شرکت سرماک تهویه

سرمک تهویه با بکارگیری نیروهای متخصص در زمینه مهندسی طراحی و ساخت برج های خنک کننده و قطعات آن یکی از شرکتهای با تجربه در این زمینه می باشد سرماک تهویه هموازه در ارائه محصولات به وز با کیفیت و مدرن در این زمینه پیشگام بوده . تولید در این شرکت همواره بر پایه بکارگیری مواد اویه مرغوب , رعایت استاندارد عل ساخت دقیق و استفاده از ابزار آلات به روز  استوار است .

ساخت برج های خنک کننده فایبری

انواع برج های مدار بسته و باز

طراحی و ساخت انواع پکینگ های فیلم و اسپلش و …

طراحی وساخت انواع قطعات کامپوزیتی , پنل – فن استک

ساخت انواع قطره گیر ها

طراحی و ساخت انواع وردی های هوا

طراحی  و ساخت انواع مخازن نگهداری مواد شیمیایی

طراحی و ساخت انواع کولر های آبی صنعتی

برج خنک کننده

برج خنک کننده (ترنسلیت انگلیسی: cooling tower) نوعی مبدل انرژی بوده که وظیفه «برج خنک کن» تولید آب خنک برای سایر ماشین آلات صنعتی می‌باشد. برج خنک کننده یک مبدل حرارتی بزرگ (heat exchanger) بین آب و هوا به حساب می‌آید. هدف اصلی برج خنک کن کاهش دمای آب برگشتی تجهیزاتی همانند چیلر، بویلر و کوره‌های ذوب فلزات است. این تجهیز با ایجاد یک عملکرد تبخیری در کاربری کاهش دمای آب تا محدوده خاص بکار می‌رود. افت دمای سیال آب گرم در کولینگ تاور همواره تابع شرایط محیط اقلیم محل نصب بوده است. این ماشین سرمایشی بواسطه مایعی مثل آب حرارت مازاد و اضافی ماشین‌آلات را جذب و آن را به محیط هدایت می‌کند.

جالب است بدانید گرمای دریافت شده از اجزای صنعتی در مکانیزم داخلی برج خنک کننده توسط هوای خشک به بیرون انتقال می‌یابد. به بیانی دیگر برج خنک کن نوعی تبادل کننده انرژی بین آب و هوا محسوب می‌شود. اتفاقی که درون یک کولینگ تاور رخ می دهد نوعی تماس یا ارتباط مستقیم و غیر مستقیم بین دو سیال است. این تماس و ارتباط بین آب و هوا موجب جابجایی انرژی گرمایی و کاهش یافتن دمای آب می‌گردد.

چرا از برج خنک کننده استفاده می کنیم؟؟

شاید این سوال پیش بیاید که چرا از برجهای خنک کننده استفاده می کنیم. همانطور که میدانیم اغلب تجهیزات صنعتی و غیر صنعتی در چرخه کاری خود پس از مدتی گرم می‌شوند. درصد کمی از این ماشین آلات یا تجهیزات گرمای تولید شده را توسط هوای محیط به اطراف دفع می‌کنند. دسته اعظمی از این تجهیزات نیز برای دفع گرمای مازاد تولیدی خود از آب گردشی استفاده می‌نمایند. آبی که گرمای این ماشینها را جذب کرده دچار افزایش دما شده و به سمت مبدل های حرارتی هدایت خواهد شد. از طرفی دیگر آب سرد تولیدی از برج خنک کننده در مبدل این انرژی گرمایی را به طور کامل دفع میکند.

برج خنک کن یا برج خنک کننده چیست؟

در یک جمله مختصر باید برج خنک کننده را منبع تولیدکننده آب خنک مورد نیاز در هر صنعتی دانست. آب سرد تولید شده توسط این منبع برودتی مجدداً انرژی اضافی تجهیزات را جذب و آن را به هوا انتقال می‌دهد. این فرآیند تبادلی یک سیکل تکراری است که دمای کاری ماشین‌آلات صنعتی را دائماً ثابت نگه می‌دارد. این دستگاه سرد کننده و تبریدی با فراهم کردن دائم آب سرد می‌تواند گرمای چیلرها، دیگها یا کوره‌های القایی را بگیرد. کاهش دائمی دمای ماشین آلات و جذب گرمای آنها یک دغدغه بزرگ در تضمین ثبات سیستم به شمار می‌آید.

انواع کاربری برج خنک کننده در صنعت و تهویه مطبوع

• کاربری اول: به منظور دفع گرمای دستگاه‌های صنعتی مختلف در تمامی فصول

اکثر ماشین‌آلات صنعتی همانند کوره‌های ذوب القایی و قوس، بویلرها و توربین‌ها و غیره در چرخه کاری خود مقداری زیادی حرارت تولید می‌کنند. برج خنک کننده با تکمیل این چرخه صنعتی، پروسه جذب این انرژی حرارتی و دفع آن به محیط مطلوب را انجام میدهد. توربین‌های گازی در پالایشگاه‌، کمپرسورهای هوا در نیروگاه‌ و دیگ‌های بخار در صنایع متنوع از مهمترین صنایع کاربردی این محصول بشمار می‌آیند.

در این مدل کاربری وظیفه استخراج انرژی گرمایشی بعهده هوای بدون رطوبت محیط است. هوای خروجی از قسمت گلویی با افزوده شدن نسبت رطوبت سبب می‌شود تا هوای خروجی از برج به حالت اشباع درآید. جالب است بدانید این بخارات موجود در هوا عمدتاً باعث تشکیل ابر و مه در قسمت بالایی کولینگ تاور خواهد شد.

• کاربری دوم: جهت سرد نمودن چیلرهای تهویه مطبوع ساختمانها در تابستان

اکثریت ساختمانهای مسکونی و آپارتمانهای بزرگ و کوچک، ادارات، بانکها و مراکز خرید دارای سیستم تهویه مرکزی می‌باشند. در سیستمهای سرمایش مرکزی معمولاً از چیلرهای تراکمی یا جذبی در خنک نمودن هوای محیط داخل استفاده می‌نمایند. گرمای جذب شده از یک منطقه ساختمان توسط چیلر سبب افزایش دمای مبرد (گاز کمپرسور) خواهد شد.

