برج خنک کننده و کارکرد آن در سیستم تهویه مطبوع

صفحه اقتصاد - برج خنک کننده، سازه ای است که گرمای اضافی موجود در سیال (غالباً آب) را گرفته و آن را در جو آزاد می کند. به این ترتیب دما آب نیز کاهش می یابد. در برخی از انواع برج خنک کننده، تبخیر آب نیز صورت می گیرد که این فرآیند خنک سازی را افزایش می دهد.

برج خنک کننده ، سازه ای است که گرمای اضافی موجود در سیال (غالباً آب) را گرفته و آن را در جو آزاد می کند. به این ترتیب دما آب نیز کاهش می یابد. در برخی از انواع برج خنک کننده ، تبخیر آب نیز صورت می گیرد که این فرآیند خنک سازی را افزایش می دهد. این موضوع را در برج های خنک کننده عظیم واقع در نیروگاه ها نیز می توان مشاهده کرد. این در حالی است که در برج های تهویه مطبوع که دارای سیستم بسته هستند، تنها به کمک گردش هوا گرمای اضافی از آب گرفته می شود.

برج های خنک کننده در سایزهای مختلف از مدل های سقفی که در HVAC استفاده می شوند گرفته تا سازه های بزرگی بتنی واقع در نیروگاه ها که گاهاً تا 200 متر ارتفاع دارند، ساخته و مورد استفاده قرار می گیرند. البته برج های خنک کننده ای که به طور معمول در اطراف ساختمان ها یا روی سقف آن مشاهده می شود، در سایزهای کوچک می باشند که به منظور تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرند.

در واقع، برج ‌های خنک کننده یک نوع مبدل حرارتی هستند که با ایجاد تماس بین هوا و آب گرم باعث سرد شدن آب می ‌شوند.

به همین خاطر برای سرد کردن محیط و دفع گرمای ایجاد شده توسط سیستم ‌های تهویه مطبوع، سیستم‌ تبرید و دیگر فرآیندهای صنعتی از برج ‌های خنک کننده استفاده می ‌شود.

به خاطر مصرف آبی که این برج‌ ها دارند، یکی از کم‌ هزینه ‌ترین و کم مصرف‌ترین سیستم ‌هایی هستند که از آب استفاده می ‌کنند. مصرف آب در این دستگاه‌ ها در مقایسه با سیستمی که جریان آب در درون آن به صورت طبیعی در جریان است، چیزی در حدود پنج درصد می باشد.

سیستم تهویه مطبوع

در این بخش از مقاله قصد داریم تا به توضیح کوتاهی در مورد تهویه مطبوع بپردازیم. تهویه مطبوع فرآیندی است که از طریق آن می ‌توان سه فاکتور دما، رطوبت و سرعت هوایی که در محیط جریان دارد را کنترل کرد. سیستم‌ های تهویه مطبوع توسط یک ماده‌ ی سیال عمل سرمایش و گرمایش را در مکان مورد نظر انجام می ‌دهند.

بیشتر فرآیندهای صنعتی و سیستم‌ های تهویه با تولید گرما همراه هستند که گرمای تولید شده از این طریق باید از سیستم خارج شود. آب بهترین ماده ‌ای است که می ‌توان با آن، خروج گرمای تولید شده را انجام داد.

در گذشته برای دفع گرما به وسیله ‌ی آب از رودخانه‌ های در جریان کنار کارخانه و یا خرید آب از شرکت‌ های توزیع آب و به کار بردن آن در سیستم خنک سازی سیستم استفاده می ‌شد. با بوجود آمدن قوانین و مقررات زیست محیطی و در کنار آن افزایش هزینه ها‌ی آب مصرفی، این روش دیگر استفاده‌ ی چندانی ندارد.

با ورود برج ‌های خنک کننده به بازار، هزینه ‌ی خنک سازی به شدت کاهش یافت و امروزه در اکثر ساختمان‌ های بزرگ، پالایشگاه ‌ها، کارخانه ‌ها، سازمان‌ ها و آپارتمان‌ ها، از برج‌ های خنک کننده استفاده می‌ شود.

سیستم های سرمایش، گرمایش HVAC

برج خنک کننده در سیستم های تهویه مطبوع به منظور دفع گرمای ناخواسته از چیلر مورد استفاده قرار می گیرد. چیلرهای آب خنک به طور کلی دارای بازدهی بسیار بالاتری نسبت به چیلرهای هوا خنک هستند. در مناطقی که دارای آب و هوای گرم هستند، ساختمان های بزرگ مانند بیمارستان ها، شرکت های بزرگ و مدارس از یک یا چند برج خنک کننده جهت سیستم تهویه مطبوع خود استفاده می کنند. برج های خنک کننده مورد استفاده در HVAC غالباً جهت سیستم های آب خنک یا کندانسور مورد استفاده قرار می گیرند.

برج های خنک کننده در سیستم های HVAC که منبع آب با پمپ گرمایش مختلف با لوله کشی مشترک دارند نیز استفاده می شود. در این نوع سیستم آب در گردش، گرما را از کندنسور پمپ های گرمایشی، هنگامی که در حالت سرمایش قرار دارند، گرفته و سپس برج خنک کننده که روی سقف قرار گرفته است گرمای آن را در هوا آزاد می کند. در حالت عملکرد برعکس که پمپ های گرمایش به منظور گرما مورد استفاده قرار می گیرند، کندانسور گرما را از آب درون لوله گرفته و آن را در محیطی که نیاز به گرمایش دارد، رها می کند.

