برج خنک کننده

برج خنک کننده (به انگلیسی : cooling tower) دستگاهی کاربردی است که در سازمان ها، کارخانجات، پالایشگاه ها، آپارتمان ها و ساختمانهای بزرگ جهت دفع حرارت استفاده می شود. برج خنک کن نوعی مبدل حرارتی است که با برقراری تماس بین آب و هوا باعث خنک شدن آب گرم می شود. از این رو، به طور متداول برای دفع گرما از سیستم های تبرید، تهویه مطبوع و فرآیند صنعتی از برج خنک کننده استفاده می شود. نرخ مصرف آب در یک برج خنک کن تنها در حدود 5% نرخ مصرف آب در یک سیستم با جریان آب طبیعی است. به این ترتیب، برج خنک کننده کم هزینه ترین سیستمی است که بصورت آبی کار می کند. به علاوه، میزان هدررفت آب گرم شده بسیار اندک است. در نتیجه اثرات زیست محیطی این وسیله تا حد زیادی کاهش می یابد. نکته دیگر این که در این نوه سیستم خنک کننده می توان آب را تا دمای مرطوب محیط بعلاوه 2 الی 3 درجه سانتیگراد خنک کرد. دمای هوای مرطوب بسته به میزان رطوبت هوا، معمولاً خیلی کمتر از دمای خشک محیط است.

تعریف برج خنک کننده به صورت خلاصه :

کار یک برج خنک کننده ، جذب گرما از یک فرآیند و دفع آن به فضای بیرون است که اساساً این دفع از راه تبخیر صورت می گیرد . از آنجا که آب شرکت کننده در فرآیند خنک سازی در مدار برج خنک کن سیرکوله می شود به علت تبخیر تدریجی آب غلظت مواد معدنی در آن افزایش می یابد . لذا می بایست آبی که به این دستگاه وارد می شود تحت عنوان آب جبرانی برج خنک کننده یا Make Up توسط یک دستگاه تصفیه آب سختی موجود در آن گرفته شود تا عملکرد کولینگ تاور کاهش نیابد. در این راستا بسیاری از خریداران بهمراه برج خنک کننده یک دستگاه سختی گیر نیز خریداری می نمایند.

تهویه مطبوع به فرآیندی گفته می‌شود که در آن بتوان سه فاکتور رطوبت ، دما و سرعت جریان هوا را کنترل نمود . تمام سیستم‌های تهویه مطبوع بر یک سیال استوارند که گرما و سرما را به محل مورد نظر منتقل می‌کنند. بر اساس نوع سیال می‌توان سیستمهای تهویه مطبوع را به سه دسته تقسیم نمود: ۱- سیستم تهویه مطبوع با بیس هوا ۲-سیستم تهویه مطبوع مبتنی بر آب و هوا ۳- سیستم تهویه مطبوع تمام آب . برج خنک کننده ، هواساز و…. برخی از محصولات مهتاب گستر می باشد . تجربه و دانش زیاد زمینه تولید برج خنک کننده باعث کیفیت بالای محصولات مهتاب گستر شده است .

برج خنک کننده : اکثر سیستم های تهویه مطبوع و فرآیندهای صنعتی، گرما تولید می کنند که این گرما باید به طریقی از سیستم یا فرآیند دفع شود. بدین منظور معمولاً از آب به عنوان انتقال دهنده حرارت استفاده می شود تا گرما را از سیستم گرفته و به خارج دفع کند. در گذشته، این امر به وسیله جریان پیوسته آب که از یک منبع ذخیره یا از منابع طبیعی مثل رودخانه تامین می شد، صورت می گرفت. این آب با عبور از سیستم، گرم شده و سپس مستقیماً به فاضلاب و یا جریان رودخانه ها و دریاها تخلیه می شد.

برج خنک کننده
برج خنک کننده

در حال حاضر، آب خریداری شده از شرکت های توزیع آب برای این منظور، به دلیل افزایش هزینه های تامین و توزیع آب، به طور فزاینده ای رو به رشد است. به طور مشابه، آب خنک کننده ای که از منابع طبیعی تامین می شود نیز به دلیل اختلالات اکولوژیکی ناشی از افزایش دمای آب تخلیه، روشی غیر قابل قبول است و در حال حاضر قابل استفاده نیست. مقررات زیست محیطی نیز امروزه بسیار سختگیرانه است و باعث ممانعت از این روش تامین سرمایش می گردد.

مبدل های حرارتی هوا خنک، با دفع مستقیم گرما به هوا، آب را خنک می کنند. اما سرمایه اولیه و مصرف انرژی فن در این وسایل بسیار بالاست و مساحت مورد نیاز برای اجرای طرح نسبتا بالاست. مبدل های حرارتی هواخنک قادرند که آب را تا دمای خشک محیط بعلاوه 11 درجه سانتیگراد خنک کنند که این دمای آب در بسیاری از سیستم های تبرید و بسیاری از فرآیندهای صنعتی بیش از حد بالاست.

