چگونگی کار برج خنک کننده

این برج، آب را با ترکیبی از انتقال حرارت و جرم، خنک می کند. آبی که باید خنک شود، بوسیله نازل های پاشش، آب پخش کن ها یا به صورت معمولی در برج توزیع میشود و به این ترتیب مساحت وسیعی از آب در معرض هوای محیط قرار می گیرد. آب در اثر مجاورت با هوا دچار کاهش دما می شود برج های خنک کن از این مکانیزم برای خنک کردن آب استفاده می کنند که در ابتدا سرعت جریان آب داخل برج را پایین آورده و سپس با افزایش جریان هوا در داخل برج، آب را خنک می کنند.

برج های خنک کننده را می توان از دیدگاههای مختلف به شرح زیر تقسیم بندی نمود:
•     نحوه مکش جریان هوا
•    جنس بدنه (فلزی-بتونی یا مارلی-فایبرگلاس-چوبی-پلاستیک)
•    نحوه برخورد جریان هوا و آب 
•    سیستم توزیع آب (نازل- تشتک-بازوهای آبگردان )
•    شکل ظاهری ( مکعبی – مخروطی ، گرد ،دایره ای)
•    نوع عملکرد 

انواع برج خنک کننده از لحاظ مکش جریان هوا :

1)    برج خنک کن اتمسفریک (جوی): این نوع از انواع برج خنک کننده بر اثر اختلاف دمای موجود در هوا گردش هوا را ایجاد می کنند.
2)    برج خنک کن مکانیکی یا فن دار : ایجاد جریان هوا در این نوع از انواع برج خنک کننده بر عهده فن است که می تواند فن جریان محوری یا سانتریفوژ باشد.
2-1)    برج خنک کن مکانیکی اجباری :  هوا به کمک فن به داخل برج خنک کن رانده می شود.
2-2)    برج خنک کن مکانیکی القایی :  هوا به کمک فن از داخل برج خنک کن مکیده می شود.

3)    برج خنک کن ترکیبی یا هیبریدی : این نوع از انواع برج خنک کن به فن مجهز هستند ولی طوری طراحی شده اند که می توانند به طور طبیعی و مشابه برج خنک کن جوی نیز کار کنند.

انواع برج خنک کننده از لحاظ برخورد جریان آب و هوا:

1)    برج خنک کن با جریان مخالف : در این نوع برج خنک کن جهت جریان آب و هوا مخالف یکدیگر است به این صورت که هوا به صورت عمودی از پایین به بالا حرکت داده می شود و آب از بالا به پایین سقوط می کند. 

2)     برج خنک کن با جریان متقاطع :در این نوع برج خنک کن هوا به صورت افقی وارد برج خنک کننده می شود که از بالا به پایین سقوط می کند و در واقع جهت جریان هوا عمود بر جهت جریان آب است. در ادامه هوا از بالای برج خنک کننده خارج می شود.

انواع برج خنک کننده از لحاظ عملکرد:

1.    برج خنک کن تبخیری یا تر یا مدار باز : در این نوع برج کاهش دما بر اثر تبخیر آب در برج خنک کن و در تماس با هوا رخ می دهد. 
2.    برج خنک کننده مداربسته یا خشک : در نوع از انواع برج خنک کن هوا به طور مستقیم با آب تماس ندارد و برخورد هوا فقط با لوله های حاوی آب است.

