کاربرد برج خنک کننده در سیستم‌های HVAC

سیستم‌های تهویه، گرمایش و تهویه مطبوع (HVAC)، از مهمترین اجزای ساختمان‌ها برای ایجاد شرایط راحتی و بهداشتی برای ساکنین استفاده می‌شوند. در این سیستم‌ها، برج‌های خنک کننده به عنوان عنصری اساسی به منظور کنترل دما و حذف حرارت اضافی از فرآیندها واجد اهمیت هستند. این مقاله از کارا فناور اطلس پارسی، به بررسی کاربرد برج خنک کننده در سیستم‌های HVAC پرداخته و اهمیت آن را مورد بررسی قرار می‌دهد.

برج خنک کننده (کولینگ تاور)

برج خنک کننده (Cooling Tower)، تجهیزی است که برای خنک کردن آب یا محیط های دیگر با استفاده از اصول تبخیر استفاده می‌شود. این برج‌ها در دو نوع تاور تنفسی و تاور بستر باز تولید می‌شوند. در هر دو نوع، آب گرم به بالا می‌رود و به صورت خنک شده از پایین به سطح باز می‌گردد. در کولینگ تاور، آب گرم از طریق انتقال حرارت تبخیری به هوا خنک شده که در نهایت به تبخیر آب و حذف حرارت اضافی منجر می‌شود.

کاربرد برج خنک کننده در سیستم‌های HVAC

استفاده از برج خنک کننده در سیستم‌های HVAC به منظور خنک کردن آب مورد نیاز برای تهویه، گرمایش و سرمایش مطبوع است. آب گرم از واحدهای مختلف به برج خنک کننده منتقل شده و پس از خنک شدن به واحدهای مصرفی برگشت داده می‌شود. این فرآیند بهبود کارایی سیستم HVAC و کاهش مصرف انرژی را به دنبال دارد.

اهمیت برج خنک کننده در سیستم‌های HVAC

برج‌های خنک کننده به عنوان عنصری حیاتی در بهره برداری بهینه از سیستم‌های HVAC تلقی می‌شوند. استفاده از این برج‌ها منجر به کاهش مصرف آب و انرژی، کاهش هزینه‌ها و حفظ محیط زیست می‌شود. علاوه بر این، برج های خنک کننده به تنظیم دما و تعادل حرارتی کمک می‌کنند.

برج خنک کننده یکی از مهمترین تجهیزاتی است که در صنایع مختلف برای سرمایش و خنک کردن دستگاه‌ها و ماشین‌ آلات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم برای صنایعی مانند نیروگاه‌های تولید برق، پتروشیمی‌ها، کارخانجات تولید مواد غذایی و ساختمان‌ها، بسیار حائز اهمیت است. زیرا آب سرد تولید شده توسط کولینگ تاور در این صنایع به عنوان منبع تولید کننده آب خنک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هدف اصلی این سیستم، کاهش دمای ماشین‌آلات صنعتی بوده و از آسیب دیدن و خرابی آ‌نها جلوگیری می‌کند. در عین حال با تبدیل آب گرم به آب خنک، باعث صرفه جویی در مصرف سوخت نیز می‌شود. همچنین، این دستگاه به عنوان منبع تولید کننده آب سرد، سبب تقلیل نیاز به استفاده از سیستم‌های خنک کننده مثل چیلرها، دیگ‌ها یا کوره‌های القایی می‌شود و در نتیجه باعث صرفه جویی در استهلاک دستگاه‌ها وکاهش هزینه‌های انرژی می‌شود.

از این‌ رو، در هنگام خرید برج خنک کننده، باید به مشخصات فنی، کیفیت ساخت، قیمت، اندازه و تکنولوژی ساخت مربوط به هر نوع از آنها توجه داشته و با مشاوره افراد حرفه‌ای در این زمینه، بهترین گزینه را انتخاب کنید.

طراحی و ساخت اجزای مختلفکولینگ تاور، نیاز به دانش مهندسی دقیق و حرفه ‌ای در زمینه‌ های مختلف دارد. به علاوه، برای تولید و راه ‌اندازی این سیستم، تجهیزات پیشرفته ‌ای موردنیاز است. تلاش مهندسان در این صنعت، باعث ارتقای کیفیت و کارایی کولینگ تاور شده است و در نتیجه، در حال حاضر این محصولات به کیفیت بالایی دست یافته‌اند.

بنابراین باید به مهندسان حرفه ‌ای و تجهیزات پیشرفته ‌ی موردنیاز برای ساخت و راه ‌اندازی آنها بها دهیم. آشنایی با اجزا و طریقه کار این سیستم باعث به دست آوردن دیدگاه جامع‌تری از نحوه استفاده از آن شده است.

سیستم‌های خنک کننده، دسته ‌بندی‌های متفاوتی دارند که اصلی‌ترین دسته ‌بندی آن به نوع مدار آنها مربوط است. انواع برج خنک کننده بر حسب مدار به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند. دسته اول مربوط به کولینگ تاور مدار باز و دسته دوم مربوط به کولینگ تاور مدار بسته است.

