برج خنک کننده چیست ؟ نحوه عملکرد و انواع

برج خنک کننده یا کولینگ تاور Cooling tower از جمله تجهیزات مهم در صنایع مختلف است که به کمک آن‌ می‌توان دمای آب را کاهش داد. برج‌های خنک‌کننده به طور ویژه در نیروگاه‌ها، کارخانه‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع کاربرد دارند و به افزایش کارایی سیستم‌های صنعتی کمک می‌کنند. عملکرد اصلی برج خنک‌کننده بر اساس تبادل حرارت است؛ به طوری که آب گرم به داخل برج وارد شده و با هوای اطراف تماس پیدا می‌کند تا دمای آن کاهش یابد.

در این فرایند، بخشی از آب تبخیر می‌شود و حرارت اضافی از بین می‌رود. به عبارت ساده‌تر، برج‌های خنک‌کننده مثل یک دستگاه تهویه برای آب عمل می‌کنند و آن را سردتر می‌کنند.

در این مقاله قصد داریم نحوه عملکرد برج‌های خنک‌کننده را به طور ساده توضیح دهیم و انواع مختلف آن‌ها را معرفی کنیم تا با توجه به نیازهای صنعتی، انتخاب مناسبی صورت گیرد.

برج خنک کننده (کولینگ تاور) چیست ؟

برج خنک‌کننده یا Cooling Tower دستگاهی است که برای کاهش دمای آب در سیستم‌های صنعتی به کار می‌رود. به زبان ساده، عملکرد این برج مانند خنک شدن بدن انسان از طریق تعریق است؛ همان‌طور که عرق روی پوست تبخیر می‌شود و بدن را خنک می‌کند، برج خنک‌کننده نیز با استفاده از تبخیر بخشی از آب، گرمای اضافی را دفع کرده و دمای آن را کاهش می‌دهد.

اجزای تشکیل دهنده برج خنک کننده

اجزای برج خنک‌کننده بسته به نوع و طراحی آن ممکن است تفاوت‌هایی داشته باشد، اما اجزای اصلی آن به طور کلی شامل موارد زیر است:

اجزا	توضیحات
فن	هوای گرم و مرطوب را از داخل برج خارج می‌کند.
پکینگ	سطح تماس بیشتری بین آب و هوا ایجاد می‌کند.
نازل	آب را به ذرات ریز تبدیل کرده و پاشش می‌کند.
الکتروموتور	انرژی لازم برای عملکرد فن و پمپ‌ها را تأمین می‌کند.
حوضچه جمع‌آوری	آب سرد پس از تبخیر در آن جمع‌آوری می‌شود.
پمپ‌ها	آب را از سیستم‌های صنعتی یا منابع دیگر به برج پمپاژ می‌کنند.
دریچه‌های ورودی هوا	هوا را وارد برج کرده تا فرآیند تبخیر تسریع شود.
سیستم توزیع آب	آب را به طور یکنواخت در برج توزیع می‌کند.

کاربرد برج خنک کننده

برج خنک‌کننده یکی از اجزای حیاتی در بسیاری از سیستم‌های تبرید صنعتی و تجاری است و نقش مهمی در حفظ کارایی و بهره‌وری فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کند. این دستگاه به طور عمده برای کاهش دمای آب در سیستم‌های خنک‌کننده استفاده می‌شود، به‌ویژه در صنایعی که نیاز به خنک‌سازی مستمر دارند. برای مثال، در نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌های نفت، کارخانه‌های پتروشیمی، کارخانه‌های فولاد، فرآوری گاز طبیعی و کارخانه‌های فرآوری مواد غذایی، برج خنک‌کننده به عنوان یک جزء اساسی برای حذف گرما از سیستم‌های آب خنک‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در سطح تجاری، برج‌های خنک‌کننده می‌توانند برای ایجاد خنک‌کننده راحت در ساختمان‌های بزرگ مانند فرودگاه‌ها، بیمارستان‌ها، مدارس و هتل‌ها استفاده شوند. در این موارد، برج‌های خنک‌کننده به سیستم‌های تهویه مطبوع کمک می‌کنند تا دمای محیط را در سطح مطلوب حفظ کنند.