انواع برج خنک کننده براساس جنس ساختاری

برج ‌های خنک کننده براساس نوع ساختاری که دارند به سه نوع فایبرگلاس، فلزی و بتنی تقسیم بندی و ساخته می ‌شوند.

اساس و اصول کار برج خنک کننده

اصول کار برج ‌های خنک کننده براساس ساخت یک سطح بیشتر برای تماس بین هوای سرد و آب گرمی که درون سیستم در جریان است، می ‌باشد.

مدل‌ های برج خنک کننده براساس نوع عملکرد

در حالت کلی تقسیم بندی کولینگ تاور بر اساس عملکرد برج ‌های خنک کننده به صورت زیر می باشد.

• برج ‌های خنک کننده از نوع مدار باز

اساس کار این نوع برج به این صورت است که آب به وسیله‌ی پمپ به بالای برج هدایت می ‌شود. سپس به وسیله ‌ی نازل‌ هایی که درون برج است بر روی سطح‌ های تعبیه شده خنک کننده پاشیده می ‌شود. بعد از این عمل هوایی که از قسمت پایین وارد برج می شود به وسیله ‌ی تعدادی فن که در قسمت فوقانی برج قرار دارند، به سمت بالای برج مکیده می‌ شود. با تماس هوا و آب، قسمتی از آب تبدیل به بخار می ‌شود. به خاطر گرماگیر بودن عمل تبخیر، گرمای لازم از آبی که درون برج در جریان است جذب می ‌شود. این نوع برج مناسب فضاهایی با رطوبت نسبتاً کم مناسب است.

از مهمترین عیب ‌های این نوع برج مصرف بیش از اندازه و هدر رفتن زیاد آب است.

• برج‌ های خنک کننده از نوع مدار بسته

در این مدل برج، هوا و آب تماس مستقیمی با هم ندارند. در برج خنک کننده از نوع مداربسته آب درون یک کویل جریان داشته و در اثر برخورد هوا در قسمت بالایی برج با سطح خارجی کویل گرما از کویل گرفته شده و به هوا منتقل می ‌شود.

• برج‌ های خنک کننده از نوع هیبریدی

این نوع از برج ‌های خنک کن در اصل ترکیبی از دو برج قبلی است. یعنی استفاده همزمان از دو برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته. در برج خنک کننده هیبریدی ، آب سرد شونده، درون کویل جریان دارد و در بیرون کویل، آب به وسیله‌ ی تعدادی نازل بر سطح آن پاشیده می‌ شود. این نوع برج، بهترین نوع برج خنک کننده است، به این دلیل که مصرف آب آن پایین است. وقتی دمای هوا مثلاً در شب پایین است، برج به صورت خشک کار می ‌کند و در هنگامی که هوا دارای درجه حرارتی گرم است، با استفاده از نازل ‌ها بر سطح کویل پاشیده شده و عمل سرد کردن انجام می‌ شود.

اجزای اصلی برج ‌خنک کننده

• فن ‌های برج خنک کننده

از مهمترین بخش ‌های برج خنک کننده، فن ها هستند که از مدل سانتریفیوژی یا فن محوری است. فن ‌ها از لحاظ شکل و ظاهر هندسی به ۳ دسته تقسیم می ‌شوند.

۱- فن ضربی

این فن‌ ها از ورق ه‌های فولادی ساخته می شوند و قطری بین ۵۰ سانتی متر تا یک متر و دویست سانتی متر دارند.

۲- فن پروفیل ایر فویل کولینگ تاور

این فن‌ها دارای طول و فرم ثابتی هستند و شامل پروفیل ایرفویل هستند. جنس این فن ‌ها از پروفیل آلومینیوم است که به طریق پولترود و اکسترود ساخته می ‌شوند.

علت این که این نوع فن ‌ها با آلومینیوم ساخته می ‌شوند این است که استحکام بالایی دارد، وزنش نسبت به دیگر فلزات سبک‌ تر بوده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی دارد.

۳- فن کامپوزیت (فن پروفیل ایر فویل با فرم پروفیل متغیر)

این فن‌ ها نسبت به دو مورد قبلی سابقه ‌ی تولید کمتری دارند. از مزایایی که می ‌توان در مورد فن فایبرگلاس به آن اشاره کرد،

مصرف انرژی پایین، حجم هوادهی بیشتر، صدای تولیدی کمتر و وزن کمتر آن است.

• مدیا یا پکینگ

این قطعه به منظور افزایش دادن تبادل حرارت بین هوا و آب در درون برج به کار برده می‌شود.

استفاده از مدیا باعث افزایش سطحی که هوا با آب در جریان دارد می شود؛ از طرفی به خاطر کاهش دادن سرعت آب، نقش بسیار مهمی در خنک کردن جریان آب دارد. مدیا ها به شکل شبکه ‌ای هستند و دارای دو نوع مدیا یا پکینگ غشایی و مدیا یا پکینگ اسپلش می باشند.

• قطره گیر

تیغه‌ هایی جهت جلوگیری از پخش شدن و خروج قطرات آب به محیط اطراف درون برج به کار گرفته می‌ شود که به آنها قطره گیر می گویند.

• حوضچه

حوضچه در بخش پایینی برج قرار دارد که وظیفه ‌ی آن جمع کردن آب خنک شده و هدایت آن به سمت سیستم سردسازی است.