وظیفه برج خنک کننده یا کولینگ تاور چیست؟

چکیده مطلب

وظیفه برج خنک کننده (کولینگ تاور) به انگلیسی: Cooling Tower چیست؟. آیا دانستن اینکه این دستگاه چه کارایی برای سیستم تهویه ما دارد، مهم است یا خیر؟. کولینگ تاور و دستگاه چیلر، دو وسیله با ماهیت نزدیک به هم هستند که در حقیقت، از نظر ساختار و عملکرد، تفاوت‌هایی دارند که با ورود به جزئیات متوجه آن‌ها خواهید شد. هدف ما در این مقاله پرداختن به این تفاوت‌ها نیست اما تلاش می‌کنیم تا در کنار پرداختن به وظیفه برج خنک کننده نیم نگاهی نیز به تفاوت‌های این دو دستگاه هم داشته باشیم. 

نقش کولینگ تاور در چیلر چیست؟

چیلر صنعتی و خانگی (Chiller) به کمک قطعه ای به نام کولینگ تاور یا همان برج خنک کن، گرما را از یک سیال داغ (اغلب آب یا گازهای خاص) به کمک یک پروسه انتقال گرما گرفته و به یک مبرد (Refrigerant) منتقل می‌کند. پس از این مبردی که به خاطر این پروسه داغ شده است با پشت سر گذاشتن برخی مراحل و پروسه‌های صنعتی، به کمک آب یخ یا هوای محیط، در اصطلاح احیا شده و با از دست دادن حرارت، مجدد به نقطه ابتدایی چرخه باز می‌گردد. پس از این مبرد آماده تکرار این چرخه و یک سفر مجدد است. 

روش خنک سازی مبرد در چیلر های هوا خنک و آب ‌خنک

چیلرهای صنعتی ممکن است هوا خنک (Air-cooled) یا آب‌ خنک (Water-cooled) باشند. اینکه از کدام نوع چیلر استفاده شود، به موضوعات، عوامل و شاخصه‌های گوناگونی بستگی دارد اما می‌توان گفت مسئله اصلی وابسته به بستر اتلاف گرماست. در چیلر هوا خنک، مبرد داغ که یک تغییر فاز را پشت سر نهاده و به گاز تبدیل شده است (در بخش او اپراتور وسیله)، در معرض هوا قرار گرفته و از آن به عنوان بستری برای تخلیه و انتقال حرارت استفاده می‌شود. در نظر داشته باشید که مبرد داغ پس از ارتباط با هوا، حرارت خود را از دست داده و مجدداً به مایع تبدیل می‌شود. اما در چیلر آب خنک، یک کولینگ تاورها با فراهم کردن مداوم آب سرد، موجبات میعان مبرد گازی فراهم می‌شود؛ در اصل گرمای آن به آب سرد منتقل می‌شود.

(تفاوت سیستم کاری چیلر آب خنک با هوا خنک) 

برج خنک کننده چیست و چگونه کار میکند؟

این دستگاه یک مبادله گر بزرگ حرارت است که با فراهم ساختن آب خنک، در پروسه گرفتن حرارت یک مبرد، مشارکت می‌کند. در اصل می‌توان گفت ساختار یک برج خنک کننده چیلر با این هدف توسعه یافته که هوا و آب جریان یافته در آن با حداکثر بهره‌وری، در تماس مستقیم با یکدیگر قرار بگیرند. به طور معمول برج های خنک کننده باید در ارتباط مداوم با یک منبع آب باشد؛ گاهاً یک دریاچه، منبع آب شهری یا رودخانه. این کمک می‌کند تا از دسترسی مداوم و بدون قطعی به آب اطمینان حاصل کنیم. کولینگ تاور بسته به اینکه از کدام نوع باشد (جریان متقاطع یا جریان مخالف) با یک ساختار خاص، سطح مقطع ارتباط بین آب داغ و هوای خنک را افزایش می‌دهد. 

تفاوت برج خنک کننده و چیلر

هرچند با ورود به جزئیات این بحث ممکن است صدها خط توضیح برای توصیف تفاوت برج خنک کننده و چیلر نیاز باشد اما اجازه دهید تا صرفاً به تفاوت عملکردی و ظاهری این دو بپردازیم. اصلی‌ترین تفاوت سیستم برج خنک‌ سازی و چیلر در حالت عملیاتی آن‌هاست. هر دوی آن‌ها برای حذف یا جذب حرارت از یک مایع استفاده می‌شوند اما با این حال تفاوت‌هایی در عملیات مشهود است. یک برج خنک کن حرارت آبی را که از یک کندانسور (condenser) خارج می‌شود، جذب می‌کند. پس از این، آب خروجی، مجدداً در چرخه جریان می‌یابد. چیلرها حرارت را از یک مبرد جذب می‌کنند؛ برخلاف Cooling Tower عملکرد صرفاً محدود به آب نبوده و انواع مبردها را در دستور کار قرار می‌دهد. در کنار این تفاوت ضمنی، تفاوت عملکردی نیز مشهود است.