برج خنک کن
برج خنک کن

تبخیر آب با جذب حرارت بسیار بالایی همراه است. اولین بار بشر وقتی با باد بزن خنک شد به مزایای تبخیر در دفع حرارت آشنا شد. اصول کار برج خنک کننده ، تبخیر می باشد. هوای خشک در تماس با آب، باعث تبخیر بخشی بسیار کمی از آن می گردد. گرمای مورد نیاز جهت تبخیر، از جریان اصلی آب تامین می گردد. متقابلاً دمای جریان آب به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. نظر به اینکه گرمای نهان تبخیر آب در مقایسه با ظرفیت گرمایی ویژه آن بسیار بالا می باشد، تبخیر بسیار ناچیز آب باعث سرمایش نسبتاً بالایی در جریان مایع می گردد (تبخیر 1 لیتر آب و ورود آن به جریان هوا می تواند باعث سرد کردن 10 درجه ای حدود 60 لیتر جریان آب گردد). البته باید توجه داشت که پارامتر محدود کننده انتقال حرارت، رطوبت نسبی هوای ورودی می باشد. از نظر تئوری حداقل دمای قابل حصول برای آب خروجی از برج خنک کننده برابر دمای مرطوب هوای ورودی می باشد ولی در عمل معمولاً این اختلاف دما 2.5 تا 5 درجه سانتیگراد می باشد. به این محدوه دمایی اصطلاحاً تقرب (approach) می گویند. هر چه رطوبت نسبی هوا پایین تر باشد و یا به اصطلاح هوا خشک تر باشد، دمای آب بیشتر کاهش می یابد. به عنوان مثال شهر مشهد و ساری در تابستان دارای دمای یکسانی هستند. ولی چون هوای مشهد خشک تر از ساری است، دمای آب خروجی از برج خنک کننده در مشهد پایین تر از دمای آب خروجی از برج خنک کن در ساری می باشد.

برجهای خنک کن از لحاظ نوع عملکرد به چند دسته تقسیم می شوند:

  1. برج خنک کننده مدار باز : در این مدل، آب توسط یک پمپ به بالای برج خنک کننده انتقال می یابد و توسط نازلها بر روی پکینگ ها پاشیده می شود. هوایی که از پایین به داخل برج خنک کننده وارد می شود، توسط مجموعه فن و الکتروموتور که در بالای برج قراردارد، از میان سطوح خنک کننده عبور کرده و به سمت بالا مکیده می شود. بدین ترتیب بر اثر تماس مستقیم آب و هوا، بخشی از آب تبخیر می شود. تبخیر آب یک فرآیند گرماگیر است و گرمای مورد نیاز را از جریان آب عبوری جذب می کند. این نوع برجهای خنک کن برای محیط هایی که از رطوبت نسبی کمی برخوردار است یا به اصطلاح هوا خشک است بسیار مناسب است. عمده ترین عیب این مدل سیستمهای خنک کاری هدررفت بیش از حد آب در اثر تبخیر است.
  2. برج خنک کن مدار بسته : در این نوع برجهای خنک کننده تماس مستقیم بین آب و هوا برقرار نمی شود. آب یا هر سیالی که قرار است در برج خنک کن سرد شود از داخل یک کویل حرکت می کند. هوا نیز توسط مجموعه فن و الکتروموتور از پایین به بالا مکیده می شود. در اثر برخورد هوا با سطح بیرونی کویل، حرارت از کویل و بالتبع از سیال داخل کویل جذب می شود و توسط جریان هوا به محیط اطراف منتقل می شود.  این نوع برج خنک کننده برای خنک کردن آب با دمای بالا و یا محیط  دارای هوا سرد بسیار مناسب است.
  3. برجهای خنک کننده هیبریدی : زمانی که از ترکیب دو برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته استفاده کنیم شکل سومی از برج خنک کننده به نام برج خنک کننده هیبریدی خواهیم داشت. در این نوع برج خنک کننده، آب یا سیال خنک شونده از داخل کویل حرکت می کند و بر روی کویل توسط مجموعه نازل آب پاشیده می شود. مزیت این نوع برج خنک کننده بهینه سازی مصرف آب است. در شب هنگام و یا ایامی که دمای هوا پایین است، برج خنک کننده صرفاً خشک کار می کند ولی در ساعاتی که هوا گرم است، آب بر روی کویل پاشیده می شود و از هر دو نوع انتقال نهان و محسوس جهت سرمایش سیال خنک شونده بهره گیری می شود.

اجزاء اصلی برج خنک کننده

اجزاء اصلی مشترک در انواع مختلف برج خنک کننده به شرح ذیل می باشد:

  1. بدنه، تشتک و تنوره فن: بدنه برج خنک کننده جهت حرکت جریان هوا و تماس آن با آب می باشد. تشتک نیز جهت جمع آوری آب سرد می باشد. تنوره فن قسمتی از برج خنک کن است که فن در آن قرار دارد و باعث مکش هوا به داخل بدنه می شود. هر کدام از این اجزاء متحداً یا به تنهایی می توانند از مواد مختلف تولید شوند. برجهای خنک کننده بزرگ معمولاً از جنس بتنی هستند. آهن گالوانیزه، پلاستیک و فایبرگلاس از دیگر موادی هستند که در ساخت انواع برجهای خنک کن از آنها استفاده می شود. امروزه به دلیل استحکام بسیار بالا، سبکی، مقاومت در مقابل نور خورشید و مواد شیمیایی و سرعت تولید فایبرگلاس، برج خنک کننده فایبرگلاس در ابعاد و اندازه های مختلف به طور وسیع در سرتاسر دنیا تولید و مورد استفاده قرار می گیرند.
  • سطوح خنک کننده : مهم ترین جزء در برج خنک کننده ، سطح تبادل حرارت می باشد. هر چه سطح تبادل حرارت بیشتر باشد، میزان حرارت منتقل شده به تبع آن افزایش می یابد. به دلیل محدویت فضا درون برج ، سطوح خنک کننده باید دارای مساحت زیاد در حجم پایین باشند. بنابراین یکی از ویژگیهای سطوح تبادل حرارتی خوب، داشتن سطح ویژه (سطح در واحد حجم) زیاد است. سطح ویژه با واحد m2/m3  می باشد.

سطوح خنک کننده برج خنک کننده

در ابتدای اختراع برج خنک کننده ، سطوح تبادل حرارتی از جنس چوب ، پوشال ، سفال یا بلوکه های بتنی ساخته می شد . با پیشرفت دانش و علم طراحی برج خنک کننده ، سطوح تبادل حرارتی فشرده از جنس سرامیک ، پی وی سی، پلی اتیلن و پلی پروپیلن ساخته شد. متداول ترین سطوح خنک کننده از نوع لانه زنبوری و از جنس پی وی سی می باشد.

