برج خنک کن ( Cooling Tower )

در اوایل قرن بیستم، آغاز انقلاب صنعتی، اولین نمونه‌های برج خنک کن ( Cooling tower ) با استفاده از کاهش دمای ناشی از تبخیر ابداع گردید.

برج‌های خنک‌کننده اولیه، دارای سیستم بسیار ساده ای بودند که در آن آب از ارتفاع مشخصی به داخل برج خنک کن پاشیده می‌شد و به واسطه برخورد با هوا خنک می‌گردید. این برج‌ها اغلب در پشت بام ساختمان‌ها یا به صورت سازه‌ای مجزا در کنار ساختمان اصلی قرار می‌گیرند و هوا به کمک فن ها و مکانیسم جابه‌جایی اجباری یا به طریق مکانیسم جابه‌جایی آزاد به جو منتقل می‌شود. در مناطقی که منابع آبی قادر به فراهم کردن آب برج خنک‌کن هستند، از سیستم حوضچه‌های آبی استفاده می‌شود و در مناطقی که محدودیت منابع دارند، مثل شهرهای بزرگ، از برج‌های خنک‌کننده استفاده می‌شود. برج خنک‌کننده سیستمی است که از آن به جهت خنک‌ سازی آبی در فرایندهای سردسازی سیستم‌های تهویه مطبوع، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و غیره استفاده می‌گردد.

امروزه این برج ها، سیستم توضیع و پخش آب گرم دارند که آب را بصورت یکنواخت روی شبکه مشبک نزدیک به هم، آکنه یا پر کننده، به هم میپاشد. با توجه به اینکه در این فرایند دما و رطوبت هوا از برج افزایش می یابد، بدیهی ست میزان تاثیر برج خنک کن تا حد زیادی به درجه حرارت مرطوب هوای ورودی بستگی دارد و با کاهش آن افزایش می یابد .

عوامل دیگری که عملکرد برج های خنک کن را تحت تاثیر قرار میدهند عبارتند از :

سطح و زمان تماس آب و هوا
سرعت هوای عبوری از برج
جهت جریان هوا نسبت به سطح تماس آب ( همسو و غیر همسو )
سطح تماس آب با هوا شامل موارد ذیل می باشد :
سطح آب در تشتک برج
کلیه سطوح خیس شده در برج مانند پکینگ ها
سطح کل قطرات آب پاشیده شده در برج

اجزاء اصلی یک برج خنک کن عبارت اند از:

بدنه و پوسته ( CASINHG-FRAME )
واسته های انتقال حرارت ( FILL )
پر کننده تشریحی (SPLASH PACKINHG )
پر کننده فیلمی ( FILM PACKINHG )
حوزچه آب خنک ( cold water basin )
قطره گیرها یا حذف کننده ها ( drift eliminator )
ورودی هوا ( air inlet )
پکینگ ها
نازل ها
فن ها
تجهیزات مکانیکی ( انتقال قدرت ( تسمه/ جعبه دنده Gear box))

برج خنک کننده (Cooling Tower)

در شکل و انواع مختلف ساخته و دسته بندی میشود:

از نظر جریان هوا:

در سه گروه جریان مخالف اجباری ( Counter flow forced draft)، جریان متقاطع القایی ( Cross flow induced draft ) و جریان موافق القایی ( Counter flow induced draft ) طبقه بندی میشوند.

از نظر وزش هوا:

اجباری با فن ( Forced-Mechanical Draft ) _ طبیعی بدون فن ( Natural Draft ) _ القایی ( Induced Draft )

از نظر ساختار بدنه: مکعب فلزی _ ذوذنقه ای چوبی _ فایبر گلس
از نظر فن: گریز از مرکز _ جریان محوری
از نظر گردش آب: بسته _ باز

برج ها از نظر ساختار بدنه:

برج خنک کن گرد یا بطری شکل ( Bottle Shape Cooling Towers ) :

این نوع برج ها دارای تشتک و فن جریان محوری در گلوی فوقانی است. جریان آب و هوا در اینگونه برج ها از نوع مخالف است. آب از بالا به پایین جریان می یابد و هوا از پایین به بالا. بستر توزیع و گستر آب در مدل از جنس PVC است.

