برج خنک کننده چیست؟

برج خنک کننده، نوعی مبدل حرارتی است که در آن آب با هوای محیط برای کاهش دمای آب در تماس مستقیم با یکدیگر قرار می‌گیرند؛ در واقع ریزش آب روی پکینگ‌ها یا المان‌های واسط(مانند تخته‌ها) در برج‌های خنک کننده موجب پخش شدن آب روی سطح آن‌ها، افزایش سطوح مرطوب و کاهش سرعت جریان عبور آب می‌شود؛ در ادامه تبادل حرارت کافی بین جریان آب ورودی به برج خنک کننده و هوای عبوری از داخل برج خنک کننده صورت می‌گیرد و در نتیجه دمای آب داخل برج خنک کننده کاهش پیدا می‌کند.
از طرف دیگر برج‌های خنک کننده از نظر جنس، فن هوادهی، عبور جریان هوا و مدار به انواع مختلف تقسیم می‌شوند.

انواع برج خنک کننده از نظر جنس

برج‌های خنک کننده از مواد مختلفی ساخته می‌شوند که هر یک از آن‌ها دارای مزیت‌های خاصی هستند. انواع برج خنک کننده از نظر جنس بدنه شامل 3 نوع زیر است:
• برج‌های خنک کننده گالوانیزه
پاشش دائمی آب و تماس آن با سطح بدنه برج موجب می‌شود برج‌های خنک کننده در معرض تخریب و اکسیداسیون با آب باشند. در نتیجه استفاده از ورق گالوانیزه در بدنه برج‌های خنک‌کننده موجب افزایش عمر مفید آن‌ها در برابر تخریب رطوبت و نور خورشید می‌شود.
• برج خنک کننده فایبر گلاس
بدنه برخی از برج‌های خنک کننده نیز از جنس فایبرگلاس ساخته می‌شود که از مقاومت و کیفیت بالایی برخوردارند. برج‌های خنک کننده فایبرگلاس از نظر شکل به دو نوع مدور و مکعبی تقسیم می‌شوند.
• برج خنک کننده بتنی
برج خنک کننده بتنی، نوعی برج خنک کننده است که سازه و بدنه اصلی آن از بتن ساخته می‌شود. برج‌های خنک کننده بتنی اغلب به شکل هذلولی یا مکعبی در ظرفیت‌های بسیار بالا در محل پروژه تولید می‌شوند.

انواع برج خنک کننده از نظر عبور جریان هوا

برج‌های خنک کننده از نظر عبور جریان هوا شامل دو نوع برج‌های خنک کننده جریان متقاطع (Cross Flow) و برج‌های خنک کننده جریان مخالف یا ناهمسو(Counter Flow) می‌شوند.
در برج خنک کننده با جریان متقاطع، آب در اثر نیروی گرانش و توسط صفحه سوراخ‌دار یا نازل‌های برج به سمت پایین فرو ریخته میشود تا به صورت یکنواخت بین سطوح پکینگ‌های برج خنک کننده توزیع شود.
در برج خنک کننده با جریان مخالف نیز هوا در جهت مخالف و همزمان با ریزش آب به سمت پایین برج، از روی سطوح پکینگ‌ها عبور می‌نماید.

انواع برج خنک کننده از نظر مدار

برج های خنک کننده به صورت کلی از نظر مدار عملکرد به دو دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند:
• برج خنک کننده مدار باز
برج خنک کننده مدار باز(Open Circuit Cooling Tower)، نوعی مبدل حرارتی است که برای خنک کردن آب از تماس مستقیم آب و هوا استفاده می‌کند. اجزای اصلی برج خنک کننده مدارباز شامل فن، موتور الکتریکی، پکینگ، حوضچه یا تشتک و سیستم توزیع کننده آب گرم در قسمت بالای برج(لوله ها و نازل های پاشش آب) می باشد.
در برج های خنک کننده مدار باز، آب ورودی برای خنک شدن به بخش بالایی برج خنک کننده پمپ می شود و از آن جا وارد برج می گردد؛ در ادامه نازل ها، این آب را روی پکینگ ها توزیع می کنند(از پکینگ برای افزایش سطح تماس بین آب و هوا استفاده می شود تا تبادل حرارت میان آن ها بهتر انجام شود) و فن نیز هوای محیط را بر روی این پکینگ ها به گردش در می آورد.
طی فرآیند فوق، هوای ورودی موجب خنک شدن آب به دو روش متفاوت می شود؛ بخشی از حرارت در اثر جریان همرفت هوا(تماس بین آب گرم و هوای سردتر) دفع می گردد و بخش عمده خنک سازی تحت تاثیر تبخیر مقداری از آب وارد شده به سیستم صورت می گیرد. آب خنک شده بعد از ریزش از پکینگ ها، درون تشتک برج انباشته می شود و در آخر به سیکل سیستم پروژه باز می گردد.
• برج خنک کننده مدار بسته
برج خنک کننده مدار بسته(Closed Circuit Cooling Tower)، نوعی مبدل حرارتی محسوب می شود که از تماس غیرمستقیم هوا و آب برای خنک کردن آب یا روغن استفاده می نماید. اجزای اصلی برج خنک کننده مداربسته شامل فن، کویل، ورودی سیال گرم به لوله های کویل، ورودی هوا و خروجی سیال خنک شده است(در برج های خنک کننده مداربسته نیازی به استفاده از پکینگ نیست).
سیال جاری جهت خنک شدن در برج خنک کننده مداربسته، بدون تماس مستقیم هوا با آب، درون کویل های موجود برج خنک کننده به گردش در می آید. در ادامه، آب موجود در تشتک برج به سمت بالای برج پمپ می شود و بعد توسط نازل ها روی کویل های حاوی آب اسپری می گردد. بخشی از عملیات خنک کاری در فرآیند ذکر شده در اثر تماس غیرمستقیم و تبادل حرارتی بین هوای ورودی به برج و آب موجود در کویل ها اتفاق می افتد. البته آب اسپری شده در نتیجه پاشش آب بر روی کویل ها و برخورد ذرات آب با سطح داغ کویل همزمان با گردش جریان هوا، تبخیر می شود و آب یا هر سیال دیگر جاری درون کویل خنک می گردد. بقیه فرآیند خنک کاری هم مشابه مراحل خنک کاری در برج خنک کننده مدار باز انجام می گردد.

انواع برج خنک کننده از نظر فن هوادهی

انواع برج‌های خنک کننده از نظر فن هوادهی به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:

• فن هوادهی محوری (axial fan)
چرخش پره‌های فن هوادهی محوری یا آکسیال در برج‌های خنک کننده حول یک محور ثابت است و راندمان آن‌ها بالاتر از 80 درصد می‌باشد.
• فن هوادهی سانتریفوژ(centrifuge fan)
فن‌های هوادهی سانتریفیوژ با نوع پره بکوارد یا فوروارد در گذشته در برج‌های خنک کننده گالوانیزه مورد استفاده قرار می‌گرفت. البته در حال حاضر این نوع فن‌های هوادهی به دلیل مصرف انرژی بالا، لرزش زیاد و راندمان پایین دیگر در برج‌های خنک کننده به کار نمی‌روند.