  • سیستم توزیع آب : سیستم توزیع آب در یک برج خنک کننده شامل لوله کشی ها، رایزرها، اتصالات، ساپورتها، پمپ سیرکولاسیون، آب پخش کن یا اسپرینکلر و نازلهای توزیع آب می باشد. در یک سیستم انتقال آب باید افت فشار، انتقال حرارت در طول مسیر و مشکلات ناشی از یخ زدگی به گونه ای در طراحی مدنظر قرار گیرد که هم از نظر سرمایه گذاری اولیه و هم هزینه های تعمیرات و نگهداری مقرون به صرفه باشد.
نحوه پاشش آب روی پکینگ ها
  • فن برج خنک کننده : در برج های خنک کننده حرکت هوا به دو شکل صورت می گیرد: 1- حرکت طبیعی (Natural Draft)  و 2- حرکت اجباری (Mechanical or Forced Draft). در حرکت طبیعی به علت اختلاف دما در پایین و بالای برج خنک کننده، هوا از سمت پایین از درون لوورها بصورت طبیعی به بالا مکیده می شود. این نوع حرکت در برجهای خنک کننده هذلولی شکل که از ارتفاع زیادی برخوردار است کاربرد دارد. ولی در برجهای خنک کن متوسط و کوچک خیلی کارساز نیست.  در حرکت اجباری، هوا توسط یک فن نصب شده در پایین و یا در بالای دستگاه از داخل برج بصورت جریان اجباری به حرکت در می آید. نیروی لازم جهت به حرکت درآوردن فن از یک الکتروموتور تامین می گردد که بصورت کوپل مستقیم یا از طریق تسمه و پولی نیرو را به فن منتقل می کند.
فن برج خنک کننده
  • قطره گیر: در برج خنک کننده که آب توسط نازل به قطرات کوچک تبدیل می شود و هوا با سرعت زیاد از داخل سطوح خنک کننده به سمت بالا حرکت می کند، ماندگی قطرات آب در هوا گریز ناپذیر است. به منظور حذف قطرات آب از جریان هوا و جلوگیری از هدر رفت آب از طریق ماندگی قطرات مایع در هوا، از قطره گیر در بالای نازل های توزیع کننده آب در برج خنک کننده بهره گیری می شود. قطره گیر در دو نوع لانه زنبوری و تیغه ای در انواع برج خنک کننده مورد استفاده قرار می گیرد.
نحوه مکش هوا توسط فن از روی پکینگ ها
  • لوور: در بخش مکش هوا به داخل برج خنک کننده لوور نصب می شود. وظیفه لوور برج خنک کننده عبارت است از همگن سازی هوای ورودی و ممانعت از پاشش آب از داخل تشتک به بیرون. لوورها معمولاً از نوع تیغه ای و یا لانه زنبوری می باشند. جنس لوورها، پی وی سی، و یا پلی اتیلن می باشد.
  • الکتروموتور: در یک برج خنک کننده وظیفه به حرکت درآوردن فن یا پروانه بر عهده الکتروموتور است که معمولاً از نوع سه فاز می باشد و حداقل IP55 و کلاس حرارتی F  می باشد.

 لوور برج خنک کننده

لوور یا کرکره ورودی هوا یکی از مهترین عوامل موثر در میزان و کیفیت هوای ورودی به برج خنک کننده محسوب می شود. لوور براساس میزان هوادهی در ابعاد مشخص طراحی و تولید می شود. میزان هوای ورودی به داخل برج خنک کن(دبی هوای ورودی یا مکش) به دو عامل بستگی دارد. عامل اول سرعت هوای ورودی که در شرایط اقلیمی مختلف و بر اساس استانداردهای طراحی معادل 5 تا 10 متر بر ثانیه برآورد می شود. عامل دوم مساحت کلی فضای مکش هوا در قسمت لوور برج خنک کننده می باشد. این دو عامل در یک دیگر ضرب می شوند و دبی هوای ورودی به ببرج محاسبه می شود.

بنابراین ابعاد لوورها بر اساس میزان هوادهی فن و شرایط طراحی تعیین می گردد و براساس نوع برج خنک کننده (جریان مخالف یا جریان متقاطع) در دو یا چهار طرف دستگاه نصب می گردد.

لوور های برج خنک کننده براساس استانداردهای طراحی باید از مواد ضد اشعه خورشید تولید گردد. زیرا در جداره بیرونی برج خنک کننده و در معرض نور ماوراء بنفش خورشید نصب می گردد. بهترین مواد برای برای تولید لوور برج خنک کننده، کامپوزیت یا فایبرگلاس می باشد. زیرا در تولید فایبرگلاس از مواد آنتی یووی استفاده می شود تا  دارای مقاومت لازم در برابر نور خورشید باشد. بسیاری از تولیدکنندگان داخلی با برش قطره گیر از جنس PVC و نصب آن در قسمت ورودی هوای برج خنک کننده از آن به عنوان لوور استفاده می کنند.  پی وی سی دارای مقاومت کافی در برابر نور خورشید نمی باشد و به مرور زمان دچار آسیب و شکستگی می گردد. تکه های شکسته شده وارد تشتک برج خنک کننده می شوند و و از طریق آب در گردش، باعث گرفتگی نازل ها و سیستم توزیع آب و سطوح خنک کننده می شوند. بنابراین باعث کاهش خیلی شدید در راندمان برج خنک کننده و افزایش هزینه های تعمیرات و نگهداری برج خنک کننده می گردند.

