا پوسته 
  2. سطوح خنک‌کننده
  3. سیستم توزیع آب
  4. فن یا پروانه کولینگ تاور
  5. قطره گیرها
  6. لوور های ورودی هوا
  7. شیر شناور و…
قطعات برج خنک کن

بدنه کولینگ تاور

اغلب برج‌های خنک‌کن در ساختار خود بدنه ای دارند که آنها را محافظت می‌کند و موتورها، فن ها و دیگر اجزاء را پوشش می‌دهد که شامل پوسته، تشتک و فن استک می‌باشد. 

بدنه برج خنک کننده همان استراکچر اصلی دستگاه راتشکیل می‌دهد که علاوه بر کنترل جهت جریان هوا و تماس آن با آب وزن کل الکتروموتور و مجموعه فن را نیز تحمل می‌کند و اجزای داخلی برج خنک کن بر روی آن سوار می شوند.

تشتک قسمت پایینی کولینگ تاور است که جهت جمع آوری آب سرد استفاده می‌شود. فن استک نیز همان محل قرارگیری فن می‌باشد که بنا به مدل برج خنک کننده برای خروج و یا ورود هوا می‌تواند باشد.

اجزای کولینگ تاور

همه این مجموعه‌ها در کنار هم نمای کلی برج خنک کننده هستند که برای ما قابل مشاهده می‌باشند هر کدام از این اجزا می‌توانند از متریال مختلف ساخته شوند.

برج‌های خنک‌کننده خیلی بزرگ معمولا از جنس بتن هستند و آهن گالوانیزه، پلاستیک و فایبرگلاس از دیگر موادی هستند که در ساخت انواع برج‌های خنک‌کننده از آنها استفاده می‌شود.

امروزه فایبر گلاس به دلیل استحکام بسیار بالا، سبکی و مقاومتی که در برابر مواد شیمیایی و اشعه‌های خورشید دارد و همچنین سرعت تولید بالا در ساخت برج خنک کننده به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. گروه صنعتی ساز آب بصورت تخصصی اقدام به تولید برج خنک کننده فایبرگلاس طرح انحصاری خود نموده که دارای تاییدیه‌های بین المللی می‌باشد.

برج خنک کننده مکعبی

مزایای برج خنک کننده فایبر گلاس

  1. وزن پایین
  2. استحکام و انعطاف بالا نسبت به وزن
  3. مقاومت بالا در برابر خوردگی
  4. رسوب گیری پایین این مدل کولینگ تاورها
  5. تعمیر و نگهداری ساده و کم هزینه

سطوح خنک‌کننده یا پکینگ کولینگ تاور

سطوح خنک‌کننده (پکینگ‌ها) قلب یک برج خنک کننده (Cooling Tower) می‌باشند. در واقع سطح تماس بین آب و هوا می‌باشند و هر چه این سطح تماس افزایش پیدا کند میزان تبادل گرمایی و نهایتا فر آیند خنک سازی بهتر و سریعتر انجام می‌گیرد.

هرچه پکینگ برج خنک کننده دارای مساحت بیشتر و حجم کمتری باشند (سطح ویژه بیشتر) ایده آل تر است. در برج خنک کننده‌های قدیمی از چوب، پوشال، سفال یا بلوکه‌های بتنی به عنوان سطوح خنک‌کننده استفاده می شد ولی امروزه با پیشرفت تکنولوژی در علم پلیمر سطوح خنک‌کننده از پی وی سی، پلی اتیلن و پلی پروپیلن ساخته می‌شود که به آن ها اصطلاحا پکینگ مدیا گفته می‌شود.

پکینگ کولینگ تاور در دو نوع فیلمی و اسپلش وجود دارند که هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند.

کولینگ تاور فایبرگلاس

پکینگ فیلمی

این نوع پکینگ ها از بلوک ورق های پی وی سی کنار هم تشکیل می شوند که هم می‌توانند دارای سطح صاف یا شیاردار باشند که باعث ایجاد سطح گسترده میان آب و هوا شده و فرآیند خنک سازی را موجب می‌گردد برای افزایش سطح تماس پکینگ ها را به شکل لانه زنبوری و چین دار فرم می دهند. توزیع آب قبل ریزش بروی پکینگ در نوع فیلمی بسیار مهم می‌باشد و باید توزیع آب درون برج خنک کننده به صورت یکنواخت باشد.

