برج خنک کننده چیست؟

کاربرد برج خنک کننده

یکی از بهترین راهکارهای تامین دمای مورد نیاز در هر فصل، استفاده از تجهیزات سرمایشی و گرمایشی است. با آمدن فصل گرما و نیاز به استفاده از سیستم های سرمایشی، بازار خرید و فروش این دستگاه ها نیز داغ می شود. از سوی دیگر همواره افراد مختلف برای خرید و استفاده از این محصولات با مشکلاتی چون آگاهی کم نسبت به شناخت انواع سیستم ها، عدم اعتماد به توصیه افراد، تقلبی بودن کالا ها و …. روبرو هستند. در یکی از جدید ترین محتوا های کاربردی خانه تاسیسات سعی شده است یکی از محبوب ترین سیستم های سرمایشی معرفی شود و با دادن اطلاعات مورد نیاز مخاطبان، نسبت به آگاهی بخشی در مورد این دستگاه اقدام نماید. برج خنک کن یا برج خنک کننده (cooling tower) یکی از بهترین انواع سیستم های سرمایشی به شمار می رود که در سازمان ها، کارخانجات، پالایشگاه ها، آپارتمان ها و ساختمانهای بزرگ در راستای تامین هوای سرد مورد استفاده قرار می گیرد.

روش کار برج خنک کننده

اولین بار بشر وقتی با باد بزن توانست بر گرما غلبه نماید، به مزایای تبخیر در دفع حرارت آشنا شد. اصول کار برج خنک کننده بر اساس تبخیر است. به گونه ای که هوای خشک در تماس با آب، موجب تبخیر بخش بسیار کمی از آن می گردد. گرمای مورد نیاز جهت تبخیر، از جریان اصلی آب تامین می شود و در مقابل آن، دمای جریان آب به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می کند. با توجه به این شرایط، گرمای نهان تبخیر آب در مقایسه با ظرفیت گرمایی ویژه آن بسیار بالا است، از همین رو تبخیر بسیار ناچیز آب باعث سرمایش نسبتاً بالایی در جریان مایع می شود به بیانی ساده تر، تبخیر 1 لیتر آب و ورود آن به جریان هوا می تواند باعث سرد کردن 10 درجه ای حدود 60 لیتر جریان آب شود. البته باید توجه کرد که گزاره های محدود کننده انتقال حرارت، با ملاک رطوبت نسبی هوای ورودی است. از نظر تئوری حداقل دمای قابل دست یافت برای آب خروجی از برج خنک کننده برابر دمای مرطوب هوای ورودی است اما در عملکرد معمولاً این اختلاف دما 2.5 تا 5 درجه سانتیگراد محاسبه می شود. به این محدوه دمایی اصطلاحاً تقرب یا approach گفته می شود. هر چه رطوبت نسبی هوا پایین تر برود و یا به اصطلاح هوا خشک تر باشد، دمای آب بیشتر کاهش پیدا می کند. به عنوان نمونه شهر یزد و ساری در تابستان دارای دمای یکسانی هستند. ولی چون هوای یزد خشک تر از ساری است، دمای آب خروجی از برج خنک کننده در یزد پایین تر از دمای آب خروجی از برج خنک کن در ساری است.

انواع برج خنک کن

برج های خنک کن از لحاظ نوع عملکرد به چند دسته تقسیم بندی نمود:

مدار باز: در این مدل، آب به وسیله یک پمپ به بالای برج خنک کننده انتقال پیدا می کند و توسط نازل ها بر روی پکینگ ها پاشیده می شود. هوایی که از پایین به داخل برج وارد شده، به وسیله مجموعه ای از فن ها و الکتروموتورها که در بالا قراردارند، از میان پکینگ ها عبور کرده و به سمت بالا مکیده می شوند. با این حالت، 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 نماید. این نوع از برج های خنک کن برای محیط هایی که از رطوبت نسبی کمی برخور دارند یا به اصطلاح هوا خشک هستند، بسیار مناسبند. عمده ترین مشکل این مدل از سیستم های خنک کاری هدررفت بیش از حد آب در اثر تبخیر است که با توجه به استاندارد های زیست محیطی، استفاده از این سیستم ها را با مشکل مواجه می نماید.

مدار بسته: در این نمونه، تماس مستقیم بین آب و هوا برقرار نمی گردد. آب یا هر سیالی که قرار است در برج خنک کن سرد شود از داخل یک کویل حرکت می نماید. هوا نیز به وسیله مجموعه فن و الکتروموتور از پایین به بالا مکش انجام می دهد. در اثر برخورد هوا با سطح بیرونی کویل، حرارت از کویل و با تبعیت از سیال داخل کویل جذب می نماید و به وسیله 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 گزینه مناسبی هستند.

هیبریدی: این نوع مدل حاصل ترکیب دو برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته است که شکل سومی به نام برج خنک کننده هیبریدی را به وجود آورده است. در این سیستم، آب یا سیال خنک شونده از داخل کویل حرکت کرده و بر روی کویل به ویله مجموعه نازل آب پاشیده می گردد. مهم ترین ویژگی این مدل بهینه سازی مصرف آب است. در شب هنگام و یا روز هایی که دمای هوا پایین است، برج خنک کننده هیبریدی صرفاً خشک کار می کند ولی در ساعاتی که هوا گرم می شود، آب بر روی کویل پاشیده می شود و با بهره مندی از هر دو عملکرد انتقال نهان و محسوس در راستای سرمایش سیال خنک شونده استفاده می کند.

ویژگی برج خنک کننده

این دستگاه به نوعی مبدل حرارتی اطلاق می شود که با برقراری تماس بین آب و هوا باعث خنک شدن آب گرم می شود. از همین رو، از این سیستم به شکل متداول برای دفع گرما از سیستم های تبرید، تهویه مطبوع و فرآیند صنعتی استفاده می شود و یکی از بهترین زیرساخت های تهویه مطبوع در سازه های مختلف است. با بررسی انجام شده نرخ مصرف آب (تبخیر و دورریز آب) در یک برج خنک کننده، تنها در حدود 5% مصرف آب در یک سیستم با جریان آب طبیعی ذکر شده است. با این توضیح، برج های خنک کننده را می توان کم هزینه ترین سیستمی دانست که با آب کار می کنند که میزان هدررفت آب گرم شده نیز بسیار اندک است.از مهم ترین نتایج کارکرد این نوع برج ها، آسیب رساندن به محیط زیست در حداقل ترین حالت ممکن است.همچنین این نوع سیستم خنک کننده با استفاده از آب، محیط را تا دمای مرطوب 2 الی 3 درجه سانتیگراد خنک می نماید. دمای هوای مرطوب بسته به میزان رطوبت هوا دارد که معمولاً خیلی کمتر از دمای خشک محیط است.