برج خنک کننده یا کولینگ تاور دستگاهی است که با انتقال حرارت آب گرم به هوای محیط، مسئولیت کاهش دمای آب را برعهده دارد. به عبارت سادهتر برج خنک کننده مانند رادیاتور خودرو کار میکند، با این تفاوت که بهجای خنککردن موتور، دمای آب مورداستفاده برای صنایع مختلف را پایین میآورد. این دستگاهها انواع مختلفی دارند که یکی از انواع آن، برج خنک کننده مخروطی است. البته به این نوع دستگاه، برج خنک کننده استوانه ای، برج خنک کننده مدور یا برج خنک کننده گرد هم گفته میشود. در این مقاله از کمپ کروپ قصد داریم با نوعِ مخروطی آن بیشتر آشنا شویم؛ پس تا آخر این مقاله همراه ما باشید.
برج خنک کننده مخروطی چیست؟
برج خنک کننده مخروطی دارای طراحی مخروطی یا مدور است. در واقع این دستگاه ظاهری شبیه استوانه دارد و در دسته برجهای مرطوب یا مدار بار قرار میگیرد. برجهای خنککننده مخروطی نوعی مبدل حرارتی هستند که از آنها برای خنککردن آب استفاده میشود. این دستگاه کاربردهای مختلفی در نیروگاهها، کارخانهها و حتی ساختمانهای تجاری و مسکونی دارد که در بخشهای بعدی توضیحات بیشتری در مورد آنها ارائه کردهایم.
نحوه عملکرد برج خنک کننده مخروطی
در برج خنک کننده مخروطی آب گرم از طریق سیستم توزیع آب به بالای برج پمپ میشود و در آنجا روی پکینگ ریخته میشود. پکینگ سطحی را برای تبخیر آب فراهم میکند و فنها هوا را از طریق برج به گردش در میآورند و گرمای بخار آب را جذب میکنند. هوای گرم و مرطوب از طریق دریچههای بالای برج تخلیه و آب خنک شده در تشتک پایین برج جمعآوری میشود و سپس دوباره به فرایند برمیگردد.
اجزای برج خنک کننده مخروطی
کولینگ تاور گرد از چندین قسمت یا بخش مختلف تشکیل شده است. هر یک از این اجزاء کارایی خاص خود را دارند که در ادامه به معرفی مختصر هر کدام از آنها پرداختهایم:
- پنل یا دیواره منحنی: دیواره یا پنل بدنه برج خنک کننده مدور است که وظیفه محافظت از دستگاه را دارد. در واقع پنل از ورود گردوغبار به داخل برج جلوگیری میکند و همچنین مانع از تاثیر باد روی آن میشود
- تشتک یا بیس ین: یکی از مهمترین قطعات برج خنک کننده استوانه ای، تشتک یا بیس ین است. این بخش دو وظیفه مهم شامل دارد که وظیفه اصلی آن جمعآوری آب خنک از پکینگهاست. نقش دوم تشک، ذخیره آب است
- لوور: لوورها مقدار مشخصی از هوای خشک و خنک را به محیط اطراف برج مکش میکند. ساختار ظاهری لوورها شبیه لانه زنبور است و در ساخت آن از متریالی مانند فایبرگلاس یا گالوانیزه استفاده میشود
- پایه لوور دو طرفه: پایه لوور دو طرفه که بهعنوان پایه لوور V شکل یا پایه لوور دوبل هم شناخته میشود، یکی از اجزای مهم در برجهای خنک کننده گرد است. اتصال پنلها و دیوارهها، ایجاد مجرای هوا، کنترل جریان هوا و محافظت از اجزای داخلی از جمله وظایف این بخش است
- موتور یا دینام: در برجهای خنککننده مخروطی از موتور یا دینام استفاده میشود. در واقع موتور انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند و در نتیجه باعث دوران پروانه برج خنککننده میشود
- فن محوری: در برج خنک کننده مخروطی از دو نوع فن اصلی شامل فن محوری یا مکنده و فن سانتریفیوژ یا دمنده استفاده میشود. فن محوری در قسمت بالای برج نصب میشود
- کاهش دور یا کاهنده دور: کاهش دور یا کاهنده دور یکی از اجزای مهم در برخی از برجهای خنک کننده مدور است. این بخش وظیفه کاهش سرعت چرخش موتور الکتریکی را بر عهده دارد و آن را به دور مناسب برای چرخش پروانه فن برج خنک کننده تبدیل میکند
