برج خنک‌کننده مکعبی مداربسته
برج خنک کننده فایبرگلاس(به : Fiber Reinforced plastic (FRP) Cooling Tower) دستگاهی است که برای انتقال انرژی حرارتی از به طراحی شده‌است، این عمل برای خنک‌سازی مکرر آب (در گردش) در فرایندهای مختلف صنعتی، کندانسورهای چیلر یا تهویه‌مطبوع () و موارد بسیار دیگر استفاده می‌شود. به این نکته باید توجه کرد که خنک‌سازی و کاهش دمای آب یا سیال موردنظر نزدیک در نظر گرفته می‌شود.
قیمت قطعات برج خنک کننده: این تبادل حرارت بسیار پیچیده بوده و علاوه‌بر فرایند انتقال ، فرایند انتقال نیز صورت می‌پذیرد. برخلاف تصور موجود برج خنک‌کننده علی‌رغم ظاهر ساده آن، دستگاهی بسیار پیچیده و دارای محاسبات دقیق و خاص است که متأسفانه بسیاری از تولیدکنندگان، توان انجام این محاسبات پیچیده را نداشته و محاسباتی آن را در اختیار ندارند. ذکر این نکته لازم است که در برج‌های خنک‌کننده، بخش اصلی خنک‌سازی توسط آب صورت می‌پذیرد که در ادامه توضیح ارائه خواهد شد. در طراحی برج‌های خنک‌کننده، تمامی قوانین و مورد استفاده بوده‌است. پس می‌توان نتیجه گرفت که بهترین گزینه انتخاب برج خنک‌کننده بنا بر نیازهای متفاوت بر طبق تکنولوژی و علم روز دنیا، برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس هستند.
در برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس و آن دسته از برج‌هایی که تبادل حرارت به صورت مستقیم انجام می‌شود، زمانی‌که آب و جریان هوا به هم می‌رسند، بخش بسیار کوچکی (۱٪) ازآب حرارت الباقی (۹۹٪) راجذبکردهوتبخیرمی‌شود. از آنجایی که نسبت به گرمای محسوس بسیار بیشتر است با تبخیر (۱٪) ازآبدرگردش (۹۹٪) الباقیحدود۵٫۵ (۱۰درجهفارنهایت) خنکمی‌شود.
جهت ساخت برج‌های خنک‌کننده از مواد مختلفی استفاده می‌شود که هر کدام دارای مزیت‌های خاصی هستند. انواع برج‌ها از نظر جنس بدنه به برج‌های بتنی (سایز بزرگ)، برج‌های فلزی (گالوانیزه) و برج‌های ساخته‌شده از کامپوزیت‌های تقویت‌شده پلاستیکی (که برج‌های فایبرگلاس از این نوع می‌باشد(FRP)) ساخته می‌شوند.
حال به این نکته می‌پردازیم که FRP چیست؟
درواقع یک ماده تقویت‌شده و ترکیب‌شده‌است که به صورت رشته‌هایی از ساخته می‌شود. معمولاً این رشته‌ها در اجزای مختلفی از ، ، ، و غیره تولید می‌شوند که بنا بر نیاز و کاربرد در صنعت برج خنک‌کننده، از الیاف و رشته‌های باریک و تقویت‌شده شیشه استفاده می‌شود. جنس و نوع فایبرگلاس مزایا و کاربرد بسیار زیادی نسبت به دیگر جنس‌های برج خنک‌کننده دارد و آن را یک انتخاب مناسب برای بیشتر صنایع می‌دانند.
الیافی که برای تقویت ساختار آن استفاده می‌شود الیاف شیشه نامیده می‌شود. الیاف شیشه با ذوب‌کردن شیشه به قطعات ریز و باریک به صورت صفحات مسطح ساخته می‌شود. این ترکیب به صورت لایه‌ای نازک از الیافی ساخته‌شده‌است که مقاومت و سختی بالایی داشته باشد و از آن برای ساخت بدنه برج‌های فایبرگلاس استفاده می‌شود.
اساس عملکرد برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس همانند دیگر برج‌های خنک‌کننده است و مزیتی که این برج‌ها نسبت به برج‌های خنک‌کننده دیگر داردند بحث ، تکنولوژی بروز طراحی و بدنه است که در ادامه ذکر شده‌است.
با توجه به مزیت‌هایی که در خصوص برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس مطرح شده‌است، امروزه بهترین و مناسب‌ترین نوع از برج‌های خنک‌کننده، برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس هستند که باید از آخرین و بروزترین تکنولوژی و طراحی ساخت بهره ببرند و از اجناس‌های متفرقه و بی‌کیفیت در آن‌ها استفاده نشود تا بتوانیم از حداکثر راندمان دستگاه‌ها استفاده کنیم.