برج خنک کننده فایبرگلاس

فایبرگلاس در حقیقت به برج خنک کننده ای کفته میشود که جنس بدنه و لوورهای آن از فایبرگلاس ساخته شده باشد.همانطور که گفتیم  این برج وظیفه خنک کردن آب در گردش کندانسور را به عهده دارد . در صورت نیاز به سرمای بیشتر بعد از برج خنک کننده باید از چیلر استفاده کرد. دلیل استفاده از فایبرگلاس مقاومت بالای بدنه و عدم تجزیه در مقابل نور خورشید است.
برج خنک کننده فایبرگلاس برای قرار گیری در محل نیاز به شالوده فلزی یا بتنی دارد زمان خرید تجهیزات برج هلی خنک کننده از آرکا تجهیز درخواست فنداسیون برج خنک کننده فایبرگلاس را داشته باشید .
این نوع کولینگ تاور ضد اشعه uv بوده و نسبت به  گالوانیزه و چوبی از صدای کمتری برخوردار است . این نوع برج خنک کننده بهترین نوع فایبرگلاس و نانوپلیمر های ضد اشعه مخرب UV ساخته شده که سازگار با استاندارد های کنسرسیوم های ISO-DIN-BS میباشد . 

اجزای مهم یک برج خنک کننده عبارت است از :

1)   بدنه برج خنک کننده که از جنس فایبرگلاس به ضخامت 10 میلیمتر میباشد، که با استفاده از بهترین رزین‌ها و الیاف ویژه سوزنی و حصیری ساخته می‌شوند. این بدنه در مقابل تابش اشعه ماوراء بنفش خورشید (UV) و نیز تغییر شرایط جوی کاملا” پایدار و مقاوم بوده و رنگ بدنه فایبرگلاس آن بدلیل روش ساخت و رنگ آمیزی در مقابل تابش نور خورشید تغییر نمی‌کند.نحوه اتصال بدنه به وسیله پیچ و مهره ها که از جنس گالوانیزه گرم می باشند انجام میگیرد و همچنین جهت آبند سایر قسمت های  برج از یک نوار لاستیکی استفاده میشود . همچنین قسمت های مختلف برج طوری به هم متصل شده اند که اگر در آینده نیاز به تعمیر داشت به راحتی قابل تفکیک باشند.
 
2)    برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کننده از پکینگ‌ها استفاده می‌گردد که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب، در خنک‌سازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ‌ها به صورت شبکه‌ای بوده و در دو نوع غشایی Film Packing) و اسپلش Splash Packing) در برج خنک کن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

پکینگ‌ها یا صفحات انتقال حرارت و جرم که وظیفه اصلی آنها افزایش سطح تماس آب و هواست از بهترین  مواد پلی اتیلن با ضخامت 400 میکرون و Coating یا روکش مخصوص با درجه داروئی ساخته می‌شود. گام این پکینگ ها از 12 تا 19 می باشد و در اشکال و انواع مختلف بسته به شرایط خاص ساخته میشوند.
3)    پروانه‌ یا فن های محوری در برج خنک کننده فایبرگلاس از جنس کامپوزیت و به صورت ایرفول          (Air Foil) توخالی و آیرودینامیکی  می باشد که وزن کم آنها کاهش مصرف انرژی قابل ملاحظه ای را به دنبال دارد . این فن ها در محیط های مرطوب بسیار مقاوم هستند. این پروانه ها شدت صوت را نسبت به مدل استاندارد کاهش دادند ، فن همچنین در حین کار داکثر دور لرزش و صدای ناچیزی دارد.
 
