برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبرید

5
(205)

برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبرید، یکی از تجهیزات ضروری در صنایع مختلف غذایی، پتروشیمی، پالایشی، نیروگاهی و … بشمار می‌رود. این تجهیزات برای کاهش گرمای ایجاد شده در ماشین‌ آلات فعال در فرایند صنعتی بکار گرفته می‌شوند.

برحسب شکل ظاهری، جنس بدنه و نحوه عملکرد (از قبیل نحوه مکش، انتقال حرارت و جهت حرکت آب و هوا) انواع مختلفی از این تجهیزات طراحی و تولید شده ‌است. این مقاله به بررسی برج خنک کننده و انواع آن در صنعت تهویه و تبرید اختصاص دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه با کارا فناور اطلس پارسی همراه باشید.

انواع برج خنک کننده در صنعت تهویه

انواع برج های خنک کننده
انواع برج های خنک کننده

بر حسب هزینه، نیاز و نوع صنعت، برج‌های خنک‌ کن در مدل‌های مختلفی طراحی و تولید می‌شوند. تاکنون بر اساس پارامترهای مختلف دسته ‌بندی‌های متعددی برای برج‌‌های خنک‌ کن ارائه شده ‌است. از جمله پارامترهای مدنظر در این زمینه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • جهت حرکت آب و هوا
  • نحوه انتقال حرارت
  • شکل ظاهری
  • نحوه مکش
  • جنس بدنه

جنس بدنه انواع برج‌ها در سیستم‌های تهویه

بر اساس جنس بدنه، مواد بکار رفته در ساخت برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبرید شامل فلز، چوب، بتن و فایبرگلاس است.

  • برج چوبی

اولین برج‌های خنک‌ کننده از جنس چوب ساخته شده‌اند. اما این مدل امروزه به دلیل مشکلات زیست ‌محیطی (قطع درخت‌ها)، فرسودگی و طول عمر پایین منسوخ شده ‌است. امروزه از کولینگ تاور فلزی و خصوصاً برج خنک کننده فایبرگلاس به ‌عنوان جایگزین برج‌های خنک کن چوبی استفاده می‌شود.

  • برج فایبرگلاس در سیستم‌های تهویه و تبرید
برج خنک کننده فایبرگلاس مدور
برج خنک کننده فایبرگلاس مدور

برج خنک‌ کن فایبرگلاس از الیاف شیشه و رزین تشکیل شده است. از مزایای این مدل می‌توان به استحکام بالا، مقاومت در برابر نور آفتاب و رطوبت و وزن بسیار کم اشاره کرد. به ‌عبارتی جنس فایبرگلاس در برابر خوردگی، زنگ‌زدگی و حتی شکستگی مقاومت بسیار بالایی دارد.

  • برج خنک کننده فلزی

بدنه برج خنک ‌کن فلزی همان ‌طور که از نامش مشخص است از فلزات مختلف از قبیل فولاد، روی و … طراحی می‌شود. مشخصات برج‌های فلزی از قبیل طول عمر، مقاومت، هزینه و … به نوع فلز به‌کار رفته در ساخت بستگی دارد. اما بطور کلی میانگین عمر ۲۰ ساله برای تجهیزات فلزی در نظر گرفته می‌شود. از لحاظ طول عمر، برج‌های فلزی بعد از برج‌های فایبرگلاس قرار دارند.
مهمترین نقطه ضعف برج‌های فلزی، خوردگی و زنگ‌زدگی فلز است. البته امکان مقاوم کردن بدنه فلزی در برابر این عوامل با استفاده از ورق گالوانیزه وجود دارد. البته در این شرایط نیز تجمع رنگ سفید (ناشی از فلز روی) مطرح می‌شود.
این موضوع در صورت رفع نشدن، لایه گالوانیزه را از بین می‌برد. در رابطه با این موضوع هیچ گونه جای نگرانی وجود ندارد. زیرا با ارزیابی دائم کیفیت آب در تماس با برج و استفاده از آب پردازش شده می‌توان از تشکیل رنگ سفید جلوگیری کرد.

  • برج خنک کننده بتنی
برج خنک کننده بتنی
برج خنک کننده بتنی

واحدهای صنعتی بسیار بزرگ از قبیل پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها برای رفع نیازهای خود از برج‌های خنک کننده بتنی بهره می‌گیرند. البته ساخت برج خنک‌ کننده بتنی بسیار دشوار، زمان ‌بر و نیازمند صرف مقدار زیادی هزینه است. زیرا به واسطه وزن بالای بتن، احداث فونداسیون محکم و بزرگ برای سازه ضرورت دارد. همچنین قطعات فلزی باید حین ساخت به ‌عنوان تقویت کننده داخل سازه قرار گیرد. در غیر اینصورت امکان خرابی آن با یک لرزه کوچک وجود دارد. ناگفته نماند که امکان تغییر و بروزرسانی برج‌های بتنی بعد از احداث وجود ندارد. از مقاومت بالا در برابر آتش به ‌عنوان یکی از مزایای برج‌های خنک‌ کننده بتنی یاد می‌شود.