آب سرد تولید شده از برج در بخش کندانسور چیلر افزایش دمای مبرد را جبران میکند. لازم بذکر است بدانید که فقط چیلرهایی با کندانسور آبی از برج خنک کن در مدار کندانسور خود استفاده می‌نمایند. بهتر است این نکته را متذکر شویم که بیشتر چیلرهای تراکمی و جذبی دارای کندانسور آبی هستند.

اجزای اصلی برج خنک کننده

در تصویر زیر می توانید نحوه قرارگیری اجزای مختلف برج خنک کننده را مشاهده نمایید.

• الکتروموتور (motor): فراهم کننده گشتاور لازم جهت چرخش فن یا مولد انرژی مکانیکی
• فن یا پروانه (fan): بوجود آورنده فشار نسبی در هوا و جابجا کردن حجم مشخصی از آن در طی زمان معین
• انتقال قدرت تسمه ای (speed reducer): کاهش دهنده سرعت زاویه‌ای موتور یا دور موتور به دور گردشی استاندارد فن
• انتقال قدرت گیربکسی: جایگزین سیستم تسمه پولی در سیستم کاهندگی دور از دینام به پروانه محوری یا حلزونی
• سطوح خنک‌کن (fill): برقراری ارتباط بین سیالات مختلف و ایجاد سطح مفید انتقال حرارت بین آب و هوا
• کویل (coil): فراهم کننده سطح موثر از جهت انتقال گرمایشی از آب به هوا
• نازل (nozzle): تقسیم کننده و توزیع دهنده جریان آب گرم
• آب پخش کن ( head sprinkler): توزیع کننده سیال داغ در نوع مدور یا چرخشی سیستم پاشش آب
• لوله و انشعابات داخلی (pipe and fittings): منتقل کننده جریان آب در بخش‌های داخلی
• بست کمربندی (belt fastener): متصل کننده انشعابات داخلی به نازلها یا افشانکها
• قطره‌گیر (drift eliminator): بازدارنده پرتاب قطرات آب به سمت فن مکنده القایی
• تشتک (basin): محل جمع آوری آب سرد یا مخزن تجمیع آب با دمای پایین
• کرکره‌ها (louvre): دریچه داخل شدن هوای خشک و سرد محیط
• تنوره خروج هوا (fan deck): دهانه خروجی هوای اشباع داغ
• پنل (panel): دیواره های اصلی استراکچر یا بدنه
• ساپورت‌های حائل یا نگهدارنده (supports): قوطی‌های نگهدارنده پکینگ‌ها ، قطره گیر و سایر تجهیزات درونی
• محافظ پروانه (fan Guard): محافظ فن در مقابل ضربات احتمالی یا ورود اشیاء خارجی
• شاسی موتور(motor Chassis): فریم نگهدارنده دینام یا الکتروموتور
• فلنچ ورودی(inlet Flange): اتصال ورودی آب برگشتی
• فلنچ خروجی(outlet Flange): محل خروجی آب رفت
• فلوتر (floater): شناور تنظیم کننده ورود جریان آب جبرانی
• شیر تخلیه(drain valve): محل خروجی جریان بلودان یا تخلیه زیرآب
• فلنچ سرریز (overflow): مقطع خروج یا تخلیه جریان مازاد آب

اجزای جانبی برج خنک کننده

• کنترل دور متغیر: این بخش در قسمت تابلو کنترل وظیفه تنظیم دستی یا اتوماتیک دور موتور توسط تغییر فرکانس را عهده‌پذیر است.
• آنتی فریز ضدیخ: دارای دو بخش هیتر و ترموستات می‌باشد که با قرارگرفتن در تشتک در زمستان از یخ زدن آب ممانعت به عمل می آورد.
• دک کاهش صدای فن: این قطعه در زیر قسمت کاهش دور بین فن و فولی نصب شده و لرزشهای موجود پروانه را کاهش می‌دهد.
•  لرزه گیر مکانیکی: سبب دمپ لرزشها و کاهش سطح ارتعاشات گشته که نمونه کاربری آن را می توان در هواسازها و چیلرها مشاهد کرد.
• تخلیه اتوماتیک:  بلودان هوشمند مجهز به یک TDS متر و شیر برقی بوده که عامل کاهش میزان املاح سنگین در تشتک است.
• فیلتراسیون هوا: توری‌های هوای فلزی(آلومینیوم) در پشت کرکره‌ها نصب می‌شود و از ورود ذرات معلق به داخل جلوگیری می‌نماید.
• سایت گلس یا پنل بازدید: پنل شیشه‌ای یا تلقی که موجب سهولت بازدید اپراتور از شرایط کارکرد دستگاه در شرایط مختلف عمل می آورد.
• پمپ شاور: این بخش فقط در کولینگ تاور هیبریدی به کار می‌رود و دائماً آب مدار باز را بر روی کویل پاشش می‌کند.
• توری آشغالگیر:  این تجهیز در جلوی فلنچ خروجی آب سرد نصب شده و باعث ممانعت از عبور آشغال‌های موجود در basin می‌گردد.
• فیلتر میکرونی: فیلتر کیسه‌ای سبب افزایش کیفیت آب جبرانی و کاهش میزان رسوب گرفتگی قطعات داخلی خواهد شد.

آشنایی با انواع برج های خنک کننده

تصویر انواع برج خنک کننده مرطوب، مداربسته هیبریدی و خشک

1- برج خنک کننده مدارباز مرطوب یا تر: این مدل دستگاه با ایجاد یک سطح تبادل تماس مستقیم بین هوا و آب سبب کاهش دمای آب می‌شود. در این سیستم برودتی درصدی از آب(1.5 تا 2 درصد) دچار تبخیر شده و وارد هوای ورودی خواهد شد. این موضوع موجب مرطوب شدن هوای اطراف یا اشباع شدن آن می‌گردد. بخاطر همین موضوع به این مدل سیستم سردکننده کولینگ تاور مرطوب یا خیس نیز گفته می‌شود. آب خروجی از افشانک یا اسپرینکلر شروع به ریزش بر روی پکینگها کرده و از سوی دیگر در تماس با هوا دچار کاهش دما میگردد.

