برج خنک کننده - کولینگ تاور

 

برج خنک کننده چیست؟

اگر بخواهیم تعریفی ساده از این دستگاه خنک کننده آب ارائه دهیم می شود اینگونه عنوان نمود که (( برج خنک کننده  یا کولینگ واتر دستگاهی است که آب گرم حاصل از فرآیندهای صنعتی را به واسطه هوا و افزایش سطح تماس آب با هوای در گردش خنک می کند، دستگاه برج خنک کننده را می توان در بخش های صنعتی ماننده تزریق پلاستیک، خودروسازی، ذوب فلزات، نیروگاه ها، لبنیات، ریسندگی و ... استفاده کرد. همانگونه که شاید خوانده باشید. رایج ترین کاربردهای برج خنک کننده صنعتی برای خنک کردن آب کندانسور در منازل مسکونی، تجاری، بیمارستانی، فرودگاهی و غیره استفاده می شود. بنابراین کولر گرما را از ساختمان دریافت کرده و با آب گرم به برج خنک کننده منتقل می کند. پمپ آب را به کندانسور می فرستد و سپس برج خنک کننده این آب را خنک می کند و با تبخیر گرما را به جو می فرستد. در متن زیر به بررسی بیشتر این دستگاه صنعتی و پرکاربرد یعنی کولینگ واتر یا خنک کننده آب می پردازیم.

تاریخچه برج خنک کننده را بخوانید تا متوجه تغییرات آن در طول زما شوید

جالب است که بدانید استفاده از برج های خنک کننده به قبل ازقرن نوزدهم برمی گردد و با پیشرفت صنعت در کشورهای غربی شروع به توسعه کرد، اگر به برج های خنک کننده اولیه و قدیمی نگاه کنید، دستگاههای بلند را می بینید که ساخت و ساز بلندی دارند، در اصل کلمه برج نیز از همین سازه های بلند گرفته شده است. ارتفاع در این سازه ها باعث ایجاد اختلاف فشار و ایجاد جریان طبیعی هوا می شود. مکانیسم اولیه این بود که آب گرم به بالای این سازه های بلند فرستاده می شد و سپس از بالا به پایین پاشیده می شد و به دلیل تأثیر دودکش بر سازه، هوا از پایین به بالا در گردش بود. به همین شکل  آب را خنک می شد. یعنی سیستم کار همانند امروز بر پایه اصل تبخیر و بخار شدن قسمتی از آب داغ بود ولی کاهش دما آب کم و اتلاف آب بالا بود.

 

برج خنک کننده در حال حاضر

برج های خنک کننده فعلی مانند گذشته بلند و کشیده نیستند شکل طراحی فعلی این برج های بصورت مکعبی گرد و در ظرفیت های بالا حزلولی می باشد ، این دستگاه ها به جای ارتفاع از فن های محوری و سانتریفیوژ برای گردش هوا استفاده می کنند. یک فن مکانیکی با یک موتور الکتریکی می چرخد ??تا جریان هوا در داخل برج خنک کننده ایجاد شود. همچنین به جای پاشش آب به فضای خالی و بدون مانع داخل دستگاه، سطوح تبادل حرارتی به نام پکینگ مدیا وجود دارد که باعث تماس بیشتر آب و هوا می شود که در نهایت آب سرد را در پایین دستگاه جمع می کند که مانند یک دیگ به این قسمت از برج خنک کننده تابه یا حوضچه می گویند.

برجهای خنک کننده بصورت مدار باز و مدار بسته می باشند که در بالا گفته شد که آب بر روی پکینگ ها پاشیده می شود و هوا از درون آن عبور می کند و موجب سرد شد ن آب پاشیده شده میگردد و لی در مواردی نیز آب نباید به مقدار زیا دحدر برود و می بایست از یک سیکل بسته برای سرد کردن اب استفاده نمود که  در چنین مواقعی کولینگ تاور مدار بسته یا برج خنک کن خشک پیشنهاد می شود که در زیر مختصری شرح داده شده است.

