هنگام طراحی یک ساختمان بلند مسکونی، چندین انتخاب مختلف برای سیستم تهویه مطبوع آن وجود دارد. تهویه مطبوع در ساختمان به طور دقیق عبارت است از فن‌آوری رساندن شرایط دمای داخل ساختمان به شرایط استاندارد یا آسایش مطلوب. این شرایط می‌تواند شامل کیفیت هوا، دما، رطوبت و فشار باشد. طراحی سیستم تهویه مطبوع را مهندس مکانیک با استفاده از اصول ترمودینامیک، مکانیک سیالات و اصول انتقال حرارت انجام می‌دهد.
برج های خنک کننده خانگی در دو نوع مکعبی و مخروطی موجود می باشند. برج های مخروطی و گرد بیشتر برای مصارف خانگی رایج هستند و هزینه کمتری دارند. از طرفی در صورت وجود نقص در برج های خنک کننده مخروطی مانند خرابی قطعات یا رسوب، باید کل بدنه برج باز شود.
برج خنک کننده یک مبدل حرارتی تخصصی می باشد که در آن هوا و آب به منظور کاهش دمای آب در تماس مستقیم با یکدیگر قرار می گیرند. در زمان انجام این عمل، حجم کمی از آب تبخیر می شود و دمای آب در حال گردش در برج را کاهش می دهد.
کولینگ تاورها از اصل خنک کننده تبخیری برای خنک کردن جریان مداوم آب استفاده می کنند. برج های خنک کننده، محفظه های بزرگی هستند که برای به حداکثر رساندن تبخیر آب طراحی شده اند. برای انجام این کار، این برج ها حاوی موادی هستند که معمولاً ورق های پلاستیکی PVC بوده و سطح وسیعی را برای تبخیر آب ایجاد می نمایند.
کولینگ تاور برج های مسکونی، دستگاهی است که در ساختمان های مسکونی آب گرم با دمای حدود 40 درجه سانتیگراد را به دمای حدود 30 درجه سانتیگراد خنک می‌کند. در برخی از واحدهای مسکونی و اداری جهت خنک کردن هوا در تابستان از چیلر و برج خنک کن استفاده می‌شود.
در سیستم‌های خنک‌کننده خانگی، برج خنک کن جهت خنک سازی چیلر به کاربرده می شود و عملکرد مداوم چیلر را با دفع گرما امکانپذیر می سازد.
· مونتاژ آسان و سریع
· مقاوم در برابر خوردگی و شرایط محیطی و باد و اشعه UV
· تعمیر و نگهداری آسان و کم
· کم مصرف
· آلودگی صوتی تولید نمی کند
· حجم و جایگذاری کم
برج های خنک کننده خانگی به شکل و مقیاس برج های خنک کننده صنعتی استفاده نمی شوند، بلکه بیشتر برای چیلرهای آب سرد مورد استفاده قرار می گیرند.
چیلرها، از سیستم های تهویه مطبوع هستند که انواع مختلفی داشته و به روش های متفاوت بر اساس فرآیندهای ترمودینامیکی و با کمک تغییر فاز یک مبرد، دمای آب را برای بازگشت به چرخه فعالیت کاهش می دهند.
برای چیلرها دو نوع کلی تعریف می شود: چیلر آب سرد و چیلر هوای سرد.
چیلر هوای خنک یک نوع سیستم تهویه به نسبت مستقل می باشد که بدون هیچ ابزار کمکی، کار خود را انجام می دهد. در قسمت کندانسور این چیلر، فقط هوای اطراف برای سرمایش مورد استفاده قرار می گیرد. برعکس در چیلرهای آب سرد باید برج خنک کننده برای خنک کردن قسمت کندانسور چیلر وجود داشته باشد. زیرا کندانسور این چیلر با آب کار می کند.
این برج خنک کننده وظیفه خنک سازی و کاهش دمای آب داخل چیلر را بر عهده دارد. در واقع در این چیلرها علاوه بر مدار بین اجزای مختلف مانند کندانسور و بقیه قطعات، چرخه دیگری مستقل از مدار اصلی بین کندانسور و برج خنک کننده انجام می شود. به این ترتیب چیلر آب سرد بدون برج خنک کننده نمی تواند کار کند.
در برج های خنک کننده خانگی از مواد مختلفی مانند بتن، چوب، گالوانیزه و فایبرگلاس استفاده می کنند. فایبرگلاس یا پلیمر مقاوم در برابر الیاف یک ماده کامپوزیتی است که از الیاف شیشه و رزین‌ها و چسب‌های پلیمری ساخته می‌شود. مواد فایبرگلاس برای ساخت برج های خنک کننده خانگی بهترین گزینه قابل استفاده می باشد.