2- برج خنک کننده مداربسته خشک: در این مدل، آب در یک چرخه تماماً بسته (Close) در تماس با هوای خشک محیط سرد می‌گردد. از این رو این نوع سیستم برودتی را خشک یا درای نیز می نامند. به دلیل تماس غیر مستقیم آب با هوای خشک، دمای آب تحت تاثیر دمای محسوس اقلیم جوی قرار دارد. این تجهیز دارای شبکه‌های لوله ی مسی و فینهای آلومینیوم تحت عنوان کویل فیندار میباشد. آب در گذر از این شبکه‌های لوله ای کویل در تماس با هوای فن یا پروانه، سرد می‌گردد.

3- برج خنک کننده هیبریدی یا ترکیبی: نسل جدید تجهیزات برودتی تبخیری در واقع ترکیبی از دو سیستم مدارباز و مداربسته هستند. جریان اصلی سیال آب در گذر از سطوح نفوذ حرارتی کویل توسط یک جریان ثانویه پاششی قرار می‌گیرند. در این تماس، گرما توسط نفوذ و هدایت گرمایشی از آب گرم کویل به آب سرد مدار پاششی انتقال می‌یابد. مزیت بزرگ این مدل کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای مرطوب محیط طی یک سیکل بدون تبخیر است. این سیستم برودتی در عین حال رسوب گرفتگی به شدت کمتری نسبت به انواع کولینگ تاور مدار باز دارند.

دسته بندی برج خنک کننده بر اساس شکل ظاهری

1- برج خنک کننده با استراکچر مکعبی: این مدل از سیستم‌های برودتی دارای ظاهر مکعب مستطیل بوده و بسیار فضای کمی را اشغال می‌نماید. برج خنک کننده مکعبی می‌تواند به صورت مدارباز، مداربسته و یا هیبریدی تولید و طراحی گردد. کولینگ تاور مکعبی دارای سیستم پاشش آب ثابت و بسیار کم رسوب می‌باشد. برج خنک کننده مکعبی به دلیل داشتن ارتفاع زیاد و سیستم پاشش آب منظم دارای راندمان بالایی می‌باشد. سیستم‌های برودتی مکعبی امروزه در بیشتر صنایع بزرگ و همچنین در تهویه مطبوع کاربرد فراوانی دارد.

مزایای برج خنک کننده مکعبی

• رسوب گرفتگی کمتر در تجهیزات داخلی همچون نازل و پکینگ مدیا
• اشغال فضای کمتر به دلیل نداشتن فضای پرت و اضافی
• راندمان بالاتر و کاهش دمای بیشتر آب
• تعمیر و نگهداری آسان‌تر
• ارسال و حمل بسیار سریع، کم هزینه و آسوده
• دارای مخزن آب سرد بزرگتر نسبت به مدلهای مخروطی

2- برج خنک کننده با استراکچر مدور یا استوانه ای: کولینگ تاور مدور یا گرد یکی از قدیمی ترین طرح‌های تولیدی بسیاری از شرکتهای سازنده  به شمار می‌آید. یکی از مشخصه‌های اصلی آن سیستم پاشش آب دوار دارای اسپرینکلر یا آب پخش کن به حساب می‌آید. ابعاد بزرگ استوانه‌ای شکل و ارتفاع کم نسبت به مدل مکعبی از دیگر مشخصات بارز آنها حساب میشود. بیشترین کاربرد این نوع در انواع ساختمان‌های مرتفع به منظور توازن گرمایی در کندانسور چیلر میباشد.

مزایای برج خنک کننده استوانه‌ای یا مدور

• نصب آسان در محل پروژه
• صدای کمتر فن یا پروانه و گردش آسان تر و بهینه هوا
• قیمت پایین تر و اقتصادی تر بودن نسبت به تیپ مکعبی
• مکندگی بهر هوا بدلیل داشتن لوورهای بزرگتر

دسته بندی برج خنک کننده بر اساس نوع جریان هوای ورودی

الف) برج خنک کننده جریان مخالف یا کانتر فلو: کولینگ تاور کانترفلو دارای ورودی هوا از تمامی جوانب دستگاه در قسمت بالایی تشتک و بخش زیرین پکینگ‌ها می‌باشد. جهت جریان هوای ورودی به برج خنک کننده جریان مخالف در جهت مخالف با جریان آب پاششی از نازل می‌باشد. هوا در این مدل از قسمت لوورهای پایین وارد می‌شود و از بخش بالای تنوره فن خارج می‌شود. کارایی این مدل کولینگ‌تاور بسیار مناسب برای محیط‌های گرم و خشک می‌باشد. در شهرهایی همانند یزد، شیراز، مشهد، تهران، اراک و اصفهان که رطوبت نسبی هوا پایین می‌باشد، بسیار کاربرد دارند. سیستم های کانترفلو راندمان بالاتری نسبت به سیستم کراس یا متقاطع دارند. البته کاربری این سیستم‌ها در مناطق مرطوب و شرجی کارایی کمی دارد.

ب) برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو: کولینگ تاور کراس فلو یا جریان عمود دارای دو ورودی اصلی هوا در دو طرف می‌باشد. هوا در ورود به این بخش به صورت عمود بر جریان ریزشی آب سبب سرد شدن این سیال می‌شود. برج خنک‌کننده جریان متقاطع به دلیل تماس هوای تازه در سراسر قسمت پکینگ دارای عملکرد خوبی در مناطق شرجی می‌باشد. در مناطق شمالی و جنوبی کشور عزیزمان که به دلیل نزدیکی به دریا، رطوبت محیط محل نصب کولینگ تاور بالا می‌باشد. در این گونه مناطق اقلیمی از کولینگ تاورهای جریان متقاطع یا ابارا استفاده می‌شود. شهرهایی همانند اهواز، ماهشهر، بوشهر، رشت، گرگان و … بسیار مناسب جهت کاربری این دستگاه می‌باشد. این مدل اولین بار توسط شرکت ابارا ژاپن ایده پردازی شده است. به همین دلیل به این چنین سیستم های برودتی برج خنک کننده ابارا نیز گفته می‌شود.

