کاربرد حوضچه آب سرد در برج خنک کننده چیلر

برج خنک کننده (Cooling Tower) به عنوان یک نظام انتقال حرارتی، نقشی محوری در خنک‌سازی آب برای دستگاه‌ها و سیستم‌های صنعتی مانند ها ایفا می کند. برج خنک کن عمدتاً به شکل های مکعبی، مخروطی یا دایره‌ای طراحی می‌شود و در خارج از ساختمان قرار می گیرد، جایی که به واسطه لوله کشی رفتی و برگشتی در ارتباط مستقیم با چیلر قرار دارد. این برج ها خنک کننده از طریق خنک کردن محلول داغ و تحت فشار که از کمپرسور خارج می‌شود، به سیستم‌های چیلر کمک می‌کنند تا دمای مطلوبی را ایجاد کنند.

برج خنک کننده چطور کار می کند؟

عملکرد اصلی برج خنک کننده در سیستم های چیلری جذب حرارت اضافی از فضایی که قرار است خنک شود است. این حرارت توسط کندانسور های چیلر، خواه در نوع جذبی یا تراکمی، در ظروف مخصوص جمع‌آوری می‌شود. برج خنک‌کننده با یک چرخه آبی تعریف شده، به دفع حرارت و بازگرداندن حالت خنک به چیلر می‌پردازد و کیفیت این فرآیند، نشان‌دهنده کیفیت برج خنک کننده صنعتی است. بنابراین، برج خنک کننده، به عنوان یکی از اجزاء حیاتی در سیستم‌های چیلر شناخته می‌شود.

به زبانی ساده‌تر، برج های خنک کننده به‌عنوان واسطه‌ای برای خنک سازی آب درجریان فرایندهای مختلف مانند تهویه مطبوع، صنایع پتروشیمی، نیروگاه‌ها و مواردی از این دست استفاده می‌شوند. جنس برج خنک کننده می‌تواند از مواد مختلفی چون فایبرگلاس، گالوانیزه، چوب، مارلی و حتی بتن باشد. در صنایعی که نیاز به دمای کمتر از صفر است، مثلا در تولید صابون، به جای چیلر ها که هزینه بر هستند، اغلب ترجیح داده می‌شود از برج خنک کننده استفاده شود تا هزینه‌ها کاهش یابد.

برج خنک ‌کننده چیلر تراکمی آب خنک

در دل کندانسورهای مرتبط با که سیستم خنک‌کنندگی آن‌ها از نوع مبادله‌گرهای حرارتی با ساختار پوسته و لوله است، عامل خنک‌کننده یا مبرد قرار گرفته است. دورتادور این لوله‌ها، آب به جریان درمی‌آید که باعث انتقال حرارت بین آب و مبرد می‌شود و نتیجتاً سبب گرمایش چیلر تراکمی می‌گردد.

فرآیندِ عملیاتیِ چیلر بر مبنای خنک کردن آب گرم و زدودن حرارت از مبرد است. آب داغ تحت فشاری که توسط پمپ ها اعمال می شود به داخل برج خنک کننده روانه شده، تا زمانی که دمایش پایین آمده و برای دور بعدی کارکرد به کندانسور ارسال می‌شود. در برج خنک کننده، آب گرم به سطحی به نام پکینگ مدیا پاشیده می‌شود و با هوای‌فن که از طریق لوورها به داخل کشیده شده، در تماس قرار می‌گیرد. طی این فرایند، آب گرم از طریق تبخیر سطحی با هوا تبادل حرارت می کند، دمای آب کاهش می‌یابد و سرد می‌گردد. بخشی از این آب به صورت بخار درآمده و از قسمت بالای برج خنک‌کننده به بیرون رها می‌شود.

پکینگ اسپلش

این نوع از پکینگ ها با نام پکینگ پاششی نیز در بین مصرف کنندگان شناخته میشود. نحوه عملکرد این نوع پکینگ برج خنک کننده کولینگ تاور به این صورت می باشد که با ایجاد اغتشاش در جریان آب خروجی از نازل ها موجب انتقال حرارت بین آب و هوا می شوند. معمولا در کاربریهایی که دارای آب نسبتا سخت هستند از پکینگ اسپلش بخاطر سطح مقطع کم و حداقل تماس با آب استفاده می شود.