لوورهای فایبرگلاس به دلیل طراحی تیغه ای در دو نوع سه تیغه و چهار تیغه تولید می گردند. به منظور دسترسی بهتر به داخل برج خنک کننده،  در تیپ انحصاری تولیدات شرکت مهتاب گستر، لوورهای از نوع جداشونده می باشد. تفاوت لوور های مذکور نسبت به لوورهای قدیمی این است که این لوورها با اتصالات استنلس استیل به بدنه برج خنک کننده متصل می شود و در هنگام بازکردن پیچ ها به هیچ عنوان دچار پوسیدگی نمی شوند و مهره ها نیز هرز نمی شوند.  

مزیت دیگر لوور های انحصاری شرکت  مهتاب گستر ممانعت از ورود گرد و غبار، برگ و خاشاک، پرندگان و حشرات و سایر آلاینده ها به داخل برج خنک کننده می باشد. بدین منظور از  فیلتر هوا در پشت لوورها استفاده می شود. این فیلترها قابلیت جداسازی و شستشو می باشند و سرویس و نگهداری این فیلترها به آسانی صورت می پذیرد.

پکینگ مدیای برج خنک کننده

مهم ترین جزء در برج خنک کننده، سطح تبادل حرارت می باشد. هر چه سطح تبادل حرارت بیشتر باشد به تبع آن میزان حرارت منتقل شده افزایش می یابد. به دلیل محدویت فضا در برج خنک کننده، سطوح خنک کننده باید دارای مساحت زیاد در حجم پایین باشند. بنابراین یکی از ویژگی های سطوح تبادل حرارتی خوب، داشتن سطح ویژه (سطح در واحد حجم) زیاد است. سطح ویژه دارای واحد m2/m3  می باشد.

در ابتدای اختراع برج خنک کننده، سطوح تبادل حرارتی از جنس چوب، پوشال، سفال یا بلوکه های بتنی ساخته می شد. با پیشرفت دانش طراحی برج خنک کننده، سطوح تبادل حرارتی فشرده از جنس سرامیک، پی وی سی، پلی اتیلن و پلی پروپیلن ساخته شد. متداول ترین سطوح برج خنک کننده از نوع لانه زنبوری و از جنس پی وی سی می باشد.

به این سطوح خنک کننده به اصطلاح پکینگ مدیا فشرده گفته می شود. سطح تبادل حرارتی در پکینگ مدیای لانه زنبوری تابعی از گام پکینگ ها (فاصله بین دو مرکز هر شش ضلعی بر حسب میلیمتر) است. پکینگ مدیا لانه زنبوری مورد استفاده در کولینگ تاور های شرکت مهتاب گستر از نوع فیلمی و در سه رنگ سفید، خاکستری و مشکی تولید می شود. گام پکینگ مدیا 14 یا 19 می باشد. پکینگ مدیا گام 14 دارای سطح ویژه 270 مترمربع بر متر مکعب و پکینگ مدیا گام 19 دارای سطح ویژه 200 متر مربع بر متر مکعب است. پکینگ مدیای سفید محکم و شکننده تر است و دما تا حدود 60 درجه سانتیگراد را تحمل می کند ولی پکینگ مدیا مشکی نرم تر است و دما تا 45 درجه سانتیگراد را تحمل می کند.

جهت تحمل دمای بیشتر از 60 درجه سانتیگراد از پکینگ مدیا از جنس پلی پروپیلن استفاده می شود. این پکینگ مدیاها در چهار تیپ رندوم اسپلش، نت اسپلش، توربو اسپلش و گرید اسپلش تولید می شوند. جهت مشاهده مشخصات انواع پکینگ مدیا به عنوان همین محصول در وبسایت مهتاب گستر مراجعه شود.

قطره گیر (Drift Eliminator)

در برج خنک کننده که آب توسط نازل به قطرات کوچک تبدیل می شود و هوا با سرعت زیاد از داخل سطوح خنک کننده به سمت بالا حرکت می کند، ماندگی قطرات آب در هوا گریز ناپذیر است. به منظور حذف قطرات آب از جریان هوا و جلوگیری از هدر رفت آب از طریق ماندگی قطرات مایع در هوا، از قطره گیر در بالای نازل های توزیع کننده آب در برج خنک کننده بهره گیری می شود.

قطره گیر های شرکت مهتاب گستر با استانداردهای روز دنیا در دو نوع لانه زنبوری و تیغه ای (Blade Type) ، مورد استفاده قرار می گیرند.

قطره گیر لانه زنبوری  به گونه ای طراحی شده که هر یک از سلولهای آن به واسطه شکل سینوسی خود و تغییر مسیر عبورجریان هوا، ضمن ایجاد افت فشار اندک، قطرات آب را روی دیواره سلول به دام انداخته و از خروج آنها به همراه جریان هوا جلوگیری می نماید. این قطره گیرها با سه بار تعویض مسیر هوا، باعث حذف قطرات آب می شوند. به گونه ای که درصد هدر رفت آب از طریق ماندگی قطرات به کمتر از 0.002 درصد کاهش می یابد. قطره گیرهای لانه زنبوری عمدتاً در برج های خنک کننده مکعبی مورد استفاده قرار می گیرند.

در قطره گیرهای نوع تیغه ای نیز، مجموعه ای از پروفیل های سینوسی شکل توسط ساپورت های نگهدارنده به یکدیگر متصل شده است به نحوی که ماژولهای ایجاد شده با تغییر مسیر جریان، قابلیت حذف حداکثر قطرات آب از جریان هوا را بدون افت دبی و فشار هوا را دارا می باشند. قطره گیرهای تیغه ای عمدتاً در برج های خنک کننده مخروطی و بر روی لوله های توزیع کننده آب نصب می شوند و با چرخش اسپرینگلر به حرکت در می آیند.