دسته بندی برج خنک کننده با متریال بدنه متفاوت

1- برج خنک کننده فایبرگلاس: فایبرگلاس امروزه بیشتر تولیدات صنعتی را معطوف خود کرده است. استفاده از صنعت کامپوزیت در تولید قطعات فایبرگلاس از نوع FRP (fiber reinforce polymer) می‌باشد.  فایبرگلاس به معنی الیاف شیشه مقاوم شده با پلاستیک می‌باشد که از دو عنصر الیاف و رزین تشکیل می‌گردد. به بیانی ساده‌تر ساختار کامپوزیت بدنه متشکل است از الیاف تقویت شده با رزینهای پلی‌استر. قطعات فایبرگلاس بدنه ابتدا در قالب مورد نظر تحت پوشش الیاف، رزین، اروزیل و تیتان قرار می‌گیرد. بعد از مدت ژل تایم و پخت از قالب اولیه جداسازی میشوند. به منظور پخت و فرآوری نهایی، قطعات بدنه را در تماس با تابش مستقیم نور خورشید قرار می‌دهند.

دقت کنید !! نوع الیاف و رزین بکار رفته در ساخت قطعات فایبرگلاس بیشترین تاثیر را در کیفیت نهایی بدنه می‌گذارد.

الیاف فشرده فایبرگلاس در برج خنک کننده در دو تیپ کلی حصیری و سوزنی در قطعات بدنه به کار برده می‌شود. ترکیب این دو الیاف در تولید قطعات بدنه سبب افزایش مقاومت نهایی سازه کامپوزیتی می‌شود. البته الیاف‌های پودری نیز تحت عنوان پرکن در لایه‌های آخر سبب ضد نفوذ شدن بدنه در مقابل آب می‌شود. تولید قطعات بدنه فایبرگلاس باید مطابق با استانداردهای لازم صورت پذیرد تا کیفیت مورد انتظار را داشته باشد. برج خنک کننده فایبرگلاس امروزه عمدتاً در دو تیپ مکعبی و  مدور تولید و عرضه می‌گردد. این دستگاه جایگزین بسیار عالی برای انواع کولینگ‌تاور بتنی و فلزی در صنعت به شمار می‌رود. قسمت‌های مختلف بدنه فایبرگلاس این نوع شامل فن استک، پنل، لوور، ستونی و تشتک می‌باشد.

مزایای برج خنک کننده فایبرگلاس

• لرزش کم و فرکانس ارتعاش پایین به دلیل دمپ عالی ارتعاشات توسط الیاف شیشه
• دسترسی آسان به بخشهای داخلی همانند پکینگ، قطره گیر، نازل و آب پخش کن
• عدم پوسیدگی در مقابل جریان آب در داخل و گرد و غبار در بیرون
• عدم نفوذ پذیری گرمایشی و جذب حرارت توسط نیروی تابشی خورشید
• عدم رسوب پذیری در مقابل تبخیر آب و افزایش مواد محلول
• قابلیت اسیدشویی بدنه و رسوب زدایی تجهیزات داخلی
• سبک و دارای قابلیت حمل و جابجایی آسوده و راحت

2- برج خنک کننده سیمانی یا بتنی: کولینگ تاور بتنی (concert cooling tower) دارای یک سازه تمام سیمانی به شکل مکعبی یا به شکل هذلولی می‌باشد. سیستم هوادهی در این تجهیز به خصوص عموماً سیستم دمش یا مکش القایی از نوع axial میباشد. سیستم هوادهی این سیستم‌های برودتی شامل یک فن محوری دمنده بزرگ یا چند فن محوری مکنده کوچک می‌باشد. این نوع بیشتر در نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌های بزرگ دیده می‌شود و به همین دلیل به آن ، برج خنک کن نیروگاهی نیز گفته می‌شود. امروزه نوع بتنی عمدتاً برجها برای صنایعی که دارای دبی آب بالایی می‌باشند کاربرد فراوان دارد.

دلایل رد سیستم کولینگ تاورهای بتنی

• وزن بسیار زیاد و سنگینی بیش از حد بدنه و استراکچر اصلی
• عدم قابلیت حمل و جابجایی و تغییر مکانی محل نصب
• هزینه بسیار زیاد سازه عمرانی بتنی
• سرعت ساخت پایین سازه سیمانی
• مصرف آب بسیار زیاد به دلیل عملکرد ضعیف تبادل حرارت
• رشد جلبک و میکرو ارگانیسم‌ها و باکتری‌های داخل تشتک بتنی

3- برج خنک کننده فلزی گالوانیزه یا استیل: بکارگیری بدنه فلزی به نظر گزینه هوشمندانه ای جهت جلوگیری از اتلاف وقت در تولید دستگاه محسوب می‌شود. بدنه فلزی بکار رفته با ایجاد پوشش‌های مناسب می‌تواند مقاومت کافی در برابر رسوب و خوردگی را داشته باشد. برج خنک کن با بدنه فلزی قالباً از متریال فولاد گالوانیزه یا استنلس استیل تولید و عرضه می‌شود. کولینگ‌تاور فلزی عموماً دارای یک چارچوب و اسکلت فلزی به صورت چند پارچه می‌باشد. استراکچر و فریم اصلی دستگاه توسط پیچ و مهره اسمبل (مونتاژ) می‌گردد. برجهای خنک کننده فلزی بیشتر توسط شرکت شرکتهای بالتیمور و سارآفرین در گذشته تولید و عرضه میشدند. امروزه به دلیل معایب زیاد طراحی از این مدل سیستم های برودتی استفاده چندانی نمی‌شود.

دلایل رد سیستم کولینگ تاور فلزی یا گالوانیزه در صنعت

• رسوب و خوردگی بدنه فلزی در مقابل جریان آب
• وزن بسیار بالا و سنگین بودن بیش از حد
• عدم حمل و جابجایی آسان به دلیل سنگینی بیش از حد قطعات فلزی
• عدم دسترسی آسان به اجزای داخلی به دلیل زنگ زدگی اتصالات
• رشد جلبک ، لجن و میکروارگانیسم ها و کاهش کیفیت آب سرد خروجی
• جذب و نفوذ آسان انرژی گرمایی تابشی حاصل از تابش نورخورشید
• ایجاد سر و صدای زیاد به دلیل ارتعاش بدنه و نوع سیستم‌های هوادهی نامرغوب

منظور از تن تبرید در برج خنک کننده چیست؟

حتماً بارها شنیده‌اید که ظرفیت دستگاه چیلر معادل 100 تن یا 200 تن می‌باشد. در بیشتر سیستمهای سرمایشی کلمه “تن تبرید” را معادل توان سرمایی در خنک‌سازی آب تعریف می‌کنند. لفظ تن را در این اصطلاح مهندسی، خلاصه شده کلمه تن تبرید یا تن سرمایی می‌دانند که یکی از واحدهای انتقال حرارت حساب می‌شود. تن سرمایی در اصول ترمودینامیک معیار سنجش قدرت دستگاه‌های برودتی به شمار می‌آید. واحد جابجایی انرژی در زمان یعنی تن تبرید (RT) هم ارز یکاهایی همچون KW و BTU/H است. هر تن تبرید برابر با 3.51 کیلووات و برابر با 12 هزار پوند انرژی بر ساعت محاسبه میگردد.