این فرآیند در چیلر تراکمی و برج مرتبط با آن، به استفاده از مقادیری آب انجام می شود و در نتیجه، آب مورد استفاده پس از مدتی به دلیل مخلوط شدن با آلاینده های محیطی نظیر مواد شیمیایی و سایر فاکتور ها، آلودگی پیدا می‌کند و برای پیشگیری از اثرات منفی نیازمند روند پاک‌سازی در دوره‌های معین می‌باشد.

برج خنک ‌کننده چیلر تراکمی هوا خنک

در معماری ، اجزاء مشترک با چیلر آب خنک همچون کمپرسور و اواپراتور همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، بجای استفاده از کندانسورهای پوسته و لوله ی متداول در چیلرهای آب خنک، یک مبدل حرارتی با خنک کنندگی هوایی که از چندین لوله با کویل های دارای پره های اطراف و مجموعه ای از فن ها تشکیل شده است، بر روی این نوع از چیلر ها نصب می‌شود.

در این سیستم، مبردی که توسط کمپرسور فرستاده می‌شود درون لوله‌ها جریان می‌یابد و گرمای خود را به جای واگذاری به آب، مستقیماً به هوای اطراف که توسط فن‌ها به حرکت درآمده است، منتقل می‌کند. نتیجتاً، نیازی به وجود آب گرم و در نتیجه به سیستم برج خنک کننده در این چیلرها وجود ندارد، همچنین مصرف آب در آن‌ها صورت نگرفته و نیازمند میکروب زدایی و تصفیه ی دوره ای نیز نمی‌باشند. با این همه، قیمت اولیه‌ی چیلرهای مجهز به سیستم خنک کننده هوایی اغلب از چیلرها با برج خنک کننده بیشتر است.

تصمیم گیری در خصوص نصب یا عدم نصب برج خنک کننده به عواملی نظیر بودجه در دسترس، هزینه های مربوط به مصرف آب و در دسترس قرار دادن آن، اهمیت شرایط بهداشتی محیط و غیره بستگی دارد و باید توسط مهندسین مجرب در حوزه‌ تاسیسات با دقت بررسی و تعیین شود.

انواع برج خنک ‌کننده

انواع برج های خنک کننده یا همان کولینک تاور ها از نظر نوع جریان و جنس عبارتند از:

• برج خنک ‌کننده مکعبی (Cubic Cooling Tower)
• برج خنک ‌کننده مخروطی (مدور یا استوانه ای) (Round Cooling Tower)
• برج خنک ‌کننده جریان مخالف (Counter Flow Cooling Tower)
• برج خنک ‌کننده جریان متقاطع (Cross Flow Cooling Tower)
• برج خنک کننده مداربسته خشک (Dry Cooling Tower)
• برج خنک کننده مداربسته هیبریدی (ترکیبی) (Hybrid Cooling Tower)

در ادامه به بررسی و توضیح کامل انواع برج های خنک ‌کننده می پردازیم:

برج خنک ‌کننده چیلر مکعبی (Cubic Cooling Tower)

برج های خنک کننده ای که با استفاده از طراحی هندسی شکل مکعب پیاده سازی می‌شوند، یک نوع از برج های خنک کننده چیلر هستند. این سازه های مکعبی شکل با داشتن سطوحی به شکل مربع یا مستطیل متساعد هستند. برج خنک کننده که به نام کولینگ تاور هم شناخته می‌شود برای مقاصد متنوعی به کار می‌رود و بسته به نیازها و شرایط کاری، از مواد مختلفی در ساخت آنها استفاده می‌شود که شامل فایبرگلاس، مواد فلزی، چوب و بتن است. اما طراحی ساده ی برج های مکعبی، آن‌ها را به انتخابی پرطرفدار در میان مصرف کنندگان تبدیل کرده است.

برج خنک ‌کننده چیلر مخروطی (مدور یا استوانه ای) (Round Cooling Tower)

برج خنک ‌کننده مخروطی یا در اصطلاح برج خنک ‌کننده گرد با بدنه ی فایبرگلاسی اش، نمونه ای پرکاربرد در میان انواع برج های خنک کننده محسوب می‌شود. شکل ظاهری این سازه‌ها، که به شکل استوانه‌ای یا مخروطی هستند، دلیل نام گذاری این برج ها است. این مدل برج، که مزایای فراوانی نسبت به دیگر انواع دارد، در بخش‌های متنوعی همچون مراکز صنعتی، کارخانه‌ها، پالایشگاه‌ها، واحد‌های مسکونی و اداری بزرگ به کار گرفته می‌شود و نقش مهمی در دفع حرارت و خنک سازی سیستم های چیلر مربوط به تهویه مطبوع ایفا می‌کند.