در مجموع، برج‌های خنک‌کننده صنعتی و تجاری با فراهم کردن حذف گرمای اضافی، به بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی و راحتی محیط‌های تجاری کمک می‌کنند و از نقص‌های عملکردی و آسیب‌های ناشی از گرما جلوگیری می‌کنند.

مشخصات فنی برج خنک‌کننده

مشخصه	توضیحات
ظرفیت حرارتی برج خنک کننده	بر حسب تن تبرید (TR) یا کیلووات (kW)
دبی آب در گردش	بر حسب GPM (گالن بر دقیقه) یا m³/hr
اختلاف دمای ورودی و خروجی	بر حسب °C یا °F
دمای مرطوب محیط	مقدار طراحی (°C یا °F) برای عملکرد بهینه
جنس بدنه	فایبرگلاس، گالوانیزه، فولاد ضد زنگ
نوع برج	مدار باز، مدار بسته، جریان متقاطع، جریان مخالف
نوع فن	محوری (Axial) یا سانتریفیوژ (Centrifugal)
توان مصرفی موتور	بر حسب کیلووات (kW) یا اسب بخار (HP)
سطح تبادل حرارت	نوع و جنس فیلینگ‌ها (PVC، PP و…)
نحوه توزیع آب	نازل‌های ثابت، چرخشی، ثقلی
مصرف آب برج خنک کننده	بر حسب لیتر در ساعت (L/hr) یا GPM
ابعاد کلی	طول، عرض و ارتفاع برج (متر)
وزن برج	وزن خشک و وزن عملیاتی (kg)
میزان صدا	دسی‌بل (dB) در فواصل مختلف
راندمان حرارتی	درصد عملکرد نسبت به ظرفیت اسمی

نحوه عملکرد برج خنک کننده چگونه است؟

اما برج خنک کننده چگونه کار میکند؟ اساس کار برج خنک‌کننده براساس سرمایش تبخیری است.

نحوه عملکرد برج خنک کننده به شرح زیر است:

1. ورود آب گرم: آب گرم از فرآیند صنعتی یا سیستم تهویه مطبوع وارد برج خنک کننده می‌شود. این آب معمولاً حرارت زیادی دارد که باید کاهش یابد.
2. پاشش آب: آب گرم از طریق نازل‌ها یا سیستم‌های پاشش به صورت قطرات ریز در فضای برج پاشیده می‌شود. این کار باعث افزایش سطح تماس آب با هوای داخل برج می‌شود.
3. تبخیر آب: هوای جریان یافته در برج خنک کننده، از طریق تماس با قطرات آب، بخشی از این آب را تبخیر می‌کند. در این فرآیند، انرژی حرارتی موجود در آب گرم از دست رفته و دمای آب کاهش می‌یابد.
4. خروج هوای گرم: هوای گرم و مرطوبی که در اثر تبخیر آب به دست می‌آید از طریق خروجی‌های برج به بیرون هدایت می‌شود. این هوا معمولاً با استفاده از فن‌ها به سمت بالا کشیده می‌شود.
5. آب سرد شده: پس از تبخیر بخشی از آب، دمای باقی‌مانده کاهش یافته و آب سرد شده به بخش‌های مختلف سیستم صنعتی یا تهویه مطبوع باز می‌گردد تا دوباره مورد استفاده قرار گیرد.

این فرآیند به گونه‌ای طراحی شده که بهینه‌ترین عملکرد را برای کاهش دمای آب داشته باشد و در عین حال کمترین مصرف انرژی را ایجاد کند.

در شکل زیر دیاگرام نحوه عملکرد برج‌های خنک کننده را مشاهده می‌کنید:

انواع کولینگ تاور صنعتی

برج های خنک کننده از نظر نوع جریان هوای جاری به 2 نوع برج خنک کننده مدار باز و برج خنک کننده مدار بسته تقسیم می‌شوند. همچنین برج‌های خنک کننده از نظر شکل ظاهری به برج خنک کننده مربعی و برج خنک کننده گرد تقسیم می‌شوند.