دمای هوای خشک و دمای هوای مرطوب چیست و چه تاثیری بر طراحی برج خنک کننده دارد؟

دمای هوای خشک همان دمایی است که یک دماسنج معمولی نشان می دهد. حال اگر حباب جیوه ای یک دماسنج را خیس کنیم، در اثر وزش باد، شروع به خشک شدن می کند. تبخیر آب از روی حباب جیوه ای دماسنج با گرفتن گرما از دماسنج همراه است و بنابراین بطور متقابل دماسنج خنک می شود. در این روش چون لایه آب روی دماسنج خیلی نازک است به سرعت تبخیر می شود. اینکار را می توان با پیچیدن یک دستمال خیس روی حباب دماسنج انجام داد و دماسنج را داخل یک قاب دسته دار قرار داد و با چرخاندن آن در هوا، تبخیر آب از پارچه تسریع کرد. به مرور زمان دما کاهش می یابد و به یک دمای ثابت می رسد. دمایی که در انتهای کار توسط دماسنج نمایش داده می شود، دمای مرطوب هواست.

تاریخچه برج خنک کننده

در یک برج خنک کننده آب با حرکت از روی سطوح خنک کننده (پکینگ ها) و در اثر اختلاف فشار جزئی هوا و فشار اشباع بخار آب در هوا در شرایط محیطی، تبخیر می شود تا فشار جزئی بخار هوا به فشار اشباع برسد. در حقیقت اختلاف بین فشار جزئی بخار در هوا و فشار آن در شرایط محیط مانند یک نیروی محرکه (Driving Force) عمل می کند و هر چه قدر فشار جزئی بخار هوا در هوای اطراف برج خنک کننده کم تر باشد و به اصطلاح هوا خشک تر باشد، مقدار زیادتری از آب تبخیر می شود و وارد جریان هوا می شود. تبخیر آب و تبدیل آن به بخار با جذب گرمای نهان (Latent Heat)  همراه است که در مقایسه با گرمای محصول (Sensible Heat) بسیار زیاد است. بنابراین همانطور که قبلاً اشاره شد، تبخیر مقدار کمی از آب باعث سرد شدن چندین درجه ای جریان آب می گردد.

در شرایط ایده آل و تماس نامحدود بین آب و هوا، هوا کاملاً از بخار آب اشباع می شود و متقابلاً دمای آب برابر با دمای مرطوب هوا خواهد شد. ولی چون زمان تماس آب و هوا محدود است، در عمل آب نمی تواند تا دمای مرطوب هوا خنک شود. اگر بخواهیم آب را تا آن دما خنک کنیم، مجبوریم از یک سطح تماس بسیار بزرگ استفاده کنیم که از نظر اقتصادی توجیه پذیر نیست. در عمل فرض بر این است که در یک برج خنک کننده آب تا دمای هوای مرطوب بعلاوه 3 درجه سانتیگراد خنک شود و کلیه محاسبات بر این مبنا صورت می گیرد. این اختلاف دما بین دمای آب سرد خروجی از برج خنک کننده و دمای مرطوب هوای اطراف برج خنک کننده را به اصطلاح تقرب یا approach می گویند.

دمای هوای خشک در طراحی برج خنک کننده مدار باز پارامتر تعیین کننده ای نیست ولی در برج خنک کننده مدار بسته پارامتر بسیار تاثیر گذار است. در مدل مدار بسته و در حالتی که برج خنک کننده خشک کار می کند، دمای سیال خروجی تابعی از دمای هوای خشک محیط اطراف است. معمولاً در طراحی ها فرض بر این است که سیال خروجی از یک برج خنک کن مدار بسته در حالت خشک بین 5 تا 10 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای هوای خشک محیط است.

جلوگیری از رسوب و گرفتگی در برج خنک کننده

اساس کار برجهای خنک کننده تبخیر آب است. آب خام ورودی به برج دارای املاح است. مجموع املاح موجود در آب را TDS می گویند. همزمان با تبخیر آب املاح موجود در آب شروع به افزایش یافتن می کند و به مرور زمان TDS آب در گردش برج خنک کننده افزایش می یابد. یون های سخت موجود در آب شامل کلسیم، منیزیم، منگنز، آلومینیوم و …. می باشند. با افزایش TDS آب، احتمال اشباع شدن و ته نشینی این یونهای سخت وجود دارد. بنابراین اگر TDS به شکل غیر قابل کنترل افزایش یابد باعث تشکیل رسوب در تشتک و سطوح خنک کننده می گردد.

به منظور جلوگیری از رسوب گرفتگی (fouling) در برج خنک کننده باید بصورت دستی یا آنلاین TDS آب در گردش را سنجش و کنترل کرد. TDS آب در گردش باید کمتر از 1500 میلی گرم بر لیتر (ppm) باشد. بنابراین باید بصورت دوره ای یا برخط، بخشی از آب در گردش برج خنک کن را تخلیه کرد. این بخش از آب را به اصطلاح Blow Down یا زیرآب می گویند.

