کولینگ تاور چیست و انواع آن کدامند؟

کولینگ تاور چیست؟ 

کولینگ تاور که در زبان فارسی به نام برج خنک کننده آب معروف است برای گرفتن دمای مازاد آب در صنایع مختلف و همچنین در امر تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد. در وا قع کولینگ به معنای سرد کننده و تاور نیز به معنی برج می باشد. گاهی نیز به این تجهیز کولینگ واتر می گویند یعنی سیستم خنک کننده آب می گویند.

مکانیزم اصلی و نحوه کار کولینگ تاور  برای خنک کردن آب، گرفتن گرما از طریق تبخیر بخشی ازآن می باشد. این عمل از طریق افزایش سطح تماس سیال و هوا صورت میگیرد. 

نحوه کار کولینگ تاور صنعتی :

اصل کار دستگاه مذکور بدین شکل است که از هوای خشک برای تبادل گرما و جرم با جریان آب پاشیده شده تحت عمل فن استفاده می کند.در طول فرآیند پاشش، جریان آب پس از برخورد به سطوح پرکن ( پکینگ کولینک تاور ) به قطرات کوچکتر تبدیل می شود.در طول فرآیند تماس بین قطرات آب و هوا قسمتی از آن مستقیماً با هوای خشک و آب تماس می گیرد تا گرما را جذب کند و از طرفی آب سطح قطره تبخیر می شود و در نتیجه مقدار زیادی گرما را جذب کرده و گرما را از بین می برد. نیروی محرکه اصلی این فرآیند رطوبت است و میزان دمای آب سرد خروجی از برج خنک کننده بسته به دمای حباب مرطوب می باشد.

هرچه زمان تماس آب ورودی  با هوا دمیده شده درون کولینگ تاور بیشتر باشد تبادل حرارت بهتر وبیشتر اتفاق می افتد.

طبقه بندی انواع کولینگ تاورها:

با توجه به حالت جریان هوا یا تهویه، این سازه ها به :  کولینگ تاور تهویه طبیعی، کولینگ تاور تهویه مکانیکی، کولینگ تاور تهویه مختلط تقسیم می شود.

 با توجه به حالت تماس آب و هوا  به :کولینگ تاور مرطوب؛ کولینگ تاور خشک؛ کولینگ تاور هیبریدی  یا ترکیبی تقسیم می گردد.

با توجه به جهت جریان آب گرم و ورود هوا به : کولینگ تاور ضد جریان؛ کولینگ جریان متقاطع؛ کولینگ تاور با جریان مخلوط تقسیم می شود.

و با توجه به زمینه کاربردی به : کولینگ تاور صنعتی؛ کولینگ تاور تهویه مطبوع (خنک کننده آب چیلرها) تقسیم می گردند.

بر اساس سطح سر و صدا به برج خنک کننده معمولی؛ کم سر و صدا؛ فوق العاده کم صدا؛ فوق العاده بی صدا تقسیم می گردند.

بنا بر شکل ظاهری  این تجهیزات به کولینگ تاور گرد و کولینگ تاور مکعبی طبقه بندی می گردند. 

با توجه به اینکه آب و هوا در تماس مستقیم هستند یا خیر می توان آنها را به دو دسته کولینگ تاور  باز و برج خنک کننده مدار بسته دسته بندی نمود.

کولینگ تاور صنعتی:

کولینگ واتر صنعتی روشی کارآمد برای انتقال گرمای اضافی از یک مکان به مکان دیگر، با استفاده از آب به عنوان حمل و نقل در کاربردهایی هستند که نیاز به منبع مطمئن آب خنک کننده در تمام طول سال در محدوده دمایی 70 درجه فارنهایت تا 100 درجه فارنهایت دارند. کولینگ تاورها ی صنعتی معمولا برای خنک کردن محصولات و ماشین آلات در کاربردهای متعددی از جمله قالب گیری تزریقی، برش ابزار و قالب، مواد غذایی و آشامیدنی، مواد شیمیایی، لیزر، ماشین ابزار، نیمه هادی ها و غیره استفاده می شوند. ظرفیت خنک کاری سیال در این دستگاه که با تن تبرید محاسبه می گردد بسیار بالاتر از واحدهای تهویه مطبوع می باشد.

کولینگ تاور آدیاباتیک:

برج خنک کننده آدیاباتیک نوعی سیستم خنک کننده است که در آن کویل مسی نصب می شود و آب سیستم مانند برج خنک کننده از طریق مدار بسته کویل ها به گردش در می آید اما هوای ورودی به کولینگ تاور قبل از ورود به جعبه اصلی با استفاده از پوشال ها مخصوص خیس، خنک می شود و سپس این هوای سرد شده بر روی کویل مسی برج خنک کن دمیده می شود و آب داخل کویل ها را خنک می کند. در این سیستم برخلاف برج خنک کننده مدار بسته هیبریدی، هیچ آبی مستقیماً روی کویل ها پاشیده نمی شود و برخلاف برج خنک کننده خشک، هوای محیط مستقیماً وارد دستگاه نمی شود، بلکه هوا ابتدا توسط یک سیستم پوشالی مرطوب خنک می شود و سپس وارد دستگاه می گردد.

