برج خنک کننده(Cooling Tower) دستگاهی برای کاهش دمای آب گرم است. طرز کار برج خنک کننده بر اساس تماس مستقیم یا غیر مستقیم آب گرم و هوا و در نتیجه انتقال حرارت اضافه آب به هوای اتمسفر بنا نهاده شده است.

برج خنک کننده یک نوع مبدل حرارتی است که در آن هوای اتمسفر و آب گرم در اثر تماس مستقیم یا غیر مستقیم با یکدیگر تبادل حرارتی انجام داده تا دمای آب کاهش یابد.در واقع دستگاه برج خنک کننده حرارت اضافه آب را گرفته و به هوای اتمسفر منتقل می کند. این دستگاه ها در اشکال و سایزهای مختلف از مدل های کوچک تا بسیار بزرگ با قابلیت حذف هزاران Btu انرژی گرمایی از آب ساخته می شوند.

معرفی برج خنک کننده

برج خنک کننده نوعی مبدل حرارتی است که درون آن در اثر برقراری تماس بین آب گرم و هوای خنک باعث پایین آمدن دمای آب گرم می شود. کولینگ تاور یکی از تجهیزات بسیار مهم در صنایع بزرگ اعم از فولاد، پتروشیمی، و … محسوب می گردد.

درواقع برج خنک کننده یک ماشین بزرگ سردکننده بوده که وظیفه اصلی اش خنک کردن آب می‌باشد و انواع رایج آن مرطوب، هیبریدی، مکعبی و مخروطی می باشد. انواع مختلف برج خنک کننده در شرایط مختلف به کار برده می‌شود که هر یک از انواع کولینگ تاور نیز ویژگی های خاص خود را دارند.

علاوه بر دسته بندی برج خنک کننده کولینگ تاور در یک طبقه بندی جامع تر بر اساس نوع جابجایی هوا به دو دسته اصلی جریان طبیعی و القایی تقسیم بندی می‌شود. در صورتی که انتقال هوا در کولینگ تاور به وسیله وزش باد انجام ‌شود،

به آن برج خنک کننده اتمسفریک (atmospheric cooling tower) گفته می‌شود. و همچنین اگر ایجاد جریان هوا توسط یک فن مکنده یا دمنده القا شود به آن برج خنک کننده جریان اجباری (mechanical forced draft) می‌گوییم.

وظیفه ی برج خنک کننده

وظیفه یک برج خنک کننده هدایت گرمای آب داغ به هوای خشک محیط اطراف توسط درصد کمی تبخیر است. این انتقال گرما در برج خنک کن با هدف کاهش دمای آب خروجی صورت می‌گیرد. دمای آب خارج شده از یک کولینگ تاور همواره کمی بالاتر از دمای مرطوب آن منطقه یعنی حباب تر می باشد. مثلاً برای شهری مثل تبریز که دمای مرطوبش حدود 17 درجه است، یک برج خنک کن می تواند آب را در تابستان تا 20 درجه سانتی‌گراد هم خنک نماید.

درون برج خنک کننده  هوایی که ترجیحا مقدار کمی رطوبت دارد در تماس با آب گرم قرار می گیرد. در چنین حالتی به دلیل وجود اختلاف انرژی انتقال انرژی و جرم از آب به هوا صورت می گیرد.آب از فاز مایع تبخیر شده و به فاز بخار می رود و در اثر تبخیر مقداری انرژی را نیز به فاز گاز می برد، مقدار این انرژی بسیار بالاست و آن هم به دلیل بالا بودن گرمای نهان آب است.

برج خنک کننده مکعبی چیست ؟

برج خنک کننده مکعبی یکی از رایج ترین انواع برج خنک کننده فایبرگلاس است که ضمن داشتن شکل مکعبی، در پتروشیمی، فولاد و نیروگاه کاربرد فراوان دارد. به علت وجود پنل هایی با سطح مقطع مربعی، این گروه از کولینگ تاورها در رده برج های خنک کننده مکعبی قرار می‌گیرند.

به دلیل ساختار منظم و اضلاع برابر، پکینگ کمتری در فرآیند برشکاری، پرت می‌شود. هدف طراحی و تولید برج خنک کننده مکعبی، کاهش دمای آب و خنک سازی تجهیزات صنعتی مختلف است. برج های مکعبی با ایجاد بستری مناسب جهت تبادل حرارت و القای نیروی مکانیکی و گردش هوا موجب کاهش دمای سیال می‌گردد. برج خنک کن مکعبی در دو گروه کلی تحت عنوان مدار باز و مدار بسته به تولید می‌رسد.

برج خنک کننده مکعبی درواقع مکانیزم خنک کننده آب صنعتی می‌باشد که استراکچر برج با هندسه مکعب طراحی گردیده تا راندمان بالایی درهنگام خنک کاری داشته باشد.وظیفه اصلی انواع کولینگ تاورها جذب گرمای اضافی از آب تا دمای محیطی است.

فرایندی کاربردی و منظم که بوسیله برج در بسیاری از تاسیسات ساختمانی، تهویه مطبوع و صنعتی به راحتی انجام می‌شود. بدنه برج از مواد فایبرگلاس  طراحی شده که از ترکیب چند ماده مخصوص مانند : ژلکت، رزین، الیاف سوزنی یا حصیری تولید میگردد.

استقامت بالای خواص ماده باعث افزایش طول عمر برج خنک کننده فایبرگلاس شده که امروزه جایگزین مناسبی درمقایسه با نوع فلزی یا گالوانیزه دارد. عایق حرارتی فایبر اجازه جذب گرما به سطح کولینگ تاور مکعبی را نمی‌دهد که سبب افزایش بازدهی در برج شده است.

کاربرد برج خنک کننده در صنعت امروز

هر کارخانه بزرگ و کوچک امروزه نیاز مبرم به استفاده از تجهیزی با نام کولینگ تاور دارد چرا که به واسطه آن می تواند گرمای اضافی تجهیزات خود را به بیرون انتقال دهد. کارخانجات قند، کارخانه رب، کارگاه های تزریق پلاستیک، شرکت های فولاد و نیروگاه از مهمترین مصرف کنندگان این دستگاه حساب می شوند. لازم به ذکر است که هم اکنون کمتر صنعتی را می توان نام برد که از وجود برج خنک کننده در مجموعه خود بهره نجسته باشد. 

رشد و نموی صنعت تولید برج خنک کننده هم به واسطه همین موضوع پیشرفت چشمگیری داشته است. برج های خنک کننده امروزه در محیط بیرون و در هوای آزاد قرار می گیرند و دلیل اصلی این موضوع هم نحوه کارکرد کولینگ تاور قلمداد می شود. یک برج خنک کننده با جذب هوای آزاد و ایجاد درصدی تبخیر موجب خنک کاری آب می شود.

بسیاری از ماشین آلات سرد کننده امروزه بر پایه علوم ترمودینامیک و انتقال حرارت عمل می‌نمایند. کولینگ تاور هم یکی از ماشین های خنک کننده بوده که با بهره گیری از عمل تبخیر و ترکیب انتقال حرارت و انتقال جرم کار خود را به ثمر می رساند.

حال وابسته به شرایط محیط اقلیم نصب می تواند دارای بدنه ای بتنی، فلزی و یا فایبرگلاس (فایبرگلس) باشد. در برخی موارد مشاهده می شود که به منظور کاهش میزان مصرف آب از نوع مداربسته این تجهیز بهره برده می شود.