بارگیری برج خنک کننده

آب جبرانی Make Up

اساس کار برج خنک کننده تبخیر آب می باشد. بنابراین در برج خنک کننده مدار باز و یا حتی مدار بسته مرتباً با کاهش آب مواجه هستیم. این نوع هدر رفت آب به هدر رفت تبخیری (Evaporative lost) معروف است.
تبخیر آب باعث بالا رفتن املاح جامد (TDS) می گردد. بنابراین باید به صورت مرتب بخشی از آب داخل تشتک زیرین یا بیسین برج تخلیه گردد. این نوع هدر رفت آب را اصطلاحاً زیر آب (Blow down) می گویند.
شکل دیگر از هدر رفت آب ماندگی قطرات در هوای خروجی از برج خنک کننده می باشد. هوای خروجی از بالای سطوح خنک کننده در برخورد با آبی که از نازلها خارج می شود باعث تغییر جهت قطرات ریز آب و حرکت آنها به سمت بالای دستگاه می گردد. این نوع هدر رفت را ماندگی قطرات آب در هوا (Drift lost) می گویند. در یک برج خنک کننده باید با استفاده از جریان آب جبرانی (Make up) هر سه نوع این هدر رفت را تامین کرد.
مجموع آب جبرانی در یک برج خنک کننده به شرایط آب و هوایی محیط بستگی دارد. ولی بصورت میانگین حدود 1.5 الی 2 درصد آب در گردش اتلاف می شود. به منظور کاهش آب جبرانی از طریق ماندگی قطرات، در تمامی برجهای خنک کن شرکت مهتاب گستر از قطره گیر استفاده می شود. استفاده از آب بدون املاح یا با املاح کم باعث کاهش اتلاف از طریق زیرآب می گردد. معمولاً در مسیر ورودی آب جبرانی به برج خنک کننده از سختی گیر (رسوب زدا) یا آب شیرین کن (RO) استفاده می شود. همچنین در صورتی که قبلا از دستگاه سختی گیر استفاده ننموده اید و درون دستگاه بوسیله آهک رسوب بسته است باید از مواد شیمیایی استفاده نمائید که در ادامه به آنها اشاره خواهیم نمود. در حقیقت نیاز به شستشوی برج با استفاده از مواد رسوبزدا خواهد بود.

در نظر داشته باشید که برج خنک کننده را از کجا تهیه می نمایید. چرا که بسیاری از شرکتهای زیر پله ای و فاقد مجوز تولید با اقدام به امر به واسطه گری بدون اینکه حتی یک دفتر ثابت در کشور داشته باشند بصورت اینترنتی اقدام به فروش برج خنک کننده می کنند و بعد از اینکه شما نسبت به خرید برج اقدام نمودید و دستگاه دچار مشکلی شد قطعا برای اخذ گارانتی با مشکل مواجه خواهید شد.

لذا تقاضا دارد در صورتی که نسبت به استعلام قیمت کولینگ تاور اقدام نمودید و قیمتی وسوه انگیز دریافت نمودید حتما از تولید کننده بودن ایشان اطمینان حاصل نمائید. یا اگر وقت این کار را ندارید خاضعانه تقاضا دارد از دفتر ایشان حتی برای مدت 5 دقیقه بازدید کنید.

بمنظور تهیه و نصب برج خنک کننده ضروری است ابتدا ضروری است ظرفیت دستگاه مورد نیاز مورد محاسبه قرار گیرد. ظرفیت برج خنک کننده از فرمول MC(T2-T1) قابل محاسبه خواهد بود. البته آیتمهای زیادی در افزایش یا کاهش ظرفیت برجهای خنک کن دخیل هستند که در ادامه توضیح داده خواهد شد. انتخاب شرکت معتبر در زمینه تولید برج خنک کننده می تواند ضمانت آرامش شما در استفاده از این نوع سیستم خنک کاری باشد. شرکت هایی همچون مهر اصل ، ناب زیست ، هلدینگ صنایع برتر ایران ، سرما آفرین و ابارا از شرکت های معتبر تولید کننه سیستم های سرمایشی و تهویه مطبوع می باشند.

برج خنک کننده دستگاهی است که بر اساس انتقال جرم بین دو فاز مایع و گاز و تبخیر بخشی از مایع که منجر به گرفتن انرژی قابل ملاحظه ای از جریان مایع می شود، کار می کند. در حقیقت برج خنک کن دستگاهی بمنظور خنک کردن آب در گردش درون مدار فن کوئلها و سایر دمنده ها می باشد. جهت اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره رایگان در خصوص عوامل تاصیر گذار در ظرفیت و قیمت برجهای خنک کن با شماره 02166706377 تماس بگیرید .

کاتالوگ برج خنک کننده

همانطور که می دانید انتخاب یک دستگاه صنعتی در بخشهای مختلف باید در برگیرنده شرایط مختلف کاربردی و طراحی دستگاه باشد . این شرایط را عموما می توان در کاتالوگ های آن دستگاه جستجو کرد .

کاتالوگ برج خنک کننده در برگیرنده اطلاعات جامعی از محدوده توانمندیهای یک شرکت تولید کننده دستگاههای تهویه مطبوع در زمینه برج خنک کننده می باشد . شرکت مهتاب گستر نیز یکی از فنی ترین و جامع ترین کاتالوگ های انواع دستگاه های برجهای خنک کننده در زمینه تهویه مطبوع را طراحی کرده و در اختیار عموم قرار داده است . این کاتالوگ اطلاعات جامعی از انواع برج خنک کننده ، ظرفیت های مختلف این دستگاه و قطعات جانبی برج خنک کننده را شامل می شود . انواع برجهای خنک کننده مداربسته ، مدار باز ، مکعبی و مخروطی ، جریان مخالف و جریان متقاطع در این کاتالوگ در تیپ محصولات مشخص و منحصر به فرد خود گنجانده شده است .  

دانلود نسخه PDF برج خنک کننده : کاتالوگ برج خنک کننده

ویدیو از نصب برج خنک کننده

برج خنک کن خشک

یک برج خنک کننده خشک آب را به عنوان سیال خنک شونده  در یک سیستم ترمودینامیکی که به لحاظ جرمی پایسته می باشد ، دریافت می کند . در ابتدایی ترین مرحله توزیع انرژی درون کویل دستگاه خنک کننده خشک گرما با روش هدایت (Conduction) از مرکز جریان آب درون کویل به نزدیکی سطح درونی کویل جابجا می شود . در مرحله دوم گرما از جریان سطحی آب در اطراف کویلهای برج خنک کن خشک با روش انتقال حرارت نفوذ (Convection) به سطح خارجی کویل نفوذ پیدا می کند . گرمای انتقال یافته از سطح کویل با روش انتقال حرارت هدایت به جریان هوای اجباری ایجاد شده توسط فن دمنده یا مکنده برج خنک کننده خشک منتقل می شود .

