برج خنک‌کننده یا همان کولینگ تاور وسیله‌ای برای دفع حرارت آب مورد استفاده در چگالنده به جو از طریق تبادل حرارتی با هوا است. برج‌های خنک‌کن معمولاً با تبخیر آب، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی را دفع کرده و سیال سرویس را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می‌آورند؛ البته باید در نظر داشت در برخی از برج‌های خنک‌کن با چرخه بسته که به برج خنک‌کن خشک مشهور هستند، کاهش دمای سیال سرویس صرفاً تا دمایی نزدیک به دمای حباب خشک هوا امکان‌پذیر است.
به عبارت ساده‌تر، برج خنک‌کننده سیستمی است که از آن به جهت خنک سازی آبی در فرآیندهای سردسازی سیستم‌های تهویه مطبوع، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و غیره استفاده می‌گردد.
برج های خنک کن به دلیل گستردگی کاربرد دارای انواع مختلفی هستند که در چند دسته بندی مختلف به آنها اشاره می شود.
انواع برج های خنک کننده از نظر جهت جریان هوا و آب
انواع برج های خنک کننده از نظر شکل ظاهری
انواع برج های خنک کننده از نظر جنس بدنه
انواع برج های خنک کننده از نظر گردش آب
اساس کار برج خنک کننده بر مبنای برقرار سطح تماس زیاد آب تا حد ممکن با هوا برای مدت زمان طولانی می باشد. در نوع اسپری برج خنک کننده، کل زمان تماس آب و هوا می تواند با افزایش ارتفاع برج، افزایش یابد که باعث افتادن آب از فاصله بیشتر می شود. در صورتی ارتفاع برج را بینهایت در نظر بگیریم، دمای آب سرد تولیدی برابر با مرطوب هوا و دمای هوای خروجی نیز برابر با دمای آب داغ ورودی (محدوده ی سایکرو متریک) خواهد بود.
به طور کلی عملکرد انواع برج خنک کننده را می توان به سه دسته کلی تقسیم بندی کرد:
دسته اول برج خنک کننده مرطوب بوده که در این دسته آب بر روی پکینگ برج خنک کننده ریخته شده و در اثر مجاورت با هوا خنک می شود.
در دسته دوم که به نوع خشک شناخته می شود آب درون لوله ها با کمک فن خنک شده که این دسته از برج های خنک کننده بیشتر در مناطق کم آب و یا مکان هایی که سلامت آب دارای اهمیت بالایی باشد استفاده می شود.
دسته سوم از انواع برج خنک کننده که ترکیبی از مورد اول و دوم است به این صورت می باشد که آب دورن لوله ها به کمک فن و پاشش آب بر روی لوله ها خنک می شود دسته سوم به عنوان برج خنک کننده مدار بسته نیز شناخته می شود. کاهش دمای آب خروجی از این گروه برج های خنک کننده نسبت به دسته دوم بیشتر می باشد.
دسته‌بندی برج‌های خنک‌کن بر اساس نوع تماس هوا با آب صورت می‌گیرد؛ متداول‌ترین گونه‌های برج خنک‌کن بر اساس مکانیزم‌های جابه‌جایی طبیعی و جابه‌جایی اجباری تقسیم‌بندی می‌شوند.
از برج خنک کن در سیستم خنک کاری ، پتروشیمی یا سایر واحدهای شیمیایی مشابه نیروگاه های حرارتی و سیستم‌های اچ وی ای سی برای تهویه مطبوع ساختمان استفاده می‌شود.
پوسته بدنه برج خنک کننده (Casing)که دو وظیفه هم دارد یکی اینکه دیواره و محفظه‌ای را در اطراف پرکن ها (پکینگ ها) ایجاد می‌کند که مسیر هوای محصور به محفظه‌ای را ایجاد کند و جریان هوا را از میان پرکن ها عبور دهد و دوم اینکه از پاشش آب به بیرون از برج خنک کننده جلوگیری می‌کند و داخل برج خنک کننده نگه می‌دارد.
