برج های خنک‌کننده تبخیر آب، حرارت ایجاد شده یک سیکل را دفع کرده و دمای سیال سرویس را تقریبا تا دمای حباب مرطوب هوای محل نصب پایین می‌آورند.
به عبارت ساده‌تر، برج خنک کننده سیستمی است که از آن جهت خنک سازی آبی در فرآیندهای سردسازی سیستم‌های تهویه مطبوع، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و غیره استفاده می‌گردد.
برج های خنک کننده به دو نوع تقسیم می شوند، در نوع اول آنها آب گرم با هوای اتمسفر تماس مستقیم دارد و لذا با تماس مستقیم نامیده می شوند. و در نوع دوم آنها، بین سیال آب گرم و اتمسفر تماس مستقیم وجود ندارد که با تماس غیر مستقیم نامیده می شوند.
روش متداول تماس مستقیم آب و هوا، پاشش آب به درون برج است. برای افزایش سطح و زمان تماس از یک واسطه انتقال حرارت یا قطعات پر کننده در زیر سیستم توزیع آب استفاده می شود. قطعات پر کننده می توانند به صورت لایه ای و یا ترشحی باشند. در برج های با تماس غیر مستقیم دو مدار مجزا وجود دارد. مدار خارجی که در آن آب در تماس با هوا قرار گرفته و سپس بر روی دسته لوله ها می ریزد. و مدار داخلی که در آن سیالی که باید سرد شود، در داخل دسته لوله ها جریان دارد. برج با جریان غیر مکانیکی و برج با جریان مکانیکی هوا در گروه دستگاه های با تماس مستقیم و کولرهای مدار بسته و برج های کویل دار در گروه دستگاه های با تماس غیر مستقیم قرار دارند.
حرکت هوا در این برج ها به علت اختلاف چگالی به درون برج مکیده می شود. سرعت ورود و خروج هوا در این برج ها کم است و لذا جهت باد بر عملکرد آنها موثر است.
در این مدل در سمت ورود و یا خروج هوا از برج، یک فن قرار می گیرد. با توجه به سطح صدا، مصرف انرژی و فشار خارجی مورد نیاز، فن ها از نوع ملخی و یا گریز از مرکز انتخاب می شوند. هوا می تواند از یک سمت و یا از هردو سمت وارد برج شود. و لذا این برج ها در چهار نوع تولید و ساخته می شوند: دهشی با جریان متقاطع، مکشی با جریان های متقاطع، دهشی با جریان های مختلف الجهت، و مکشی با جریان های مختلف الجهت. جنس آن معملا از آهن گالوانیزه و یا فولاد زنگ نزن و فایبرگلاس است.
فن آن به صورت مکشی یا دهشی است و انتقال حرارت در آنها متقاطع و یا مختلف الجهت است. پمپ مستقر روی دستگاه، آب را از حوضچه جمع آوری پایی به حوضچه توزیع بالایی منتقل می کند. این نوع شبیه کندانسورهای تبخیری است.
در این نوع ، یک بخش کویل مجزا در مجاورت برج نصب می شود. ساختمان و عملکرد این برج خنک کننده مشابه برج های مدار بسته است، با این تفاوت که همیشه لازم است از قطعات پر کننده درون برج استفاده شود و هوای برج مستقیما از درون این قطعات عبور کند.
به طور کلی برج خنک کننده وظیفه خنک کردن آب در گردش کندانسور سیستم های تهویه مطبوع، فرآیند های صنعتی، نیروگاه ها، پالایشگاه ها و صنایع مختلف را براساس روش انتقال حرارت توسط انتقال جرم بر عهده دارد. در برج‌های خنک کننده، ریزش آب روی پکینگ ها یا المان های واسط (مانند تخته ها) باعث پخش شدن آب روی سطوح آنها و کاهش سرعت جریان عبور آب و افزایش سطوح مرطوب و تبادل حرارت کافی بین جریان آب ورودی به برج خنک کننده و هوای عبوری از داخل برج خنک کننده و نتیجتاً کاهش دمای آب در برج خنک کننده می‌شود.
برای انتخاب ظرفیت مناسب برج های خنک کننده در نظر داشته باشید که حداکثر اختلاف دمای آب ورودی و خروجی از برج خنک کننده (ΔT) همواره کمتر از اختلاف دمای آب ورودی و دمای مرطوب هوا (Wet Bulb Temperature) در محیط مورد نظر می باشد. به عبارت دیگر حداقلِ دمای آب خروجی از برج خنک کننده همیشه چند درجه بیشتر از دمای هوای مرطوب محل نصب برج خنک کننده خواهد بود. همچنین، هرچه رطوبت نسبی هوای محل نصب برج خنک کننده کمتر باشد، دمای هوای مرطوب محل کمتر و در نتیجه راندمان خنک کنندگی آب خروجی از برج، بهتر خواهد بود.
برج خنک کننده مدار باز: در واقع همان برج های معمول سیستم های تهویه مطبوع می باشد که سیال ناقل حرارت پس از ورود به برج و پاشش روی پکینگ ها (که باعث افزایش سطح تماس با جریان هوای درون برج می شوند ) خنک گردیده و پس از ریختن و جمع شدن آب در تشتک پایین برج ،توسط پمپ مجددا به سیکل تبادل حرارت در سیستم تهویه مطبوع باز می گردد.
برج خنک کننده مدار بسته : در اینگونه برج ها پاشش آب روی پکینگ ها همراه با جریان هوای درون برج باعث خنک شدن آب در گردش برج شده که این آب در تماس با کویل حاوی سیال ناقل حرارت، باعث کاهش دمای آب یا روغن (یا هر سیال دیگر) جاری در کویل مدار بسته این برج ها می گردد. (قیمت برج خنک کننده مدار بسته به دلیل دارا بورن تجهیزاتی مانند کویل های تبادل حرارت، پمپ و … بسیار گرانتر از برج خنک کننده مدار باز می باشد)
توجه : در برج های خنک کننده که برای مصارف صنعتی، مخابراتی و …، که فصول سرد سال نیز مورد استفاده قرار می گیرند، استفاده از هیترهای برقی (المنت) در تشتک برج های خنک کننده به منظور جلوگیری از یخ زدن آب و آسیب به برج های خنک کننده الزامی است.
مقدار تقریبی مصرف آب برج های خنک کننده در شرایط نرمال، در انواع پروسه های خنک کاری به ازای هر تن نامی ظرفیت برج می تواند معادل 0.3 تا 0.2 لیتر در هر دقیقه در نظر گرفته شود. (البته لازم به ذکر است که مقدار آب مصرفی در برج های خنک کننده به عوامل متعددی از جمله میزان رطوبت نسبی هوا و دمای هوای محیط و همچنین اختلاف درجه حرارت آب ورودی با هوای محیط و … نیز بستگی دارد)
در صورتی که برج خنک کننده در مدار سیکل کاری تبرید باشد، مقدار آب جبرانی براساس نوع کمپرسورهای چیلر طبق برآورد تقریبی زیر محاسبه می گردد:
با توجه به اهمیت بالانس فن گردش هوا در عملکرد برج خنک کننده و ارتباط مستقیم آن با طول عمرفن و الکتروموتور، به منظور تداوم بالانس دینامیکی فن گردش هوا ، نسبت به نصب کاملاً افقی و تراز شده انواع برج های خنک کننده در محل نصب خود نهایت دقت را مبذول فرمائید.
