کولینگ تاور دستگاه خنک کننده آبی است که در صنایع و مکانهای مختلف استفاده میشود و در طول تاریخ دستخوش تغییرات و تحولات زیادی شده است. کولینگ تاورهای قدیمی قبلا دارای بدنه بتنی بودند و پس از آن مدلهای فلزی، فولادی و فایبرگلاس تولید و طراحی شد.
در یک گذر بسیار سطحی، امروزه بهینه سازی برج خنک کننده یکی از بزرگترین مشکلات صنعتگران داخلی و خارجی بوده است. کاهش هزینه آب مصرفی، جلوگیری از رسوب و گرفتگی و افزایش راندمان خنک کننده آبی از مهمترین دلایل بررسی تاریخچه برج خنک کننده توسط مهندسین سیالات میباشد.
اساس کار کولینگ تاور بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین این دو میباشد. عموماً در برجهای خنک کن، آب گرم خروجی از سیستم توسط لوله‌هایی از بالای برج وارد شده و در آنجا به صورت طبیعی یا با آب فشانهایی به سمت پایین برج به جریان می افتد که در طول این مسیر با توجه به نوع برج به شیوه‌های مختلف با جریان هوای سرد برخورد میکند.
سیستم اتوماتیک چرخش آب پخش کن اسپرینکلرهای چرخشی، آب داغ را به صورت یکنواخت روی سطوح خنک کننده پخش می کنند. هوای خشک به صورت همزمان در جهت مخالف ریزش آب به طرف بالا مکش و باعث تبخیر قسمتی از آب داغ و خنک شدن باقیمانده آب میشود. آب خنک شده در تشت جمع شده و از طریق لوله‌های خروجی به منبع حرارتی جهت چرخش مجدد پمپ میشود.
پرکاربردترین انواع برج خنک کننده به دو صورت مکعبی و مخروطی نصب میشود. این مدل با عملکرد یکنواخت در فصول مختلف تابستان و زمستان، با اتصال مستقیم آب گرم به هوای خشک، آب را خنک‌تر میکند. آب توسط نازلهای اسپری روی پکینگها پاشیده شده و گرمای آب را جذب کرده و به بیرون منتقل میکند.
نوع دیگر برج خنک کننده بسته است که بسته به نوع کارایی به دو دسته خشک و هیبریدی تقسیم میشود. کولینگ تاورهای خشک با تماس کاملا غیرمستقیم هوا با جریان آب گرم در کویلها، دمای این سیال را کاهش میدهند. کولینگ تاور هیبریدی نیز عملکرد مشابهی دارند و البته با پاشش یک سیکل ثانویه آب، این سیال داغ را خنک کرده و عملاً با عملکرد دوگانه به وظیفه خود عمل میکنند.
برج خنک کننده فایبرگلاس
برج خنک کننده فایبرگلاس در حقیقت نوعی از کولینگ تاور است که جنس بدنه و لوورها از فایبرگلاس ساخته است. همانطور که می دانیم برج خنک کننده دستگاهی به منظور خنک کردن مایعات تا حدی است که مورد نیاز کارفرماباشد. بعد از cooling tower و در صورت نیاز به سرمای بیشتر باید از چیلر استفاده نمود. برج خنک کننده فایبرگلاس به دلیل مقاومت بالای بدنه و عدم تجزیه در مقابل نور خورشید امروزه دارای کاربرد بسیار زیادی میباشد. عمده کاربرد برج خنک کننده فایبرگلاس در ساختمانهای اداری و تجاری و اغلب مجتمعهای مسکونی میباشد.
مشخصات فنی برتر برج خنک کننده فایبرگلاس مهتاب گستر
بدنه فایبرگلاس برج خنک کننده فایبرگلاس با استفاده از بهترین رزین‌ها و الیاف ویژه سوزنی و حصیری (ساخت اروپای غربی) ساخته می‌شوند.
بدنه فایبرگلاس برج خنک کننده فایبرگلاس در مقابل تابش اشعه ماوراء بنفش خورشید (UV) و نیز شرایط جوی متغیر از تابستان تا زمستان کاملا پایدار و مقاوم بوده و رنگ بدنه فایبرگلاس آن بدلیل روش ساخت و رنگ آمیزی در مقابل تابش نور خورشید تغییر نمی‌کند ضخامت فایبرگلاس بدنه و تشتک برج خنک کننده فایبرگلاس با توجه به روش تولید آن بصورت مناسب و مقاوم انتخاب میگردد.