- توری محافظ فن گارد: توری محافظ فن گارد که به محافظ فن یا اسکرین فن هم معروف است، یکی از اجزای مهم در برجهای خنک کننده استوانه ای است. این توری چند وظیفه مهم شامل محافظت از فنها، جلوگیری از ورود آفتاب، کاهش صدا و ایمنی پرسنل را برعهده دارد
- پایه ریلی موتور: پایه ریلی موتور که موتور فن برج خنک کننده را روی آن نصب میکنند، موتور را نگهداری و تنظیم میکند، باعث ثبات و پایداری آن میشود و زاویه موتور را تنظیم خواهد کرد
- پکینگها: پکینگ در برج خنککننده با هدف ایجاد سطح تبادل انرژی استفاده میشود. همچنین این بخش وظیفه ایجاد سطح مقطع در بین آب و هوا را هم برعهده دارد. در واقع پکینگ همانند یک نعلبکی چای عمل میکنند و باعث کاهش دمای آب برج میشوند
- المیناتور پره ای: المیناتور یا قطره گیر بخشی از برج خنککننده است که قطرههایی که به سمت پروانه مکش میشود به قسمت پایینی برج منتقل میکند. این بخش نقش محافظتی دستگاه را دارد و در بالای سیستم پاشش و قبل از فن نصب میشود
- آب پخش کن: آب پخش کن که به اسپرینکلر یا هد آبپاش هم نامیده میشود، یکی از اجزای مهم در برجهای خنک کننده گرد است. این قطعه وظیفه پخش یکنواخت آب گرم روی پکینگ را بر عهده دارد
- لوله آرم: لوله آرم وظیفه انتقال آب گرم از آب پخش کن به نقطه توزیع آب در بالای برج خنککننده را بر عهده دارند. در نقطه توزیع آب، آب گرم به طور یکنواخت از طریق سوراخهای موجود در لولههای آرم روی پکینگها پخش میشود
- لوله ورودی آب پخش کن: لوله ورودی آب پخش کن که به لوله آب پخش کن یا لوله تغذیه هم شناخته میشود، وظیفه انتقال آب گرم از سیستم لولهکشی برج خنککننده به آب پخش کن را بر عهده دارد
- فلنچ ورودی و خروجی اصلی: فلنچهای ورودی و خروجی اصلی از اجزای مهم در برجهای خنک کننده مدور بهحساب میآید. اتصال به سیستم لولهکشی و ایجاد اتصالی محکم و ضدنشت از جمله وظایف فلج ورودی و خروجی است
- شناور برنجی: شناور برنجی یکی از قطعات ساده، اما مهم در برخی از برجهای خنککننده مخروطی است. این شناور وظیفه کنترل سطح آب در حوضچه برج خنککننده را بر عهده دارد
- اتصالات جانبی: اتصالات جانبی مجموعهای از لولهها، شیرها و سایر تجهیزات هستند که به برجهای خنک کننده استوانهای متصل میشوند و وظایف مختلفی مانند خط تخلیه، خط ورودی مواد شیمیایی، خط نمونهگیری، خط تخلیه هوا، خط فشار آب و … را انجام میدهند
- ساپورت عنکبوتی: ساپورت عنکبوتی وظیفه نگهداری و پشتیبانی از پکینگها را بر عهده دارد. این ساپورتها در جنسهای فلزی، فایبرگلاس و پیویسی ساخته میشوند
- توری زیر پکینگی: توری زیر پکینگی چند وظیفه مهم در برج خنک کننده مخروطی دارد. توزیع یکنواخت آب، جلوگیری از گرفتگی، جمعآوری آب و محافظت از پکینگها از جمله نقشهای توری زیر پکینگی است
- پیچ و مهره: پیچ و مهرهها نقش اساسی در ساخت و مونتاژ برج خنک کننده مخروطی دارند. از پیچ و مهرهها جهت اتصال قطعات برج به یکدیگر استفاده میشود و استحکام و پایداری آن را تامین میکنند
- تسمه: تسمهها نقشی مهمی در عملکرد برخی از برجهای خنککننده مدور ایفا میکنند. از تسمهها برای انتقال قدرت از موتور به فن استفاده میشود و باعث چرخش فن و ایجاد جریان هوا در برج خواهد شد
کاربرد برج خنک کننده مخروطی
برج خنک کننده مخروطی کاربردهای مختلفی دارد. کاربرد این نوع برج را میتوان به دو دسته صنعتی و تهویه مطبوع تقسیم کرد. در ادامه در مورد هریک از این کاربردها توضیح بیشتری ارائه دادهایم.