کولینگ تاور مکعبی

برج خنک کن مرطوب

برج خنک کننده مرطوب یا به عبارتی برج خنک کن تر (Wet Cooling Tower) یکی از انواع سیستم های سرمایشی آب محسوب می گردد . کولینگ تاور مرطوب یا کولینگ تاور تر بدین دلیل با این نام نامگذاری گشته که با رطوبت و تبدیل هوای خشک به هوای اشباع از آب طی یک فرآیند انتقال حرارت جابجایی گرما دریافت می کند .

برج خنک کننده تر انواع مختلفی دارد که در مهمترین نوع دسته بندی به دو نوع مخروطی یا گرد و مکعبی تقسیم می شود . برج خنک کننده مخروطی با یک سیستم پاشش آب دوار وظیفه ایجاد سطح انتقال حرارت را برعهده دارد و این درحالی است که برج خنک کننده مرطوب مکعبی با پاشش آب ثابت یک سری نازل مربع پاش سطح پکینگ یا سطوح خنک کننده را تحت پوشش خود قرار می دهد .

سیر تکامل تکنولوژی برج خنک کننده مرطوب

برج خنک کننده مرطوب در اصول انتقال حرارت در ابتدا با بدنه گالوانیزه و فن ها یا پروانه های گریز از مرکز تولید و عرضه می شد و تولیدکنندگانی همچون شرکت های بالتیمور و ابارا از اولین تولید کنندگان برج خنک کننده مرطوب محسوب می شوند . با گذر زمان و پیشرفت روز افزون علم و تکنولوژی بدنه برج های خنک کننده مرطوب از گالوانیزه به فایبرگلاس تغییر پیدا کرد . نسل های جدید برج های خنک کننده  مرطوب یا تر با تکنولوژی بخارگیر و قطره گیر در زمینه کاهش مصرف آب مصرفی گام بزرگی را برداشته است . سبک بودن ، کم مصرف بودن و بهینه بودن برج های خنک کننده مرطوب نسل جدید از مهم ترین ویژگی های این دستگاه نسبت به نسل های پیشین آن می باشد .

انواع برج خنک کننده

  1. برج خنک کننده مدار باز : در این نوع کولینگ تاور، آب توسط یک پمپ به بالای برج انتقال می یابد و توسط نازلها بر روی سطوح خنک کننده پاشیده می شود. هوایی که از پایین برج به داخل دستگاه وارد می شود، توسط مجموعه فن و الکتروموتور که در بالای برج قرار دارد، از میان سطوح خنک کننده عبور کرده و به سمت بالا مکیده می شود. بدین ترتیب بر اثر تماس مستقیم آب و هوا، بخشی از آب تبخیر می شود. تبخیر آب یک فرآیند گرماگیر است و گرمای مورد نیاز را از جریان آب داخل برج خنک کننده جذب می کند. این نوع برج خنک کننده برای محیط هایی که از رطوبت نسبی کمی برخوردار است یا به اصطلاح هوا خشک است بسیار مناسب است. عمده ترین عیب این نوع برج خنک کننده هدررفت بیش از حد آب در اثر تبخیر است.
  2. برج خنک کننده مدار بسته : در این نوع برج خنک کن تماس مستقیم بین آب و هوا برقرار نمی شود. آب یا هر سیالی که قرار است سرد شود از داخل یک کویل حرکت می کند. هوا نیز توسط مجموعه فن و الکتروموتور از پایین به بالا مکیده می شود. در اثر برخورد هوا با سطح بیرونی کویل، حرارت از کویل و بالتبع از سیال داخل کویل جذب می شود و توسط جریان هوا به محیط اطراف منتقل می شود.  این نوع سیستم برای خنک کردن آب با دمای بالا و یا محیط  دارای هوا سرد بسیار مناسب است.
  3. برج خنک کننده هیبریدی : زمانی که از ترکیب دو برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته استفاده کنیم شکل سومی از کولینگ تاور به نام کولینگ تاور هیبریدی خواهیم داشت. در این نوع برج خنک کن، آب یا سیال خنک شونده از داخل کویل حرکت می کند و بر روی کویل توسط مجموعه نازل آب پاشیده می شود. مزیت این نوع دستگاه خنک کننده بهینه سازی مصرف آب است. در شب هنگام و یا ایامی که دمای هوا پایین است، دستگاه خنک کننده صرفا خشک کار می کند ولی در ساعاتی که هوا گرم است، آب بر روی کویل پاشیده می شود و از هر دو نوع انتقال نهان و محسوس جهت سرمایش سیال خنک شونده بهره گیری می شود.

سرویس برج خنک کننده

سرویس و تعمیرات دوره ای برج خنک کننده یا کولینگ تاور(cooling tower) یکی از مهمترین عملیات های تاسیسات درنگهداری تجهیزات صنعتی و برودتی می باشد. سرویس برج خنک کننده از این حیث حائز اهمیت می باشد که سبب افزایش طول عمر قطعات داخلی و اجزای کولینگ تاور گشته و از نگاهی دیگر نیز این موضوع سرویسی در برج خنک کن سبب ثبات در راندمان این تجهیز خواهد شد. به عبارتی دیگر به منظور اینکه یک برج خنک کننده در تمامی فصول و در تمامی شرایط یک عملکرد مطلوب و ایده آل داشته باشد باید دائماً مورد سرویس و عملیات آورهال (overhaul) قرار گیرد.