  فن‌ها نقش مهمی در خنک ‌سازی دارند و از نوع فن محوری یا سانتریفیوژ می‌باشند. 
فن‌های مورد استفاده در برج‌های خنک‌کننده، از لحاظ فرم هندسی و نحوه تولید به صورت کلی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند. 
a.     فن ضربی برج خنک‌کننده: 
این فن‌ها با قطر بین ۰٫۵ تا ۱٫۲ متر در حالت کلی از ورقه فولادی ساخته شده و توسط قالب پرس تولید می‌گردند. 
این نوع فن کولینگ تاور در صورتیکه از تولیدکنندگان معتبر خریداری شود از لحاظ قیمت و کیفیت در بازه مناسبی قرار دارد. باید در نظر داشت با توجه به جنس فن و روش تولید، این نوع فن در قطر بیش از ۱ متر دچار لرزش خواهد شد و به همین دلیل دارای محدودیت ابعاد است. 
b.    فن پروفیل ایر فویل کولینگ تاور: 
همانگونه که از نامشان پیداست این فن‌ها دارای پروفیل ایرفویل می‌باشند و در طول فن، فرم پروفیل و ابعاد هندسی آن ثابت است (به جز بخش انتهایی که در آن قسمتی از یال، بریده شده‌است). جنس این نوع فن برج خنک کننده عمدتاً از پروفیل آلومینیوم است که با روش اکسترود و پولترود تولید می‌شود. دلیل استفاده از آلومینیوم در پره فن برج خنک کن، استحکام مناسب نسبت به وزن کم، دمپ کردن ارتعاش و مقاومت بالا در مقابل خوردگی است. 
بازه ابعادی معمول فن آلومینیوم کولینگ تاور از قطر ۰٫۸ متر تا ۳ متر می‌باشد. این فن‌ها دارای قیمت کمتری نسبت به فن‌های کامپوزیتی (نوع سوم فن محوری) هستند لیکن معایب خاص خود را نیز دارند. 
c.    فن پروفیل ایر فویل با فرم پروفیل متغیر (فن کامپوزیت برج خنک کن): 
فن کامپوزیت فایبر گلاس گلاس کولینگ تاور که سابقه تولید آن از دو نوع قبلی کمتر است علاوه بر دارا بودن پروفیل ایرفویل، به دلیل چرخش پروفیل در شعاع فن و تغییر زاویه حمله، دبی یکنواخت تری نسبت به دو نوع قبلی دارد، و به همین دلیل سرعت خطی لبه این نوع فن تا ۶۰ متر بر ثانیه قابل قبول می‌باشد. 
از مهم‌ترین مزایای فن فایبر گلاس پروفیل ایرفویل برج خنک‌کننده، می‌توان به مصرف انرژی و وزن کمتر آن نسبت به نمونه‌های دیگر، صدای تولیدی کمتر و میزان هوادهی بیشتر اشاره کرد. 

4)    الکترو موتورهای استفاده شده در برج خنک کننده فایبرگلاس فلنچ دار و برای نصب عمودی مناسب هستند .سرعت چرخش موتور برابر 1450 دور بر دقیقه و فرکانس 50 هرتز می باشد. همچنین الکتروموتورهای مورد استفاده در کولینگ تاورها دارای کلاس حفاظتی در مقابل نفوذ آب و گرد وغبار (IP55) و کلاس عایق بندی حرارتی F می باشند.
5)    تمام پیچ و مهره‌ها ، واشرها و همچنین نردبان برج که برای دسترسی به قسمت بالای برج (فن و الکتروموتور) در نظر گرفته شده از جنس گالوانیزه گرم و سایر تکیه‌گاههای فلزی از جنس آهن گالوانیزه گرم با ضخامت 83 میکرون ساخته می‌شود. (اﺗﺼﺎﻻت از ﻧﻮع اﺳﺘﻨﻠﺲ اﺳﺘﯿﻞ ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺮاي ﻣﺤﯿﻂ ﻫﺎﯾﯽ ﺑﺎ ﺧﻮردﮔﯽ ﺑﺎﻻ و ﯾﺎ اﺳﯿﺪي ﻧﯿﺰ اراﺋﻪ ﻣﯽ ﮔﺮدد).