برج خنک کننده مدار بسته( کولینگ تاور خشک)

آب در گردش در برج خنک کننده در اثر تماس با هوا تبخیر می شود، بنابراین میزان املاح و آلاینده ها همچنان در حال افزایش است. در نتیجه رسوب شروع به تشکیل می کند، این رسوب می تواند از طریق آب به تمام مدارهای خط لوله و تجهیزات اصلی منتقل شود و آسیب جدی وارد کند. بر این اساس سیستم جدیدی به نام برج خنک کننده مدار بسته طراحی شده است. در این سیستم فرآیند آب یعنی آب گرم در مسیری کاملاً بسته ( درون کویل مسی  و گالوانیزه)جریان دارد و مستقیماً با هوا تماس پیدا نمی کند، بنابراین تبخیر نمی شود. و مصرف کمتری  رخ می دهد. بر همین اساس   رسوبی نخواهیم داشت ودر صورت وجود رسوب خیلی کمی شکل میگیرد و از دستگاه مصرف کننده محافظت می شود، در برج خنک کننده مدار بسته در بخشی دیگر و همزمان با عبور هوا روی کویل ها آب پاشیده می شود. کویل توسط یک فن که لوله را خنک می کند و در نهایت آب خنک کننده به مدار اصلی تبدیل می شود. در این شکل از طراحی در اصلاح به این برج خنک کننده هیبریدی یا دو منظوره می گویند.

آیا لرزش و صدای برج خنک کننده یک رویداد قابل پیشگیری است؟

در خیلی از کاربری ها و بخصوص ساختمان های مسکونی یا تجاری، صدا و لرزش برج خنک کننده عامل آزاردهنده ای است که باعث آلودگی صوتی زیادی برای ساکنین و همسایگان اطراف می شود. در طبقات بالا در ساختمان های مسکونی شنیده شد که به صدا و ارتعاش اعتراض دارند، اگرچه در برخی موارد به دلیل تغییر دمای لوله آب به دلیل انبساط و انقباض، باعث ایجاد صدا می شود. این مشکل با توجه به سنسورهای دما و اینورترها و سیستم های مبتنی بر تغییر سرعت پروانه، صدا و لرزش دستگاه تا حد زیادی قابل حل است. سیستم کنترل هوشمند از اینورترها، حسگرها و دستگاه های جانبی تشکیل شده است، این سیستم دمای خروجی دستگاه را تنظیم می کند و در صورت سرد بودن دما و عدم نیاز به حداکثر توان دستگاه، سرعت پروانه را کاهش می دهد. که باعث می شود در بیشتر مواقع صدای پروانه بسیار ضعیف باشد و آب کمتری تبخیر شده و از دستگاه به بیرون پرتاب می شود.ذرات خارج شده از برج خنک کننده، قاتل خاموش هستند.

نکته ای که قطعا به گوش شما نخورده است میزان خطر بالای استنشاق ذرات ریز پرتاب شده از برج خنک کن می باشد. آب در تشت برج خنک کن راکد بوده و به دلیل دمای بالا مکان مناسب جهت رشد و جمع شدن میکروب ها و باکتری ها می باشد، هنگامی که فن دستگاه روشن می شود مقداری از باکتری ها همراه با جریان هوا به بیرون از دستگاه پرتاب می شوند، در میان این عوامل بیماری زا، باکتری کشنده ای به نام لژیونلا وجود دارد که در صورت تنفس وارد ریه ها می شود. این باکتری در ریه رشد کرده و موجب سینه پهلو و تنگی نفس می شود و در افرادی که سیستم ایمنی ضعیف دارند در نهایت منجر به مرگ می شود،. طبق مقررات سازمان بهداشت جهانی کلیه دستگاه های برج خنک کن باید حداقل دو بار در سال به صورت کامل تمیز و پاکسازی شود. می توان در کولینگ تاور از بایوساید که یک ماده شیمیایی است استفاده نمود تا باکتری و میکروب ها کشته شوند و اجازه تشکیل پیدا نکنند.

 

قطعات برج خنک کننده

قطعات اصلی کولینگ تاور به صورت زیر است که هر کدام دارای انواع مختلف هستند که متناسب با طراحی و عملکرد سیستم مورد استفاده قرار می گیرد.