کولینگ تاورهای سیال آدیاباتیک با محیط زیست بسیار سازگار هستند و از کارآمدی بالای برخوردار هستند. در واقع سیستم پد های سلولوزی که در قسمت ورودی هوا هستند و توسط پاشش آب مرطوب می مانند فقط در فصول گرمتر کار می کننده و در زمستان مصرف آب در این نوع کولینگ واتر صفر می شود. این مسله مصرف آب سیستم  خنک کاری را تا حد زیادی کاهش می دهد. در زمان‌های خنک‌تر سال، برج خنک کن به ‌عنوان یک واحد خشک کار می‌کند و تنها از هوای اطراف برای خنک‌ کردن آب موجود در مدار بسته برج خنک کننده استفاده می‌کند. 

کولینگ تاور جریان متقاطع (Cross Cooling Tower) در مقایسه با کولینگ تاور ضدجریان (Counterflow Cooling Tower):

دو نوع اصلی کولر القایی وجود دارد. در برج خنک کننده جریان مخالف، جریان هوا و آب برخلاف هم می باشند. در برج خنک کننده با جریان متقاطع، هوا و آب با زاویه عمودی نسبت به یکدیگر جریان دارند. برج خنک کننده ضد جریان در مقایسه با برج خنک کننده آب با جریان متقاطع یا آبارا دارای معایب و زمان عملکرد کوتاه تری است. با این حال، آنها به دلیل سیستم اسپری فشار، افت فشار آب بیشتری دارند، در حالی که اکثر برج های خنک کننده با جریان متقاطع از مخازن توزیع آب با تغذیه گرانشی استفاده می کنند. در حال حاضر در اکثر نقاط کشور ما از برج های خنک کننده ضد جریان استفاده می شود و طبق تجربه شرکت آذین تهویه نصب کولینگ تاور جریان مخالف بسیار موثر بوده.

عملکرد کولینگ تاور مدار باز:

نحوه خنک سازی آب در کولینگ واتر مدار باز بدین صورت است که آب در حال گردش را بر روی سطوح پکینگ مدیا به شکل پاشش با هدف ایجاد تماس بین آب و هوا، برای دستیابی به تبادل حرارت، اسپری می کند و سپس فن محوری جریان هوا را در سیستم کولینگ به حرکت در می آورد. گرما با آب مبادله می شود. هوای گرم برای رسیدن به دمای مرطوب لامپ به بیرون از کولینگ تاور منتقل می شود.

عملکرد کولینگ تاور مدار بسته:

آب در یک کویل مسی یا گالوانیزه به جریان در می آید و گرما از طریق دیواره بیرونی کویل به بیرون منتقل می شود تا گرمای محیط خنک کننده در کویل را حذف نموده تا خنک شود. در مقایسه با کولینگ تاور مدار باز، بارزترین ویژگی این نوع از دستگاههای خنک کننده؛ اضافه شدن کویل و کارکرد مایع است. محیطی که نیاز به خنک شدن دارد در کویل ها است، جریان در تماس مستقیم با آب نیست و گرما از طریق دیواره کویل مبادله می شود.

مزایای کولینگ تاور مدار باز:

کولینگ تاور مدار باز دارای مزایایی اعم از  ساختار ساده، هزینه کم و نگهداری و تعمیر راحت است و متداول ترین تجهیزات مورد استفاده در تجهیزات خنک کننده اولیه است. با این حال، از آنجایی که فن و پره‌های کولینگ واتر مدار باز در معرض هوا هستند، صدا در حین کار نسبتاً زیاد است؛ زیرا این یک سیستم باز است، در هنگام کار، رانش  و دریفت قطرات آب رخ می‌دهد و در نتیجه آب تقریبا مشهودی از دست می‌رود. باید مکرر عمل میکاپ آب پرتی صورت گیرد و در عین حال تا حدی آب خنک کننده را آلوده می کند و باعث افت کیفیت آب می شود و ذرات خارجی نیز وارد آب خنک کننده می شود و باعث آلودگی آب می شود.

مزایای کولینگ تاور مدار بسته:

1. از آنجایی که کولینگ تاور مدار بسته خنک کننده گردشی کاملاً محصور است، هیچ نوع آلودگی وارد سیستم خط لوله خنک کننده نمی شود.

2.  با گردش آب نرم خنک می شود و در دمای بالا رسوب ایجاد نمی شود که باعث پوسته پوسته شدن در سیستم خط لوله خنک کننده می شود.

3.  این کولینگ واتر منطقه کوچکی را اشغال می کند، نیازی به حفر ترانشه ندارد، مکان یابی آسان است، باعث صرفه جویی در مصرف آب و کاهش مصرف انرژی می شود.