اسامی انواع برج های خنک کننده در زیر آمده است:

1. برج‌ خنک‌کننده کراس‌فلو (Crossflow cooling tower)
2. برج‌ خنک‌کننده کانترفلو (Counterflow cooling tower)
3. برج خنک کننده کوره القایی (Induced draft cooling tower)
4. برج‌ خنک‌کننده جریان اجباری (Forced draft cooling tower)
5. برج خنک‌کننده فن دار (مکانیکی) (Mechanical draft cooling tower)
6. برج خنک کننده جریان طبیعی (Natural draught cooling tower)
7. برج‌ خنک‌کننده خشک (Dry cooling tower)
8. برج‌ خنک‌کننده هیبریدی یا ترکیبی (Hybrid cooling tower)
9. برج‌ خنک‌کننده مدار بسته (Closed circuit cooling tower)
10. برج‌ خنک‌کننده از پیش مونتاژ شده (Factory assembled cooling tower)
11. برج‌ خنک‌کننده مدار باز (Open circuit tower)

کاربرد برج خنک کننده در صنعت تهویه مطبوع صنعتی چیست؟

برج‌های خنک‌کننده در صنعت تهویه مطبوع صنعتی کاربردهای متعددی دارند که به بهبود کارایی سیستم‌های سرمایشی و کاهش مصرف انرژی کمک می‌کنند. در اینجا به چند کاربرد اصلی برج خنک‌کننده در این صنعت اشاره می‌کنیم:

1. خنک‌سازی آب در سیستم‌های چیلر: در سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی، آب سرد تولید شده توسط چیلرها برای خنک‌سازی هوای داخل ساختمان‌ها یا کارخانه‌ها استفاده می‌شود. برج خنک‌کننده وظیفه کاهش دمای این آب را بر عهده دارد، به‌طوری‌که پس از عبور از برج خنک‌کننده، دوباره به سیستم چیلر باز می‌گردد تا فرآیند سرمایش ادامه یابد.
2. کاهش دمای مبرد در سیستم‌های تبرید: در سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی، برج‌های خنک‌کننده برای خنک‌سازی مبردهای استفاده‌شده در سیستم‌های تبرید کاربرد دارند. آب سرد تولید شده توسط برج خنک‌کننده به سیستم تبرید منتقل می‌شود تا دمای مبرد کاهش یابد و بتواند کارایی خود را حفظ کند.
3. افزایش کارایی سیستم‌های تهویه مطبوع: یکی از مهم‌ترین وظایف برج‌های خنک‌کننده در این صنعت، بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع است. با کاهش دمای آب ورودی به سیستم، مصرف انرژی برای سرمایش کاهش می‌یابد و در نتیجه سیستم تهویه مطبوع با کارایی بیشتری عمل می‌کند.
4. کنترل دمای محیط در ساختمان‌های صنعتی و تجاری: در ساختمان‌های بزرگ صنعتی، تجاری یا بیمارستان‌ها، برج‌های خنک‌کننده نقش مهمی در حفظ دمای مطلوب در فضاهای داخلی ایفا می‌کنند. این برج‌ها آب گرم را خنک کرده و آن را برای استفاده در سیستم‌های تهویه مطبوع به سیستم باز می‌گردانند.
5. کاهش مصرف انرژی: برج‌های خنک‌کننده با استفاده از فرایند تبخیر طبیعی یا مکانیکی برای کاهش دمای آب، مصرف انرژی را در سیستم‌های تهویه مطبوع کاهش می‌دهند. این امر نه‌تنها هزینه‌های انرژی را به حداقل می‌رساند بلکه به افزایش بهره‌وری و کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک می‌کند.

در نهایت، برج‌های خنک‌کننده یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی هستند که موجب بهبود عملکرد سیستم‌های سرمایشی، کاهش مصرف انرژی و حفظ شرایط دمایی بهینه در فضاهای مختلف می‌شوند.