برج خنک کننده - کولینگ تاور - برج خنک کن | پایاسرداب

  عملكرد برج خنك كن مانند حس خوش خنك شدن بدن انسان هنگام قرار گرفتن در معرض باد و يا نشستن جلوي پنكه است. با پيشرفت تكنولوژي ساخت، این دستگاه نيز به شيوه قرار دادن آب گرم در معرض جريان هوا و بخار كردن مقداري از آب، دماي آن را كاهش داده و اين فرايند طبيعي را به صورت قابل دسترسي به صورت مجتمع شده در اختيار صنايع قرار داده است.

انواع برج خنك كن

در انواع مختلف و ابعاد و اندازه‌هاي مختلفي در هر نوع از طراحي ساخته مي‌شود. انواع آن براي هر نوع كاربرد و يا هر حجمي از گرما مناسب نيستند. درك و  شناخت انواع مختلف و محدوديت‌ها و مزاياي هر يك از انواع خنك كن حياتي است تا انتخابي صحيح و آينده نگرانهو با عملکرد مناسب و صرفه جویانه صورت گيرد.

 این دستگاه به روش های مختلفی دسته بندی می شوند.

1-     دسته بندی بر اساس جریان هوا
2-     دسته بندی بر اساس نوع ساخت
3-     دسته بندی بر اساس هندسه و شکل
4-     دسته بندی بر اساس شیوه انتقال حرارت

تامین جریان هوا

 1-  اتمسفریک 

برج اتمسفریک یا برج خنک کن جوی به هیچ نوع وسیله مکانیکی(فن یا پروانه) برای تولید جریان هوا مجهز نیست. نمونه ای آن در شکل زیر شرح داده شده است . جریان هوا به القا طبیعی یا تنفس هوا به وجود می‌آید. در بالای آن آب از شبکه توزیع به صورت اسپری پاشیده می‌شود. اگرچه ای طرح از برج خنک کن اتمسفریک نسبتا صرفه جویانه و ارزان است، معمولا در ابعاد بسیار کوچک استفاده می‌شوند و  بیشتر از سایر ، با بادهای مزاحم تحت تاثیر قرار می گیرند. استفاده از این طرح برج برای کاربردهای دقیق که وابسته به آب خنک هستند توصیه نمی شود.

بر عکس، نوعی از برج خنک کن جوی که به هیپربولیک شناخته می شود بسیار قابل اعتماد و تخمین از لحاظ عملکرد دمایی است. جریان هوا در نوع هیپربولیک بر اثر اختلاف دانسیته یا چگالی جریان می یابد. شکل زیر دو نوع آن را نشان می دهد. شکل اول جریان مخالف و شکل دوم جریان متقاطع را نشان می دهد. اختلاف چگالی بین هوای گرم(دانسیته پایین) داخل خروجی یا دودکش و هوای نسبتا خنک (دانسیته بالا) هوای محیط بیرون برج جریان هوا را در برج خنک کننده هیپربولیک تشکیل می دهد. معمولا برج خنک کننده هیپربولیک برای ابعاد بزرگ مناسب هستند به طور مثال برای 250000 گالن بر دقیقه و بالاتر. گاهی ارتفاع این برجها از 500 فوت بالاتر می رود. اسم هیپربولیک از شکل هندسی بدنه آن گرفته شده است.

اگرچه هیپربولیک با جریان طبیعی هزینه اجرای بالایی دارد ولی به طور گسترده ای در صنعت تولید برق جایی که گرمای بسیار زیادی تولید می شود و جایی که نمیتواند هزینه توقف تولید را هنگام عملیات تعمیر و یا خرابی فن مکانیکی تحمل کند برج با جریان طبیعی را مناسب می سازد. همچنین کارخانه هایی که با سوخت فسیلی کار می کنند، باعث افزایش کاربرد هیپربولیک با جریان طبیعی شده اند. در هر صورت به علت کارایی بالاتر نوع جریان طبیعی در مناطق با رطوبت نسبی بالاتر، همچنان در مناطق خشک و ارتفاع های بالا برج های خنک کننده مکانیکی کارایی بیشتری دارند.