نحوه گردش هوا و آب در برج (سیستم خنک کاری برج خنک کننده)

بر اساس این پارامتر، برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبریدبه دو نوع

  • جریان متقاطع (Cross Flow)

و

  • جریان ناهمسو (Counter Flow)

تقسیم می‌شوند.

سیستم خنک کننده کراس فلو (جریان متقاطع)

جریان آب ‌و هوا در برج خنک کننده متقاطع به شکل عمودی به هم برخورد می‌کنند. در این حالت هوای خنک از دیواره‌های عمودی وارد محفظه می‌شود. اسپری کردن آب محل نیز از بالا صورت می‌گیرد. این برج‌ها بیشتر در صنایع پتروشیمی، تولید آلومینیوم و فشرده ‌سازی هوا مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مزایای این مدل می‌توان به مصرف پایین انرژی، نگهداری آسان و پایین بودن هزینه بهره ‌برداری اشاره کرد. البته در این نوع سازه امکان بازگشت آب به مسیر نامناسب بسیار زیاد است. همچنین بخش پرکننده در معرض ورود مواد زائد قرار دارد.

سیستم خنک کننده کانتر فلو (جریان مخالف)

همان گونه که از نام برج‌های جریان ناهمسو (مخالف) برمی‌آید، هوا و آب به صورت خلاف جهت به هم وارد می‌شوند. در این برج خنک‌ کن، اسپری کردن آب از بالا صورت می‌گیرد. محل ورود هوا نیز سطح پائینی داخل برج است. در این روش به دلیل بیشترین سطح تماس هوا بازدهی در حداکثر مقدار خود قرار دارد. البته معایبی چون تعمیر و نگهداری دشوار و تولید صدای زیادی نیز برای آن عنوان شده است.

انواع کولینگ تاور براساس نوع مکش هوا و جریان در سیستم

براساس مکش برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبرید به صورت طبیعی و مکانیکی طراحی می‌شوند.

برج خنک کننده مکش طبیعی (بدون نیروی محرک)

در این روش آبگرم از بخش بالایی به داخل برج اسپری می‌شود. هوا نیز از پایین برج به محل راه می‌یابد. در اثر تماس این دو، بخشی از آب تبخیر شده و دمای بخش باقی ‌مانده کاهش می‌یابد. در ادامه هوا به دلیل افزایش دما سبب شده و میل به صعود پیدا می‌کند. این موضوع همانند مکش طبیعی موجب خروج هوا از بالای برج می‌شود. برج‌های دارای مکش طبیعی، بیشتر برای نیروگاه‌های تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. زیرا هزینه احداث، بهره‌ برداری و نگهداری از آنها پایین و بازدهی انرژی آنها بالا است. همچنین ایمنی بالایی برای این سازه‌ها وجود دارد. البته مواردی چون نیاز به فضای زیاد برای احداث و مناسب نبودن برای شرایط مختلف آب‌ و هوایی به ‌عنوان معایب این نوع خنک ‌کننده مطرح هستند.

برج خنک کننده مکش اجباری (با نیروی موتور)

گاهی اوقات جابجایی و خروج هوای داغ از داخل برج به کمک مکش مکانیکی انجام می‌شود. این کار بر حسب عملکرد به دو شکل دمیدن اجباری یا مکش اجباری است. در دمیدن اجباری هوای گرم با استفاده از فن تعبیه ‌شده در بخش پایینی به سمت بالا هل داده می‌شود. اما در مکش اجباری هوای گرم با استفاده از فن تعبیه ‌شده در بالای برج به بیرون هدایت می‌شود. برج خنک ‌کن با مکش اجباری، بیشتر در صنعت انرژی و مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما برج‌هایی با دمیدن اجباری بیشتر در صنایع غذایی و شیمیایی کاربرد دارند.

انواع برج خنک کننده بر اساس انتقال حرارت

بر اساس شیوه انتقال حرارت، برج‌های خنک‌ کننده به صورت خشک، مدار باز (خیس) و مدار بسته ساخته می‌شوند. در برج‌های خشک، واسطه خنک کردن آب نیست. بلکه گرما به صورت مستقیم و بدون مصرف آب به اتمسفر راه می‌یابد. این برج‌ها اگرچه صدای زیادی تولید می‌کنند، اما بدلیل نداشتن مصرف آب و تعمیر و نگهداری آسان بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. برج‌های مدار باز بر اساس کاهش دما با تبخیر آب عمل می ‌کنند.