برای انتخاب سیستم تهویه مطبوع مناسب در برج های مسکونی، گزینه های زیادی وجود دارد. یک نوع از سیستم های مورد استفاده شامل چیلر و برج خنک‌کننده است. چیلر با عملیات مکانیکی گرمای ساختمان را دریافت و به آب در حال جریان در کولینگ تاور منتقل می کند و برج خنک کن با تبخیر آب گرما را به اتمسفر انتقال می دهد.
سیستم تهویه و خنک کننده ساختمان مسکونی شامل برج خنک کننده (دفع حرارت)، دیگ بخار (افزودن گرما) و لوله کشی برای انتقال آب است. سیستم واحد شامل کمپرسور، شیر معکوس، شیر مخلوط، کویل، مبدل حرارتی و فن است.
برج های خنک کننده خانگی برای مصارف خانگی تولید می شوند، اما در این مورد معیارهای طراحی وجود دارند که در نهایت منجر به تولید انواع مختلفی از برج خنک کننده می شود. هر یک از این معیارها باعث می شوند تا یک برج خنک کننده خانگی برای یک منطقه خاص با آب و هوای خاص مناسب تر باشد. بنابراین، قبل از تهیه یک کولینگ تاور خانگی که پاسخگوی نیاز مصرف کنندگان باشد، باید موارد زیر را در نظر گرفت.
دمای مرطوب و دمای خشک محیط که توسط ایستگاه های هواشناسی هر منطقه مشخص می شود، یکی از پارامترهای اساسی و مهم برای طراحی برج های خنک کننده می باشد. اساس کار این پارامتر در طراحی برج خنک کننده حداکثر یا حداکثر دمای مرطوب است.
به طور کلی عوامل موثر در انتخاب کولینگ تاور برج های مسکونی شامل موارد زیر می باشند:
· رطوبت کلی محیط
· بالاتر از سطح دریا
· دمای آب ورودی
· دمای آب خروجی
· جریان آب ورودی به برج خنک کننده
· سختی آب
· میزان گرد و غبار و خاک موجود در هوای منطقه
برج های خنک کننده خانگی در دو نوع مکعبی و مخروطی موجود می باشند. برج های مخروطی و گرد بیشتر برای مصارف خانگی رایج هستند و هزینه کمتری دارند. از طرف دیگر در صورت وجود نقص فنی در برج های خنک کننده مخروطی مثل خرابی قطعات یا تشکیل رسوبات، باید کل بدنه برج باز شود. زیرا رسوبات مذکور در پایین برج از انتقال حرارت از آب به هوا جلوگیری کرده و بر بازدهی برج تاثیر می گذارند، اما برج های مکعبی آسان تر تعمیر شده و زمان کمتری را برای تعمیر نیاز دارند.
برج خنک کننده مسکونی از نظر مدار شامل سه نوع مدار بسته، مدار باز و هیبریدی هستند.
برج های خنک کننده مدار باز بر اساس تماس مستقیم بین آب و هوا و تبخیر عمل می کنند. به این ترتیب، در ابتدا آب توسط یک پمپ به بالای برج هدایت شده و سپس از طریق نازل های بالای برج به داخل آن پاشیده می شود. در ادامه هوای پایین برج به سمت بالا کشیده شده، سپس بخشی از آب تبخیر می گرددد. از آنجا که فرآیند تبخیر آب یک فرآیند گرماگیر است، دمای آب کاهش می یابد.
با این حال، در داخل برج های خنک کننده مداربسته از کویل استفاده می کنند که این موضوع باعث می شود که به تماس مستقیم آب و هوا متکی نباشند. از آنجایی که آب در این برج ها به طور مستقیم با هوا تماس نمی گیرد، احتمال ورود گرد و غبار و ناخالصی ها به داخل برج کاهش بیابد. در نتیجه همه این موارد، نگهداری از این برج ها آسان تر و کم هزینه تر خواهد بود.
برج خنک کننده هیبریدی نیز ترکیبی از برج های مدار باز و بسته است. در قسمت بالای برج، بخش خشک و در قسمت پایین آن، بخش مرطوب قرار گرفته است. استفاده از برج خنک کن هیبریدی، تبخیر و اتلاف آب و همچنین مصرف برق را کاهش می‌دهد. این نوع برج‌های خنک کن به جهت طراحی، دارای ارتفاع بلندی بوده و از سیستم لوله کشی دقیق برخوردار می باشند.
استفاده از چیلر و برج خنک کننده در ساختمان‌های مسکونی و اداری بلند مرتبه در مناطق نیمه خشک، هم از نظر مصرف انرژی، آب و هزینه بسیار مقرون به صرفه می‌باشد.
منبع: شرکت بادران تهویه صنعت (طراحی، مهندسی و ساخت انواع برج خنک کننده و تجهیزات تهویه مطبوع)