فایبرگلاس در زمان تماس با آب به هیچ عنوان خراب و اکسیده نمی‌شود، زنگ نمی‌زند و در مدت طولانی بدون تغییر و سالم می‌ماند. از آهن سبک‌تر است و در صورت خرابی به راحتی ترمیم و به حالت اول بازمی‌گردد.
طراحی و دوام ساخت بدنه با اجزاء فایبرگلاس نیازمند طراحی توسط لایه‌هایی از الیاف حصیری آغشته در رزین است که به‌صورت لایه‌ای بروی هم ساخته می‌شوند که در نهایت منجر یه ساخت لایه‌ای قوی و انعطاف‌پذیر خواهد شد. بعد از آماده شدن لایه‌های الیاف و حصیر و تثبیت مقاوت آن، قسمت خارجی آن توسط ماده‌ای به نام ژل‌کت آغشته می‌شود که ضد اشعهٔفرابنفشخورشیداست. علاوه‌بر این که قسمت داخلی بدنه فایبرگلاس ضدآب و ضد نفوذ است لایه بیرونی که لایه‌ای از ژل‌کت دارد مانع نفوذ آب یا ماده به درون آن می‌شود که مقداری از ماده پارافین به آن اضافه شده‌است.
حال در این قسمت به مزایا و نکات مهم در خصوص برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس می‌پردازیم که در ادامه ذکر شده‌است.
- مقاومت و بهره‌وری بالا در عین وزن کم و سبک
- مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های بسیار خورنده و آب در گردش با آلودگی اسیدی یا بازی
- مقاومت در برابر باد شدید و نصب برج خنک‌کننده در ارتفاع
- ضد UV و اشعه خورشید
- طراحی زیبا و دارای رنگ‌بندی مختلف
- ضد خوردگی، پوسیدگی و فرسایش
- نصب آسان و راحت
- طراحی فنداسیون ساده و شبکه اتصالات منظم و ساده
- عملکرد آرام
- زیاد بدنه و برج خنک‌کننده
- بدنه این مدل از برج‌ها به گونه‌ای است که به راحتی قابل شست‌وشو و تمیز کردن باشد
- در مقابل تغییر شکل و رسوب‌گذاری مقاوت بالایی دارد
- از بدنه فایبرگلاس می‌توان در محیط‌هایی که دارای بالا هستند استفاده کرد
در نتیجه با توجه به مزیت‌هایی که در قسمت بالا ذکر شده‌است می‌توان دریافت کرد که برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس گزینه مناسبی برای استفاده در امر و خنک‌سازی هستند که باعث تغییر و تحول بسیار شده‌اند.
تاریخچه برج خنک‌کننده به آغاز میلادی همزمان با شروع مربوط می‌شود که در آن زمان با بهره‌گیری از ماشین‌آلات و تجهیزات مختلف اختراع شده نیاز به خنک‌سازی داشته‌اند و بهترین گزینه‌ای که می‌توانست به این قضیه کمک کند، برج‌های خنک‌کننده بود.
برای اولین بار در صنعت موتورهای بخار و خنک‌سازی کندانسورها استفاده شد و اولین ماشینی که ساخته شده بود، موتور بخار نام داشت که به طبع این اختراع مهم نیاز به خنک‌سازی دارد.
با گذشت زمان اختراع باعث شد که تولیدات کارخانجات افزایش یافته و به مراتب ماشین آلات و تجهیزات مکانیکی جای نیروهای انسانی را گرفتند و با و ظهور تجهیزات مکانیکی بیشتر نیاز به خنک‌سازی و خنک‌کاری بیشتر احساس می‌شد، و آن‌ها در تلاش بودند تا برج خنک‌کننده‌ای داشته باشند که در عین بهره‌وری بالا هزینه‌های کمتری نیز داشته باشد.
در اوایل ، اولین و ابتدایی‌ترین برج خنک‌کننده جهت کاهش دما طی فرایند تبخیر ابداع شد. برج‌های خنک‌کننده اولیه و عملکرد ساده‌ای داشتند، در واقع یک سازه بسیار بزرگ بودند که مقدار آب گردش از ارتفاع بسیار زیاد در داخل برج خنک‌کننده به داخل آن پاشیده می‌شد و به واسطه برخورد با جریان هوای در گردش خنک‌سازی انجام می‌گرفت. واژه برج خنک‌کننده (کولینگ تاور) به واسطه نوع طراحی و ساختار هندسی این سازه بزرگ بروی آن گذاشته شد. در واقع عملکرد برج‌های خنک‌کننده اولیه به صورت طبیعی بود که با افزایش زمان برخورد آب با هوا، خنک‌سازی انجام می‌گرفت. با پیشرفت در اواخر دهه نود و اختراع موتور احتراق و استفاده از برق برای مصارف صنعتی، طراحی و ساخت برج‌های خنک‌کننده تغییر یافت.