کاربرد صنعتی برج خنک کننده استوانه ای
برجهای خنک کننده استوانهای در طیف گستردهای از کاربردهای صنعتی از جمله نیروگاهها، کارخانههای صنعتی، صنایع مختلف و … استفاده میشوند. در زیر به بررسی هر یک از این کاربردها پرداختهایم:
- نیروگاهها: برج خنک کننده مدور برای خنککردن آب خروجی از کندانسورها در نیروگاهها استفاده میشود. این کاربرد برای تبدیل بخار آب خروجی از توربینها به حالت مایع و استفاده مجدد از آن در چرخه تولید برق ضروری است
- کارخانههای صنعتی: در کارخانههای صنعتی، از برجهای خنک کننده مخروطی برای خنککردن آب مورداستفاده در فرایندهای مختلف مانند پالایش نفت، تولید مواد شیمیایی و تولید فلز استفاده میشود
- صنایع مختلف: در صنایع غذایی، از برجهای خنک کننده مدور برای خنککردن آب مورداستفاده در فرایندهایی مانند پاستوریزهکردن، شستوشو و بستهبندی موادغذایی استفاده میشود. این نوع برج در صنایع نساجی هم کاربرد دارد. این دستگاه در فرایندهایی مانند رنگرزی، چاپ و تکمیل پارچه کاربرد دارد. همچنین از برج خنک کننده مخروطی در کارهایی نظیر خمیرکردن، کاغذسازی و تکمیل کاغذ استفاده میشود
کاربرد تهویه مطبوع برج خنک کننده استوانه ای
کاربرد بعدی برجهای خنک کننده استوانهای در تهویه مطبوع است که عبارتاند از:
- ساختمانهای مسکونی: در ساختمانهای مسکونی از برجهای خنککننده استوانهای برای خنککردن آب مورداستفاده در سیستمهای تهویه مطبوع مرکزی استفاده میشود. این کاربرد بهویژه در آبوهوای گرم و مرطوب که سیستمهای تهویه مطبوع با کارایی کمتری کار میکنند، حائز اهمیت است
- ساختمانهای تجاری: در ساختمانهای تجاری هم از برجهای خنککننده مدور جهت خنککردن آب مورداستفاده در سیستمهای تهویه مطبوع مرکزی استفاده میشود. این کاربرد شامل دفاتر، فروشگاهها، مدارس و بیمارستانها خواهد بود
- مراکز داده: در مراکز داده از برج خنک کننده استوانه ای برای خنککردن تجهیزات الکترونیکی استفاده میکنند. این کاربرد برای حفظ دمای مطلوب در مرکز داده و جلوگیری از گرمشدن بیش از حد تجهیزات ضروری است
- ساختمانهای دولتی: در ساختمانهای دولتی از برجهای خنککننده گرد جهت خنککردن آب مورداستفاده در سیستمهای تهویه مطبوع استفاده میشود
- هتلها: برجهای خنک کننده مخروطی برای خنککردن آب مورداستفاده در سیستمهای تهویه مطبوع مرکزی در هتلها هم کاربرد دارند. این کاربرد در هتلهای بزرگ با تعداد زیادی از مهمانان بسیار مهم است
مزایای استفاده از برج خنک کننده مخروطی
برجهای خنک کننده مکعبی مزایای بسیار زیادی دارد؛ به همین دلیل در کاربردهای مختلفی از آن بهره میگیرند. اگر بخواهیم به چند مورد از مزایای این دستگاه اشاره کنیم، میتوان موارد زیر را نام برد:
- راندمان خنککنندگی بالا: برجهای خنک کننده مخروطی، حتی زمانی که دمای محیط بالا باشد، میتوانند آب را به طور موثر خنک کنند. دستگاه این کار را با استفاده از یک طراحی مخروطی منحصربهفرد انجام میدهند که به گردش هوای بهینه کمک میکند و تبخیر را افزایش میدهد