پکینگ مدیاهای تولیدی گروه صنعتی ساز آب در دو گام 14 و 19 می‌باشد که هر کدام دارای ویژگی خاص خود هستند.

پکینگ مدیا گام 14 دارای سطح ویژه 270 مترمربع بر متر مکعب و پکینگ مدیا گام 19 دارای سطح ویژه 200 متر مربع بر متر مکعب است.

پکینگ کولینگ تاور فیلمی دارای مزایای بسیاری می‌باشد که از جمله می‌توان به :

  1. راندمان بالا در ابعاد کوچک نصب آسان
  2. طراحی جریان مخالف و متقاطع
  3. قابلیت ساخت در بلوک های مختلف اشاره نمود.

 این نوع پکینگ برای آب تمیز و با کیفیت بسیار خوب است. اگر در آب املاح و رسوب وجود داشته باشد در فاصله دو برگ انباشته شده و موجب گرفتگی پکینگ خواهد شد بنابراین استفاده از این نوع پکینگ برای آب های با سختی بالا توصیه نمی‌شود.

پکینگ اسپلش

پکینگ اسپلش از لایه‌های بند و میله‌های پلاستیکی تشکیل شده است که هنگام برخورد آب با آن، آب را به صورت قطرات بسیار ریز پخش می‌کند.

عملکرد پکینگ برج خنک کننده اسپلش بدین صورت هست که با ایجاد توالی برخورد آب با میله‌ها می‌توان زمان تماس میان آب و هوا را افزایش داد و در نتیجه قطرات آب زمان بیشتری برای خنک شدن دارند.

به دلیل همین برخوردهای متوالی قطرات آب امکان تجمع رسوب در پکینگ اسپلش ها به کمترین حالت ممکن می رسد.

سیستم توزیع آب برج خنک کننده

یکی از اجزای مهم در برج خنک کننده سیستم توزیع آب می‌باشد زیرا در راندمان و همینطور میزان هدر رفت آب در برج تاثیر مستقیم دارد که شامل:

لوله کشی ها، رایزرها، اتصالات، ساپورتها، پمپ سیرکولاسیون، آب پخش کن یا اسپرینکلر هد و نازلهای توزیع آب می‌باشد.

این ادوات هر کدام بسته به نوع برج خنک کننده و میزان افت فشار آب منطقه ی مورد استفاده می‌تواند متغیر باشد.

یک سیستم توزیع آب استاندارد سیستمی ست که پارامتر هایی همچون افت فشار، انتقال حرارت در طول مسیر و مشکلات ناشی از یخ زدگی در طراحی آن مدنظر گرفته شود.

فن برج خنک کننده

فن برج خنک کن یا پروانه کولینگ تاور یکی از قطعات اصلی می‌باشد که وظیفه به جریان در آوردن هوا در درون برج خنک کننده را به عهده دارد.

قیمت برج خنک کن

المان هایی مانند زاویه نصب، جنس، اندازه و وزن فن در کاهش و یا افزایش راندمان هوادهی فن و در نتیجه بازدهی کل سیستم تاثیر بسزایی دارد.

در طراحی و انتخاب جنس فن باید نکاتی مانند رطوبت بالا و خوردگی ناشی از مواد شیمیایی و ظرفیت برج خنک کن را در نظر گرفت.

یکی دیگر از نکات مهم در طراحی فن انتخاب زاویه مناسب می‌باشد تا هوا را از پایین به بالا هدایت کند.

در صورتی که زاویه پروانه‌ها کم باشد جریان هوا کم می‌شود بنابراین هوای کمی از روی پکینگها عبور می‌کند و اگر زاویه پروانه‌ها زیاد باشد میزان هوا بسیار زیاد می‌شود و هوای زیادی از روی پکینگها عبور می‌کند که باعث می‌شود جریان بیشتری از الکتروموتور بگیرد و همچنینی آب همراه با هوا از قسمت بالایی برج خنک کننده خارج گردد.

فن های محوری نسبت به فن سانتریفیوژ حجم بسیار بیشتری از هوا را از داخل کولینگ تاور مکش می‌کنند. البته نمی‌توان از تاثیر کیفیت الکتروموتور و توان آن در مجموعه فن چشم پوشی کرد.

فن های مورد استفاده در محصولات گروه ساز آب همگی ساخت همین شرکت بوده و وابسته به نوع کارایی برج خنک کننده و درخواست خریداران در انواع مختلف از نظر جنس بلید، دستک و هاب در سایز های مختلف تولید می‌گردد.