استفاده از موتورهای و سیستم فن، موجب شد تا برج‌های خنک‌کننده‌ای با بالا و اشغال فضای کمتری ساخته شوند که امروزه در صنعت مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
در اواسط قرن بیستم و تحول طراحی سازه‌های ساختمانی و مسکونی، استفاده از برج‌های خنک‌کننده پکیج در سیستم (سرمایشی و گرمایشی یا ) رواج یافت.
برج‌های خنک‌کننده پکیج که به صورت عمده از برای طراحی آن‌ها استفاده می‌شد و دارای فن بودند نتوانستند آن طور که باید در صنعت رقابت کنند و با گذشت زمان و افزایش توانمندی‌ها در صنعت کامپوزیت جای خود را به برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس دادند و این مدل از برج‌ها علاوه‌بر طراحی زیباتر مزایای بیشتر و بهتری نسبت که نسل قبلی خود داشتند.
مزیت فایبرگلاس، مقاومت بالا و آسیب‌ناپذیری در مقابل ، و بود که در طول تاریخ تأثیر بسزایی بر صنعت تأسیسات و تهیه مطبوع گذاشت. با ظهور برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس مهندسان در تلاش بودند که راندمان دستگاه‌ها را بالا ببرند و توانستند با اختراع محصولی به نام پکینگبرجخنککنندهیا مدیا و تسریع و افزایش تبخیر این کار را انجام دهند. پیش از این از چوب‌های اشباع شده و سرخ برای افزایش راندمان و تبخیر استفاده می‌کردند که در واقع راندمان کافی نداشته و وزن بالایی داشتند و موجب بروز برخی از بیماری‌ها و تولید آلودگی، رسوب‌گذاری بالا و نشستن روی آن‌ها می‌شد. جنس بدنه این پکینگ‌ها از PVC و بوده و در مقابل حرارت، رسوب‌گذاری و غیره بسیار مقاوم هستند.
در نیمه دوم قرن بیستم به مرور استفاده از برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس در تهویه مطبوع افزایش یافت و انواع مختلفی از آن‌ها وارد صنعت تأسیسات شدند مانند:برج‌های فایبرگلاس کراس فلو، گرد یا مخروطی، مکعبی و غیره که در کنار برج‌های خنک‌کننده صنعتی و امروزه از آن‌ها استفاده می‌شود.
انواع برج خنک‌کننده فایبرگلاس
برج‌های خنک‌کننده فایبرگلاس را می‌توان به چند دسته تقسیم کرد که به شرح زیر تعریف می‌شوند.
۱– برج‌های خنک‌کننده جریان متقاطع
۲– برج‌های خنک‌کننده گرد یا مخروطی
۳– برج‌های خنک‌کننده مکعبی (که به دو دسته تقسیم می‌شوند)
نحوه عملکرد تمام برج‌های خنک‌کننده بر پایه و اساس ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و مقدار هوای در گردش است و در نتیجه ایجاد و گرمایی بین این دو است. معمولاً در برج‌های خنک‌کننده، آب گرم توسط لوله‌هایی که به صورت عمودی نصب می‌شوند، به بالای برج منتقل شده و در آنجا یا به صورت یا با استفاده از سیستم توزیع آب به سمت پایین برج به جریان می‌افتد که در طول این مسیر با توجه به نوع برج به شیوه‌های مختلف با جریان هوای در گردش برخورد می‌کند.
۱– برج‌های خنک‌کننده جریان متقاطع
برج خنک‌کننده جریان متقاطع
برج خنک‌کننده جریان متقاطع یا به عبارتی کراس فلو به برج خنک‌کننده‌ای گفته می‌شود که در آن مسیر برخورد جریان آب و هوا به صورت متقاطع باشد. در این نوع برج خنک‌کننده آب از بالا به سمت پایین پاشیده می‌شود و هوا نیز همزمان از کنار دستگاه به صورت افقی وارد آن می‌شود، آب و هوا در مسیر متقاطع با یکدیگر تماس پیدا کرده و تبادل گرمایی و حرارتی انجام می‌شود. برج خنک‌کننده جریان متقاطع در انواع مختلف فایبرگلاس، فلزی و بتنی ساخته می‌شود، در واقع سیستم فن در قسمت مرکزی برج خنک‌کننده قرار دارد و هوا را از کناره‌های برج مکش کرده و به سمت بالای برج خنک‌کننده هدایت می‌کند