- صرفهجویی در مصرف آب: برجهای خنک کننده مدور در مقایسه با سایر روشهای خنک کننده آب، به آب کمتری نیاز دارند؛ چراکه این دستگاهها به دلیل طراحی خاص خود، تبخیر کارآمدتری دارند. پس این نوع برج به حفظ منابع آب هم کمک میکند
- قیمت مناسب: برج خنک کننده مکعبی در مدلها و قیمتهای مختلف تولید میشود؛ پس صنایع مختلف میتوانند باتوجهبه نیاز خود دستگاه مناسب را انتخاب کنند. در حالت کلی میتوان گفت این نوع برج خنککننده از نظر اقتصادی بهصرفه است
- دوام و مقاومت بالا: برای تولید برج خنک کننده استوانه ای از مواد باکیفیت استفاده میشود؛ به همین دلیل دوام و مقاومت بالایی دارند.
- طراحی باتوجهبه اقلیم: برجهای خنککننده مکعبی در مدلهای مختلفی طراحی میشوند. این دستگاه باتوجهبه شرایط اقلیمی مختلف دارای طراحیهای مختلفی است
- آلودگی بسیار کم: برج خنک کننده گرد آلودگی بسیار کمی ایجاد میکند؛ پس این دستگاه با محیطزیست کاملا سازگار است و میتوان با خیال راحت از آن استفاده کرد
- مونتاژ و نصب آسان: ازآنجاییکه برج خنک کننده مخروطی طراحی سادهای دارد، مونتاژ و سرهمکردن آن هم آسان است
مشخصات اصلی برج خنک کننده مخروطی
در برج خنک کننده مخروطی چند مشخصه وجود دارند که از اهمیت بیشتری برخوردارند. این مشخصات شامل موارد زیر هستند که در زیر به بررسی آنها پرداخته شده است:
- ظرفیت برودتی: ظرفیت برودتی برج خنک کننده مخروطی به میزان گرمایی که برج میتواند در یک زمان مشخص از آب جذب و آن را خنک کند، اشاره دارد. این ظرفیت با تن تبرید (TR) سنجیده میشود
- قطر مخروطی شکل برج: قطر مخروطی شکل برج خنک کننده استوانه ای به ابعاد و ظرفیت موردنیاز برای خنککردن آب بستگی دارد. بهطورکلی، قطر برجهای خنک کننده مخروطی از 1 تا 10 متر متغیر است
- ارتفاع برج خنککننده: ارتفاع برج خنک کننده مخروطی باتوجهبه شرایط و نیازهای مختلف متغیر است. معمولا ارتفاع در این دستگاهها از یک متر شروع میشود و در مدلهای دیگر به چندین متر هم میرسد
- توان موتور: در شرایط معمول، توان موتور مورداستفاده در برج خنک کننده مخروطی به اندازه و نیازهای سیستم خنک کننده بستگی دارد. معمولا موتورها برای ایجاد جریان هوا و پمپاژ آب در برج خنککننده به کار میروند
- قطر پروانه هوادهی: قطر پروانه هوادهی یکی از عوامل مهم در عملکرد برج خنک کننده مخروطی است. انتخاب قطر مناسب برای پروانه هوادهی باید بر اساس نیازهای خنککننده و جریان هوای باشد. این مقدار به ابعاد برج، مقدار حرارت تولیدی و نیاز به جریان هوا بستگی دارد
- میزان هوادهی: میزان هوادهی یا جریان هوا موردنیاز در برج خنک کننده مخروطی به عوامل مختلفی از جمله ابعاد برج، دمای محیط، دمای آب و نیازهای خنککننده بستگی دارد. معمولا این میزان هوادهی به صورت بر حسب متر مکعب در هر دقیقه اندازهگیریمیشود.