قانون پایستگی انرژی و جرم در سامانه برج خنک کننده

• موازنه انرژی (energy balance)

برج خنک کننده دستگاهی جهت انتقال حرارت QC (گرمای کندانسور یک ماشین صنعتی) به محیط اطراف می‌باشد. در چرخه هر فرآیند ترمودینامیکی قانون پایستگی انرژی برقرار است. عملیات انتقال انرژی در برج خنک کننده نیز یک فرآیند ترمودینامیکی محسوب می‌شود. انرژی مصرفی دستگاه برودتی بیانگر توان مصرفی (قالباً انرژی برق) در بخش‌های مصرف کننده برج می‌باشد. مصرف کننده‌های اصلی انرژی برق، الکتروموتور بخش هوادهی و پمپ سیرکولاتور آب می‌باشند. گرمای تولیدی نیز نشانه‌ی میزان انرژی است که در بخش کندانسور به آب انتقال می‌یابد. در نهایت مکمل این دو مورد دفع گرمای جذب شده از آب در این دستگاه است. بازنویسی قانون پایستگی انرژی در چرخه کاری کولینگ تاور به شرح ذیل صورت می‌پذیرد.

گرمای مازاد تولیدی از منبع گرم = انرژی مصرفی (برق موتور و پمپ) + گرمای دفع شده در برج خکاهش دور برج خنک کننده (speed reducer) وظیفه انتقال قدرت و کاهش دادن دور موتور به پروانه را برعهده دارد. کاهش دور یا اصطلاحاً کاهنده سرعت در کولینگ تاور عموماً در ظرفیت‌های بالا به کار برده می‌شود. سیستم انتقال قدرت گشتاور خروجی موتور را به فن انتقال می دهد. به دلیل چرخش سریع موتور این سیستم کاهنده، سرعت خروجی دینام را در ورودی فن کاهش می‌دهد.

پروانه کولینگ تاور نمی‌تواند با سرعت‌های بالا چرخش کند. به دلیل افزایش لرزش و نیروهای مقاومتی در پروانه از کاهنده دور موتور استفاده می‌کنیم. کاهنده دور سرعت چرخشی موتور را از 1400rpm به بازه 700 تا 200 دور بر دقیقه(rpm) تغییر می‌دهد. طراحی کاهش دور برج خنک کننده وابسته به پارامتر سرعت نامی فن می‌باشد.

کاهش دور وابسته به نوع برج خنک کننده و شرایط طراحی در انواع مختلفی طراحی و تولید می‌شود. برج خنک کننده دارای انواع مختلفی می باشد. وابسته به ظرفیت، نوع کولینگ تاور(فلزی یا فایبرگلاس) و قطر فن‌های بکار رفته در برج خنک کن، سیستم انتقال قدرت تغییر می‌کند.

سیستم کاهنده سرعت دارای انواع مختلفی می‌باشد که رایج ترین آن‌ها سیستم تسمه پولی و گیربکس می‌باشد. این بخش یکی از مهمترین تجهیزات سیستم هوادهی و انتقال قدرت در  برج خنک کننده به شمار می‌آید. وظیفه سیستم کاهش دور انتقال گشتاور مکانیکی از مولد دینام به پروانه برج خنک کننده (تحت سرعت زاویه‌ای استاندارد) می‌باشد.

اسپرینکلر یا آب پخش کن برج خنک‌کننده (به زبان انگلیسی: sprinkler head) در اصطلاح مهندسی قطعه‌ای است که وظیفه پاشش و توزیع آب در کولینگ‌تاور را برعهده دارد. نام دیگر این تجهیز، آب‌پخش‌کن می‌باشد که به نوعی مرکز توزیع و پاشش آب چرخشی و دوار در کولینگ‌تاور می‌باشد. اسپرینکلر یا آب‌پخش‌کن از انواع متریال آلومینیوم، برنج، چدن و استیل تولید و طراحی می‌شود.

این تجهیز بیشتر در انواع برج خنک کن مخروطی یا مدور و در سایزهای متفاوت قابل طراحی و کاربرد می‌باشد. اسپرینکلر در انواع برج‌خنک‌کننده از ظرفیت ۱۰ تن تبرید تا ظرفیت ۱۲۵۰ تن تبرید از سایز ۲ اینچ الی ۱۲ اینچ قابل طراحی و استفاده می‌شود.

تعریف ساده اسپرینکلر برج خنک کننده:

قطعه‌ی مرکزی سیستم پاشش آب دوار(در حال گردش) در یک کولینگ‌تاور مدارباز مدور قلمداد می‌شود که از انواع نازل برج خنک کننده چرخشی یا دوار محسوب می‌گردد. لازم به ذکر است که این بخش فقط در سیستم پاشش آب چرخشی در یک کولینگ تاور گرد یا مخروطی شکل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تاریخچه آب پخش کن برج خنک کننده

آب پخش کن(sprinkler) ابتدا در سال ۱۸۸۷ در کشور انگلستان توسط هنری پارملی ۳۶ ساله با متریال پلاستیکی طراحی و سپس به ثبت رسید که ابتدا در صنعت اتفاع حریق مورد استفاده قرار می گرفت و اما به مرور زمان وبا افزایش تکنولوژی و نیاز صنعتی به آب پخش‌کن در صنایع دیگر همانند برج خنک کننده نیز مورد استفاده قرار گرفت.

