انواع برجهای خنک کننده یا کولینگ تاور (Cooling tower) بر پایه مسیر حرکت هوا و آب، نوع مدار گردش سیال، شیوه تبادل حرارت، فرم سازه و جنس بدنه طبقهبندی میشوند. کولینگ تاور در حوزههای صنعتی مختلف با ظرفیتها و طراحی های متنوعی مورد استفاده قرار میگیرد. در فرایند طراحی پارامترهای متنوعی مانند شرایط آب و هوایی، مشخصات محیطی، بار حرارتی و رطوبت نسبی در نظر گرفته میشود.
استفاده از برج خنک کن در صنایع فولاد، پتروشیمی، نیروگاهها، ریختهگری، صنایع غذایی، تزریق پلاستیک و سامانههای تهویه مطبوع اهمیت بسیاری دارد. انتخاب هوشمندانه، باعث بهبود عملکرد سیستم، کاهش مصرف انرژی و افزایش دوام تجهیزات صنعتی میشود. در ادامه مطلب به معرفی انواع برج خنک کن و کاربردهای آن میپردازیـم.
چرا از برج خنک کننده استفاده میشود؟
به منظور کاهش دمای آب گرم خروجی از تجهیزات صنعتی و چیلرها از برج خنک کننده بهره میگیرند. استفاده از آن هزینههای عملیاتی را کاهش و راندمان تولید را افزایش میدهد. در واقع این امر به ویژه باعث حفظ عملکرد پایدار ماشین آلات صنعتی خواهد شد.
برج خنک کننده با فراهم کردن امکان گردش و استفاده مجدد از آب، بهرهوری صنایع را تا حد زیادی افزایش میدهد. بسیاری از خطوط تولید، بدون برج خنک کاری نمیتوانند فعالیت خود را انجام دهند. در نتیجه این تجهیز، یک بخش جدا نشدنی از سیستمهای سرمایش صنعتی شناخته میشود.
نوع عملکرد انواع برج خنک کننده
برج خنک کننده بر پایه انتقال حرارت و جرم کار میکند. اصولاً آب گرم وارد برج و روی سطوح تبادل حرارتی توزیع میگردد. بنابراین جریان هوا با آب تماس مستقیم یا غیر مستقیم برقرار مینماید.
نحوه عملکرد این تجهیز در مدلهای تبخیری متفاوت است؛ یعنی بخشی از آب تبخیر شده و گرمای نهان بالای آب را از فاز مایع خارج میکند. این عمل دمای آب باقیمانده را کاهش میدهد. هوای ورودی نیز باید ظرفیت جذب رطوبت داشته باشد. به طور مجدد آب خنک شده خروجی به چرخه مصرف باز میگردد.
مزایا و معایب برج خنک کننده
برج های خنک کاری طبق نوع کاربرد خود در صنایع سبک، نیمه سنگین و فوق سنگین طراحی و تولید میشوند. برج خنک کننده صنعتی وظیفه خنک کاری تجهیزات فرایندی را بر عهده دارد. کولینگ تاور چیلر، آب خنک مدار کندانسور سیستم تهویه مطبوع را تامین میکند. با اطلاع از مزایا و محدودیتهای انواع برج خنک کن میتوانید انتخاب دقیق و اقتصادی داشته باشید.
انواع برج خنک کننده
• برج خنک کننده جریان متقاطع
• برج خنک کننده جریان طبیعی
• برج خنک کننده جریان مکانیکی
• برج خنک کننده جریان اجباری
• برج خنک کننده مدار باز
• برج خنک کننده مدار بسته
• برج خنک کننده هیبریدی
انواع برج خنک کننده از نظر جریان هوا
برج خنک کننده جریان طبیعی
کولینگ تاور جریان طبیعی یا اتمسفریک فاقد فن و الکتروموتور است. بر اثر اختلاف چگالی و فشار حرکت هوا ایجاد و آب به طور ثقلی و اسپری شده در برج پخش میشود. این مدل از کولینگ تاور فاقد هزینه مصرف انرژی میباشد. با این حال ابعاد سازه بزرگ است و به شرایط اقلیمی وابستگی بالایی دارد. علاوه بر این عملکرد سیستم در هنگام مواجهه با تغییرات سرعت و جهت باد، ناپایدار ارزیابی میشود. با این حال ابعاد سازه بزرگ است و به شرایط اقلیمی وابستگی بالایی دارد.
برج خنک کننده هذلولی
یکی از شناخته شدهترین انواع کولینگ تاور جریان طبیعی، برج هذلولی میباشد. این نوع از برج خنککاری دارای سازه بتنی عظیم با ارتفاع قابل توجه است. به طور عمده در نیروگاهها و صنایع فوق سنگین کاربرد دارد. از ویژگیهای شاخص این مدل میتوان به طول عمر مفید بسیار بالا همراه با پایداری عملکرد اشاره کرد.
