کولینگ‌تاور چیست؟
کولینگ‌تاور cooling tower یک دستگاه خنک‌کننده است که برای تبدیل حرارت زاید موجود در آب به انرژی حرکتی، از فرآیند سرمایش تبخیری استفاده می‌کند این دستگاه به طور عمده در صنایعی مانند نیروگاه‌های حرارتی، پالایشگاه‌ها پتروشیمی، صنایع غذایی و سیستم‌های تهویه‌مطبوع استفاده می‌شود این دستگاه بر اساس اصول تبخیری طراحی شده است. در واقع آب گرم از طریق فرایندهای صنعتی یا دستگاه‌های سرمایشی به داخل برج وارد می‌شود و از بالای برج توسط نازل‌های مخصوص بر روی سطوح تبادل حرارت پخش می‌گردد. این سیستم‌ها از اهمیت بسزایی در صنایع مختلف برخوردار خواهند بود. برج خنک‌کن می‌تواند آب داغ را به کمک یک‌چرخه کاربردی و مقرون‌به‌صرفه از طریق هوا خنک نمایند و مجدد در سیکل کاری مورداستفاده قرار دهند.
عملکرد کولینگ‌تاورها
کولینگ‌تاور به‌عنوان یک خنک‌کننده آب بر پایه اصل تبخیری عمل کرده و آب را خنک می‌کند. در این فرایند، آب گرم از طریق سیستم لوله‌کشی وارد بخش فوقانی برج می‌شود. هوای تازه از طریق فن‌های هوارسان وارد محفظه اصلی برج می‌شود و در معرض تماس با آب قرار می‌گیرد در این تماس، بخشی از آب تبخیر می‌شود و این تبخیر انرژی گرمایی آب را به هوا منتقل می‌کند به‌عبارت‌دیگر، دمای هوا نسبت به آب کمتر است. این امر باعث می‌گردد که هوا گرمای آب را جذب کند و آب سرد شود؛ بنابراین آب سرد خروجی از برج به منابع مختلفی از جمله چیلرها (برای سیستم های تهویه‌مطبوع)، فرایندهای صنعتی و غیره جهت خنک‌کردن، منتقل خواهند شد. این فرایند به دلیل تبخیر آب و انتقال حرارت از طریق هوا، باعث کاهش دمای آب و در نتیجه خنک‌کردن آن می‌گردد. این روش کار یک کولینگ‌تاور مدار باز یا مرطوب است. در برج خنک‌کننده مدار باز میزان تبخیر بستگی به دمای آب ورودی دارد و این دستگاه مناسب مناطق کم رطوبت است.
عملکرد کولینگ‌تاور بستگی به شرایط هوا و رطوبت آن خواهد داشت. در محیط‌هایی با رطوبت پایین، این دستگاه‌ها عملکرد بهتری دارند. کولینگ‌تاور یا برج خنک‌کننده، یکی از ابزارهای حیاتی در صنایع مختلف جهت دفع حرارت به شمار می‌آید. در ادامه به بررسی انواع کولینگ‌تاور می‌پردازیم.
انواع کولینگ‌تاور بر اساس نحوه گردش آب
کولینگ‌تاور مدار باز
کولینگ‌تاور مدار باز یا همان برج خنک‌کننده مرطوب، بیشترین کاربرد را در صنایع گوناگون دارد. در این نوع سیستم، آب گرم از یک منبع معین مثل چیلر یا سایر دستگاه‌های صنعتی وارد برج می‌شود این آب داغ توسط افشانک‌های مخصوص برج بر روی پکینگ‌ها یا سایر سطوح تخت و خمیده اسپری می‌گردد. هوای تازه بیرون از طریق فن برج خنک‌کننده به داخل مکش می‌شود و با آب داغ تماس می‌گیرد این تماس باعث تبادل حرارت میان آب‌وهوا می‌شود بخشی از آب به شکل بخار تبخیر می‌گردد و گرمای آب به هوا منتقل خواهد شد. آب‌خنک شده از پکینگ‌ها عبور کرده و به داخل تشتک یا استخر ذخیره آب می‌ریزد و سپس جهت خنک‌کردن سایر دستگاه‌ها می‌توان از آن استفاده کرد.
لازم است بدانید دمای آب‌خنک شده در برج خنک‌کننده مدار باز به دمای مرطوب محیط به انگلیسی (Wet-bulb temperature ) بستگی دارد و در بهترین حالت دمای آب سرد شده 3 درجه بالای دمای مرطوب محیط می‌تواند باشد.