- دور موتور: دور موتور مورداستفاده در برج خنک کننده مدور به نیازهای خاص و شرایط مختلفی بستگی دارد. انتخاب دور مناسب برای موتورهای استفاده شده در این برجها میتواند بر عملکرد کلی سیستم تاثیر بگذارد
- سایز اتصالات ورودی و خروجی آب: اندازه اتصالات ورودی و خروجی آب برج خنک کننده گرد بر اساس نیازهای طراحی و ظرفیت سیستم مشخص میشود. این اتصالات بهعنوان اتصالات ورودی و خروجی آب به سیستم خنک کننده وصل میشوند و ازآنجاییکه آب بخش مهمی از عملکرد برج خنککننده است، انتخاب اندازه صحیح این اتصالات بسیار اهمیت دارد
- قابلیت مونتاژ: قابلیت مونتاژ کولینگ تاور گرد به نوع، اندازه و کاربرد آن بستگی دارد. در این شرایط برجهای خنککننده را به دو نوع مونتاژ شده در محل و مونتاژ شده در کارخانه تقسیم میکنند
- متریال بدنه: معمولا متریالی که برای ساخت بدنه برج خنک کننده مخروطی استفاده میشود، به عواملی مانند مقاومت در برابر خوردگی، استحکام، و قابلیت انعطافپذیری برای انطباق با شرایط محیطی مختلف بستگی دارد. برای این کار از مواد مختلفی مانند فلز، فایبرگلاس، بتن، PVC، پلی اتیلن و ترکیبات مختلف از این مواد استفاده میشود
- نوع الیاف بکار رفته در بدنه: در برج خنک کننده مخروطی از انواع مختلفی از الیاف برای ساخت بدنه استفاده میشود؛ اما یکی از متداولترین نوع الیاف بکار رفته در این برجها، الیاف شیشهای یا همان فایبرگلاس است. الیاف شیشهای به دلیل ویژگیهایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، سبکی، انعطافپذیری و قابلیت ساختاردهی، برای ساخت بدنه برج خنک کننده مخروطی بسیار مناسب هستند
- نوع رزین فایبرگالس: در ساخت بدنه برج خنک کننده مخروطی از رزینهای مختلفی استفاده میشود که انتخاب مناسبی برای این کار، رزینهای پلی استری پیشرفته هستند. این رزینها در تقویت الیاف شیشهای (فایبرگلاس) استفاده میشوند و برای ساخت بدنههای مقاوم، سبک و با عمر طولانی برای برجهای خنککننده مخروطی کاربرد بسیار خوبی دارند
عوامل موثر بر قیمت برج خنک کننده مدور
فاکتورهای مختلفی روی قیمت برج خنک کننده مخروطی تاثیر دارد. شما قبل از خرید این دستگاه باید با عوامل تاثیرگذار روی قیمت برج خنککننده آشنا باشید. در زیر به بررسی این فاکتورها پرداختهایم:
- جنس: برجهای خنک کننده مخروطی از مواد مختلفی از جمله فایبرگلاس، فلز و بتن ساخته میشوند. هر کدام از این جنسها مزایا و معایب خاص خود را دارند و قیمت آنها هم متفاوت است. در حالت کلی برجهای خنک کننده فایبرگلاس به دلیل مقاومت بیشتر در برابر خوردگی و پوسیدگی، محبوبترین و پرکاربردترین نوع هستند و قیمت بالاتری نسبت به برجهای خنک کننده فلزی دارند. کولینگ تاور گرد هم به دلیل استحکام و ماندگاری بالا، در برخی از کاربردها استفاده میشود و قیمت آنها از برجهای خنککننده فلزی بیشتر است