ولیکن امروزه شرکت دماگستر این افتخار را دارد تا در تولید وعرضه متنوع ترین آب پاش یا اسپرینکلر در ایران خود را معرفی نماید که از سال ۱۳۸۲ تاکنون بیش از ۴۰ مدل منحصربه فرد از آب پخش کن باطراحی ویژه مهندسی به بازار عرضه نموده است. اسپرینکلر ها علاوه بر برج خنک کننده در سیستم های اطفا حریق نیز مورد کاربرد قرار می گیرند.

نحوه عملکرد اسپرینکلر برج خنک کننده

اسپرینکلر همانطور که بیان شد در اصل نوعی نازل (آب پخش کن) در کولینگ تاور مدور محسوب می گردد که فشار آب در ورود به این قطعه سبب چرخش دوار گونه اسپرینکلر یا آب پخش کن می گردد و در نتیجه آن جریان آب به صورت دایره پاش از لوله های خروجی اسپرینکلر (لوله های سوراخ دار) به روی سطوح خنک کننده(Packing Media) پاشش می نماید.

به بیانی دیگر به دلیل حرکت چرخشی اسپرینکلر فشار جریان آب ورودی به برج خنک کننده می باشد.به دلیل چرخشی بودن نوع ریزش آب در آب پخش کن برج خنک کننده، این قطعه نیازمند فشارکاری بیشتری در مقایسه با انواع نازل ثابت می باشد.

اجزای مختلف اسپرینکلر یا آب پخش کن برج خنک کننده

الف) بخش ثابت اسپرینکلر stator

ب) بخش متحرک اسپرینکلر  rotor

اسپرینکلر در برج خنک کننده دارای دو قسمت کلی و مهم می باشد. قسمت اول در اسپرینکلر قسمت ثابت ای تجهیز می باشد که بر روی لوله اصلی ورودی کولینگ تاور بسته می شود. قسمت دوم اسپرینکلر بخش روتور یا دوار می باشد. در اسپرینکلر سایز بالای ۴ اینچ از یک بخش روغن کاری (lubricant) جهت چرخش روان اسپرینکلر یا آب پخش کن استفاده می شود.در سایزهای بالا اسپرینکلر به دلیل فشار و دبی بالای آب در ورودی به آب پخش کن ، این تجهیز مجهز به یک ورودی جهت افزودن روغن می باشد.

نحوه نصب اسپرینکلر برج خنک کننده

همانطور که بیان شد قسمت ثابت (stator) در اسپرینکلر برج خنک کن به لوله ورودی کولینگ تاور مدور اتصال می یابد. قسمت استاتور آبگردان در نقطه اتصال به لوله ورودی توسط پیچ خودکار فیکس و محکم می گردد. همچنین جهت محکم کردن بخش اتصال اسپرینکلر این قسمت توسط چسپ ماستیک (mastic glue) آببند می گردد.

بعد از اتصال قسمت استاتور اسپرینکلرهد برج خنک کن ، بخش استاتور نیز توسط تعداد معین از لوله های سوراخ کاری شده توسط رزوه یا پیچ خودکار تنظیم می گردد. در سایزهای بزرگ آب پخش کن برج خنک کننده عملاً از مهارکش استیل و قلاب جهت تنظیم زاویه لوله خروجی اسپرینکلر استفاده می شود .

محاسبات اسپرینکلر برج خنک کننده

یکی از بخش های مهم محاسبات برج خنک کننده مربوط به بخش اسپرینکلر می شود. آب پخش کن در واقع بر اساس میزان آب در گردش باید دارای تعداد معینی خروجی با سایز مشخص باشد. به منظور محاسبه سایز ورودی اسپرینکلر کولینگ تاور ابتدا تعریف می شود که سرعت خطی مجاز در ورودی به آب پخش کن باید بین ۴ الی ۶ فوت برثانیه تعریف گردد.

با توجه به دانستن سرعت خطی مجاز در ورودی اسپرینکلر یا آب پخش کن و براساس سطح مقطع هر سایز معین از این قطعه براساس فرمول Q=V.A میزان آب در گردش استاندارد در ورودی اسپرینکلر در سیستم خنک کاری معین می شود . حال با توجه ب رابطه برنولی در سیالات تعداد و سایز خروجی بر اساس کمترین میزان افت فشار تعیین می گردد

پکینگ برج خنک کننده (cooling tower packing) یا پکینگ مدیا مهمترین بخش برج خنک کننده در ایجاد سطح تبادل گرما است که مختصراً “پکینگ برج خنک کننده” نیز نامیده می‌شود. هدف اصلی پکینگ برج خنک کن(کولینگ تاور) ایجاد سطح موثر مفید برای تبادل انرژی میان آب داغ و هوای خنک می باشد. سطوحی که پکینگ مدیا ایجاد می‌نماید در واقع همانند پوشال‌های کولر، سطح تماس و برخورد بین آب و هوا را می‌‌افزاید. افزایش سطح انتقال حرارت در جریان کارکرد برج خنک کننده تأثیر بسزایی در چگونگی کارکرد سیستم می گذارد.

اهمیت بکارگیری پکینگ در برج خنک کن

حیاتی بودن پکینگ در عملکرد کولینگ تاور زمانی مشخص می شود که سیستم دچار رسوب و گرفتگی می شود. با ایجاد لایه های رسوب و کاهش سطوح تبادل حرارت در پکینگ ها یا فیلینگ های خنک کننده راندمان سیستم دچار افت می شود. افت راندمان در برج خنک کننده با افزایش دمای آب سرد خروجی مشهود می شود. در بین اجزای داخلی برج خنک کننده مهمترین و اساسی ترین بخش، پکینگ یا سطوح خنک کننده می باشد که وظیفه ایجاد سطح تبادل حرارت را بر عهده دارد. پکینگ ها با توجه نوع عملکرد سیستم داخلی کولینگ تاور دارای انواع مختلفی می باشد که در ادامه به توضیح آن می پردازیم.

توضیحات بیشتر در خصوص پکینگ برج خنک کننده

پکینگهای برج خنک کننده انواع مختلفی دارند و با توجه به نوع طراحی و کارکرد مورد کاربرد قرار می‌گیرند. پکینگ علاوه بر کاربری در برج خنک کننده در سایر تجهیزات همانند اسکرابر (برج اسید) نیز بکار می‌روند. کاربری پوشالهای مشبک در سیستم های تبخیری بسیار حائز اهمیت می باشد. در واقع اصول طراحی یک اسکرابر و کولینگ تاور بر پایه کاربری پرکننده (fill) یا پکینگ نهاده شده است.