اجزای اصلی برج خنک‌کننده مدار باز
اجزای اصلی کولینگ‌تاور مدار باز عبارت هستند از:
· فن و موتور الکتریکی (نوع محوری و گریز از مرکز)
· پکینگ‌ها (جهت کاهش سرعت آب و افزایش سطح تماس بین آب‌وهوا)
· حوضچه یا تشتک (محل جمع‌آوری آب‌خنک شده در پایین برج)
· پنل‌های بدنه برج خنک‌کننده و فن استک
· قطره گیر (بین فن و پکینگ قرار گرفته است و وظیفه جلوگیری از خروج ذرات آب از بالای برج را بر عهده خواهد داشت)
· سیستم توزیع‌کننده آب داغ در قسمت بالای برج (شامل لوله‌ها و نازل‌های پاشش آب می‌شود)
· فلنچ‌های ورود و خروج آب
| اجزای برج خنک کننده |
وظیفه |
| فن |
جابجایی جریان هوا |
| نازل های آب پاش |
توضیع جریان آب بر روی پکینگ ها |
| پکینگ |
تشدید فرآیند تبخیر |
| پورت آب جبرانی |
جبران آب تشتک |
| پورت آب سر ریز |
سر ریز آب تشتک در صورت خرابی شناور |
| پورت آب داغ ورودی |
محل ورود آب داغ به برج خنک کننده |
| پورت آب سرد خروجی |
محل خروج آب سرد از برح خنک کننده |
مزایای کولینگ‌تاور مدار باز
کولینگ‌تاور مدار باز یک راه‌حل مؤثر برای خنک‌کاری آب در صنایع مختلف است. این دستگاه دارای مزایا ویژه‌ای است. یکی از اصلی‌ترین مزایا این نوع کولینگ‌ها، کارایی بالایی جهت انتقال حرارت از آب به هوا است. در این سیستم، آب داغ به‌صورت مستقیم با هوا در تماس خواهد بود و به‌وسیله ی پکینگ‌ها و پرکننده‌های خاص، سطح و زمان تماس میان آب‌وهوا بسیار بیشتر می‌شود. این امر باعث می‌گردد که انتقال حرارت به بهترین شکل صورت گیرد. برخلاف کولینگ‌تاورهای مداربسته، نیازی به مبادله حرارت با یک مایع میانی نخواهد بود و این ویژگی می‌تواند باعث افزایش کارایی کلی دستگاه شود. علاوه بر این، کولینگ‌تاور مدار باز به‌وسیله ی تبخیر آب از سطح پکینگ‌ها باعث خنک‌شدن آب باکیفیت بهتر و کاهش میزان بخار خروجی می‌گردد.
این امر به کاهش مصرف آب و افزایش بهره‌وری سیستم کمک می‌کند از دیگر مزایای این کولینگ‌تاور می‌توان به‌سادگی ساختار، نگهداری و تعمیرات نسبتاً آسان آن اشاره کرد؛ بنابراین این دستگاه می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهد و عملکرد صنایع را بهبود بخشد. به‌علاوه، استفاده از کولینگ‌تاور مدار باز باعث کاهش احتمال تشکیل رسوبات در دستگاه می‌شود این تاورها نیاز به سرویس دوره‌ای کمتری دارند؛ زیرا تبخیر آب باعث می‌گردد که مواد معدنی و املاحی که در آب وجود دارند، به طور طبیعی جدا شوند و به آسیب کمتری به تجهیزات وارد کنند.
برج خنک‌کننده مداربسته یا خشک
کولینگ‌تاور یا برج خنک‌کننده مداربسته خشک یا هوا خنک، یک نوع دستگاه خنک‌کننده است که برای خنک‌کردن سیالات داغ مورداستفاده قرار می‌گیرد در این نوع تاور، آب یا سایر سیالات از طریق لوله‌های کویل (coil) که در داخل دستگاه وجود دارند، جریان می‌یابند این لوله‌های کویل به وسیله‌ای فن هوایی که هوا را از محیط جمع‌آوری می‌کند خنک می‌شوند.
