از دیرباز تاکنون، انسان‌ها همواره به‌دنبال راهی برای سازگاری بیشتر با محیط زیست بوده‌اند. شرایط جوی و دمایی ناپایدار زندگی در نقاط مختلف زمین، چالشی بزرگ برای انسان‌ها ایجاد کرده است. حتی این روزها در عصر تکنولوژی، هم‌چنان زندگی بسیاری از مردم تحت شرایط دشوار آب و هوایی به سختی سپری می‌شود. اما بخش بزرگی از نگرانی انسان‌ها که غالبا به‌صورت غیرمستقیم، رابطه تنگاتنگی با زندگی روزمره دارد، صنعت است. پس از انقلاب صنعتی که صنایع در مقیاسی عظیم، با موجی از نوآوری روبه‌رو شدند و به‌کلی از حالت سنتی تغییر یافتند.
پیشرفت صنایع و اهمیت تولید مستمر، باعث شد تا فرآیندهای صنعتی با استهلاک بیشتری روبه‌رو شوند؛ نیاز سیستم‌های مختلف و ماشین‌آلات صنعتی بسته به نوع کاربرد، به مکانیزم‌های خنک کننده افزایش یافت و به حضور سیستم‌های خنک کننده مانند برج های خنک کننده هر روز بیش از پیش، حس شد.
در این مقاله ، قصد داریم تا به سادگی نحوه کار برج های خنک کننده را شرح دهیم.
تعریفی از برج خنک کننده (Cooling Tower)
برج های خنک کننده یکی از راه‌های موثر برای از بین بردن گرمای مازاد از قسمتی به قسمت دیگر هستند. آن‌ها معمولا برای خنک کردن ماشین‌آلات و یا قطعات مورد استفاده در بسیاری از صنایع به‌کار می‌روند. این صنایع شامل قالب‌گیری، ابزار برش، صنایع غذایی و نوشیدنی، مواد شیمیایی، لیزر و … می‌شوند. نکته جالب توجه این است، در حالی که صنایع و تاسیسات مختلف از طراحی متفاوتی نیز بهره می‌برند، طراحی و اساس کار برج های خنک کننده یکسان است.
برج خنک کننده (Cooling Tower) چگونه کار میکند؟
یکی از فرآیندهای مورد استفاده در مکانیزم‌های خنک کننده، خنک کنندگی تبخیری است. این نوع از خنک کنندگی یک پروسه طبیعی است که با تبخیر آب به فضای اطراف، باعث خنک شدن سطح و یا جسم مورد نظر می‌گردد. برای مثال تبخیر آب از سطح پوست و حس خنکی که در اثر این فرآیند پس از خروج از حمام احساس می‌کنید، نوعی عینی از همین روش خنک کنندگی است. هنگامی که در زیر دوش قرار دارید بدن همواره در تماس با آب است، اما به محض خروج از حمام و قرار گرفتن در معرض هوا، اب روی سطح پوست با استفاده از گرمای بدن شروع به تبخیر شدن میکند و موجب احساس سرما می‌شود. برج های خنک کننده نیز از چنین مفهومی (خنک کنندگی تبخیری) برای خنک کردن جریان آب استفاده می‌کنند.
نگاهی به برج خنک‌کننده جریان متقاطع و جریان مخالف
دو نوع رایج از برج های خنک کننده دمنده که هوا از قسمت پایینی برج وارد می‌گردد، برج خنک‌کننده جریان متقاطع (Cross-Flow) و برج خنک‌کننده جریان مخالف (Counter-Flow) هستند.
برج خنک کننده جریان مخالف
در این نوع، جهت جریان آب از بالا به پایین و هوای تازه از قسمت پایین برج به داخل هدایت می شود. برج های خنک کننده جریان مخالف، شکلی به صورت دایره‌ای و مکعب شکل دارند. غالبا از نوع مکعب شکل آن به دلیل راندمان بالایی که دارند استفاده می شود در حالی که مزیت نوع دایره‌ای، هزینه ساخت و بهره برداری کمتر است. همچنین، برج های خنک کننده جریان مخالف نسبت به برج های خنک کننده جریان متقاطع، فضای فیزیکی کمتری را اشغال می‌کنند.