دلایل اهمیت سرویس برجهای خنک کننده

لزوم سرویس برج خنک کننده زمانی مشخص می شود که کولینگ تاور پس از مدتی به دلیل وجود تبخیر و افزایش غلظت مواد محلول در آب در بخشهای مختلف خود از جمله افشانک ها ، پکینگ ها و انشعابات سیستم پاشش آب دچار رسوب و گرفتگی شود. رسوب و گرفتگی سبب کاهش شدید عملکرد کولینگ تاور در خنک کاری آب می شود و پس از مدت کوتاهی دمای خروجی آب سرد برج خنک کننده افزایش می یابد. از طرفی دیگر همین موضوع رسوب گرفتگی سبب از بین رفتن قطره گیرها و در نتیجه آن سبب استهلاک قطعات بخش هوادهی همچون فن ؛ سیستم کاهش دور و موتور می شود. دلایل اهمیت سرویس برج خنک کننده به صورت مختصر به شرح ذیل می باشد.

  1. کاهش میزان رسوب و گرفتگی لوله ها و گچ بستن بیسین و نازل ها و در نهایت خوردگی شدید اسپرینکلر و از کار اقتادن آن
  2. افزایش راندمان به مفهوم بالا بردن سرعت خنک کاری و کاهش هدر رفت انرژی الکتریکی چرا که هر قدر آب درون دستگاه سریع تر خنک کار ی شود به همان میزمان راندمان برج بالاتر بوده و به مقدار کمتری کار خواهد کرد. در این صورت عمر دستگاه نیز بالاتر خواهد رفت.
  3. افزایش طول عمر قطعات داخلی به دلیلی که در بالا گفته شد.
  4. کاهش دمای آب خروجی و خنک کاری بهینه سیستم و نهایتا بالا رفتن کارایی سیستمهای صنعتی و حتی پرسنلی که در محیط از هوای مطبوع این برج در حال استفاده هستند.
  5. کاهش سر و صدای تولیدی بدلیل اینکه چرخش فن و یا ملخ بالای برج همچون پروانه هلیکوپتر دارای صدای آزار دهنده ای میباشد. البته شرکت مهتاب گستر با استفاده از سیستم نویزگیر تا حد زیادی این مشکل را برطرف نموده است.
  6. کاهش لرزش ناشی از عملکرد فن و سیستم پاشش آب که بدلیل رسوب و رطوبت ممکن است مختل گردد
  7. افزایش کیفیت آب خروجی به لحاظ میزان TDS یعنی سختی کا و جلوگیری از فرسایش دستگاه هایی که از آب این برج در حال استفاده هستند.

مدت دوره سرویس برج خنک کن

بنابراین سرویس برج خنک کن باید به صورت دائمی و دوره ای از زمان راه اندازی صورت پذیرد. سرویس باید شامل بخشهای مختلف از جت شویی توسط آب یا اسید صورت پذیرد. همچنین این بخش از سرویس در برخی موارد نیازمند تعویض و یا تعمیر بخشی از قسمتهای معیوب می باشد. سرویس و عملیات تعمیر و نگهداری برج خنک کننده بهتر است در دوره های بین 6 الی 12 ماه به صورت دائم صورت پذیرد.

در برخی از موارد جهت افزایش دوره سرویس اساسی برج خنک کننده از تجهیزات فیلیترینگ آب و هوا جهت جلوگیری و کاهش میزان رسوب نیز استفاده می شود. استفاده از سیستم های فیلترهوای فلزی که در ورودی لوور (کرکره مکش هوا) یا فیلترهای سختی گیر در ورودی آب جبرانی از راه حل های متداول در کاهش رسوب گیری و افزایش دوره سرویس برجهای خنک کننده به شماره می آید.

عوامل تأثیرگذار بر کاهش دوره سرویس برج خنک کننده
  • استفاده از سیستم کنترل دور هوشمند در موتور و کاهش دور نامی فن به حالت استاندارد
  • استفاده از سیستم فیلترهوای فلزی در قسمت مکش هوا و جداسازی آلاینده های موجود در هوای خشک ورودی
  • استفاده از سیستم کاهنده سختی آب در بخش آب جبرانی که سبب کاهش میزان رسوب گیری خواهد شد
  • استفاده از متریال مرغوب در تجهیزات به کار رفته داخلی که سبب کاهش میزان رسوب گرفتگی خواهد شد.
  • نگهداری منظم برج خنک کننده ، روغن کاری منظم تجهیزاتی همچون بلبرینگ و اسپرینکلر
  • تنظیم دقیق میزان بلودان یا تنظیم هوشمند بلودان برج خنک کننده که سبب کاهش میزان TDS آب و رسوب می شود
  • استفاده از پنل های دسترسی مناسب جهت چک کردن دائمی روند رسوب گیری و عملکرد تجهیزات داخلی
  • بکارگیری سایت گلس جهت بازدید اجزای داخلی بدون دسترسی و بازکردن پنل های دستگاه

قیمت برج خنک کننده

یکی از تاثیرگذار ترین پارامترها در خرید برجهای خنک کن قیمت برج خنک کننده می باشد که عاملی تاثیرپذیر از پارامترهایی بعضا مستقل و بعضا وابسته می باشد و ما ذیلا به آنها اشاره ای کوتاه می نمائیم.

پارامترهای تاثیر گذار در قیمت برج خنک کن خود به چند دسته تقسیم می شوند. مکعبی یا گرد بودن ، فایبرگلاس، چوبی یا فلزی و یا حتی بتنی بودن ، بسته یا باز بودن مدار خنک کاری ، ضخامت بدنه و در حقیقت کیفیت رزین و یا مواد اولیه مصرفی در تولید بدنه ، ظرفیت برج خنک کننده که بستگی به تجربه و دانش طراح دارد و مونتاژ یا دمونتاژ بودن دستگاه همگی عواملی تاثیر گذار در قیمت برج خنک کننده هستند. جهت کسب اطلاعات بیشتر و دریافت لیست قیمت بروز به تفکیک دسته بندی ذکر شده و ظرفیتهای مختلف کولینگ تاورها با همکاران ما در واحد فنی جهت انجام محاسبات ظرفیت و نهایتا کارشناسان فروش جهت دریافت قیمت تماس حاصل فرمائید.