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.

برج خنک کننده تماس مستقیم با جریان غیر مکانیکی هوا

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.

برج خنک کننده تماس مستقیم با جریان مکانیکی هوا

 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.

برج خنک کننده غیر مستقیم به صورت مدار بسته

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.

 برج خنک کننده غیر مستقیم کویل دار

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.

نکات مهم انتخاب و خرید انواع برج خنک کننده

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 های خنک کننده را می توان از دیدگاههای مختلف به شرح زیر تقسیم بندی نمود :

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)

بطور کلی برج های خنک کننده را می توان از نظر موارد زیر مورد بررسی و انتخاب قرار داد :

• جنس بدنه (گالوانیزه- فایبر گلاس – بتنی)
• نحوه مکش جریان هوا (طبیعی – اجباری)
• نحوه برخورد جریان هوا و آب  (جریان متقاطع و جریان مخالف)
• سیستم توزیع آب (نازل- تشتک-بازوهای آبگردان)
• شکل ظاهری (باتل – مکعبی)
• نوع عملکرد (برج های خنک کننده مدار باز و مدار بسته)

در انتخاب و سفارش برج خنک کننده مدار باز موارد ذیل باید مشخص باشند:

1. نوع برج خنک کننده (باتل – مکعبی)
2. جنس بدنه برج خنک کننده (گالوانیزه – فایبر گلاس)
3. دبی آب در گردش کندانسور یا برج خنک کننده (به ازای هرتن تبرید درچیلر تراکمی 3GPM و به ازای هر تن تبرید و در چیلرهای جذبی حداقل GPM 4)
4. دمای هوای خشک و مرطوب محیط نصب برج خنک کننده
5. اختلاف درجه حرارت آب ورودی و خروجی برج خنک کننده
6. اختلاف دمای آب خروجی از برج خنک کننده و دمای مرطوب هوای محیط (Opprooch range) (برای مصارف صنعتی)
7. ظرفیت برج خنک کننده متناسب با ظرفیت چیلر مورد نظر بر حسب TR (تن تبرید)

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.

برآورد مقدار آب جبرانی در برج های خنک کننده:

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:

1. برای چیلرهای با کمپرسور اسکرو:                      4gpm/100ton
2. برای چیلر های با کمپرسورهای سانتریفیوژ:         4gpm/100ton
3. برای چیلر های با کمپرسور رفت و برگشتی:         4gpm/100ton
4. برای چیلر های جذبی:                                    8gpm/100ton

نکات قابل توجه در انتخاب برج های خنک کننده فایبر گلاس:

• از آنجایی که برج های خنک کننده در محیط های باز و در معرض تابش مستقیم نور آفتاب قرار دارند ،پوشش مناسب ژل کت نوپیتل کلیکل (NPG) جهت مقاوم سازی بدنه برج در مقابل اشعه ماوراء بنفش نور خورشید الزامی می باشد.
• با توجه به اینکه تمامی قطعات داخلی برج خنک کننده همواره در تماس مستقیم با آب می باشند ، جهت جلوگیری از زنگ زدن و پوسیدگی قطعات فلزی برج خنک کننده دقت شود که تمامی قطعات اصلی مانند استراکچر و قطعات فرعی (پیچ ها،مهره ها و …) از فولاد ضدزنگ و یا آهن با روکش گالوانیزه تولید شده باشند.
• سطوح خنک کننده آب (پکینگ ها) داخل برج خنک کننده می بایست از طرح و جنس مناسب انتخاب گردند. پکینگ ها معمولاً از ورق های PVC یا PP با گرید دارویی آنتی باکتریال و با ضخامت 400 میکرون می باشند.
• جهت افزایش طول عمر الکترو موتور و کاهش صدای فن در زمان راه اندازی برج های خنک کننده ، از بالانس استاتیک و داینامیک فن برج اطمینان کامل حاصل گردد.
• به هنگام سفارش برج های خنک کننده با ظرفیت های بالا بهتر است از سیستم انتقال نیرو مجهز به گیربکس استفاده گردد.
• نصب نردبان جهت دسترسی آسان به بخش های مختلف برج از جمله الکتروموتور و غیره و همچنین تعمیر و نگهداری در ظرفیت های بالا الزامی می باشد.

هنگام حمل و نصب برج های خنک کننده به موارد زیر توجه فرمائید:

• چنانچه قطر برج خنک کننده فایبرگلاس خریداری شده شما بیش از 220 سانتی متر باشد، توصیه می گردد به منظور جلوگیری از ایجاد صدمه به برج خنک کننده در مرحله حمل، برج مذکور به صورت قطعات مجزا تا محل پروژه حمل گردد. بدیهی است مونتاژ نهایی برج های خنک کننده با قطر بیشتراز 220 سانتی متر در محل پروژه با پرداخت هزینه مجزا انجام خواهد گردید.
• شاسی برج های خنک کننده متناسب با وزن و ابعاد دقیق برج طراحی و اجرا شده باشد که بتواند وزن برج را باتوجه به سازه ساختمان تحمل نموده و از نطر نمای معماری ساختمان نیز ایجاد مشکل ننماید.
• چنانچه امکان استفاده از جرثقیل برای انتقال برج یکپارچه در محل پروژه نیست، برج خنک کننده مونتاژ شده سفارش داده نشود.
• اصولاً محل نصب برج های خنک کننده باید به گونه ای باشد که مانعی در اطراف آن برای ورود جریان هوای تازه به داخل برج خنک کننده وجود نداشته باشد و همچنین در صورت استفاده از چندین برج در کنار یکدیگر باید تدابیری اندیشیده شود که هوای خروجی از برج ها مستقیماً وارد یکدیگر نشده و باعث کاهش راندمان و عدم کارایی برج های خنک کننده نشود. پس از انتخاب ظرفیت صحیح برج خنک کننده اگر بتوان آن را در فضای باز با جریان هوای آزاد قرار داد، در حصول یک بازده مناسب از برج خنک کننده مشکلی وجود نخواهد داشت.
• اما چنانچه قرار باشد برج خنک کننده در داخل ساختمان و یا محصور بین دیوارها نصب شود، موارد زیر بایستی مورد توجه قرار گیرند:
  الف) باید فضای کافی و بدون مانع مزاحم در اطراف برج وجود داشته باشد تا هوای تازه لازم به برج خنک کننده برسد.
  ب) هوای مرطوب خروجی از برج خنک کننده باید به گونه ای تخلیه شود که امکان بازگشت و گردش مجدد آن به برج خنک کننده وجود نداشته باشد. زیرا گردش مجدد چنین هوایی در برج دمای مرطوب هوای ورودی به برج را افزایش می دهد و باعث خنک نشدن آب در گردش سیستم در خروجی از برج خنک کننده می شود.
  ج) البته گردش مجدد هوا به داخل برج های خنک کننده هنگامی بیشتر مورد توجه قرار می گیرد که چند برج در مجاورت هم نصب شده باشند.
  د) تعیین محل نصب برج خنک کننده به عوامل دیگری مانند شدت دسیبل صدا در فاصله 10 متری، استحکام محل نصب، هزینه فراهم کردن تجهیزات اضافی برای برج خنک کننده و مسائل مربوط به معماری ساختمان و … بستگی دارد.

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.