برج خنک کننده جریان متقاطع
در این نوع از برج های خنک کننده، جریان هوای ورودی با جریان آب متقاطع و گاها عمودی است. همچنین، مقطع این نوع از برج‌ها به شکل ذوزنقه می‌باشد. از مزیت‌های مهم این نوع می‌توان به فعالیت کمتر پمپ و سیستم آب رسانی اشاره کرد، زیرا به دلیل طراحی، سیستم آب‌رسانی امکان تکیه بیشتر به فشار جو دارد.
سیستم خنک کننده آدیاباتیک (Adiabatic Fluid Coolers)
خنک کننده‌های آدیاباتیک، ترکیبی از سیستم خنک کننده مایع خشک مانند رادیاتور-فن و برج های خنک کننده است. سیستم خنک کننده آدیاباتیک، با استفاده از دمیدن هوای محبوس شده که از قبل، فرآیند خنک سازی روی آن صورت گرفته است، بر روی بخش‌هایی به‌نام کوئل وزیده می‌شود.کوئل‌ها داخل این سیستم تعبیه شده‌اند تا آب، درون آن‌ها جریان پیدا کند و با همراهی هوای خنک، اساس پروسه خنک کنندگی را انجام دهند.
واژه آدیاباتیک به معنای روند انجام فرآیندی بدون کاهش(از دست دادن) و افزایش (دریافت کردن) دما اطلاق می‌شود. زمانی که این واژه به عرصه صنعتی تعمیم داده شود، بهتر است که به تفاوت بین دو مفهوم دما و گرما، دقت لازم را داشته باشیم. در تعریفی ساده؛ گرما انرژی داده شده به یک جسم است و دما (درجه حرارت)، اندازه‌گیری انرژی جنبشی جسم است. برای مثال؛ دمای جوش آب همواره برای هرمقدار آب 100 درجه سانتی‌گراد است. این درحالی است که گرمای تولید شده از مقادیر متفاوت آب با دمای یکسان متفاوت خواهد بود، واضح است که گرمای 1 لیتر آب 100 درجه از گرمای تولید شده توسط 80 لیتر آب 100 درجه کمتر است.
همچنین اگر به مثالی دیگر بپردازیم، وقتی فشار گاز درون یک سیلندر در شرایط آدیاباتیک فشرده شود، بدون جذب گرما، دمای بالاتری خواهد داشت.
برج های خنک کننده آدیاباتیک نیز، به دلیل بهره‌گیری از پروسه سرمادهی از پیش به‌صورت تبخیری (پیش سرمایش تبخیری) و هدایت این هوای خنک شده به سمت کوئل‌ها، به این نام شناخته می‌شوند؛ زیرا خنک شدن هوا، بدون گرفتن گرما از هوا صورت می‌پذیرد.
جمع بندی
در این مقاله سعی شد تا نگاهی ساده به ساختار برج های خنک کننده داشته باشیم. لازم به ذکر است که شما عزیزان میتوانید با مراجعه به صفحه محصولات ما با برج های خنک کننده تولید شده در شرکت جهان تهویه اعتماد نیز آشنا شده و کاتالوگ فنی آن را نیز دانلود و مشاهده فرمایید.
تحقیق به‌منظور به‌کارگیری سیستم‌های تهویه و خنک کننده مناسب، قطعا موجب جلوگیری از صرف هزینه‌های مازاد در آینده خواهد شد.
برای مطالعه بیشتر در رابطه با سیستم‌های تهویه مطبوع به دیگر مقالات ما در صفحه مقالات علمی مراجعه فرمایید.
همچنین برای دریافت مشاوره در مورد سیستم‌های تهویه مطبوع میتوانید از طریق صفحه تماس با ما، با واحد فنی ما در ارتباط باشید.
منبع:
https://www.youtube.com/watch?v=1auJsBfGvzk (با وی پی ان وارد شوید)
https://www.ptonline.com/kc/process-cooling/basics/what-is-a-cooling-tower
https://www.cdc.gov/healthywater/other/industrial/cooling_towers.html