فیلینگ داخلی در یک برج اسید یا اسکرابر وظیفه خنک کردن اسید و در برج وظیفه سرد کردن آب را عهده‌دار است. البته از پکینگ در یک کاربری دیگر در چربی گیرها و تصفیه خانه ها استفاده می شود. در این مدل کاربری از پوشال‌های پرکننده در جهت ایجاد سطح جهت نشست کردن آلاینده ها (چربی و لجن) استفاده می‌گردد.

نازل برج خنک کننده (spray nozzle) مرکز پاشیدن و پخش کردن جریان آب داغ در یک برج خنک کن مکعبی می‌باشد که به این دوش ها {افشانک کولینگ تاور} هم می‌گویند. نازلها با ایجاد یک جریان تلاطمی در کولینگ تاور سبب پاشیده شدن آب گرم می گردند و از این رو به آنها دوش پاشش برج خنک کن نیز گفته می‌شود. البته گاهاً به نازلهای پاششی در سیستم های مدور یا تحت فشار آب پخش کن کولینگ تاور نیز گفته می شود که قالباً در سیستم توزیع آب برجهای گرد (مخروطی) بکار می آیند.

نازل برج خنک کننده چگونه عمل می‌کند؟

در سیالات به دستگاهی که با کاهش سطح مقطع خروجی سیال سبب افزایش فشار در جریان خروجی می شود شیپوره گفته می شود. شیپوره یا نازل در دانش سیالات با افزایش سرعت و فشار ، سبب پاشیده شدن و پخش شدن جریان آب گرم ورودی برج خنک کننده بر روی سطوح پکینگ می‌شود. نسبت تغییر سرعت و فشار در خروجی و ورودی جریان سیال وابسته به نسبت سطح مقطع ورودی به خروجی تغییر می‌نماید.

نکته کلیدی: هر یک از انواع نازل وابسته به نوعیت طراحی و تغییر سطح مقطع شرایط مختلفی را برای توزیع سیال فراهم می کنند.

وظیفه اصلی نازل برج خنک کننده چیست؟

وظیفه افشانک در کولینگ‌تاور توزیع  جریان آب گرم تحت شعاع معین بر روی پکینگ‌مدیا میباشد. پس از پاشیدن آب این سیال در تماس با هوای القایی ایجادشده فن برج خنک کننده قرار می‌گیرد. توزیع آب در دوش‌ها توسط یک مکانیزم خاص و با استفاده از ایجاد تلاطم در جریان آب صورت می‌پذیرد.

در بسیاری از انواع نازل برج خنک کننده این تلاطم توسط قطعات پروانه‌ای شکل (روتور)صورت می‌پذیرد. کاهش سطح مقطع و ایجاد تلاطم در جریان آب سبب از هم گسیختگی جریان آب و در اصطلاح اسپری شدن قطرات خروجی می‌شود. به همین دلیل به این مدل مهپاش‌ها ، نازل اسپری برج خنک‌کننده (spray nozzle) نیز گفته می‌شود.

قطره‌ گیر برج خنک کننده(Drift Eliminator) در واقع تله ای جهت گیر انداختن قطره‌ های آب مکش شده به سمت خروجی هوا در برج‌ خنک‌ کننده می باشد. وظیفه اصلی این بخش جلوگیری از دریفت یا پرت‌شدن قطره های آب به سمت فن‌مکنده می‌باشد. کلمه Drift Eliminator در زبان انگلیسی از دو بخش اصلی تشکیل می‌شود. بخش اول کلمه (Drift) دریفت به معنی پرتاب قطره های ریز آب خروجی افشانک برج خنک‌کننده به سمت فن و بخش دوم کلمه (Eliminator) المیناتور یعنی جلوگیری کننده می باشد.

قطره گیر علاوه بر استفاده در برج خنک کننده در انواع ایرواشر(شستشو دهنده هوا) و کندانسورهای تبخیری نیز به کار برده می‌شود. به دلیل داشتن نقش محافظتی یکی از مهمترین قطعات جانبی برج خنک کننده محسوب می‌شود. المیناتور یا همان چکه گیر در حد فاصل محل قرارگیری سیستم پاشش آب و خروجی هوا در برج خنک کن یا ایرواشر به صورت عمودی (تخت) و افقی(ایستاده) قرار می گیرد. به منظور افزایش کارایی قطره گیر عموماً در برخی موارد از دو یا چند لایه چکه گیر جهت ممانعت از خروج قطره های آب استفاده می‌شود.

ارتفاع استاندارد قطره گیرهای بکار رفته در برج خنک کننده و ایرواشر بین 13 الی 20 سانتیمتر متغییر می‌باشد و با توجه به نوعیت قطره گیر (لانه زنبوری یا تیغه ای) متفاوت می‌باشد. میزان دریفت یا پرتاب قطره های آب به سمت پروانه بیشتر به لحاظ مصرف انرژی(مصرف آب) حائز اهمیت نمی‌باشد.

کاربرد المیناتور در مجرای خروجی هوا در دستگاه‌هایی که با پاشش آب سروکار دارندبیشتر نقش محافظتی از اجزای سیستم هوادهی را برعهده دارد (همانند برج خنک کننده). برخی از این اجزای سیستم هوادهی عبارتند از: موتور، فن برج خنک‌کننده و سیستم انتقال قدرت.

پروانه یا فن(fan) در کولینگ تاور جریان هوا را با فشار معین از قسمت لوور (کرکره ورودی هوا) به سمت بالا مکش می‌نماید. با این عمل نرخ کمی از قطره های ریز خروجی نازل کولینگ تاور به دلیل نیروی مکش پروانه به سمت خروجی بالا (fan deck) هدایت می‌شود.

این قطره های ریز آب در برخورد با صفحات و تیغه‌های قطره‌ گیر برج خنک‌کننده انرژی جنبشی خود را  از دست داده (گیر افتاده) و به واسطه نیروی ثقلی وزن خود به سمت پایین برگشت می‌شود. به بیان ساده قطره‌ گیر برج خنک کننده نوعی تله (trap) در مسیر قطرات آب مکش شده به سمت پروانه می‌باشد که از خروج این قطرات کوچک و ماکروسکوپیک آب (drift) جلوگیری می‌نماید.