هر کدام از این گروه‌ها دارای ویژگی‌های متفاوتی هستند. به علاوه، دسته بندی نوعی دیگر از برج‌ها نیز وجود دارد، که به آن برج خنک کننده هیبریدی گفته می‌شود. در ادامه آنها را توضیح خواهیم داد.

با توجه به شکل ظاهری، به دو دسته کولینگ تاور مکعبی و کولینگ تاور مخروطی و با توجه به جنس، به سه دسته فایبرگلاس، خنک کننده چوبی و برج فلزی تقسیم می‌شوند.

در بسیاری از تجهیزات و ماشین‌آلات صنعتی، مثل کوره‌ها، دیگ‌های بخار در صنایع، بویلرها، کمپرسورهای هوا در نیروگاه‌ها و توربین‌های گازی در پالایشگاه‌ها، حرارت و گرمای اضافی تولید می‌شود. بدون داشتن خنک‌ کننده در چرخه صنعت، بخش عظیمی از این انرژی به هدر می‌رود و تولید ممکن نخواهد بود. این نیاز تقریباً در هر صنعتی وجود دارد که نیاز به تولید مداوم داشته باشد.

برج خنک‌ کنندهصنعتی، یکی از مهمترین تجهیزات در صنعت است و وظیفه اصلی آن افزایش راندمان تولید است. این تجهیزات دارای دامنه کاربری بسیار گسترده‌ای هستند و تقریباً در تمامی فعالیت‌های صنعتی مورد نیاز بوده و به عنوان یک عامل اساسی برای خنک کردن دستگاه‌های سیستم تبرید و کوره‌ها و بویلرها در صنایع سیمان، فولاد و ذوب فلزات استفاده می‌شوند. به طور خلاصه، کولینگ تاور یک عنصر مهم در فعالیت‌های صنعتی است که برای خنک سازی دستگاه‌های گرمایی و حفظ راندمان تولید مورد نیاز است.

برج خنک کننده از جنس فایبرگلاس، برجی است که برای خنک کردن آب در سیستم‌های خنک کننده استفاده می‌شود. جنس فایبرگلاس از مواد محبوب در صنعت ساخت و ساز است و شامل چندین لایه از الیاف شیشه‌ای مرکب با رزین پلی استر است.

برای ساخت برج خنک کننده فایبرگلاس، ابتدا الیاف شیشه‌ ای با رزین پلی استر مخلوط و به شکل ورق‌ هایی تبدیل می‌شود که سپس به شکل قالب‌هایی با اندازه مورد نظر شکل داده می‌شوند. سپس این قالب‌ها با هم ترکیب شده و پس از خشک شدن، به شکل برج خنک کننده نهایی در می‌آیند.

البته قیمت برج خنک کننده فایبرگلاس به دلیل استفاده از مواد خاص و فناوری تولید آن، ممکن است از دیگر برج‌های خنک کننده گران‌تر باشد. برج خنک کننده فایبرگلاس به دلیل ویژگی‌هایی مانند سبک بودن و نصب آسان، مقاومت بالا در برابر خوردگی، حرارت و تغییرات جوی، طول عمر بالا و کارایی خوب در خنک کردن آب، در صنایع مختلفی مانند صنعت نفت و گاز، صنایع شیمیایی، تولید برق و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.

“برای تعیین قیمت دقیق برج خنک کننده فایبرگلاس، بهتر است با همکاران ما در بادران تهویه صنعت تماس باشید.”

تقسیم بندی انواع برج خنک کننده براساس نوع کاربری

• یکی از روش‌های خنک کردن آب، استفاده ازچیلر است که یک خنک کننده آب با سیکل تراکمی و جذبی است. عمده وظیفه خنک کننده چیلر، تأمین آب سرد مورد نیاز مبدل خنک کاری مبرد است که به کندانسور نیز معروف است.
• برج خنک کننده، گرمای این آب را توسط جریان مکانیکی هوا به بیرون هدایت می‌کند و و آب سرد مورد نیاز دستگاه‌های صنعتی را تأمین می‌کند. این برج‌ها، صنعتی بوده و در فضای بیرون کارخانجات و کارگاه‌های صنعتی نصب می‌شوند.

تقسیم بندی انواع برج خنک کننده براساس تعداد سلول

• کاربرد اصلی برج خنک کن تک سلولی، به ظرفیت‌های کمتر از 300 تن تبرید مربوط می‌شود.
• با افزایش عرض دستگاه و عدم امکان بارگیری آن، برج خنک کننده چند سلولی به کار گرفته می‌شود و این تدابیر می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌های مونتاژ و بارگیری و ارسال کالا شود.

انواع برج‌های خنک کننده بر اساس جهت حرکت آب و هوا

• انواع کولینگ تاور بر اساس جهت جریان مخالف آب و هوا کار می‌کنند. برای مثال، در این دستگاه جریان مخالف هوای محیط بر جریان آبی که به آن وارد می‌شود برخورد می‌کند، که باعث انتقال بیشترین انرژی می‌شود.
• در برج خنک کننده مدار باز ترتیب جریان آب و هوا مخالف است و این طراحی مناسب باعث بهبود راندمان در برج خنک ‌کننده شده است.
• برج های خنک کننده مدار بسته با جریان آب و هوای مخالف دارای انواع ساده و هیبریدی هستند و به عنوان یک مکانیزم خنک کننده تبخیری استفاده می‌شوند. یکی از ویژگی‌های مهم این برج‌ها، کاهش مصرف آب و خنک کاری بیشتر دبی در یک فضای یکسان است.