این برج‌ها برخوردار از سیستم پخش کننده ی چرخشی جریان آب هستند که به وسیله یک قسمت متحرک به نام آبگردان، جریان آب را به طور مساوی بر روی سطوح مرطوب کننده یا پکینگ‌ها می پاشد.

نکته‌ای که این برج‌ها را متمایز می‌کند، کارکردن با راندمان بالاست؛ به‌طوری‌که تقریباً ۳۰ درصد از خنک‌سازی به واسطه ی مکش طبیعی متقابل آب و هوا به دست می‌آید و این امر باعث کاهش قابل توجه مصرف انرژی در سیستم می‌شود.

نکته: برج‌های مخروطی به دلیل حجم و ابعاد بزرگشان اکثراً به شکل قطعاتی که باید در محل به یکدیگر متصل شوند، حمل و نقل می‌شوند و با استفاده از خودروهای باری سنگین به محل نصب منتقل می‌گردند.

برج خنک ‌کننده چیلر جریان مخالف (Counter Flow Cooling Tower)

برج های خنک ‌کننده جریان مخالف، طراحی خاصی دارند که در آن خنک سازی آب به وسیله ی هوایی که در جهت مخالف نازل یا اسپرینکلر حرکت می‌کند، رخ می‌دهد. در این نوع از کولینگ تاورها، آب از بخش بالایی برج به پایین جاری می‌شود و هم زمان هوا به صورت مکش یافته از طریق فن‌های قدرتمندی که در قسمت تحتانی قرار دارند به بالا کشیده می‌شود. در نتیجه این تقابل مستقیم، آب در تماس با هوا خنک شده و دما کاهش می‌یابد.

این نوع برج‌ها که جزو دسته‌ی کولینگ تاورهای مدار باز به حساب می‌آیند، به دلیل بهره‌گیری از جریان مخالف هوا و آب، کارآمدی بسیار بالایی در انتقال حرارت دارند. این برتری در عملکرد، آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل در مقایسه با سایر انواع کولینگ تاور تبدیل کرده است.

علاوه بر این، برج خنک کننده جریان مخالف قادر است دمای آب را به میزانی حدود ۳ درجه بیشتر از دمای هوای مرطوب اطراف پایین بیاورد، که شاهد مشخصی از عملکرد برجسته‌ی آن به شمار می‌رود. این بازدهی بالا عامل تاثیرگذاری در قیمت آن است که طبیعتاً در محدوده‌ی بالاتری نسبت به دیگر انواع کولینگ تاور قرار دارد. برج های خنک کننده جریان مخالف در ۸۰ درصد از کاربری های صنعتی و غیرصنعتی، به‌ویژه در زمینه‌های تهویه و محیط های تجاری و مسکونی مورد استفاده ی وسیعی قرار می گیرند.

برج خنک ‌کننده چیلر جریان متقاطع (Cross Flow Cooling Tower)

در برج خنک ‌کننده جریان متقاطع، هوا و آب در جهت های قائم بر یکدیگر حرکت می‌کنند که این ویژگی باعث افزایش تبادل حرارتی می‌شود. این برج ها به عنوان یک سیستم خنک کننده مدار باز شناخته می‌شوند که در مناطقی با رطوبت بالا کاربرد بهینه ای دارند، زیرا هوای خشک به طور مستمر وارد بخش‌های خنک کننده می گردد.

در این ساختار، آب از بالا به سمت پایین اسپری شده و هوا نیز از پایین توسط فن‌ها یا پروانه‌ها به‌صورت عمودی نسبت به جریان آب کشیده می شود. این روند سبب می‌شود که آب به طور یکپارچه در تمام طول کولینگ تاور خنک شود. از نظر معماری، برج‌های خنک کننده جریان متقاطع دارای شکل مستطیل مانند هستند و هوا از طریق دریچه های ورودی به نام لوورها که در دو طرف برج تعبیه شده‌اند، وارد می شود.

وجه تمایز کولینگ تاور جریان متقاطع از جریان مخالف در این است که این مدل امکان برخورد هوای تازه با آب در تمام سطوح پکینگ توربو اسپلش را فراهم می کند و به این ترتیب، ویژگی جذب رطوبت خود را همانند حالتی که در برج های جریان مخالف دیده می شود، در لایه های بالاتر از بین نمی برد.