پوسته‌ی بدنه در برج‌های خنک کننده معمولاً از جنس گالوانیزه و یا فایبر گلاس آنتی UV ساخته می‌شود. تشتک تحتانی برج خنک کننده محل جمع آوری آب سرد جهت تامین مکش پمپ کندانسور می‌باشد عمق تشتک معمولاً بین 12 تا 18 اینچ است که عمق آب در زمان کار کمتر از 12 اینچ است.
در برج‌های خنک کننده مکعبی سیستم توزیع آب به دو صورت تشتک در بالای برج یا به صورت پاشش به وسیله نازل می‌باشد.
در کارکرد برج های مدور باید زاویه پاشش آب روی پکنیگ ها- شبکه قطره گیر- تعداد دور بازوها واسپرینکلر طوری تنظیم شود که از پاشش آب به خارج برج خنک کننده جلوگیری شود. پکنیگ‌ها (Packing) یا همان پرکن های برج خنک کننده به انوع پکنیگ های فیلم یا لایه‌ای- پکنیگ های پاششی یا اسپلش که از PVC و PP و PE و ABS ساخته می‌شوند.
نگهدارنده‌های (Supports)جهت سر هم کردن اجزاء برج خنک کننده استفاده می‌گردد که معمولاً از جنس گالوانیزه گرم یا فایبرگلاس تقویت شده هستند. نگهدارنده‌ها در برج‌های خنک کننده جهت اتصال تشتک به بدنه- نصب الکتروموتور – مهار پکنیگ ها و به عنوان پایه نصب در برج‌های مدور بالای 150 تن مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در برج خنک کننده مکعبی از دو نوع پکینگ فیلم و پکینگ اسپلش می توان استفاده کرد. نوع پکینگ فیلم در کاربرهای متفاوت دارای مشخصات متفاوت می باشد. در سیستم های تهویه مطبوع به جهت جلوگیری از رسوب گیری و از طرفی افزایش راندمان معمولا از پکینگ های فیلم 19 میلی متر با ضخامت 300 تا 500 میکرون استفاده می شود. پکینگ های فیلم بکار رفته در برج خنک کننده مکعبی از جنس PVC یا PP در ضخامت های مختلف با گام های متفاوت از نوع مقاوم در برابر اشعه UV با گرید دارویی می باشد.
فن برج خنک کننده وظیفه گردش هوا بروی پکینگ های برج و تبادل حرارتی بین آب و هوا را بر عهده دارد. با کاهش و افزایش سرعت فن می توان راندمان برج و دمای آب خروجی از برج را کنترل کرد. کنترل سرعت گردش فن و الکتروموتور فن برج توسط درایو یا اینورتر انجام می شود.
سیستم توزیع آب برج خنک کننده سیستم توزیع آب برج خنک کننده مدور عموماً توزیع دورانی است به این صورت که آب در مرکز برج خنک کننده توسط اسپرینگر هد (آلومینیومی یا برنجی یا پلاستیکی) به بازوهای انتقال توزیع شده و فشار پمپ کندانسور سبب چرخش این بازوها گشته و آب روی پکنیگ‌ها پاشیده می‌شود.
فن (Fan) برج خنک کننده وظیفه جا به جایی هوا به صورت القایی یا اجباری را دارا می‌باشد. که به انواع سانتریفوژ و ملخی تقسیم بندی می‌شود. فن‌های ملخی می‌توانند از فایبرگلاس – پلی آمید و یا گالوانیزه باشد.
برای صرفه جویی در مصرف انرژی، کنترل دقیق دمای خروجی و همچنین جلوگیری از وارد شدن شوک به موتور برج خنک کن در هنگام روشن شدن، امکان نصب اینورتر برای کنترل دور فن محوری کولینگ تاور به صورت متغیر وجود دارد.سیگنال ورودی اینورتر از یک سنسور که در لوله خروجی آب نصب می شود به آن وارد می شود.برای اندازه گیری دقیق دمای آب لازم است که سنسور درون یک غلاف روی لوله آب خروجی از برج خنک کن قرار گیرد.
