مدیریت سایت در فصول گرم و وجود دمای بالاتر از تحمل، انسان را از دیر باز وادار به استفاده از مکان های خنک و یا ایجاد محیطی خنک برای پناه بردن به آن سوق می داده است.
انسان در ابتدا برای دفع گرما به سایه پناه می برد و تا آنجایی که دریافت می تواند به کمک آب خنک سازی بهتری برای محیط زندگی خود داشته باشد.
با گذشت قرن ها و سال ها انسان روش های گوناگون برای خنک سازی محیط زندگی خویش را ابداع کرده که می توان به نمونه های بارز آن در دوره های معماری ایرانی و استفاده از آب انبار، یخچال و بادگیرها اشاره کرد و یکی از نمونه های بارز استفاده از بادگیرها شهر سنتی یزد می باشد که پس از گذشت چندین دهه هنوز استفاده از بادگیرها در این شهر مرسوم می باشد
تقریبأ در تمام شهر های گرمسیری ایران استفاده از بادگیر به جهت خنک سازی محیط زندگی و نیز تهویه در فضاها و اتاق ها مرسوم بوده است. شهرهایی از قبیل کرمان، اصفهان، کاشان، قشم و کیش استفاده از بادگیر در آنها به خوبی مشهود می باشد.
استفاده از بادگیر صرفأ برای خنک سازی خانه ها کاربرد نداشته، بادگیرها را می توان از اولین سیستم های تهویه مطبوع برشمرد زیرا عمل سیرکولاسیون هوا در محیط را انجام می داده اند.
با رشد علوم و فنون مهندسی و بزرگتر شدن شهرها و به وجود آمدن کارخانجات بزرگ صنعتی برای تأمین قطعات و وسایل و همچنین تحول در صنعت ساختمان برای بهتر شدن شرایط زندگی در ساختمان های مرتفع کوچک و بزرگ سیستم های حرارتی، برودتی و تهویه هوا پا به عرصه صنعت گذاشتند و توانستند سیستم های قدیمی را به نحوی تکمیل تر و یا متحول کنند.
در اینباره برای سیستم خنک سازی ساختمان ها و صنایع طراحی و ساخت کولینگ تاور، برج خنک کننده (Cooling tower) راه حلی بسیار کارآمد و منطقی می باشد.
امروزه در بیشتر صنایع از جمله نفت، پتروشیمی و فولاد استفاده از کولینگ تاور به منظور خنک سازی تجهیزات و دستگاهها کاربرد وسیعی دارد.
سیستم خنک سازی در کولینگ تاور (برج خنک کننده) به این صورت است که فرآیند خنک سازی توسط آب صورت می گیرد.
از خصوصیات بارز آب می توان به ظرفیت بالای گرمایی آن اشاره کرد که در کولینگ تاورها به خوبی از آن استفاده می شود. خنک سازی در این روش به صورت تماس به هوا انجام میشود که سیر عملیاتی خاصی را طی می کند. کولینگ تاور ها بر اساس نوع متریال ساخت و نوع عملکرد به گونه های مختف طبقه بندی می شوند.
بر اساس جنس بدنه، طراحی و ساخت کولینگ تاورها به انواع :
گالوانیزه، بتنی و حتی فایبرگلاس دسته بندی می شوند.
امروزه نوع فایبرگلاس آن به دلیل استقامت بالا در برابر خوردگی کاربرد فراوانی دارد.
کولینگ تاورها (برج خنک کننده) بر اساس نوع اندازه متفاوت بوده و به شکل های کوچک ساختمانی و تا به صورت سازه های فوق سنگین و بزرگ هذلولی شکل ساخته می شوند که گاهأتا 200 متر ارتفاع دارند که انواع هذلولی شکل بیشتر در نیروگاههای هسته ای و بعضی از صنایع استفاده می شوند.
عوامل تعیین کننده در نوع کولینگ تاور را می توان موارد زیر برشمرد:
- –شرایط محیطی مورد استفاده
- -دمای خروجی آب
- -میزان جریان هوا
- -میزان مصرف انرژی
- -نوع سفارش طراحی و ساخت
کولینگ تاورها را براساس نوع سیکل گردش آب به دو گروه اصلی طبقه بندی می کنند که شامل: مدار باز و مدار بسته می باشند.
در سیستم مدار باز، آب به وسیله نازل هایی به سطوح خنک کننده توزیع می شود و به دلیل تماس با هوای اطراف آن آب خنک می شود.
درسیستم مدار بسته، آب از داخل کویل هایی جریان پیدا کرده و هوا به کویل ها دمیده می شود و در بعضی موارد به دلیل بالا بردن راندمان آب نیز به کویل ها پاشیده می شود از مزیت های عمده این سیستم مصرف کمتر و بهینه تر آب می باشد و در مناطقی که گرمای بالایی دارند این سیستم در الویت قرار دارد.
برج های خنک کننده را بر اساس نوع جابجایی هوا به دو گروه القایی و طبیعی دسته بندی می کنند. در صورتی که خنک سازی در کولینگ تاور به وسیله وزش و جابجایی باد صورت بگیرد به آن اتمسفر یک یا طبیعی (atmospheric cooling tower) می گویند.
از موارد پرکاربرد درکولینگ تاورها به روش طبیعی می توان به برج های خنک کننده غول پیکر هذلولی اشاره کرد که در ظرفیت های بسیار بالا استفاده می شوند.