قطره گیر برج خنک کننده

وقتی که آب در برج خنک کننده به قطرات ریزتر تبدیل می‌شود و هوا با آن برخورد می‌کند مقداری از قطرات آب در هوا می ماند و توسط جریان ایجاد شده توسط فن به سمت بالای برج خنک کننده آمده و از چرخه خارج می‌شود که باعث هدر رفت آب و آسیب به مجموعه فن می‌گردد، برای جلوگیری از این مسئله از قطره گیر در بالای نازل های آب استفاده می‌کنند.

قطره گیرها در دو نوع لانه زنبوری و تیغه ای در تولید برج خنک کننده استفاده می‌گردند.

قطره گیر های لانه زنبوری که عمدتا در برج‌های مکعبی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بصورت سلول های به هم چسبیده ای هستند که به شکل سینوسی بوده و با تغییر مسیر عبور جریان هوا و ایجاد افت فشار اندک قطرات آب را روی دیواره‌های خود به دام انداخنه و از خروج آن جلوگیری می‌کند. درصد هدر رفت آب از طریق ماندگی آب در این نوع قطره گیر کمتر از 002. می‌باشد.

قطره گیر کولینگ تاور نوع تیغه ای که اغلب در برج‌های خنک‌کننده مخروطی مورد استفاده قرار می‌گیرد باعث حذف قطرات آب از جریان هوا بدون افت فشار می‌گردد.

برای راندمان بالاتر قطره گیرها و نازلهای آب پاش دستگاه استفاده از آب نرم و بدون سختی توصیه میشود که در صورت نیاز با استفاده از سختی گیر و آب شیرین کن میتوان آب ورودی برج خنک کننده را به شرایط ایده آل برسانیم.

لوور برج خنک کننده

لوورها دریچه‌های کناری برج می‌باشند که اصطلاحا به آن کرکره ورودی هوا هم می‌گویند. لوورها در ابعاد مختلفی طراحی می شوند که بستگی به میزان هوادهی دارد.

لوورها دارای تیغه‌هایی هستند که وظیفه کنترل میزان و شدت هوای ورودی به کولینگ تاور را برعهده دارند ضمنا از خروج قطرات آب پراکنده در برج خنک کن به بیرون جلوگیری میکنند.

به‌عبارت‌دیگر کمک به نگهداری آب در چرخش داخل برج خنک کننده، جلوگیری از خروج آب، تنظیم میزان هوای ورودی به برج خنک کننده و متعاقبا پیشگیری از یخ‌زدگی در زمستان از عملکردهای لوور برج خنک کن می‌باشد.

جنس لوور ها بسیار حائز اهمیت است زیرا در زیر اشعه آفتاب قرار دارد با آب در ارتباط مستقیم است و در معرض ضربه و صدمات خارجی هم می‌باشد پس باید آنتی یو وی (ضد اشعه فرابنفش) بوده و در برابر رطوبت و مواد شیمیایی مقاوم باشد.

محاسبه ظرفیت برج خنک کننده

بسیاری از شرکت ها برای کاهش قیمت تمام شده خود اقدام به استفاده از قطره گیر های پی وی سی به عنوان لوور در برج خنک کن می‌کنند که به دلیل مقاومت پایین در برابر اشعه فرابنفش خیلی زود از بین رفته و با ورود تکه‌های پی وی سی به چرخه کولینگ تاور خسارات سنگینی را به خریداران وارد خواهد کرد.

بهترین متریال برای ساخت لوور فایبرگلاس می‌باشد که دارای تمامی آیتم های مورد اشاره است.

تنها ایرادی که در لوورهای فایبرگلاس برج خنک کننده وجود دارد ایجاد خوردگی و زنگ زدگی در اتصالات لوور می‌باشد که مهندسین گروه صنعتی ساز آب در ساخت لوور انحصاری شرکت این مشکل را با بکارگیری اتصالات استنلس استیل برطرف نموده اند.