 

 بدنه اصلی برج خنک کن : این قسمت در بین قطعات برج خنک کننده جزو اصلی ترین موارد می باشد. سازه و بدنه کولینگ تاور که باید کاملا آب بند باشد، بدنه از قسمت های تشت، دریچه ورود هوا، ستون، دیواره، گلویی فن تشکیل شده است که همگی در کنار هم سازه اصلی و شکل هندسی را تشکیل می دهند که برج خنک کن می تواند به صورت مکعبی یا مدور باشد. معمولا پنل های برج بصورت متحرک هستند تا بتوان در زمان سرویس به راحتی دست رسی ایجاد نمود. 

سیستم هوا رسانی و فن برج خنک کننده : شامل الکتروموتور، کاهنده دور و پروانه اکسیال می باشد، نقش اصلی فن کولینگ تاور به جریان انداختن هوا درون دستگاه می باشد. نوع پروانه می تواند به صورت محوری ( اکسیال ) یا سانتریفیوژ( کولری) باشد.

پروانه برج خنک کننده از متریال فایبر گلاس ، آلومینیم و پلی آمید می باشد که در قطرهای مختلف می شود از جنس های مناسب استفاد نمود.

سیستم توزیع آب یا آب پخش کن : این سیستم شامل لوله ها، نازل ها و اتصالات جانبی می باشد، آب گرم از طریق پمپ ها و  لوله وارد دستگاه شده و بوسیله سیستم توزیع آب به صورت قطرات ریز درآمده و به روی سطوح انتقال حرارت اسپری می شود. معمولا جنس افشانک های برج خنک کننده از پلی پرو پیلن و پلی اتیلن می باشد که در مقابل دما و مواد شیمیای مقاوم هستند و در برج های خنک کننده گرد از آب پخش کن آلومینیم و برنجی استفاده میشود.

پکینگ : سطوح انتقال حرارت یا همان فیلینگ برج خنک کن برای ایجاد سطح تماس بیشتر میان آب و هوا مورد استفاده قرار می گیرد. هنگامی که آب گرم به روی پکینگ ها پاشیده می شود همزمان هوا از میان این سطوح عبور می کند، تماس میان آب و هوا موجب خنک شدن آب گرم می شود. پکینگ ها در ابعاد مختلف و بصورت بلوکی و رولی عرضه میشوند البته نمونه های از پکینگ هستند که بصورت لیوانی و قطعات کوچک تر تولید می شوند. نام چند نوع از این پکینگ ها عبارت است.

قطره گیر : قطره گیر یا الیمینیتورها قطعاتی هستند که اجازه پرتاب قطرات آب به بیرون از برج خنک کن را نمی دهند، در عین حال طوری طراحی شده اند که هوا به راحتی جریان پیدا کند.

تجهیزات جانبی: تجهیزاتی از قبیل سوئیچ کنترل ارتعاش، هیتر تشت، ترموستات، سیستم کنترل هوشمند اینورتر، ترتیب سنج، شیر برقی و ... از لوازم تکمیلی و جانبی برج خنک کننده می باشد، هر کدام از این تجهیزات برای هدف و کاربرد خاص طراحی و مورد استفاده قرار می گیرند.

 

 

چگونه یک سیستم برج خنک کننده می تواند به یک کسب و کار در صرفه جویی در هزینه کمک کند؟