بهره‌ برداری از این تجهیزات کمی هزینه ‌بر است. اما به لحاظ انرژی، بازدهی بالایی برای آن وجود دارد. به همین دلیل نیروگاه‌ها و صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی از آن بهره می‌گیرند. برج‌های مدار بسته نیز مشابه مدار باز عمل می‌کنند. اما در نوع تماس هوای خنک‌ کننده و سیال فرآیندی با یکدیگر متفاوت هستند. در واقع در برج‌های مداربسته، تماسی بین این دو وجود ندارد. این تجهیزات برای صنایع گرمایشی، برودتی و تهویه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برج های خنک کننده بر اساس شکل ظاهری

کولینگ تاورها براساس شکل ظاهری به صورت مکعبی، مخروطی (مدور) و شش ضلعی (هگزاگونال) طراحی می‌شوند. امروزه برج‌های خنک ‌کن شش ‌ضلعی به واسطه معایب بسیار از خط تولید خارج شده‌اند؛ به ‌عنوان مثال می‌توان به توزیع نامناسب آب، ایجاد حفره‌های هوا در گوشه‌های برج، عملکرد نامناسب و طول عمر پایین اشاره کرد. در مقابل طراحی برج‌های خنک کن مکعبی و برج‌های خنک کن مخروطی در صنایع مختلف بیشتر مدنظر قرار می‌گیرد. برج‌های مدور اغلب در سیستم‌های برودتی آپارتمان‌ها و صنایعی با گردش پایین آب بکار گرفته می‌شوند. نوع مکعبی نیز فضای کمی را اشغال کرده و در تهویه و صنایع مختلف کاربرد دارد.

خرید برج خنک کننده ی سیستم‌های تهویه و تبرید

برج خنک کن یکی از تجهیزات ضروری در صنایع مختلف نیروگاهی، پتروشیمی، پالایشی و … به شمار می‌روند. زیرا تجهیزات این صنایع در معرض افزایش دما قرار دارند و خنک کردن آنها برای حفظ عملکرد و افزایش عمر الزامی است. این کار بر عهده برج‌های خنک کننده قرار دارد. بر حسب نیاز اجرای مدل‌های مختلفی از این تجهیزات امکانپذیر است. بادران تهویه صنعت، انواع برج خنک کن را با قیمت بسیار مناسب به مشتریان خود عرضه می‌کند.

“شما می‌توانید جهت کسب اطلاعات بیشتر در جهت استعلام قیمت برج خنک کن و خرید برج خنک کن با شماره‌های درج شده در سایت تماس بگیرید.”

انواع برج خنک کن در سیستم تهویه مطبوع و تبرید صنعتی

سه نوع برج خنک کننده معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  1. برج خنک کن با گردش هوای طبیعی
  2. برج خنک کن با گردش هوای اجباری
  3. برج خنک کننده مدار بسته

هرچه برج بزرگتر باشد، با جزئیات بیشتری ساخته می‌شود.

انواع برج بر اساس گردش هوای طبیعی

برج با گردش هوای طبیعی می‌تواند هم از حوضچه و نازل اسپری جلوی ساختمان و هم در بالای ساختمان نصب شود. کولینگ تاورهای با گردش هوای طبیعی به بادهای غالب متکی هستند و در صورت بیشتر شدن باد، آب را در دمای پایین تری خنک می‌کنند. برج یا حوضچه با گردش هوای طبیعی معمولاً به دلیل تکیه بر بادها ، کاربرد زیادی در صنعت ندارد.

انواع برج بر اساس گردش هوای اجباری

برج‌های با گردش هوای اجباری از یک فن برای انتقال هوا از طریق برج استفاده می‌کنند. این برج‌ها امروزه به دلیل موضوعاتی چون کارآیی، اشغال کم فضا نسبت به حوضچه‌ها و هزینه‌های جاری پایین‌تر، از اقبال و استقبال ویژه‌ای برخوردار هستند. در بعضی از برج‌ها از فن سانتریفیوژ برای جابجایی هوا استفاده می‌شود. اینگونه برج‌ها غالباً در مکان‌هایی نصب شده‌اند که جهت خروج هوا نیاز به کانال کشی دارند.

فن‌های سانتریفیوژ می‌توانند به فشار استاتیک موجود در کانال غلبه کنند. برج‌هایی که با فن‌های سانتریفیوژ کار می‌کنند، معمولاً می‌توانند جمع و جورتر باشند. بنابراین برای برخی از کاربردها مطلوب‌تر هستند. این برج‌ها تا حدود 500 تن ظرفیت دفع حرارت را دارا هستند. برج‌های بزرگتر از فن‌های آکسیال استفاده می‌کنند.