بدنه این نوع برج با استفاده از بهترین رزین‌ها و الیاف ویژه سوزنی و حصیری (ساخت اروپای غربی) یا در حقیقت کامپوزیت ساخته می‌شوند. همچنین، بدنه فایبرگلاس در مقابل تابش اشعه ماوراء بنفش خورشید (UV) و نیز شرایط جوی متغیر از تابستان تا زمستان کاملا” پایدار و مقاوم بوده و بدلیل روش ساخت و رنگ آمیزی در مقابل تابش نور خورشید تغییر نمی‌کند. ضخامت بالای بدنه و تشتک یا بیسین برج خنک‌کننده فایبرگلاس با توجه به روش تولید آن بصورت مناسب و مقاوم انتخاب می‌گردد. پکینگ‌ها یا المانهای انتقال حرارت و جرم این مدل برجها از مرغوبترین مواد پلی اتیلن با ضخامت 400 میکرون و Coating یا روکش مخصوص دارای درجه داروئی ساخته می‌شود. اندازه دهانه ورودی آنها بر حسب املاح موجود در آب محل مصرف محاسبه شده و تعیین می‌گردد. گام این پکینگ ها از 12 تا 19 می باشد.المانهای انتقال حرارت برج خنک کن در اشکال و انواع مختلف تولید شده و دارای راندمان انتقال حرارت بسیار بالا می‌باشند.

فن یا پروانه بکار رفته در برج خنک کننده فایبرگلاس از جنس فایبرگلاس ویژه و مقاوم و یا فلزی بسته به انتخاب مشتری بوده و با استفاده از آنها پروانه‌های مخصوصی با نام Super Blade ساخته می‌شود که طرح مقطع آنها بصورت Air Foil بوده و از نوع Hollow Blade می‌باشند. پروانه برجهای تولیدی این برج ها دارای راندمان عملکرد بسیار بالائی می‌باشند و ضمن سبک بودن، میزان حجم هوای جابجا شده به ازای واحد قدرت مصرفی‌شان بسیار بالا می‌باشد. این خاصیت باعث افزایش حجم هوای جابجا شده، کاهش قدرت و آمپر مصرف شده در الکتروموتور برج خنک کننده فایبرگلاس می گردد. با استفاده از این پروانه ها شدت صوت نسبت به مدل استاندارد کاهش پیدا می‌کند و عمر پروانه در مقایسه با مدلهای مشابه بسیار افزایش می‌یابد. الکتروموتور برج خنک کننده فایبرگلاس مورد استفاده در تولید دستگاه های ساخت شرکت Siemens آلمان (یک سال گارانتی) و با کلاس حفاظت در مقابل نفوذ آب و گرد و غبار IP-55 و کلاس عایق بندی حرارتی F، شرایط کارکرد الکتریکی آنها عبارتست از : RPM 1450، 3HP/50HZ/380V.

جهت کسب اطلاعات بیشتر ویا اطلاع از آخرین وضعیت قیمت ها، با ما تماس حاصل فرمایید.

09358907323 – 09154900048

برج خنک کن مکعبی:

بر اساس شکل و ورق گالوانیزه این بدنه نام گذاری شده. این برج های کم ظرفیت، دارای یک فن جریان محوری در سطح جانبی است و بستر ریزش آب در آنها از چوب اشباع شده، مواد پلیمری و یا ورق گالوانیزه است. در ضمن، استفاده ای از افشانک ها نمیشود بلکه آب ورودی به تشتک فوقانی برج ریخته و سپس از روی سطوح چوبی یا پلیمری گذر کرده و در تشتک زیرین برج جمع میشود. در برج های مکعبی که پرظرفیت اند، از افشانک و فن های گریز از مرکز استفاده میشود.

بدنه هر کدام از انواع کولیمگ تاور ها را میتوان از مواد مختلفی مانند: فایبرگلاس، ورق گالوانیزه، ورق استیل و بتن ساخت. فایبرگلاس و بتن ویژگی بهتری در برابر خوردگی دارند. ورق فلزی گالوانیزه و استیل (در صورت وجود جنس با کیفیت) گزینه مناسبی برای ساخت بدنه برج خنک کننده مکعبی هستند.