در مورد آن فکر کنید: سیستم های برج خنک کننده برای بسیاری از مشاغل حیاتی هستند، به این معنی که پیگیری کارایی عملیاتی و محصول بر نتیجه نهایی تأثیر می گذارد. استفاده از آب می‌تواند هزینه‌های عملیاتی عمده‌ای باشد و برج‌های خنک‌کننده می‌توانند تا 98 درصد از آب مصرفی برای خنک‌سازی یا تهویه فرآیند را بازیافت کنند. اگر تجهیزات از پلاستیک ساخته شده باشند و از آب به جای هوا به عنوان روش خنک کننده استفاده کنند، کسب و کارها می توانند هزینه انرژی کمتر، تعمیر و نگهداری کمتر یا بالاتر و عمر محصول طولانی تری در مقایسه با سیستم های فلزی قدیمی داشته باشند. این یک گزینه کاهش هزینه بسیار مطلوب برای هر کسب و کاری است. علاوه بر این، بسیاری از مشتریان از دانستن اینکه مشاغل و صنایع دوستدار جامعه متعهد به عملیات سازگار با محیط زیست و پایدار هستند، قدردانی می کنند. این ممکن است یک عامل پس انداز پول نباشد، اما باعث افزایش اعتماد مصرف کننده می شود. و برای تجارت خوب است.

همانطور که می بینید، چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد سیستم های برج خنک کننده وجود دارد. آنها نه تنها عملکردی را انجام می دهند که بسیاری از ما نمی توانیم بدون آن انجام دهیم (البته تهویه مطبوع است)، بلکه دارای فناوری پیشرفته و، بله، عالی هستند. شاید یادگیری بیشتر در مورد برج های خنک کننده به شما درک بهتری از هوای سرد بدهد.

خانه های خنک معمولی: سیستم خنک کننده چیست؟

دسترسی تفاوت بین دمای آب سرد خروجی از برج و دمای حباب هوای مرطوب است. ایجاد دسترسی تعیین کننده دمای کارکرد برج بوده و مهمترین پارامتر در تعیین اندازه و هزینه برج می باشد.

خونریزی: گردش آب در برج باطله کمک می کند تا غلظت مواد جامد محلول در آب به حداقل برسد. در نتیجه تبخیر، غلظت مواد جامد محلول همچنان افزایش می یابد.

بیوسید: یک ماده شیمیایی طراحی شده برای کنترل جمعیت میکروب های مزاحم با کشتن آنها.

Blowout : آبی که عمداً از سیستم خارج می شود تا سطح نمک ها یا سایر ناخالصی ها در آب در حال گردش کنترل شود. نرخ واحد درصد جریان آب یا GPM.

واحد حرارتی بریتانیا (BTU): انرژی گرمایی مورد نیاز برای افزایش دمای یک پوند آب یک درجه فارنهایت از 32 درجه فارنهایت به 212 درجه فارنهایت.

محدوده خنک کننده: اختلاف دمای آب گرم ورودی به برج و آب سرد خروجی از برج.

روش تغلیظ: مقایسه ذرات محلول در آب آرایشی و ذرات محلول مایع. به عنوان مثال، کلرید در آب بسیار محلول است، بنابراین غلظت آن برابر است با نسبت کلرید موجود در آب در گردش به کلرید موجود در آب رنگ.

جامدات محلول: کل مواد جامد محلول در مایع. می تواند ماهیت یونی و/یا قطبی داشته باشد.

رانش: آبی که در اثر تشکیل حباب در جریان هوا به جو رها می شود. تلفات رانش شامل آب از دست رفته در اثر تبخیر نمی شود. طراحی مناسب برج می تواند تلفات رانش را به حداقل برساند.

مبدل حرارتی: وسیله ای است که حرارت را از یک ماده به ماده دیگر منتقل می کند. انتقال حرارت می تواند از طریق تماس مستقیم مانند برج خنک کننده یا غیرمستقیم مانند تراکم پوسته و لوله باشد.بار حرارتی نیز یک پارامتر مهم در تعیین اندازه و هزینه برج است.

آرایش: مقدار آب مورد نیاز برای جایگزینی تلفات طبیعی ناشی از خونریزی، رانش و تبخیر است.

Pumping Head: فشار مورد نیاز برای پمپاژ آب از حوضه برج در کل سیستم و بازگشت به بالای برج.

تن: یک تن خنک کننده تبخیری 15000 BTU در ساعت است.

حباب مرطوب : کمترین دمایی است که آب از نظر تئوری می تواند با تبخیر به آن برسد. دمای حباب مرطوب یک پارامتر بسیار مهم در انتخاب و طراحی برج است و باید توسط یک روان‌سنج اندازه‌گیری شود