6)    لوله‌ها و اتصالات در برج خنک کننده فایبرگلاس از جنس PVC فشار قوی بوده و سیستم توزیع آب از آلیاژ آلومینیوم می‌باشند.
7)    فلوترهای (شناورهای) بکار رفته در برج خنک کننده از جنس پلاک مرغوب دارای توپی پلاستیکی ساخت تایلند یا اندونزی یا از نوع فلوترهای ویژه دیافراگمی می‌باشند.
8)    دریچه های ورودی هوای برج خنک کننده فایبرگلاس بگونه ای ساخته شده که در مقابل ورود هوا کمترین مقاومت را دارند و از پرتاب ذرات آب به بیرون جلوگیری می نمایند , این دریچه ها جهت دسترسی به تشتک برج خنک کننده قابل باز و بسته شدن می باشند.
9)    حوضچه : در قسمت زیرین قرار دارد و آب خنک شده در آن جمع‌آوری شده و به سمت سیستم‌های سردسازی هدایت می‌شود.  
10)    قطره گیرها : تیغه‌های قطره گیر برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آن‌ها به محیط بیرون از برج خنک کن بکار می‌روند.
 

مکانیزم کاری همه انواع برج خنک کننده یکی است و تنها در نوع و شیوه ساخت با هم تفاوت دارند. 

برج خنک کننده دمنده(Forced Draft Cooling Tower)

در این روش جریان هوای آزاد به داخل محیط دمیده شده، و از خروجی های تعبیه شده به بیرون می رود. نکته منفی در این نوع تهویه، بالا بودن میزان مصرف انرژی به دلیل افت فشار زیاد و در عین حال پوشش کمتر محیط مورد نظر خواهد بود.
با این وجود در برخی موارد به خصوص در برج های خنک کن، استفاده از روش جریان دمشی لازم می باشد. دلیل این مطلب وجود شرایطی است که سیال خروجی دارد. به عنوان مثال در صنایع تولید روی، به دلیلی اسیدی بودن آب در برج خنک کن، اگر از روش مکشی استفاده شود و جریان هوا همراه با بخار اسیدی، توسط فن به بیرون کشیده شود، فن و تجهیزات محرک از قبیل موتور و گیربکس، در زمان کوتاهی دچار خوردگی شدید شده و عملا از کار می افتند.
به همین دلیل برج های خنک کننده دمشی (Forced Draft) در صنایعی که سیال خنک شونده اسیدی می باشد کاربرد فراوانی دارند. به عنوان نمونه می توان برج خنک کننده صنایع احیاء و ذوب روی، سرب، خطوط تولید اسید و برخی صنایع غذایی را نام برد. 
برج خنک کننده دمنده تقریباً شبیه برج خنک کن مکنده است. البته بین این دو برج تفاوت هایی نیز وجود دارد. اطراف برج خنک کن دمنده ، بسته ولی اطراف برج خنک کننده مکنده باز است. در برج خنک کن دمنده تخته های بازیابی آب در بالای توزیع کننده قرار دارد ولی در برج خنک کن مکنده به ازای هر ردیف از تخته های پخش کننده، یک ردیف تخته بازیابی وجود دارد. دمنده در پایین برج قرار دارد ولی مکنده در بالای برج قرار دارد. در برج مکنده هوا از تمام جهات و بطور یکنواخت با آب تماس حاصل می کند ولی در برج دمنده،این طور نیست. 

برج خنک کننده مکنده (Induced Draft Cooling Tower)

در حالت کلی در تهویه صنعتی، مکش هوا از داخل یک محیط، روشی مناسب و بسیار متداول است. در حالتی که جریان هوا از محیط کشیده می شود و فن در خروجی قرار دارد، به دلیل افت فشار ایجاد شده، هوای محیط تقریبا به صورت مناسب از محیط خارج می شود.
در برج های خنک کننده مکشی، فن در قسمت بالا قرار می گیرد که با ایجاد نیروی مکش، هوا را از طریق بادگیرها وارد برج می کند، هوای وارد شده پس از تبادل حرارت با آب گرم برگشتی، از خروجی مکنده خارج می شود . 
مزیت برج خنک کننده مکنده، مصرف انرژی کمتر و در عین حال هوا دهی بهتر به تمام نقاط برج می باشد. در تصویر ذیل نمونه این نوع برج های خنک کن که فن و موتور آن در بخش بالایی برج یا فن استک قرار دارد مشاهده می گردد.