برج خنک کننده (کولینگ تاور | Cooling Tower) عموماً برای فراهم ساختن آب خنک در پروسه‌های مکانیکی و تولید برق استفاده به کار گرفته می‌شود. از چیلرها در کاربردهایی استفاده می‌شود که تحت تأثیر گرمای اضافی تخلیه‌ شده از مبرد، نیستند. در حقیقت، از گرمای تخلیه شده برای گرم کردن چرخه و سیستم در طول زمستان استفاده می‌شود. معمول‌ترین کاربرد چیلر، شامل استفاده در صنایع پلاستیک‌سازی و کاربردهای برودتی در مقیاس نه‌چندان وسیع می‌شود. 

(برج خنک‌کننده بیشتر بر روی انتقال حرارت آب به محیط بیرون متمرکز است)

با وجود تفاوت این دو از نظر ساختاری و جزئیات عملکردی، هر دو ممکن است به صورت مستقل یا در تعامل با یک سیستم عظیم‌تر، در مقیاس وسیعی برای خنک‌ سازی مؤثر به کار گرفته شوند؛ البته موضوع صرفاً محدود به مقیاس‌های بزرگ نیست و از ترکیب این دو ممکن است در مقیاس خرد نیز استفاده شود. هرچند در معماری و طراحی یک سیستم خنک‌ سازی عظیم‌الجثه ممکن است طراحان و مجریان، بسته به تجربه و شناختی که نسبت به نیازها دارند، جزئیات و چیدمان را تغییر دهند اما عملکردهای اصلی این دو قطعه معمولاً در مقیاس وسیع، دستخوش تغییر نخواهد شد. در کاربردهای مقیاس خرد، مانند سرمایش یک اتاق کوچک یا اگزاست تجهیزات، می‌توانید از یک چیلر آب‌ خنک یا هوا خنک با سایز مناسب، در تعامل با یک برج خنک کننده پرتابل که بر روی سقف ساختمان نصب می‌شود، استفاده کنید. در مقیاس وسیع نیز ترکیب این دو سیستم از بر مبنای یک معماری ویژه انجام خواهد شد.

(شماتیک ساده چیدمان یک مجموعه متشکل از این ترکیب این دو)

ترکیب و تعامل سیستم خنک‌ سازی کولینگ تاور و چیلر

هرچند امکان پرداختن جزئی و موردی به وظایف و عملکردهای تمام بخش‌های سیستم برج خنک‌ سازی وجود ندارد اما دقت داشته باشید که اساساً تعامل چیلر و برج خنک کننده مطابق یک پلن کلی ممکن است.

این پلن متشکل از 4 بخش اصلی خواهد بود:

بخش چیلر:

این بخش همان‌طور که گفته شد، گرمای سیال را به کمک مبرد، که در اغلب موارد نوعی گاز است گرفته و مهیای انتقال به فضای بیرون می‌کند.

واحد حمل و جابجایی هوا (AHU):

عامه مردم آن را به عنوان هواساز می‌شناسند. این دستگاه هوا را با تنظیم دما و رطوبت در سیستم به گردش درمی‌آورد. در نظر داشته باشید که واحد حمل و جابجایی هوا (AHU) از خروجی چیلر برای تهویه و ایجاد برودت استفاده می‌کند.

پمپ‌ها:

پمپ‌ها در سیستم خنک‌ سازی (کولینگ تاورها) ، آب داغ ایجاد شده در چیلر را به برج خنک کننده پمپاژ کرده و از این طریق برقرار شدن چرخه را ممکن می‌سازد. بدون این قطعه آب حامل حرارت نمی‌تواند با فشار و جریان کافی به برج خنک کننده برود.

برج خنک کننده:

وظیفه کولینگ تاور همان‌طور که از ماهیت آن پیداست، این است که گرمای آب داغ پمپاژ شده از چیلر را گرفته و به فضای بیرون منتقل کند. ورودی برج آب داغ است و خروجی آن یک آب خنک با حذف حرارت اضافی است. اغلب طراحی پمپ به شکلی است که آب خروجی کولینگ تاور را با حداقل انرژی به چیلر برگرداند. در نظر داشته باشید که در شرایط نرمال و عامه سیستم‌های مقیاس وسیع، برج خنک کننده فقط در چیلر آب‌ خنک کاربرد داشته و عملاً در سیستم‌های هوا خنک به کار گرفته نمی‌شود. مشخصاً وظیفه سیستم کولینگ تاور گرفتن گرمای آبی است که چیلر از آن برای سرد کردن مبرد استفاده کرده است.

نکته پایانی:

خریداران عزیز شما میتوانید با مراجعه به بخش فروشگاهی وب سایت ترموتجهیز از کولینگ تاور های مختلف دیدن فرمائید. همچنین توسط کارشناسان میتوانید اطلاعات بیشتری در خصوص وظیفه کولینگ تاور کسب نمائید. مشاهده شماره های تماس و راه های ارتباطی با ما در صفحه تماس با ما.

✍تیم تحریریه ترموتجهیز به شما پیشنهاد می کند تا در خصوص این مطالب نیز مطالعه ای داشته باشید!

• نحوه انتخاب برج خنک کننده [پارامترهای اصلی + نکات کلیدی]
• معادلات برج خنک کننده [فرمول + محاسبات از الف تا ی]
• کاهش میزان مصرف آب در برج خنک کننده [5 ایده + 5 راهکار]
• نصب برج خنک کننده فایبرگلاس یا [FRP]
• مشکلات برج خنک ‌کننده [از خوردگی تا آلودگی بیولوژیکی]
• مقایسه درای کولر با برج خنک کننده +[بررسی فنی کامل]