اجزای اصلی کولینگ‌تاور مداربسته عبارت‌اند از:
· ورودی آب داغ یا هر سیال داغ دیگر به لوله‌های کویل مسی
· خروجی آب‌خنک از کویل برج مدار بسته
· کویل مسی (لوله‌های خم خورده پره‌دار یا بدون پره)
· فن محوری یا سانتریفیوژ مخصوص جریان هوا میان لوله های کویل
· ورودی هوای اتمسفر جهت خنک‌کاری از قسمت لوورها
· الکتروموتور و کاهش دور فن برج (کاهش دور تسمه‌ای یا گیربکس)
· بدنه و استراکچر کولینگ‌تاور از جنس فلز، فایبرگلاس یا بتن
بررسی ویژگی‌های برج خنک‌کننده مداربسته یا خشک
عدم نیاز به آب جایگزین: بر خلاف کولینگ‌تاورهای مدار باز که نیاز به تزریق و جایگزینی آب دارند، این نوع برج خنک‌کن نیازی به جایگزین‌کردن آب نخواهد داشت و با استفاده از هوای اطراف، سیال را خنک می‌کند این موضوع به‌منظور کاهش هزینه‌های نگهداری و بهره‌وری بیشتر موردتوجه قرار گرفته است.
کارایی در شرایط آب‌وهوایی مختلف: کولینگ‌تاورهای مداربسته، گزینه‌ای مناسب برای استفاده در شرایط آب‌وهوایی مختلف هستند و نیازی به شرایط خاصی ندارند.
کارایی مناسب در محیط‌های گرم: این نوع تاورها عملکرد بهینه‌ای در محیط‌هایی با شرایط آب‌وهوایی گرم خواهند داشت و برای خنک‌کردن سیالات داغ در این شرایط گزینهٔ مناسبی هستند لازم به ذکر است که عملکرد کولینگ‌تاور خشک باتوجه‌به دمای خشک محیط است که این امر موجب می‌شود دمای آب خروجی نهایتاً در محدود 40 تا 50 درجه باشد. درصورتی‌که نیاز به خنک‌کردن آب برای دمای پایین‌تری باشد باید از سیستم مدار باز یا برج خنک‌کن هیبریدی استفاده نمود که در ادامه توضیح داده شده است.
کولینگ‌تاور هیبریدی
کولینگ‌تاور هیبریدی از انواع پیشرفته‌ی برج‌های خنک‌کننده است که از دو دستگاه خنک‌کننده‌ی مختلف یعنی خشک (Dry) و تر (Wet) استفاده می‌کند تا عملکرد بهینه‌ای جهت انتقال حرارت و مصرف منابع داشته باشد. در این سیستم، قسمت خشک برج خنک‌کننده مانند یک Dry Cooler عمل می‌کند که هوا به طور مستقیم از روی کویل‌های آلومینیومی یا مسی عبور کرده و حرارت سیال خنک‌کننده را از طریق تبادل حرارت جذب می‌نماید. سپس سیال خنک‌کننده که دمای آن کاهش‌یافته، وارد قسمت تر یا خیس برج می‌شود در اینجا، آب یا سیال خنک‌کننده از طریق نازل‌های مخصوص، تبخیر شده و دمای خود را به حد مطلوب کاهش می‌دهد این فرایند تبخیر باعث خنک‌شدن سیال خنک‌کننده می‌شود و به دستگاه‌های فرایندهای صنعتی تزریق می‌گردد
کولینگ‌تاور مداربسته هیبریدی به دلیل استفاده هم‌زمان از دو سیستم خنک‌کننده، منجر به‌صرفه جویی در مصرف آب و انرژی می‌شود. در نتیجه به کاهش هزینه‌های عملیاتی و اثرات زیست‌محیطی مرتبط با مصرف منابع آب کمک خواهد کرد.
انواع کولینگ‌تاور به لحاظ متریال ساخت:
- کولینگ‌تاور فایبرگلاس
- کولینگ‌تاور فلزی
- کولینگ‌تاور بتنی
- کولینگ‌تاور چوبی
انواع کولینگ تاور به لحاظ شکل هندسی
- برج خنک کننده مکعبی جریان مخالف کانتر فلو
- برج خنک کننده مخروطی یا گرد
- برج خنک کننده ذوزنقه ای جریان متقاطع کراس فلو
- کولینگ تاور هلر(بتنی نیروگاهی)
کولینگ‌تاور فایبرگلاس
کولینگ‌تاور فایبرگلاس FRP یکی از پرکاربردترین و جدیدترین برج‌های خنک‌کننده است. این محصول برای خنک‌کردن آب در فرایندهای صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرد این برج‌ها از جنس فایبرگلاس یا کامپوزیت تهیه می‌شوند شامل الیاف شیشه و رزین‌های مخصوصی هستند. این مواد به دلیل ویژگی‌هایی مثل مقاومت در برابر زنگ‌زدگی، خوردگی، تابش UV گزینه‌ای مناسب برای ساختارهای بزرگ صنعتی به شمار می‌آیند.
از برج خنک‌کننده فایبر گلاس معمولاً برای خنک‌کردن آب گرم در صنایع تولیدی و سیستم های تهویه مطبوع استفاده می‌کنند. فرایند خنک‌کردن از طریق تبادل حرارتی بین آب‌وهوا در برج انجام می‌گردد در برج خنک‌کننده جریان مخالف فایبرگلاس آب گرم وارد برج می‌شود و به‌صورت پراکنده از بالای برج توسط آب‌پخش‌کن به پایین جاری و بور یک نواخت بر روی پکینگ برج خنک کننده توزیع می گردد. هم‌زمان با این حرکت، هوا از پایین به سمت بالا می‌رود و در معرض تماس با آب قرار می‌گیرد این امر باعث خنک‌شدن آب می‌شود به علت جریان مخالف آب‌وهوا به این دستگاه‌ها کولینگ‌تاور کانتر فلو (counter flow) می‌گویند.
در کولینگ‌تاور فایبرگلاس، الیاف شیشه‌ای به‌عنوان یک عامل تقویت‌کننده و رزین‌های پلی‌استر به‌عنوان ماده‌ی پیوندی مورداستفاده واقع می‌شوند. انعطاف‌پذیری، مقاومت مکانیکی و مقاومت در برابر عوامل محیطی مانند آفتاب، رطوبت و حتی زلزله از مهم‌ترین ویژگی‌های این برج به شمار می‌آیند. برج‌های خنک‌کنندهٔ فایبرگلاس می‌توانند به شکل‌های هندسی مختلفی مانند مدور یا مکعب ساخته شوند.
عملکرد برج خنک‌کننده‌ی فایبرگلاس مکعبی
امروزه کولینگ‌تاور فایبرگلاس مکعبی، به‌عنوان یکی از تکنولوژی‌های پیشرفته در صنایع مختلف مطرح است. این محصولات به‌منظور خنک‌کردن آب در فرایندهای صنعتی و کاربردهای مختلف به کار می‌روند این برج‌ها از مواد فایبرگلاس ساخته شده‌اند. آب گرم تولید شده در فرایندهای صنعتی از طریق لوله‌های اتصالات مربوطه به داخل برج وارد می‌شود در این برج‌ها، آب گرم به وسیله‌ی نازل‌ها به‌صورت قطره‌ای روی پکینگ‌های موجود در برج پخش خواهد شد. این پکینگ‌ها پس از افزایش سطح تماس با هوا که توسط فن‌های داخل برج ایجاد می‌شود باعث خنک‌شدن آب می‌گردند. هوای گرم وارد برج شده و از طریق پکینگ‌ها با آب در ارتباط قرار می‌گیرد و در نهایت توسط فن‌ها از برج خارج می‌شود.
بخشی از آب گرم به‌صورت بخار از مدار خارج می‌گردد که این عمل به تبخیر آب کمک می‌کند جهت تامین آب ازدست‌رفته، یک مدار آب جبرانی وجود دارد که میزان سطح آب آن توسط سیستم کنترل، تنظیم شده است. آب‌خنک شده در بخش تشتک برج جمع‌آوری‌شده و جهت استفاده مجدد در فرایندهای صنعتی به پمپ خنک‌کن متصل خواهد شد. به‌این‌ترتیب، برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس مکعبی علاوه بر کارایی بالا جهت خنک‌کردن آب، از مزایایی مانند مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف، دوام بالا و کارکرد بهینه در طولانی‌مدت برخوردار هستند.
کولینگ‌تاورهای مکعبی در ظرفیت‌های مختلف از ۲۰ تن تا ۸۰۰ تن تبرید به‌صورت تک‌سلولی تولید می‌شوند. در ظرفیت‌های بالاتر می‌توان از برج‌های مکعبی چندسلولی نیز استفاده نمود که به‌خاطر شکل هندسی این دستگاه می‌توان تجهیزات ۳،۲ و ۴ سلولی را طراحی و تولید نمود.
مزایای کولینگ‌تاور فایبرگلاس
برخی از مهم‌ترین مزایای کولینگ‌تاورهای فایبرگلاس عبارت هستند از:
- مقاومت بدنه در برابر عوامل مختلفی از جمله زنگ‌زدگی و رطوبت
- غیرقابل‌نفوذ بودن در برابر گرمای خورشید (مخصوصاً در فصل تابستان)
- مقاومت بالا در برابر تابش نور خورشید (آنتی یو وی بودن بدنه)
- قابلیت تولید و ساخت در ظرفیت‌های بالا به‌صورت چندسلولی
- احتمال رسوب گرفتن بسیار پایین (باتوجه‌به املاح موجود در آب)
- سبک بودن ساختار فایبرگلاس نسبت به سایر فلزات و بتن
- ارتعاش و لرزش کم بدنه به دلیل استفاده از پیچ‌ومهره در اتصالات و ساختار بدنه
- کند بودن رشد جلبک و باکتری در محیط فایبرگلاس
- طول عمر زیاد بدنه فایبرگلاس (بالابودن عمر مفید برج خنک‌کننده)
- قیمت تمام شده پایین و صرفه‌ی اقتصادی بالا
- زمان ساخت سریع‌تر
- جابه‌جایی و حمل آسان‌تر نسبت به سایر انواع برج خنک‌کننده
قیمت کولینگ‌تاور
یکی از عوامل مهم در زمان خرید کولینگ تاور قیمت آن می باشد که در کنار کیفیت برای کارفرمایان مسئله مهمی است. پارامترهای مختلفی در قیمت کولینگ تاور مدار باز و مدار بسته نقش دارد. اگر ظرفیت برج خنک کننده که اصلی ترین مورد در قیمت گذاری به حساب می آید را کنار بگذاریم برخی از مهم‌ترین عواملی که بر قیمت کولینگ‌تاور اثر می‌گذارند، به شرح ذیل هستند:
· نوسانات ارز
· جنس بدنه
· ضخامت بدنه
· برند الکتروموتور
· نوع پروانه و گیربکس
· کنترلرهای الکترونیکی
· جنس پکینگ و قطره گیر برج
· فیلترها و تصفیه‌کننده‌ها
· جنس لوله‌کشی و اتصالات برج
· هزینه‌های نصب و راه‌اندازی
· هزینه‌های نگهداری و تعمیرات
· تکنولوژی مورداستفاده
· نوآوری‌ها و تحولات جدید
· عرضه و تقاضا
· تخفیفات و مذاکره
خرید کولینگ‌تاور از مراکز معتبر
برای خرید کولینگ‌تاور، ابتدا باید نیازهای خود را به‌دقت مشخص کنید. این امر شامل میزان خنک‌کنندگی، فضای موجود برای نصب، بررسی ویژگی‌های مهم مانند کارایی انرژی، مقاومت در برابر خوردگی و کنترل هوشمند می‌شود. علاوه بر این، جهت خرید برج‌های خنک‌کننده باید به مراکز معتبری که به طور تخصصی به تولید و فروش این محصولات می‌پردازند، مراجعه کنید. کولینگ‌تاورهایی که تهیه می‌کنید باید از کیفیت بالایی برخوردار بوده و قابلیت‌های لازم را داشته باشند. مراکزی که به طور حرفه‌ای به فروش این برج خنک‌کننده خانگی و صنعتی می‌پردازند، می‌توانند شما را در این زمینه راهنمایی کنند؛ بنابراین شما می‌توانید متناسب با نیاز پروژه‌ی موردنظر خود، یک انتخاب مناسب داشته باشید.
سخن پایانی
کولینگ‌تاورها به‌عنوان یکی از ابزارهای حیاتی در صنایع مختلف، از جمله صنایع نیروگاهی، پالایشگاهی، شیمیایی و تولیدات صنعتی، نقش بسیار مهمی جهت خنک‌سازی فرایندهای صنعتی ایفا می‌کنند ویژگی‌های اصلی کولینگ‌تاورها شامل کارایی بالا جهت خنک‌کردن آب، مقاومت در برابر خوردگی، کنترل هوشمند سیستم و کاهش مصرف انرژی می‌شوند. هر کولینگ‌تاور باید باتوجه‌به نیازهای خاص صنعتی خود انتخاب شود. نصب و راه‌اندازی این محصولات از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. این امر منجر به بهبود عملکرد برج‌های خنک‌کننده و افزایش بهره‌وری می‌گردد. توسعه‌ی فناوری‌های جدید در این حوزه، مانند سیستم های کنترل اتوماتیک، استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی و بهینه‌سازی مصرف انرژی، باعث بهبود عملکرد و کاهش هزینه‌های مربوطه می‌شود ازاین‌رو، انتخاب و استفاده از کولینگ‌تاورهای باکیفیت و مناسب باعث ارتقاء کارایی و کاهش هزینه‌های اجرایی و نگهداری در صنایع مختلف می‌گردد.