 2. مکانیکی:

 در این نوع از یک یا چند فن برای تامین حجم هوای جاری استفاده می شود. بنابراین برج های خنک  کن مکانیکی عملکرد دمایی با پایداری بالایی دارند و نوع اتمسفریک(با گردش طبیعی) کمتر تحت تاثیر شرایط محیطی قرار دارند. وجود فن گردش هوا باعث گردش و حرکت منظم هوا در آن شده و اثرات تغییرات جوی و همچنین اثرات تغییرات بار گرمایی وارد آمده به دستگاه را با تغییر دور و یا تغییر تعداد فن ها خنثی می کند.

 برج های خنک کننده مکانیکی به دو نوع اجباری و القایی وجود دارند.

    2.1. مکانیکی اجباری

 شکل زیر نمونه ای از نوع مکانیکی اجباری با جریان مخالف هوا را نشان می دهد.

 فن در جریان هوای محصور شده ورودی به برج قرار دارد و هوا به داخل دمیده می شود. از ویژگی خاص آن سرعت هوا در ورود و سرعت کم هوا هنگام خروج است. در بسیار به گردش مجدد حساس بوده و بنابراین ملاحظه می شود که پایداری کمتری نسبت به نوع القایی دارند.

 همچنین هنگامی که ورودی هوا در منطقه ای سرد قرار گرفته باشد، احتمال یخ زدگی شدید در آن به علت وجود رطوبت طبیعی و یا رطوبت حاصل از ورود هوایی که قبلا خارج شده است، وجود دارد که این پدید به نوعی در عملکرد برج خن کننده نا بالانسی یا عدم تعادل به وجود می آورد. معمولا برج ها اجباری به یک دمنده سانتریفوژ مجهز هستند که معمولا از فن های جریان محوری نیاز به توان های ورودی بالاتری هستند تا قابلیت غلبه بر فشار استاتیکی ناشی از حرکت باد در داکت را داشته باشند. این نوع فن همچنین می تواند در فضای داخلی قرار گیرد یا در جایی قرار گیرند که به طور کامل هوای خروجی را از هوای ورودی جدا کند تا گردش مجدد به حداقل برسد.

    2.2. مکانیکی القایی

فن در قسمت خروجی هوا قرار گرفته و هوا را از درون مکیده و به بیرون هدایت می کند. در مدل القایی سرعت هوای خروجی 3 تا 4 برابر از سرعت هوای ورودی بیشتر است. سرعت ورودی هوا به برج به طور تقریبی معادل باد با سرعت 5 مایل بر ساعت است. بنا براین کاهش فشار منطقه ای در ورودی بر اثر کار کرد فن به تنهایی یا بسیار کم است یا اصلا وجود ندارد. بنا بر این در یک برج القایی پتانسیل گردش مجدد به صورت خود آغاز وجود ندارد و به طور مشخص این پدیده فقط بر اثر بادهای محیطی به وجود می آید. این نکته که فن در قسمت هوای گرم شده قرار دارد، به طور قوی احتمال یخ زدگی فن را کاهش می دهد. شاهد گستردگی کاربرد این نوع هستیم. وجود برج های خنک کن نصب شده از ظرفیت 15 گالن بر دقیقه (gpm) تا 700،000 گالن بر دقیقه است. تصویر زیر نمونه ای از  نوع مکانیکی القایی با جریان متقاطع با فن جریان محوری را نشان می دهد.

 3. هیبریدی  یا ترکیبی

 
 نمایشی از برجهای خنک کننده طبیعی با طول دودکش نسبتا کوتاه هستند. در واقع با بررسی این نوع مشاهده می شود که  درون آنها فن های مکانیکی وجود دارد که  به تقویت جریان هوا کمک می کند. در واقع می توان آن را جریان طبیعی با کمک فن دانست.