پکینگها یا المانهای انتقال حرارت و جرم برج خنک کننده از مرغوبترین مواد پلی اتیلن با ضخامت 400 میکرون و Coating یا روکش مخصوص دارای درجه داروئی ساخته میشود. اندازه دهانه ورودی آنها بر حسب املاح موجود در آب محل مصرف محاسبه شده و تعیین میگردد. گام این پکینگ ها از 12 تا 19 میباشد.
المانهای انتقال حرارت برج خنک کن در اشکال و انواع مختلف تولید شده و دارای راندمان انتقال حرارت بسیار بالا می‌باشند.
قسمتهای اصلی یک برج خنک کننده فایبرگلاس عبارتند از:
- تشت از جنس فایبرگلاس با کیفیت مرغوب
- فن ملخی با الکتروموتور، پولی، فلکه و تسمه انتقال نیرو
- لوله ورودی آب شامل نازل ها و لوله خروجی
- سطوح انتقال حرارت (Packing) که از جنس PVC میباشد
- بدنه از جنس فایبرگلاس باکیفیت مرغوب
مزایای برج خنک کننده فایبرگلاس
به دلیل راندمان بالای عملکرد پکینگ برج خنک کننده فایبرگلاس ایجاد کاهش دمای آب در گردش سیستم به سهولت و با حداقل انرژی میسر میباشد
وزن بسیار کم و سطح صدای تولید شده پایین برج خنک کننده فایبرگلاس به برجهای فلزی
در برج خنک کن فایبرگلاس ساخت این شرکت از پروانه‌های سوپر بلید با مقطع ایرفویل استفاده شده میشود که باعث بالا رفتن قدرت خنک کنندگی دستگاه و کاهش ضایعات جانبی ناشی از کارکرد آن میگردد.
قدرت مصرف شده الکتروموتور و در نتیجه آمپر مصرف شده آن در برج خنک کننده فایبرگلاس 10 تا 20 درصد مدلهای مشابه فلزی آنها میباشد و در نتیجه مصرف برق بطور فوق العاده کاهش می یابد.
در سیستمهای تهویه مطبوع و سایر مواردی که از کولینگ تاور به عنوان یک وسیله مکمل علاوه بر خرید چیلر استفاده میشود، محاسبه و طراحی ظرفیت برج خنک کننده مهتاب گستر با توجه به ظرفیت چیلر بسیار مهم است. عدم دقت در محاسبات و انتخاب ظرفیت دستگاه به صورت سنتی و آزمایشی، علاوه بر افزایش هزینه‌های جاری ناشی از خرید دستگاه یا هزینه‌های مربوط به هدر رفت آب اضافی، می تواند خسارات و خسارات مالی زیادی به دستگاه وارد کند.
چگونه برج خنک کننده و چیلرها با هم کار می کنند؟
چیلر و کولینگ تاور با هم کار می کنند تا تهویه مطبوع مناطق بزرگ را فراهم کنند. در سیستم آب سرد، سیلندر تبخیر آب سرد مورد استفاده برای تهویه مطبوع را ایجاد می کند. آب سرد (معمولاً 45 درجه فارنهایت) به سمت بالا حرکت می کند، جایی که به واحدهای هواساز در چندین طبقه در یک ساختمان منشعب میشود. این سیستم چیلر دارای آبی است که از طریق یک سیم پیچ در داخل واحد انتقال هوا جریان می یابد و هوای داخل خانه بر روی آن دمیده میشود. گرمای منتقل شده از هوا به آب باعث میشود هوای خنک تری در سراسر ساختمان به گردش در آید. آب تا زمانی که سیم پیچ را ترک می کند حدود 55 درجه فارنهایت است.
اکثر ساختمانهای مسکونی و آپارتمانهای بزرگ و کوچک، ادارات، بانک ها و مراکز خرید دارای سیستم تهویه مرکزی هستند. در سیستمهای خنک کننده مرکزی معمولاً از چیلر تراکمی یا جذبی برای خنک کردن هوای داخل استفاده میشود. گرمای جذب شده از محوطه ساختمان توسط چیلر باعث افزایش دمای مبرد (گاز کمپرسور) میشود.