برج خنککننده جریان مکانیکی
در محصول مورد نظر جریان هوا از طریق فن تامین میشود. این موضوع عملکرد پایدار سیستم را در محیطهای مختلف تضمین میکند. از مزایای دیگر آن میتوان به ابعاد کوچکتر نسبت به برجهای طبیعی اشاره کرد.
اجزای اصلی کولینگ تاور مکانیکی شامل موارد زیر است:
• فن
• الکتروموتور
• پکینگ
• قطرهگیر
• سیستم توزیع آب
• حوضچه
برج خنک کننده جریان اجباری
در این نوع، طراحی فن در بخش ورودی هوا قرار میگیرد و هوا را با سرعت بالا وارد برج میکند. به علت نحوه قرارگیری فن، احتمال گردش مجدد هوا افزایش می یابد. نتیجتاً این ساختار از نظر اقتصادی گزینهای مقرون به صرفه به حساب میآید. این سازه در ظرفیتهای پایین به طور فلزی و در ظرفیتهای بالا به صورت بتنی ساخته میشود.
برج خنککننده جریان القایی
در این ساختار، فن در بخش خروجی هوا نصب و با ایجاد کردن مکش، جریان هوا را از داخل برج عبور میدهد. طراحی مذکور باعث کاهش خطر یخزدگی فن و جلوگیری از گردش مجدد هوا میشود. به علت راندمان بالا و عملکرد پایدار خود، کاربرد گستردهای در سیستمهای صنعتی و چیلری دارد.
برج خنک کننده جریان مکعب
در این نوع طراحی، جریان طبیعی و مکانیکی به طور همزمان به کار گرفته میشوند. به علت فعال شدن فنها در زمان اوج بار حرارتی، مصرف برق و انرژی کاهش پیدا میکند. بنابراین برای پروژه هایی که بار متغیر دارند انتخاب مناسبی محسوب میشوند.
انواع کولینگ تاور بر اساس نوع عملکرد
برج خنک کننده تر یا مدار باز
رایجترین نوع برج خنککاری صنعتی و چیلری، برج خنک کننده تر یا مدار باز است. در این تجهیز آب گرم خروجی به شکل مستقیم با جریان هوای عبوری تماس پیدا میکند. فرایند خنککاری مبتنی بر تبخیر سطحی آب منجر به کاهش دمای سیال میگردد. بنابراین بخشی از آب مصرف شده و از مدار عملیاتی خارج میشود. کاربرد گسترده این سازه در صنایع فولاد، پتروشیمی، تزریق پلاستیک، ریختهگری و تاسیسات چیلری مشاهده میگردد. همچنین اجرای برنامههای نگهداری منظم عملکرد پایدار و طول عمر مناسب سازه را تضمین مینماید.
برج خنک کننده خشک یا مدار بسته
متداولترین نوع کولینگ تاور در صنعت، برج خنک کننده مدار باز میباشد. در این برج، تماس مستقیم بین آب در گردش و جریان هوای محیط برقرار میگردد. تبخیر کنترل شده آب، نقش اصلی را در کاهش دمای سیستم ایفا میکند. عملکرد خنک کاری بالا، سازه را به گزینه ای قابل اعتماد تبدیل کرده است. اگرچه مصرف آب وجود دارد اما بازده بالای سیستم این موضوع را توجیه میکند. قاعدتاً استفاده گسترده آن در صنایع و چیلرها کاملاً رایج است.
برج خنک کننده هیبریدی
کولینگ تاور هیبریدی ترکیبی هوشمندانه از دو روش سیستم های تر و خشک را استفاده میکند. در اولین مرحله، آب فرایندی درون کویلها گردش کرده و به شکل غیر مستقیم خنک میشود. در ادامه، پاشش کنترل شده روی سطح تبادل حرارتی انجام گرفته و راندمان افزایش مییابد. بنابراین مصرف آب نسبت به برجهای کاملا ًتر به طور ویژهای کنترل میشود. در نهایت، راندمان حرارتی مناسب همراه با پایداری عملکرد سیستم حاصل میشود. این مدل انتخابی کارآمد برای اقلیمهای گرم و خشک به حساب میآید.
انواع برج خنک کاری بر اساس مسیر جریان آب و هوا
برج کننده جریان مخالف
مسیر حرکت آب و هوا در برج خنک کننده جریان مخالف در جهت معکوس یکدیگر قرار گرفته است. حرکت جریان هوا از پایین به بالا و پاشش آب گرم از بالا به پایین انجام میگیرد.
قاعدتاً این نحوه آرایش جریان ها باعث میشود راندمان انتقال حرارت در سطح بالایی ارزیابی شود. در سیستم توزیع آب، استفاده از نازلهای پرفشار رایج است و پاشش یکنواخت آب را تضمین میکند. همچنین به دلیل عملکرد مناسب، برج جریان مخالف در اقلیمهای گرم و خشک کاربرد بسیاری دارد. این مدل اغلب در کولینگ تاورهای صنعتی و چیلری به عنوان گزینهای پرمصرف شناخته میشود.
برج خنک کننده جریان متقاطع
جریان هوا در برج خنک کننده متقاطع به طور افقی و جریان آب به صورت عمودی عبور میکند. معمولاً توضیحات به شکل ثقلی انجام میگیرد و نیازی به فشار بالای پمپ وجود ندارد. به این شکل مصرف انرژی پمپها کاهش و راندمان کلی سیستم بهبود مییابد. از آنجایی که پاشش به طور یکنواخت انجام میگیرد، پدیده پرت آب در مقایسه با سایر آرایشها کمتر مشاهده میشود.
انواع برج خنک کن بر اساس مدار آب
کولینگ تاور مدار باز
آب گرم به طور مستقیم وارد برج و به شکل قطرههای ریز داخل بدنه برج خنک کننده مدار باز پاشیده میشود. این آب با هوای محیط برخورد و بدون هیچ مانعی با آن در تماس قرار میگیرد. نتیجتاً تبخیر مقدار کمی از آب، دمای باقیمانده را کاهش داده و خنک سازی انجام میشود.
کولینگ تاور مدار بسته
آب اصلی سیستم به صورت کاملاً ایزوله داخل کویل ها گردش میکند. در ساختار مداربسته، هیچ گونه تماس مستقیمی بین آب فرایندی و هوای محیط خارجی برقرار نمیشود. جهت انتقال حرارت موثر، وظیفه خنک کاری سطح خارجی کویل ها بر عهده مدار ثانویه آب است. این طراحی مهندسی باعث میشود کیفیت شیمیایی و فیزیکی آب مدار اصلی در طی زمان حفظ شود. از طریق این سیستم میزان مصرف آب جبرانی در مقایسه با سیستم مدار باز به طرز محسوسی کاهش پیدا میکند. به همین علت، استفاده از سازه مذکور در صنایع حساس و پروژه های دارای محدودیت آبی بسیار رایج است.
تقسیم بندی انواع برج بر اساس جنس سازه
یکی از عوامل مهم در ساخت برج خنک کاری، توجه به جنس بدنه و سازه است. این امر در کاهش هزینه نگهداری و افزایش مقاومت در برابر خوردگی نقش بسزایی دارد. در نتیجه توجه در انتخاب متریال باعث افزایش دوام برج خنک کننده میشود.
برج خنک کننده فایبرگلاس
یکی از پرکاربردترین انواع کولینگ تاور مدرن، برج خنک کننده فایبرگلاس میباشد. از ویژگی های مهم آن میتوان به مقاومت بالا در برابر خوردگی و رطوبت، وزن کم و قابلیت مونتاژ آسان اشاره کرد. همچنین ضد زنگی، طول عمر مفید زیاد و نگهداری ساده آن باعث محبوبیت بالای برج خنک کننده فایبرگلاس در صنایع گوناگون شده است. طراحی و تولید مدل مذکور در مدل های مکعبی و مدور صورت میگیرد.
برج خنک کننده گالوانیزه
متریال برج خنک کننده گالوانیزه، ورق فلزی با پوشش روی میباشد. کولینگ تاور گالوانیزه هزینه اولیه کمتری نسبت به مدل فایبرگلاس دارد. تشکیل رسوب و کاهش ضخامت پوشش روی از عوامل مؤثر در افت عمر مفید این سیستم محسوب میشود. به همین دلیل، برج خنککننده گالوانیزه بیشتر در پروژههای سبک و با شرایط کاری کنترلشده مورد استفاده قرار میگیرد.
برج خنک کننده بتنی
معمولاً برای ظرفیتهای بسیار بالا و دبیهای عظیم آب از برج خنک کننده بتنی بهره میگیرند. در نیروگاه های حرارتی، صنایع بزرگ و واحدهای تولیدی سنگین کاربرد ویژهای دارند. سازه بتنی حجیم، استحکام مکانیکی و دوام بالایی را در شرایط بهرهبرداری طولانی مدت فراهم میکند. با این حال هزینه ساخت اولیه این نوع از برج خنک کننده در مقایسه با مدلهای فلزی یا فایبرگلاس بالاتر است. علاوه بر هزینه، نیاز به فضای فیزیکی گسترده ای دارد. به طور معمول، برای پروژههایی که نیاز به ظرفیت بالا و طول عمر مفید بیشتری دارند، کولینگ تاور بتنی را انتخاب میکنند.
مشاوره و خرید برج خنک کننده دماگستر
گروه فنی مهندسی دماگستر با طراحی و تولید انواع کولینگ تاور های مدار باز، مداربسته و هیبریدی راهکارهای تخصصی برای سیستمهای خنککاری ارائه میدهد. استفاده از متریال با کیفیت، طراحی مهندسی و رعایت استاندارد ها، محصولات دماگستر را به گزینهای قابل اطمینان تبدیل کرده است. برای بررسی دقیق شرایط پروژه، ظرفیت موردنیاز، نوع کاربری صنعتی یا چیلری و مشخصات اقلیمی میتوانید با مشاوران ما در دماگستر تماس بگیرید.