راندمان خنک سازی در برج های خنک کننده هذلولی به میزان پاشش و پودر شدن آب بستگی دارد در این باره باید اشاره کرد در این سیستم به دلیل اینکه خنک سازی به روش طبیعی انجام می شود میزان راندمان نیز به وزش باد بستگی مستقیم دارد. از معایب این سیستم حجم های بسیار بالا در اجرا و ساخت و همچنین نیاز مبرم به فضایی دارد که وزش باد در آن به صورت دائم باشد و اصطلاحأ بادخیز باشد.
اگر به منظور خنک سازی در سیستم از فن های دمنده و یا مکنده هوا استفاده شود سیستم به نوع القایی تغییر پیدا می کند.این سیستم می تواند در سایز های کوچک طراحی و ساخته شود.
سیستم خنک سازی القایی خود به سه دسته تقسیم می شود که شامل:
- -برج خنک کننده (کولینگ تاور) باز یاتر
- -برج خنک کننده (کولینگ تاور) بسته یا خشک
- -برج خنک کننده (کولینگ تاور) هیبریدی یا ترکیبی
ازپرکاربردترین سیستم های خنک سازی در کولینگ تاورها را می توان نوع باز یا تر آن برشمرد که امروزه استفاده وسیعی از آن در صنایع و ساختمان ها می شود.
مصرف بی رویه و غیر اصولی آب منجر شد تا منابع آبی کره زمین در وضعیت هشدار قرار بگیرند سیستم کولینگ تاور(برج خنک کننده) مدار باز یا تر از سیستم های خنک سازی می باشد که مصرف آب در آن به شکلی بالا بوده و در مناطقی که دارای بحران آب می باشد غیر اصولی است. طراحان و سازندگان کولینگ تاور توانسته اند سیستمی را ابداع کنند که بتوان در آن مصرف آب را تا حد امکان کاهش داده و کمک خوبی در مصرف آب داشته باشد.
اگر بتوان سیکل گردش خنک سازی آب را در مسیری بسته و دور از ارتباط مستقیم با هوا داشته باشیم سیستمی به نام مدار بسته یا خشک خواهیم داشت.
نوعی دیگر از کولینگ تاور (برج خنک کننده) وجود دارد که به آن سیستم هیبریدی یا ترکیبی گفته می شود که در آن از دو سیستم بالا (تر و خشک) استفاده می شود و به شکلی در فصول سرد و گرم کاربرد دارد این نوع از کولینگ تاورها مصرف انرژی متعارف تری دارند.
به لحاظ شکل ظاهری می توان کولینگ تاورها (برج خنک کننده) را به اشکال مدور یا مخروطی، مکعبی و شش ضلعی ساخت که نمونه آخر به دلایل مختلفی از جمله راندمان بسیار پایین و مصرف انرژی و مصرف آب بالا منسوخ گردیده است.
طراحی و ساخت کولینگ تاورها در رده ها و گروه های مختلفی انجام می شود و می توان کولینگ تاورها را از لحاظ ورود زاویه جریان هوا دسته بندی کرد، به صورتی که به گروه های جریان متقاطع و جریان مخالف طبقه بندی می شوند.
کولینگ تاورها از لحاظ سیستم عملیاتی و کارکرد(کاربری) می توانند به گروه صنعتی و چیلر دسته بندی شوند که در سیستم سرمایش چیلر کولینگ تاور به صورت خنک کننده خود سیستم سرمایش عمل می کند به بیان ساده تر کولینگ تاور مورد استفاده در چیلرها نقش خنک سازی سیستم اصلی را ایفا می کند. چیلر گرمای خود را که از مبرد دریافت کرده به کولینگ تاور مستقر درسیستم خود هدایت می کند و به این صورت گاز مبرد سرد شده و به سیستم مبرد برگشت می شود.
به طور کلی تمامی برج های خنک کننده(کولینگ تاور) دارای تجهیزات و ادوات نسبتأ و یا تقریبأ مشابهی هستند که در ساخت کولینگ تاور از آنها استفاده می شود.
اجزای تشکیل دهنده کولینگ تاور شامل:
1.لوور برج خنک کننده
2.ادوات ورود و خروج آب(شیرتخلیه,سرریز,فلوتربرج خنک کننده)
3.فلنج ورودی و خروجی
4.الکتروموتور و گیربکس صنعتی
5.قسمت فن و فن گارد
6.حوضچه آب
7.قسمت شافت و گیربکس برج خنک کننده
8.پکینگ
9.نازل ها و قطره گیر
قسمت اساسی و مهم ایجاد جریان هوا در کولینگ تاورها فن و الکتروموتور آن ها می باشد.
به منظورچرخش پروانه(فن) درکولینگ تاور(برج خنک کننده)به دلیل دور بالای الکتروموتور نیاز است که سرعت فن به سرعتی ایده آل برسد و این امر به کمک گیربکس امکان پذیر است.طراحان و سازندگان کولینگ تاور از انواع گیربکس موجود در بازار و یا بنابر سفارش مشتری برای ساخت کولینگ تاور استفاده می کنند.
گیربکس بابرند های متفاوتی در بازار وجود دارد که نوع متریال به کار رفته و کیفیت آن برای سازندگان حائز اهمیت می باشد.
در اینباره می توان به گیربکس های خورشیدی اشاره کرد که دارای مزیت های فوق العاده نسبت به سایر گیربکس ها می باشند.
مزیت گیربکس های خورشیدی شامل:
1.راندمان بسیاربالا
2.تحمل شوک های ناشی از فشار نیروهای محوری و شعاعی
3.سخت کاربودن
4.صدای پایین حین کارکرد
5.عمرمفید بالا
6.تعمیرات و نگهداری آسان
7.سهولت در نصب
8.لقی بسیارپایین
9.مصرف بهینه انرژی (برق و…)
10.استحکام بالای قطعات