آب سرد تولید شده از برج در قسمت کندانسور چیلر افزایش دمای مبرد را جبران می کند. لازم به ذکر است که فقط چیلر دارای کندانسور آبی در مدار کندانسور خود از برج خنک کننده استفاده می کنند. بهتر است توجه داشته باشید که اکثر چیلرهای تراکمی و جذبی دارای کندانسور آب هستند.
برج خنک کننده بتنی بزرگ
برجهای خنک کننده بتنی مهتاب گستر با ساختار سیمانی اولین نسل در تاریخ این محصول هستند. برج خنک کن بتنی بیشتر ظاهری هذلولی داشتند و استوانه‌هایی با کمر باریک دیده می شدند. این مدل از کولینگ تاورها فضای زیادی را اشغال می کردند و هزینه‌های گزافی برای ساخت آنها پرداخت می شد. برجهای خنک کننده با این کاربری قاتل آبهای زیرزمینی در صنایع بزرگ محسوب می‌شوند.
برجهای خنک کننده هیپربولیک با ابعاد بسیار بالا و ارتفاع بسیار زیاد آب زیادی مصرف می کردند. این مدل از کولینگ تاورها در گذشته که سطح آب منابع زیرزمینی بسیار بالا بود مشکلی نداشتند. به تدریج و با گذشت زمان، سازندگان این تجهیزات به فکر استفاده از شرایط بهینه تری برای کاهش مصرف آب افتادند. برنامه ریزی این دانش مهندسی توسط دانش سیلات به جایی رسید که می توان نسل فعلی برج خنک کن مهتاب گستر را 10 برابر کاهش داد. امروزه سیستمهای کولینگ یکی از مهمترین تجهیزات در صنایع مختلف محسوب میشود که بهبود عملکرد آن منجر به عملکرد بهتر صنایع مختلف میشود.
برج خنک کننده بتنی مکعبی
نسل دوم کولینگ تاورهای قدیمی، برجهای بتنی با ظاهر مربع یا مستطیل هستند. چنین برجهایی در اکثر نیروگاه‌های بزرگ در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرند. کولینگ تاورهای بتنی یا مکعب سیمانی به دلیل داشتن حوضچه‌های بزرگ بتنی برای ذخیره آب دارای مزایای بسیاری می‌باشند.
مزیت اصلی این مدل نسبت به نسل قبل اشغال فضا و هزینه ساخت کمتر است. امروزه بزرگترین برجهای خنک کن هذلولی با ارتفاع بسیار زیاد جای خود را با سازه‌های کوچک و مکعبی با ارتفاع کمتر جایگزین شده‌اند.
برجهای خنک کن گالوانیزه
این مدل یکی از انواع کولینگ تاور جریان مخالف با گردش هوای اجباری است که آب را تا دمای پایین خنک میکند. این نسل از کولینگ تاورها هنوز هم توسط تیمهای مهندسی در کشورهای بزرگ جهان استفاده میشود. برج خنک کننده گالوانیزه به مرور زمان به دلیل جذب نور خورشید و همچنین زنگ زدگی دچار اختلال میشود.
چگونگی خرید برج خنک کننده
اولین قدم جهت خرید برج خنک کننده مشخص کردن میزان نیاز خنک کاری در سیستم میباشد. نیاز به خنک کاری در یک مجموعه در نهایت با تعیین میزان سرمایش و حجم آب مورد نیاز صورت می پذیرد. در حالتی که دمای سرد طراحی شده بالاتر از حداکثر دمای مرطوب محیط باشد می توان نسبت به انتخاب cooling tower اقدام نمود. زیرا برجهای خنک کن فقط می توانند تا ۳ درجه بالای دمای مرطوب محیط، آب را خنک کنند. حال نیاز است چهار پارامتر زیر را مشخص کنید :
- دمای آب ورودی
- دمای آب خروجی
- حداکثر دمای مرطوب محیط
- دبی آب در گردش
با داشتن این چهار پارامتر با استفاده از نمودار انتخاب برج خنک کننده یا نرم افزار نسبت به تعیین ظرفیت اقدام می‌کنیم. حال که تناژ بدست آمد، به خرید برج خنک کننده می پردازیم.