چگونگی انتخاب محل نصب کولینگ تاور

انتخاب محل نصب درست، در عملکرد و بازدهی کولینگ تاور نقش مهمی دارد. برای انتخاب محل نصب مناسب و استاندارد باید یک سری موارد و نکات را دانسته و به آنها عمل شود. این نکات و موارد عبارتند از:

  • نباید هیچ مانعی اطراف محل نصب برج وجود داشته باشد تا هوای تازه به راحتی به داخل برج وارد شود.
  • اگر قرار است برج را در محیط بسته نصب کنید، حتما فضای کافی برای آن در نظر بگیرید و تمام موانع را حذف کنید.
  • حتما دقت داشته باشید که محل نصب دارای دستگاه تهویه مناسب باشد تا هوای گرم خروجی از برج خنک کن به راحتی تخلیه شود و دوباره گردش نکند و وارد برج نشود.
  • محل نصب را از نظر استحکام و دوام به خوبی بررسی کنید.
  • محل نصب را از نظر معماری ساختمان و زیر ساخت بررسی کنید.
  • براساس وزن و ابعاد برج خنک کننده، فوندانسیون مناسب و دقیقی را اجرا کنید.
  • از قبل برای نصب و تجهیزات اضافی که ممکن است لازم شود، هزینه در نظر بگیرید.
  • برای نصب حتما از تکنسین های ماهر و متخصص کمک بگیرید.

نحوه محاسبه ظرفیت کولینگ تاور

هنگامی که شما می خواهید یک برج خنک کننده انتخاب و خریداری کنید، باید علاوه بر جنس، نوع، مدل و ابعاد، به ظرفیت آن نیز توجه کنید. برای محاسبه ظرفیت کولینگ تاور شما باید ابتدا ظرفیت برودتی سیستم را برآورد کنید.

سپس باید حجم آب ورودی، دمای آب ورودی و آب خروجی، اختلاف دمای هوای ورودی و خروجی را تعیین کنید. با دانستن این نکات و موارد می‌توانید به راحتی ظرفیت برج خنک کن را محاسبه نمایید. به طور مثال هرچه دمای هوای ورودی و هوای خروجی با هم اختلاف کمتری داشته باشند، برج ظرفیت بیشتری نیاز دارد.

محاسبه راندمان حرارتی برج خنک کننده

یکی از شاخصهای بسیار مهم در طراحی برج‌های خنک‌کن، راندمان حرارتی یا همان میزان تبادل گرما در این دستگاه می‌باشد. اختلاف دما (رنج) و آپروچ (دامنه) دما ارتباط مستقیم با بازده برج خنک کننده دارد. در طراحی برج خنک کننده به دمای مرطوب محیط و دمای خشک محیط نیاز داریم. شرایط دمایی و جوی محل نصب کولینگ تاور بر روی راندمان آن تاثیر خواهد گذاشت. در شهرهای گرم یزد و شیراز، کرمان که میزان رطوبت نسبی پایین است دارند میزان راندمان دستگاه بعد از محاسبه به حدود مثبت ۸۵ درصد برآورد شده است.

اما در مناطقی که با رطوبت نسبی بالاتری دارند از قبیل شهرهای شمالی، بازده کولینگ تاور کمی پایین‌تر از حالت‌های مناسب بازده می‌باشد. اما اساسا و با توجه روشی محاسبه کاملا مهندسی شده بازدهی بیش از 90 درصد برای برج خنک کننده ممکن نیست چرا که هیچگاه عدد آپروچ معادل صفر نخواهد بود. اما بمنظور جلوگیری از هزینه‌های تحمیلی ساخت، برج خنک کن باید بر اساس بازده حرارتی بین 70 تا 75 درصد طراحی شود.

فرمول زیر برای محاسبه راندمان برج‌های خنک‌کننده توسط کارشاسان استفاده می‌گردد.

Cooling tower efficiency = range/ (range + approach) * ۱۰۰

بعبارتی ساده تر می‌توان گفت ظرفیت برج خنک کننده برابر است با نسبت اختلاف دما با مجموع عدد آپروچ بعلاوه اختلاف آب ورودی و خروجی از دستگاه.

معایب و مشکلات برج خنک کننده

برج خنک کننده علاوه بر تمام مزایا و ویژگی های مثبت و منحصر به فرد خود، دارای مشکلات و معایبی نیز می‌باشد. درست است که این معایب اندک هستند و ممکن است حتی در طول عمر مفید یک کولینگ تاور اصلا رخ ندهند اما بهتر است آنها را بدانید. این معایب و مشکلات عبارت هستند از:

  • در قسمت های مختلف آن رسوب تشکیل می‌شود.
  • به دلیل سختی آب، ممکن است قطعات داخلی برج دچار خوردگی و زنگ زدگی شوند.
  • جلبک ها، لجن ها، میکروارگانیسم ها و باکتری های بیولوژیکی در بخش های داخلی برجهای خنک‌کن رشد می‌کنند.