 هدف از طراحی ترکیبی استفاده از مینیمم توان لازم برای جریان  هوا و همچنین  استفاده از حداقل ارتفاع است. در واقع نیاز است فن ها هنگامی شروع به کار کنند که شرایط محیطی اطراف مناسب نباشد و یا بار حرارتی زیادی به برج خنک کننده وارد شود. در محل های خاصی که ارتفاع پایین خروج هوا استدلالی برای رد استفاده از برج های خنک کن جوی است، تخلیه در ارتفاع بالا به کمک فن های مکانیکی روشی مناسب برای توجیه به کار بردن  مدل جوی است.

 تقسیم بندی برج خنک کن بر اساس جهت جریان هوا

 بر اساس جهت جریان آب و هوا نسبت به هم  تقسیم بندی می شوند.

 1-   جریان مخالف

 در جریان مخالف، هوا به صورت عمودی از پایین به بالا و بر خلاف جریان سقوطی آب حرکت می کند. به علت نیاز به ورودی و خروجی بزرگتر و نیاز به به کارگیری اسپری آب با فشار بالا و معمولا کاهش فشار بیشترهوا، برخی از برج های خنک کن کوچک با جریان مخالف از لحاظ فیزیکی قوی تر هستند و به هد پمپ بالاتری نیاز دارند و نیاز به توان مصرفی فن بالاتری نسبت به برج های خنک کن با جریان متقاطع مشابه دارند.

در جریان مخالف بزرگتر از سیستم توزیع آب با فشار پایینتر و به کمک از جاذبه استفاده می شود. به علاوه ورودی و خروجی های بزرگتر در دسترس برای برج های خنک کن بزرگ برای مدیریت هوا، دستگاه با جریان مخالف را نسبت به نوع جریان متقاطع مناسب تر می سازد. همچنین این نوع با جلوگیری از قرار گرفتن آب در معرض نور خورشید از جلبک بستن جلوگیری می کند. شکل زیر یک برج خنک کن با جریان مخالف را نشان می دهد.

2-   جریان متقاطع

شکل زیر نمونه با جریان متقاطع با ورودی هوای دوبل را نشان می دهد. جریان متقاطع هوا در حال حرکت به صورت افقی با آب که به صورت عممودی  سقوط می کند برخورد دارد. آب یکه باید خنک شود به تشت آب داغی که در بالای برج قرار دارد وارد می شود تا به کمک گرانش و جاذبه از سوراخهایی که در کف تشتک قرار دارد به درون توزیع شود. این بالابردن آب برای یک توزیع پر فشار با اسپری و تعیین مکان سیستم گرانشی و در دیدگاه کلی برای آسانی تعمیرات و نگه داری نیاز است. ( استفاده صحیح از شیرهای کنترل جریان و نظافت منظم و نگه داری صحیح از سیستم توزیع با جریان متقاطع )

2-  

نوع جریان متقاطع بر اساس تعدا ورودی ها تقسیم بندی می شوند. نوع اول که جریان دوبل  است و در این مدل فن ها جریان ورودی را به دو ورودی القا می‌کنند و تقاطع آب و هوا در دو مخزن اتفاق می افتد. نوع دوم که شکل آن در زیر نمایش داده شده است نوع تک جریان است که شامل یک ورودی و یک مخزن یا بانک برخورد آب و هوا است و سه طرف باقیمانده پوشیده شده است. تک  جریان به طور عادی در مکانهایی کاربرد دارد که مسیرهای غیرمقاوم به عبور هوا فقط یک طرف وجود داشته باشد. همچنین در مکانهایی که جهت جریان باد بر جهات دیگر می‌چربد در حالی که پایداری عملیات کنترل دما بحرانی است، تک جریان کاربرد دارد. که در این حالت ورودی در معرض جهت باد قرار می گیرد و جهات دیگر برج که احتمال سیرکوله شدن مجدد هوای مرطوب را دارند پوشیده شده اند.