چرا برج خنک کن گالوانیزه؟

سیستم های خنک کن بطور کلی به علت ارتباط مستقیم و دائم با آب در حال جریان که سبب تماس بدنه برج ها با آب بطور همیشگی می‌شود که این تماس باعث بوجود آمدن تخریب برج و اکسیداسیون آن با آب قرار می‌گیرد. به همین دلیل استفاده از بدنه فلزی در تولید سیستم های برج خنک کننده تنها با بکارگیری پوشش ضد رطوبت با به عبارتی همان پوشش گالوانیزه (hot deep galvanized steel) ممکن می‌باشد. از جمله می‌توان گفت ورق های گالوانیزه استفاده شده در بدنه برج خنک کن سبب افزایش یافتن طول عمر مفید این سیستم در مقابل آسیب رسیدن از نور خورشید می‌گردد. یکی دیگر از ویژگی های بدنه گالوانیزه علاوه بر مقاومت بالا در برابر نور خورشید، دارای آسیب پذیری کمتری نیز می‌باشند بطور مثال کمتر دچار تخریب تشتک در مقابل وزن وارد شده از طرف آب و رسوب گرفتگی می‌شود.

مقایسه ویژگی های مهم برج خنک کننده گالوانیزه در مقابل بتنی

عدم رشد جلبک همانند کولینگ تاورهای بتنی به علت داشتن ساختار فلزی به همراه ورقه های پوششی
داشتن قابلیت جابه جایی بسیار آسان در مقایسه با برج های خنک کننده بتنی و همچنین نصب بسیار راحت در محل مورد نظر پروژه
وزن بسیار سبک و قابلیت مونتاژ در محل با پایین ترین اندازه ساخت و تولید در ظرفیت های بالا در مقایسه با انواع بتنی این برج ها
داشتن عایق صدا در قسمت بدنه به سبب کاهش صدای پروانه و ریزش آب برای نصب در محل پروژه در محیط های ساکت و آرام
سرد کردن آب به شکل بسیار مناسب در تمامی فصل ها به وسیله ی داشتن عایق حرارتی در دفع کردن گرمای تابشی از سوی خورشید
عدم ورود ذرات معلق بتنی در جریان آب در حال گردش و افزایش اندازه املاح موجود در آب استخرهای بتنی

برج خنک کن گالوانیزه ذوزنقه ای جریان متقاطع (Cross flow) :

این نوع برج ها برای ظرفیت های بالا مخصوصاً در مصارف صنعتی متوسط (مانند آب گردشی موتورخانه ها یا مبدلهای حرارتی کارخانجات شیمیایی و کوره ها) است که سقوط بیشتر درجه حرارت آب مدنظر می باشد. طریقه ساده برج های مکعبی SC باعث افزایش جاگیری و قیمت برج می شود. در چنین مواقعی برج های ذوزنقه ای STC با ریزش قائم آب و وزش مختلط افقی و قائم هوا تعبیه شده است.

برج خنک کن گالوانیزه ذوزنقه ای دارای فن جریان محوری بزرگ در قسمت فوقانی میباشند. ظرفیت برج های ذوذنقه ای چوبی معمولا زیاد و فن های آنها نیز دارای قطر قابل توجه ای است. به همین دلیل انتقال حرکت الکتروموتور به پروانه به وسیله گیربکس انجام میشود.

نحوه عملکرد این برج:

آب بوسیله سوراخهای موجود در کف تشتکهای آب گرم در بالای دستگاه بر روی سطوح تبخیر پاشیده میشود و جريان هوا مطابق شکل از قسمت جانبی دستگاه وارد میشود و پس از عبور از بين سطوح تبخير، عمل تبخير سطحی و خنک شدن قطرات آب حاصل ميگردد. جريان هوا پس از عبور از سطوح تبخير بصورت اشباع در آمده و از برج خارج خواهد شد. سيستم کاهش دور عموماٌ از نوع گیربک Right angle بوده و فن محوری فایبرگلاس با مقطعAirfoil تأمین کننده بالاترین هوادهی برای بالابردن راندمان دستگاه میباشد

برج های خنک کن هذلولی:

همچنین؛

برای استفاده صنعتی، برج های خنک کننده بصورت هذلولی ساخته می شوند.

مدل هذلولوي برج خنك كننده اولين بار توسط دو مهندس آلماني به نامهاي ون و كوپير ايترسون ( KUPYER & VAN ITERSON ) در سال 1914 استفاده شد كه ارتفاع برج 35 متر بود.دلیل استفاده از شکل هذلولی در برج خنک کننده صنعتی، سرعت بخشیدن به همرفتی رو به بالای جریان هوا و در نتیجه افزایش راندمان کاری برج خنک کن است. این مدل در میان صنعت های مرتبط با نیروگاه های هسته ای محبوب تر است.

سیستم مکش هوای این برج ها به صورت جریان طبیعی است و به گونه ای طراحی شده است که هنگامیکه آب تبخیر شده به بالا می رود به علت برخورد با منطقه باریک در وسط برج خنک کن سرعت حرکتش بیشتر شده و هنگامی که به قسمت عریض تر برج (بالای آن) می رسد تماس بین هوای گرم و اتمسفر بهتر صورت می پذیرد.

عواملی که بر عملکرد برج خنک کن تاثیر میگذارند

به منظور انتخاب یک برج خنک کن، لازم است تا مقدار کل گرمای انتقال یافته به کندانسور چیلر، با صرف کمترین میزان انرژی کمپرسور چیلر، فن برج خنک کن و پمپ های کندانسور به اتمسفر دفع گردد.

از این رو انتخاب مناسب پارامتر هایی نظیر دامنه دمای رفت و برگشت آب یا Range و یا نزدیکی دمای آب رفت به کندانسور به دمای تر محیط Approach، چگونگی قرار گیری پر کننده ها Fill و چگونگی توزیع آب برج های خنک کن از اهمیت زیادی برخوردار است.

برج های خنک کن در تهویه مطبوع بر اساس شرایط زیر رده بندی میشوند:

آهنگ آب در گردش، 3GPMTon
دمای آب وروردی به برج،°F 95
دمای آب خروجی از برج، 85
دمای تر هوای بیرون، 78
دامنه دمای آب رفت و برگشت( Range ) ، °F 10
نزدیکی( Approach ) ،°F 7

محل نصب:

برج های خنک کن فضای بیشتری را میطلبند. بهترین محل نصب، روی زمین و نزدیک مرکز تاسیسات میباشد ولی گاهی به علت محدودیت مکان، آن را روی سقف ساختمان قرار میدهند؛ البته قابل به ذکر است باید سقف ساختمان قدرت تحمل وزن برج خنک کن همراه با آب را داشته باشد.

اما چنانچه قرار باشد برج در داخل ساختمان و محصور بین دیوار ها نصب گردد، موارد زیر بایستی مورد توجه قرار گیرد:

باید فضای کافی و بدون مزاحم در اطراف برج وجود داشته باشد تا هوای لازم به برج برسد. هوای گرم خروجی از برج باید به گونه ای تخلیه شود که امکان بازگشت و برگشت مجدد آن به برج وجود نداشته باشد؛ زیرا گردش مجدد چنین هوایی در برج دمای مرطوب هوای ورودی به برج را افزایش میدهد و باعث گرم ماندن آب در حردج از برج میشود. گردش مجدد هوا به داخل برج هنگامی مورد توجه قرار میگیرد که چند برج در مجاورت همدیگر باشند.

بعلاوه، نصب برج خنک کننده در ترازی پایین تر از کندانسور آبی یا هر دستگاه دیگری که آب خروجی از برج وارد آن میشود، باعث سرریز شدن برج در هنگام خاموش بودن کندانسور آبی میشود. بنابراین بهتر است حتی الامکان برج بالاتر از کندانسور آبی چیلر نصب شود. مسیر سرریز برج باید به مسیر تخلیه آن متصل شده و هیچ شیری نباید در سر راه آن قرار داده شود. در برج خنک کننده باید علاوه بر خط پرکن آب جبرانی (Make up) از یک پرکن آب شهری نیز استفاده نمود.

تعیین محل نصب برج به عوامل زیاد دیگری بستگی دارد که شرح آن در این مقال نمیگنجد.