عیب یابی برج خنک کننده

برج خنک کن خیلی دیر به دیر و به ندرت دچار مشکلات جدی می‌شود و نیاز به تعمیرات اساسی پیدا می‌کند. یک سری عیب ها و مشکلات جزئی هستند که ممکن است برای سیستم شما پیش بیاید که با دانستن آنها می‌توانید به راحتی مشکل پیش آمده را رفع کنید و کولینگ تاور را عیب یابی نمایید. در زیر مهم ترین و اصلی ترین مشکلات پیش آمده و نحوه عیب یابی و رفع آنها را می گوییم.

  • صدای فن به این معنی است که پیچ های پره‌ها شل شده اند. برای رفع آن پیچ ها را چک کنید و در صورت نیاز سفت نمایید.
  • صدای غیر عادی الکتروموتور به این معنی است که موتور تک فاز کار می‌کند. برای رفع آن موتور را خاموش کنید و دوباره روشن نمایید.
  • به سرعت نرسیدن موتور به این معنی است که ولتاژ در پایانه‌های موتور پایین می‌باشد. برای رفع آن باید ترانسفورماتور را چک کنید و ولتاژ بالاتری به پایانه‌های آن وارد کنید.
  • پرتاب شدن بیش از اندازه ذرات آب به بیرون به این معنی است که یا آب بیش از حد پمپاژ می‌شود و یا قطره گیرها مشکل دارند. برای رفع این مشکل ورود جریان آب به برج خنک کن را کنترل نمایید و دریچه‌های هوا و قطره گیرها را چک کنید.

قیمت برج خنک کننده

قیمت برج خنک کننده به عوامل بسیار زیادی بستگی دارد که از جمله آن می‌توان به ظرفیت تبرید، نوع سیکل خنک کاری (مداربسته یا مدارباز)، کیفیت رزین و فایبرگلاس بدنه، گرید پکینگ ها، برند الکتروموتور و… اشاره کرد.

به طور کلی قیمت سیستم های مدار بسته و هیبریدی از نوع مدار باز بسیار بیشتر است و دلیل آن هم کویل‌های استفاده شده در این برج‌های خنک‌کن است که معمولا از جنس مس می‌باشند.

دلیل تفاوت در قیمت های برج خنک کننده

گذشته از نوع سیکل برج خنک کننده متریال مورد استفاده در ساخت کولینگ تاور نیز در قیمت تاثیر بسیار زیادی دارد. برای مثال تعداد لایه‌های فایبرگلاس بدنه و جنس رزین هر دو میتواند تاثیر بسزایی در قیمت نهایی داشته باشند.

جنس تمامی ملزومات مجموعه فن مانند اکتروموتور، بلید، هاب و دستک ها همگی متغیر می‌باشد و بسته به نوع متریال بکار رفته قیمت هم متغییر خواهد بود.

به طور مثال واضح است که قیمت کولینگ تاوری که در ساخت آن از الیاف ایزوفتالیک 7 لایه و الکتروموتور اروپایی (زیمنس) و پکینگ های گرید A و نازلهای مرغوب پلی پروپیلن ساخته شده باشد، بیشتر از قیمت برج خنک کننده با الکتروموتور چینی و الیاف آرتوفتالیک 3 یا 5 لایه و پکینگ های گرید C و… می‌باشد.

برج‌های خنک‌کن طرح انحصاری گروه صنعتی سازآب همگی از بهترین نوع الیاف سوزنی و حصیری با رزین ایزوفتالیک می‌باشد که دارای تائیدیه از سازمان‌های بین المللی می‌باشد.

الکترو موتورهای مورد استفاده در محصولات این شرکت همگی از معتبرترین برندهای اروپایی می‌باشد که بنا به درخواست خریدار متغیر می‌باشد.

نازلهای آب همگی از جنس پروپیلن می‌باشد و پکینگ ها بسته به نوع در خواست مشتری از پی وی سی گرید A+،A و B می‌باشند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر و استعلام قیمت برج خنک کننده با کارشناسان ساز آب تماس حاصل فرمایید.

محصول مرتبط: سختی گیر

برای امتیاز به این نوشته کلیک کنید!
[کل: 5 میانگین: 5]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *