اگر به سقف اکثر ساختمان‌های تجاری بزرگ یا اطراف سایت‌های صنعتی و ایستگاه‌های برق نگاهی بیندازید، متوجه جعبه‌های بزرگی می‌شوید که یک فن روی آنها قرار گرفته‌است. این جعبه‌های بزرگ برج‌های خنک کننده هستند و هدف از استفاده از آنها خارج کردن گرما از یک ساختمان یا یک فرایند صنعتی است.
برای فهم بهتر عملکرد برج‌های خنک کننده به دو نوع اصلی از این برج‌ها می‌پردازیم:
- برج خنک کننده خیس یا مدار باز
- برج خنک کننده خشک یا مدار بسته
برج خنک کننده خیس: در این نوع از برج‌های خنک کننده آب داخل لوله‌ها به داخل برج پاشیده می‌شود و فضای داخلی برج خنک کننده را مرطوب می‌کند تا تبخیر صورت‌گرفته و گرما از بین برود. با توجه به اینکه آب می‌تواند این مدار را ترک کند به آن «مدار باز» می‌گویند و چون اسپری آب باعث خیس و مرطوب شدن داخل برج خنک کننده می‌شود، به آن برج خنک کننده خیس می‌گویند.
برج خنک کننده خشک یا مدار بسته: در این نوع از برج‌های خنک کننده آب در داخل یک لوله مهروموم شده باقی می‌ماند و نمی‌تواند سیستم را ترک کند، بنابراین به آن برج خنک کننده مدار بسته می‌گویند.
برج‌های خنک کننده خیس یا مدار باز کارآمدترین شیوه بیرون راندن گرما هستند و ما قصد داریم در اینجا به‌تفصیل در مورد عملکرد این نوع از برج‌های خنک ننده صحبت کنیم.
تذکر: چون از آب برای از بین بردن گرما در برج‌های خنک کننده خیس استفاده می‌شود، برای تمام مکان‌ها و سیستم‌ها مناسب نیستند.
بخش‌های اصلی یک برج خنک کننده خیس یا مدار باز
فن: فن هوای خنک اطراف را از طریق فیلترهایی که در بخش پایینی برج خنک کننده قرار دارند به داخل می‌کشد و آن را به همراه گرما و رطوبت از بخش بالایی به خارج می‌فرستد.
فن برج خنک کننده باید سبک باشد تا نیروی محرکه کمتری برای چرخش آن نیاز باشد و درعین‌حال باید مقاومت بالایی داشته باشد. بنابراین فن را معمولاً از استیل، آلومینیوم، فایبرگلاس یا پلاستیک می‌سازند.
تسمه و موتور فن: استفاده از موتور و تسمه ساده‌ترین روش چرخاندن پره‌های فن در برج خنک کننده است.
قطره‌گیر: این بخش حجم زیادی از قطرات آب و رطوبت هوای خروجی را گرفته و باعث صرفه‌جویی در مصرف آب می‌شود. قطره‌گیر به‌خاطر قرار گرفتن در معرض هوا و نور خورشید جزء آسیب‌پذیرترین بخش‌های برج خنک کننده است.
ورودی آب گرم: این بخش محل ورود آب گرم کندانسور به برج خود خنک کننده است.
نازل‌های آب‌پاش: آب گرم ورودی از طریق این نازل‌ها که روی لوله آب ورودی قرار دارند به‌صورت قطره‌های کوچک بر روی سطح خنک کننده پاشیده می‌شود. به‌این‌ترتیب فشار آب و دمای تبخیر آن کاهش پیدا می‌کند. به‌علاوه، سطح انتقال حرارت بین آب و هوا هم با تبدیل آن به قطرات کوچک بیشتر می‌شود.
پکینگ یا سطح انتقال حرارت: سطح تماس بین قطرات آب گرمی که از بالا پاشیده شده و هوایی که در جهت مخالف و از پایین وارد شده، در این بخش افزایش می‌یابد تا تبخیر به حداکثر رسیده و گرما و رطوبت بیشتری خارج شود. پکینگ درواقع قلب برج خنک کننده است که امروزه آن را از جنس پلیمر می‌سازند و در انواع مختلفی وجود دارد.
فیلتر: هوایی که فن به داخل مکش می‌کند از این فیلتر رد می‌شود. وظیفه فیلتر کاهش ورود گرد و غبار و مواد اضافی به داخل برج خنک کننده است. دما و رطوبت هوایی که از فیلتر عبور می‌کند کمتر از هوایی است که از بالا خارج می‌شود.
خروجی آب سرد: آب گرمی که در بالا وارد برج خنک کننده شده بود از این بخش با دمای کمتر خارج می‌شود.
آب جبرانی: حداقل مقدار آب در حوضچه برج خنک کننده نگهداری می‌شود، چون همواره مقداری آب در نتیجه عملیات تبخیر و مقداری هم هنگام خارج کردن آلودگی‌ها و نمک در برج خنک ننده از دست می‌رود.
لوله سرریز: اگر سطح آب در داخل حوضچه بالا رود، آب اضافی از طریق این لوله خارج می‌شود تا آب به پکینگ نرسد و عملکرد برج خنک کننده مختل نشود.
لوله تخلیه: آب داخل برج خنک کننده هرچند وقت یک‌بار در زمان سرویس و نگهداری دوره‌ای یا طی عملیات طبیعی برج خنک کننده و وقتی سطح آلودگی آن بالا می‌رود، خارج می‌شود. این آلودگی‌ها از تجمع آشغال و نمک باقی‌مانده از تبخیر به وجود می‌آیند.
نحوه کار برج خنک کننده خیس یا مدار باز
آب گرم کندانسور از قسمت بالای برج خنک کننده وارد می‌شود. این آب ورودی از طریق چندین نازل به‌صورت قطرات ریز در سراسر پکینگ یا سطح انتقال حرارت پاشیده می‌شود. اسپری آب باعث می‌شود سطح تماس آب و هوا بیشتر شده و گرمای بیشتری دفع شود.
این قطرات آب در پکینگ پایین رفته و یک لایه آب روی سطح پکینگ را می‌گیرد. این آب تبخیر شده و گرما را با خود خارج می‌کند.
برج‌های خنک کننده برای بالا بردن ظرفیت سرمایش از یک فن جهت تبخیر بیشتر استفاده می‌کنند. این فن هوا را از میان فیلترهای قسمت پایین دستگاه به داخل کشیده و به سمت بالای برج هدایت می‌کند. هوا از میان پکینگ و قطره‌گیر عبور می‌کند. جهت جریان هوا خلاف جهت قطرات آب کندانسور است.
ترکیب قطرات آبی که اسپری می‌شود، لایه نازک آب روی توری‌های پکینگ و جریان هوای خنک باعث انتقال بالای گرما به خارج می‌شود.
یک بار دیگر این فرایند را بررسی می‌کنیم: آب گرم کندانسور وارد برج خنک کننده شده و به روی توری پکینگ اسپری می‌شود. این قطرات آب به‌صورت یک لایه نازک روی پکینگ می‌نشینند و بعد تبخیر می‌شوند. هوای خنک و خشک از قسمت پایین برج خنک کننده وارد شده و در جهت عکس قطرات آب به‌طرف بالا کشیده می‌شود. این هوای خنک رطوبت و گرمای لایه آب روی پکینگ را می‌گیرد. آب کندانسور با دمای پایین‌تر از قسمت پایین برج خنک ننده خارج می‌شود. هوایی که از پایین وارد شده بود با دما و رطوبت بالاتر از بخش بالای برج خارج می‌شود.
در برج‌های خنک کننده برای کاهش مصرف آب و در نتیجه پایین آوردن هزینه‌ها از قطره‌گیر استفاده می‌شود. قطره‌گیر در قسمت بالایی پکینگ و نازل‌ها و در زیر فن قرار گرفته‌است. قطره‌گیر تغییراتی در مسیر حرکت هوا به وجود می‌آورد تا رطوبت هوا با برخورد به سطوح آن تقطیر شوند. به‌این‌ترتیب بخشی از رطوبت هوا دوباره به‌صورت قطرات آب به پکینگ برمی‌گردد و در نهایت در حوضچه برج خنک کننده ذخیره می‌شود تا دوباره به چیلر بازگردانده شود.
آب گرم کندانسور حالا گرمای خود را از دست داده و در حوضچه برج خنک کننده ذخیره می‌شود. این آب دوباره به چیلر بازمی‌گردد تا چرخه تبرید ادامه یابد.
شیر شناور در حوضچه برج خنک کننده جریان آب از آب جبرانی را کنترل می‌کند تا مطمئن شود مقدار مناسبی از آب وجود دارد.
لوله تخلیه آب معمولاً دارای یک شیر اتوماتیک است. سنسورهای داخل حوضچه یا داخل لوله‌کشی سیستم کندانسور سطح آلودگی‌ها را بررسی کرده و اگر میزان آشغال یا نمک آب زیاد باشد، آن را تخلیه می‌کنند. به‌این‌ترتیب سطح آب در داخل حوضچه پایین آمده و آب تازه از طریق ورودی آب جبرانی وارد می‌شود. این آلودگی‌ها و ناخالصی‌ها همراه آب کندانسور و هوای ورودی هستند اما تبخیر آب باعث بالا رفتن حجم آنها می‌شود که می‌تواند به تاسیسات آسیب رسانده و کارایی برج خنک کننده، فیلتر و پمپ را پایین بیاورند.
نکته: در مناطقی که آب‌وهوای سرد دارد، هیتر الکتریکی در حوضچه برج خنک کننده نصب می‌شود که با کاهش دما مثلاً تا ۵ درجه سانتی‌گراد روشن شده و مانع یخ زدن آب می‌شود.
با مشاهده فیلم آموزش سیستم‌های تبرید (سردخانه و چیلر) می‌توانید اطلاعات بیشتری در مورد این تجهیزات پیچیده به دست آورید. مهندس انجرقلی در این دوره اطلاعات لازم درمورد مبانی تبرید، عملیات‌های فنی، بازرسی، سرویس و نگهداری و بسیاری نکات دیگر را در اختیار شما قرار می‌دهد.