4. کولینگ تاور مدار بسته از روش های خنک کننده دوگانه هوا خنک، تبخیری و جذب گرما با راندمان خنک کننده بالا استفاده می کند.

5. می تواند به طور مستقیم رسانه هایی مانند آب، روغن، الکل، مایع خاموش کننده، آب نمک و مایع شیمیایی را خنک کند، بدون از دست دادن رسانه و ترکیب پایدار.

6. افت فشار آب خنک کننده کمتر از کولینگ تاور مدار باز است.

دلیل افزایش دمای آب در کولینگ تاور  فایبرگلاس تقویت شده با الیاف شیشه چیست؟

علت افزایش دمای آب کولینگ تاور FRP چیست؟ چرا دمای آب پس از استفاده افزایش می یابد؟ به عنوان یک تولید کننده حرفه ای انواع کولینگ تاور فایبرگلاس و فلزی در ایران و آسیا خیلی روشن به بررسی علت این مسئله می پردازیم:

1. در طی فرآیند بسته بندی، قطرات آب در تماس با هوا قرار می گیرند و هوا تحت انتقال حرارت قرار می گیرد و در نتیجه دما افزایش می یابد.

2. همزمان با انتقال حرارت ضربه ای، انتقال جرم نیز وجود دارد.

3. انتقال حرارت به انتقال آب و هوا از دمای بالا به دمای پایین اشاره دارد. انتقال جرم به تشکیل بخار آب در سطح آب و انتشار همزمان در هوا اشاره دارد که دلیل کاهش آب در کولینگ واتر است.

4. کاربرد برج آب خنک کننده برای دستیابی به یک اثر خنک کننده خاص است که عمدتا به هیت سینک، حجم هوای فن، مصرف آب کولینگ تاور و شرایط تهویه خوب بستگی دارد.محل قرارگیری دستگاه نیز تاثیر خاصی دارد.

اهمیت استفاده از پکینگ در کولینگ تاور:

این سازه ها اساسا تجهیزات بزرگی هستند که برای به حداکثر رساندن تبخیر آب طراحی و تولید شده اند. برای رسیدن به این هدف، سطوح با مواد PVC یا پلی پروپیلن PP به صورت فیلم یا پاشش طراحی می شوند. بسته بندی برج خنک کننده با افزایش زمان تماس و افزایش سطح تماس آب و هوا، راندمان عملکرد دستگاه خنک کننده را افزایش می دهد. در همین حال، آبی که روی پرکننده های برج خنک کننده پاشیده می شود، پس از ضربه به قطرات کوچک تری تبدیل می شود که در بهبود عملکرد آب خنک کننده نیز موثر است. 

وضعیت بهره برداری از کولینگ تاورها در ساختمان های عمومی بزرگ:

کولینگ تاورها بخش مهمی از سیستم های تهویه مطبوع متمرکز هستند. کولینگ تاورهای جریان مخالف مدار باز به طور گسترده در سیستم های تهویه مطبوع ساختمان های عمومی در مقیاس بزرگ استفاده می شوند، اما مشکل راندمان پایین به طور کلی در فرآیند عملیات واقعی وجود دارد. 

در اروپا در حین بازسازی صرفه جویی در مصرف انرژی یک گروه ساختمان اداری ، عملکرد واحد خنک کننده تعداد زیادی از ساختمان های عمومی را مشاهده کرد و متوجه شد که راندمان پایین منبع سرما به دلیل عملکرد ضعیف کولینگ تاور بسیار است. به منظور تجزیه و تحلیل عمیق تأثیر واحد خنک کننده بر کارایی منبع سرد، سه تفاوت دما زیر تعریف شده است:

از دمای لامپ مرطوب در فضای باز تا دمای چگالش چیلر، این سه تفاوت دما به ترتیب ویژگی های عملیاتی سه نوع تجهیزات منبع سرد را مشخص می کنند. برای کولینگ تاورهای مدار باز ، حد انتقال گرما و جرم بین آب خنک کننده و هوا به این صورت است که دمای آب خارج از برج به دمای لامپ مرطوب در فضای باز برسد، یعنی هرچه T3 کوچکتر باشد، ویژگی های انتقال حرارت بهتر است. 

در ادامه با توجه به داده های ثبت شده LNH در سال 2008، عملکرد انتقال حرارت هر قسمت از منبع سرد LNH بررسی شده است. کولینگ تاورها دارای منبع سرد LNH دارای اختلاف دمای انتقال حرارت زیادی در فصل زمستان و فصل انتقال است که نشان می دهد کولینگ تاور در این دوره ها ضعیف عمل می کند. 

مصرف برق چیلر اساساً 30 تا 50 درصد انرژی مصرفی کل سیستم تهویه مطبوع ساختمان را تشکیل می دهد. برای کاهش این میزان از اتلاف انرژی می توان از کولینگ تاور استفاده نمود تا به سرمایه گذاری کم و بازدهی بالا دست یابید و کارایی سیستم منبع سرد را بهبود بخشید.