انواع برج خنک کننده بر اساس نوع مکش هوا

انواع برج خنک کننده بر اساس نوع مکش هوا به دو دسته اصلی مکش طبیعی، مکش مکانیکی تقسیم بندی شده‌اند.

• مکش طبیعی

در برج‌های خنک کننده در جریان هوای طبیعی، پروانه‌ای جهت چرخش استفاده نمی‌شود و به جای آن اجازه داده می‌شود که هوا به طور طبیعی جریان خود را داخل برج پیدا کند و به سمت بالا حرکت کند. این برج، گرمای اضافی سیستم را جذب کرده و آن را در اتمسفر تخلیه می‌کند و در همین فرایند، آب گرم از ورودی آب نزدیک به بالای برج وارد می‌شود.

تعدادی نازل به ورودی آب گرم متصل شده است که آب را داخل برج خنک کننده اسپری می‌کند و هوا همزمان در جهت مخالف از پایین برج وارد می‌شود. آب که با هوا در تماس است، شروع به تبخیر می‌کند. به دلیل اینکه تبخیر گرماگیر است، آب باقیمانده خنک می‌شود. سپس آب خنک‌ شده در مخزن زیر برج، جمع ‌آوری شده و دوباره به فرایند باز می‌گردد. بیشترین کاربرد این مدل کولینگ تاورها در نیروگاه‌های تولید برق است.

در این برج‌های خنک کننده، دمای هوا به دلیل گرفتن گرما از آب در حال تبخیر بالا می‌رود و هر چه دما بالاتر رود، چگالی هوا کمتر و میل به صعود بیشتر می‌شود. این پدیده مشابه بالا رفتن هوای گرم در خانه یا دود داغ در بخاری است. این حالت منجر به ایجاد مکش طبیعی شده و هوا را از پایین تا بالای برج جابجا می‌کند و آن را به بیرون برج پرتاب می‌کند.

برج‌های خنک کننده با مکش طبیعی، عملکرد ضعیف‌تری نسبت به سایر مدل‌ها دارند و کنترل روی آنها کار نمی‌کند. بنابراین، باد و عوامل محیطی می‌توانند بر عملکرد آنها تاثیرگذار باشد. با این حال، این برج‌های خنک کننده به دلیل هزینه‌ ی کمتر، ایمنی بالا و بازده بالای انرژی، از مزایای این نوع برج خنک کننده به شمار می‌روند.

• مکش مکانیکی

در صنایع شیمیایی و انرژی، از برج‌ های خنک ‌کننده با مکش مکانیکی استفاده می‌شود. در این نوع از برج‌های خنک ‌کننده، از مکش مکانیکی یا جریان مکانیکی برای جا به‌ جایی هوا استفاده می‌شود. برای ایجاد این جریان مکانیکی، از یک یا چند پروانه برای به جریان انداختن هوا در برج‌ها استفاده می‌شود. دارای دو نوع هستند. نوع القایی و اجباری در این برج‌ها، براساس محل قرار‌گیری پروانه، به ترتیب در مسیر خروجی هوا و ورودی آن قرار داده می‌شوند.

در مکش اجباری، هوا به کمک یک فن که در پایین برج قرار دارد، به بالا کشیده شده و آب گرم نیز از بالای برج وارد سیستم می‌شود. تماس غیر هم‌ جهت هوا و آب باعث تبخیر آب و منتقل شدن گرما به هوا اطراف می‌شود. از مزیت‌های آن می‌توان به بهره‌ برداری و تعمیر آسان و مقاومت بالای هوا اشاره داشته باشیم.

انواع برج خنک کننده بر حسب فرمول‌های مختلف

همانطور که در ابتدای مباحث گفته شد، برج‌های خنک کننده بر حسب عوامل مختلف دسته بندی‌ها و فرمول‌های مختلفی دارند. جریان هوا و مدار جریان آب و شکل هندسی مواردی هستند که در این دسته بندی مطرح هستند.

سخن آخر

استفاده از برج‌های خنک کننده در سیستم های HVAC اثرات قابل توجهی در بهبود کارایی و کاهش هزینه‌های عملیاتی دارد. این تجهیزات نه تنها به بهره برداران اقتصادی‌تری از منابع کمک می‌کنند، بلکه به حفظ محیط زیست نیز سهم دارند.

اهمیت برج‌های خنک کننده در تنظیم دما و کنترل حرارت در سیستم‌های HVAC را تأکید می‌کند و توصیه می‌شود که در طراحی و بهره برداری از این سیستم‌ها به دقت به مزایا و امکانات این تجهیزات توجه شود.

نویسنده: مهندس ه.غ.ت

سوالات تکمیلی