قطره گیر یا چکه گیر در انواع برج خنک‌کننده مکعبی و مخروطی (مدارباز) و همچنین در ظرفیتهای مختلف انواع کولینگ تاور مداربسته هیبریدی نیز مورد کاربرد قرار می گیرد. این تجهیز علاوه بر برج خنک کن در انواع ایرواشر(air washer) نیز به کار برده می‌شود و هدف آن جلوگیری از عبور قطرات و بخار آب به بیرون دستگاه می‌باشد.

قطره گیر با ایجاد یک سطح تماس سبب کندانس یا شبنم شدن بخشی از قطرات و رطوبت موجود در هوا می‌گردد و از این رو به این قطعه شبنم گیر نیز گفته می‌شود. حائز اهمیت بودن قطره‌گیر بیشتر به واسطه تأثیر مستقیم این قطعه بر میزان مصرف آب برج خنک کننده و ایرواشر می‌باشد. اتفاقاً به منظور کاهش میزان مصرف آب در محاسبات برج خنک کن استفاده از قطره گیر یا شبنم گیر به شدت توصیه می‌گردد.

فن برج خنک کننده (cooling tower fan) مرکز هوارسانی و دستگاه جابجا کننده هوا در کولینگ‌تاور می‌باشد که به آن پروانه برج خنک کن هم می‌گویند. فن یا پروانه در برج خنک‌کاری دارای تعداد معینی پره یا تیغه می‌باشد که با چرخش آنها هوا از نقطه ای به نقطه دیگر جابجا می‌شود. فن برج خنک کننده در واقع قطعه‌ای است که وظیفه آن منتقل کردن هوا از بیرون به داخل کولینگ تاور است.

فن با ایجاد یک جریان مکش مکانیکی در هوای بیرون سبب گردش و جابجایی هوا درون برج خنک کننده می‌شود. در اصل پره یا تیغه ایرفویل(airfoil) بکار رفته در پروانه سبب گردش هوا داخل دستگاه می‌شود. تیغه پروانه با چرخش خود موجب ایجاد یک اختلاف فشار نسبی در دهانه مکش هوا و در نتیجه جابجایی این سیال می‌گردد. پروانه ها علاوه بر کولینگ تاور در دستگاه های دیگر همانند چیلر، کندانسور هوایی و اگزاست فن نیز بکار برده می‌شود.

انواع فن برج خنک کننده

• فن محوری(axial fan)

دلیل اصلی و مهم نامگذاری پروانه آکسیال یا محوری کولینگ تاور چرخش پره‌های فن برج خنک کننده حول یک محور ثابت می‌باشد. راندمان سیستم های هوادهی اکسیال قالباً بالاتر از 80 درصد می‌باشد. سیستم هوارسانی محوری برج خنک کننده به فن‌هایی گفته می‌شود که جریان خروجی هوا در راستای محور گردش می‌باشد. فن محوری عموماً برای کاربری‌های تک جهته همانند ورود و خروج هوا از یک محیط و هوادهی‌های بالا در نقاط مختلف کاربرد دارند. چرخش پره‌های اکسیال سبب ایجاد فشار نسبی در اطراف تیغه پروانه شده و در نتیجه سبب جابجایی هوا می‌شود. فن محوری عموماً به دلیل فشار استاتیک پایین در محیط هایی با آلوگی بالا کاربرد ندارد و همچنین این مدل در سیستم‌های هوادهی با مسیر یا کانال‌های طولانی به هیچ وجه توصیه نمی‌شود.

• فن سانتریفوژ(centrifuge fan)

سیستم های سانتریفوژ یا حلزونی در گذشته و در کولینگ تاورهای گالوانیزه کاربرد داشت. کاربرد نوع پره بکوارد یا فوروارد در این مدل پروانه متناسب با نوع دمنده یا مکنده بودن سیستم می‌باشد. مصرف انرژی زیاد، لرزش زیاد، راندمان پایین و خرابی زیاد از مهمترین دلایل منسوخ شدن سیستم هوادهی گریز از مرکز می‌باشد.

توضیحات بیشتر در مورد انواع کولینگ تاور

نکته مهم و اساسی در بکارگیری پروانه محوری در کولینگ تاور:

قطر پروانه با سرعت چرخشی رابطه معکوس دارد یعنی به هر میزان قطر فن برج خنک کننده بزرگتر انتخاب گردد سرعت چرخشی نیز باید کاسته شود. کاهش میزان سرعت زاویه ای چرخش در پروانه سبب کاهش آسیب به بلبرینگ می‌گردد.

مزایای فن محوری

• سر و صدای بسیار کم به دلیل مقطع ایرودینامیکی تیغه
• راندمان بالا و ایجاد هوادهی با ظرفیت بسیار بالا
• مصرف انرژی پایین به دلیل عدم ایجاد فشار استاتیکی بالا
• گردش هوای مطلوب در سیستم‌های دمنده و مکنده القایی
• عدم نیاز به تعویض و سرویس دوره‌ای (روغنکاری)
• لرزش پایین به دلیل کاهش شدید نیروی دراگ و مقاومت پسا
• ظرفیت هوادهی بسیار بالا و فشار استاتیک متعادل
• مناسب جهت کاربری در انواع تجهیزات برودتی مثل کولینگ تاور، ایرکولر و چیلرهای تراکمی هواخنک

انواع فن محوری برج خنک کننده

• الف) فن با تیغه آلومینیوم AL
• ب) پروانه با پره فایبرگلاس FRP
• ج) فن محوری با تیغه پلی آمید PE

• الف) فن برج خنک کننده آلومینیوم

رایج ترین نوع سیستم هوادهی و هوارسانی در کولینگ تاور استفاده از تیغه آلومینیوم می‌باشد. جنس پره در این مدل تماماً آلیاژ آلومینیوم (aluminum alloy) می‌باشد. آلومینیوم به دلیل نرم بودن می‌تواند به راحتی تحت شکلهای ایرودینامیکی مناسب شکل پذیری داشته باشد. بهترین مقطع ایرودینامیکی در سیستم‌های جابجا کننده هوا نوع مقطع ایرفویل (airfoil) می‌باشد.