تنظیم این وسیله با تعیین دو دمای مرجع به عنوان نقاط حداکثر و حداقل دما انجام می پذیرد.با افزایش دما از سطح نقطه حداقل فن به آرامی و بطور پیوسته شروع به کار کرده و با افزایش دما دور فن برج خنک کن نیز به تبع آن افزایش خواهد یافت .با رسیدن دما به مقدار حداکثر ،دور فن محوری برج خنک کننده نیز توسط اینورتر به بالاترین مقدار خواهد رسید.در مواقعی که دمای آب زیر مقدار حداقل باشد، فن محوری کولینگ تاور خاموش خواهد شد.با استفاده از این وسیله امکان کنترل دور فن به کمک پی ال اس نیز وجود خواهد داشت.
برج خنک کننده نیروگاه از لحاظ فرم کلی تفاوت های قابل توجهی با سایر برج خنک کن دارد. طراحی بدنه برج خنک کننده نیروگاه با فرم ونتوری، موجب می گردد جریان هوای طبیعی از قسمت پایین به برج وارد شده و از قسمت بالایی خارج گردد. سوالی که برای بسیاری از افراد پیش می آید دلیل ابعاد بسیار بزرگ این برج ها و هزینه بالای ساخت آن است. دلیل بزرگ بودن سازه کولینگ تاور نیروگاهی همانگونه که بیان شد بهره گیری از جریان طبیعی هوا و کاهش هزینه استفاده از فن و جریان اجباری است. بدین ترتیب با کاهش قطعات متحرک، علاوه بر بالا رفتن عمر برج خنک کننده نیروگاه، هزینه مصرف برق و تعمیرات نیز به شدت کاهش می یابد.
برج خنک کن به دلایل مختلفی در برخی سیستم های صنعتی کاربرد ندارد.در این نوع سیستم‌ها، حرارت تولید شده یا جذب شده توسط کندانسور های آبی و مبدل‌های حرارتی از سیستم دفع می شود و از آب به عنوان سیال واسطه و ناقل حرارت استفاده می‌شود.
برای خنک کردن آب و دفع حرارت به محیط خارج از مبدل‌های حرارتی کندانسور ها و رادیاتورها که با هوا خنک می‌شوند (Air Cooled) نیز استفاده می‌شود که در این سیستم آب تا 20 درجه فار نهایت بیشتر از دمای هوای خشک محیط خنک می‌شود که این اختلاف دمای بالا برای بسیاری از دستگاه ها و تجهیزات مناسب نمی باشد.
تخمین فضای مورد نیاز جهت نصب دستگاه برج خنک کننده که بستگی مستقیم به ارتفاع برج خنک کننده دارند به شرح زیر می باشد. برج خنک کننده با ارتفاع 5/2 متر، به ازای هر تن تبرید نیازمند سطحی به اندازه یک فوت مربع به ازای هر 50 فوت مربع از زیر بنای مفید ساختمان. برج خنک کننده با ارتفاع بالاتر از 5/2 متر، به ازای هر تن تبرید نیازمند سطحی به اندازه یک فوت مربع به ازای هر 400 فوت مربع از زیر بنای مفید ساختمان.
محل نصب و جهت قرار گرفتن برج خنک کننده بر اساس نکات زیر انتخاب می شود.
برج خنک کننده باید در فاصله ای دورتر از منابع حرارتی یا آلوده کننده نظیر دودکشش ها قرار داشته باشد. حداقل این فاصله سه متر است.
بهترین محل نصب برج خنک کننده در پشت بام ساختمان یا بالای اتاق محل نصب سایر تجهیزات تاسیسات مکانیکی است.
اگر بر در بالای بام ساختمان نصب می شود باید استحکام بام برای تحمل وزن برج خنک کننده در حال کار بررسی شود.
نصب برج خنک کننده در ترازی پایین تر از کندانسور آبی یا هر دستگاه دیگری که آب خروجی از برج وارد آن می شود، باعث سر ریز شدن برج در هنگام خاموش بودن کندانسور آبی می شود. بنابراین بهتر است حتی الامکان برج بالاتر از کندانسور آبی چیلر نصب شود.
منبع : سایت فنی و مهندسی بامین تهویه