- ظرفیت: ظرفیت خنککنندگی برج خنک کننده، که بر حسب متر مکعب در ساعت یا گالن در دقیقه (GPM) اندازهگیری میشود، تاثیر مستقیمی بر قیمت آن دارد. بهطورکلی، هر چه ظرفیت برج خنککننده بیشتر باشد، قیمت آن هم به مراتب بیشتر خواهد بود
- نوع پکینگ: همانطور که گفته شد، پکینگ قسمتی از برج خنککننده است که آب گرم در تماس با آن تبخیر میشود. جنس و نوع پکینگ میتواند بر کارایی و قیمت دستگاه تاثیر داشته باشد. پکینگهای فیلمی، سلولزی و اسپلش از جمله رایجترین انواع پکینگ هستند و هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند
- تجهیزات جانبی: برجهای خنککننده ممکن است به تجهیزات جانبی مختلفی مانند سیستمهای کنترل، پمپها، فیلترها و مبدلهای حرارتی نیاز داشته باشند. قیمت این تجهیزات جانبی میتواند به طور قابلتوجهی قیمت کل برج خنککننده را بالا ببرد
- برند تولیدکننده: برندها و سازندگان مختلف برجهای خنک کننده در بازار وجود دارند که هر کدام قیمت خاص خود را دارند. در حالت کلی، برجهای خنککننده تولیدشده از برندهای معتبر و شناخته شده، قیمت بالاتری نسبت به برندهای کمتر شناخته شده دارند
- محل نصب و شرایط آبوهوایی: محل نصب برج خنککننده و شرایط آبوهوایی منطقه میتواند بر قیمت آن تاثیر بگذارد. برای مثال، برجهای خنککنندهای که در مناطق با آبوهوای گرم و خشک نصب میشوند، به دلیل نیاز به تجهیزات جانبی بیشتر برای خنککردن آب، قیمت بالاتری نسبت به برجهای خنککنندهای که در مناطق خنکتر نصب میشوند دارند
- هزینه نصب و راهاندازی: شما علاوهبر قیمت خود برج خنک کننده مخروطی، باید هزینههای نصب و راهاندازی آن را هم در نظر بگیرید. این هزینهها میتواند شامل هزینههای حملونقل، نیروی کار و … باشد
جمعبندی
برج خنک کننده مخروطی بهعنوان یکی از ابزارهای اساسی در انتقال حرارت و خنککردن آب در صنایع مختلف به کار میرود. در این مقاله از کمپ کروپ به بررسی طراحی، عملکرد، اجزاء و کاربرد این برجها پرداختیم. طراحی مناسب این برجها از اهمیت ویژهای برخوردار است، که شامل استفاده از مواد مقاوم و کیفیتی، ابعاد مناسب و انتخاب قطر صحیح برای اتصالات آب میشود. عملکرد برج خنک کننده مخروطی به وسیله تبادل حرارت آب با هوا توسط جریان هوای ایجاد شده توسط پروانه هوادهی است. با رعایت این نکات، برج خنک کننده مخروطی میتواند به بهبود کارایی و عملکرد سیستمهای تولید و پردازش کمک کند.
سوالات متداول
برج خنک کننده مخروطی چگونه کار میکند؟
در این دستگاه، ابتدا آب گرم از قسمت بالا روی پکینگ ریخته میشود. فن هوا را به سمت بالا میکشد و سپس هوا گرمای آب را جذب میکند تا تبخیر شود. در نهایت آب خنکشده به سمت پایین برج جریان پیدا میکند.
مزایای برج خنک کننده مخروطی چیست؟
این دستگاه مزایای متعددی مانند کارایی بالا، قیمت مناسب، صرفهجویی در مصرف آب، دوام بالا و … دارد.
معیارهای مهم برای انتخاب برج خنک کننده مخروطی چیست؟
فضای موجود، میزان جریان آب، دمای هوا مرطوب، دمای آب ورودی چند معیار مهم برای انتخاب برج خنک کننده استوانه ای است.