پکینگ برج خنک کننده

طرز کار برج های خنک کننده
طرز کار برج های خنک کننده

برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبرید، برای تبادل گرما بین آب و هوا در بیشترین سطح و زمان ممکن طراحی شده است. در حالی که هوا به سمت بالا می‌رود، باید آب با کمترین سرعت و بیشترین سطح با هوا تماس داشته باشد.

وسیله‌ای که جهت کاهش سرعت و افزایش تبادل آب در برج‌های گردش هوای اجباری و طبیعی استفاده می‌شود، پکینگ یا Fill نام دارد. جنس پکینگ ممکن است لایه‌هایی از چوب باشد که آب از طریق آنها پایین می‌آید. مواد دیگر استفاده شده شامل پلاستیک پلی وینیل کلراید (PVC) یا پلاستیک تقویت شده با فیبر (FRP) است. اینها عمر بیشتری دارند و برای استفاده مطلوب‌تر هستند. برج‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پکینگ‌ها در زاویه صحیح برای هدایت آب از تمام برج به صورت یکنواخت نصب شده است.

در هنگام عبور هوا از روی پکینگ، آب باید به بهترین حالت روی سطح آن پخش می‌شود. طراحی پکینگ‌ها باید به گونه‌ای باشد که سطح تماس آب و هوا را با منافذ کوچک افزایش دهد. اما این منافذ نباید به قدری کوچک باشد که ذرات گرد و غبار آنها را مسدود سازد (گام پکینگ). در صورت تعویض پکینگ‌ها به زاویه مناسب نصب آنها بسیار دقت کنید. پکینگ‌ها باید به گونه‌ای نصب شوند که آب را به صورت یکنواخت در تمامی سطح برج به پایین هدایت کنند.

نویسنده: مهندس ه.غ.ت

سوالات تکمیلی

1. آیا برج‌های خنک کننده در سیستم تهویه مطبوع رکن اصلی هستند؟

بله. در صنعت اعم از صنعت ساختمان و دیگر صنایع در صورتی که چیلر از نوع آب خنک، استفاده گردد، قطعاً به برج خنک کننده نیاز است.

2. برج‌های خنک کننده با کدام بخش‌های چیلر به صورت مستقیم و غیر مستقیم در ارتباط است؟

به صورت کلی آن بخش از چیلر که در ارتباط مستقیم با چیلر در سیستم تهویه و تبرید قرار می گیرد، (کندانسور) نام دارد که پیش از این بخش و پس از آن قطعاتی درگیر هستند که در مقالات بعدی به آن خواهیم پرداخت.

3. نحوه محاسبه نوع برج خنک کننده بر اساس کدام المان‌ها است؟

در انتخاب ظرفیت کولینگ تاور (برج خنک کننده)، قطعاً مهمترین بخش خود چیلر است که اگر تراکمی یا جذبی باشد، کاملاً تاثیر مستقیم در انتخاب ظرفیت برج خواهد گذاشت. برای مثال در چیلر تراکمی با کمپرسور از نوع اسکرال ظرفیت برج حدود 1.2 چیلر محاسبه می‌شود. در صورتی که در چیلر با کمپرسورهای سانتریفیوژ ظرفیت برج از ظرفیت چیلر پایین تر محاسبه می‌گردد. البته شهر محل اجرای پروژه بسیار مهم است.

4. اشکال برج چه رابطه‌ای با چیلر یا هر نوع خنک کننده دیگری دارد؟

از نظر ظاهری، برج‌های خنک کننده همان طور که در مقاله اشاره شد به انواع مدور و مکعبی و هذلولی و … دسته بندی می‌شوند که اگر ظرفیت چیلر یا دستگاه مورد نیاز به برج، بالا باشد معمولاً از برج‌های مدور با مدار باز استفاده می‌گردد، اما در ظرفیت‌های پایین‌تر، معمولاً به دلیل حذف سیستم آب پخش کن و کم شد هدر رفت آب از برج‌های مکعبی استفاده می‌گردد.

5. تفاوت عمده سیستم‌های مختلف تهویه مطبوع با یکدیگر در انتخاب برج‌های خنک کننده در چیست؟

یکی از مهمترین تفاوت‌ها در سیستم‌های تهویه مطبوع که باعث ایجاد تمایز در انتخاب برج‌های خنک کننده می‌شوند، نوع کاربری است. برای مثال در ساختمان‌های مسکونی به هیچ عنوان (البته در اکثر مواقع) از برج‌های مدار بسته استفاده نمی‌شود. در صورتی که در صنایع تزریق پلاستیک یا صنایع پتروشیمی‌ خاص و کوچک بدلیل دمای بالای آب و بابت جلوگیری از هدر رفت آب تا حدودی، از برج‌های خنک کننده مدار بسته استفاده می‌شود.

چقدر این مطلب برای شما مفید بوده است؟