برج خنک کننده وسیله ای است که گرما را از آب خارج می کند و از طریق تبخیر آن را وارد جو می کند. در فرآیندهای صنعتی و سیستم های تهویه مطبوع برای خنک کردن آبی که توسط تجهیزات یا فرآیندهای گرم شده است استفاده می شود. از طرف دیگر کندانسور وسیله ای است که گرما را از یک ماده (معمولاً گاز یا بخار) خارج می کند و آن را به یک محیط خنک کننده (معمولاً آب یا هوا) منتقل می کند. در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع برای حذف گرما از مبرد و انتشار آن در محیط استفاده می شود. در حالی که هر دو دستگاه برای حذف گرما استفاده می شود، برج خنک کننده برای خنک کردن آب استفاده می شود، در حالی که یک کندانسور برای خنک کردن گاز یا بخار استفاده می شود.

یک برج خنک کننده و یک کندانسور هر دو در سیستم های ترمودینامیکی برای دفع گرمای ناخواسته استفاده می شوند. با این حال، آنها به روش های مختلف عمل می کنند. برج خنک کننده وسیله ای است که از تبخیر برای دفع گرما استفاده می کند. این کار با اجازه دادن به آب در یک سطح بزرگ جریان می یابد، جایی که تبخیر می شود و آب باقی مانده را خنک می کند. سپس این آب خنک شده را می توان در یک سیستم مدار بسته، مانند سیستم خنک کننده برای نیروگاه یا سیستم تهویه مطبوع استفاده کرد. از طرف دیگر، کندانسور وسیله ای است که از انتقال حرارت برای دفع گرما استفاده می کند. این کار با اجازه دادن به یک سیال در حال کار، مانند مبرد یا آب، از طریق یک سری لوله یا سیم پیچ کار می کند. گرمای سیال عامل به سیال جداگانه ای مانند هوا یا آب منتقل می شود که سیال عامل را خنک می کند. این سیال کار خنک شده را می توان در یک سیستم مدار بسته، مانند سیستم تبرید یا نیروگاه بخار استفاده کرد. به طور خلاصه، یک برج خنک کننده گرما را از طریق تبخیر دفع می کند، در حالی که یک کندانسور گرما را از طریق انتقال حرارت دفع می کند.

تفاوت های بین برج خنک کننده و کندانسور

تفاوت اصلی بین برج خنک کننده و کندانسور در عملکرد و کاربرد این دو نوع برج نهفته است. یک برج خنک کننده و یک کندانسور هر دو گرمای ناخواسته را در سیستم های صنعتی و HVAC دفع می کنند که هر کدام به طور متفاوتی عمل می کنند و عملکردهای متفاوتی را در چرخه خنک کننده انجام می دهند. در اینجا تمایز واضح تری بین این دو وجود دارد که در ادامه این بخش به تفاوت های بین آنها اشاره خواهد شد.

برج خنک کننده

• هدف: یک برج خنک کن در درجه اول برای دفع گرما از آبی که توسط فرآیندهای صنعتی یا در کندانسور یک سیستم تهویه مطبوع، گرم شده است مورد استفاده قرار می گیرد. یک برج خنک کننده برای حذف گرما از آب استفاده می کند و اجازه می دهد تا آب در تماس با هوا قرار گیرد که باعث می شود مقداری از آب تبخیر شود و گرما را از بین ببرد.
• فرآیند: از فرآیند خنک‌ سازی تبخیری برای دفع گرما به جو استفاده می ‌کند. آب با تبخیر خنک می شود. بخش کوچکی به عنوان بخار آب از بین می رود و آب خنک شده در سیستم به گردش در می آید.
• نصب: به طور معمول در تاسیسات در مقیاس بزرگ مانند نیروگاه ها، تاسیسات تولیدی و ساختمان های تجاری بزرگ یافت می شود.
• محیط عملیاتی: اغلب به عنوان بخشی از یک سیستم مدار باز با تماس مستقیم بین آب فرآیند و جو عمل می کند.

کندانسور

• هدف: جزئی که معمولاً در سیستم های تبرید یا تهویه مطبوع یافت می شود و برای متراکم کردن مبرد از حالت گازی به مایع آن طراحی شده است.
• فرآیند: شامل انتقال حرارت به یک محیط جداگانه مانند آب یا هوا بدون تبخیر سیال عامل (مبرد) است. مبرد گرمای نهان خود را آزاد می کند که سپس از بین می رود.
• نصب: جزء لاینفک واحدهای تبرید و تهویه مطبوع شامل سیستم های مسکونی، تجاری و صنعتی می باشد.
• محیط عملیاتی: معمولاً به عنوان بخشی از یک سیستم مدار بسته عمل می کند، جایی که مبرد مستقیماً با محیط تماس ندارد و از طریق سیستم بازیافت می شود.

در حالی که هم برج های خنک کننده و هم کندانسورها برای حذف گرما از یک سیستم استفاده می شوند، آنها این کار را به روش های اساسی متفاوت انجام می دهند و بخشی از انواع مختلف سیستم ها هستند. برج های خنک کننده با گرما در مدار آب یک سیستم مقابله می کنند، در حالی که کندانسورها با گرما در مدار مبرد سروکار دارند. به طور خلاصه، برج های خنک کننده برای خنک کردن آب از طریق تبخیر استفاده می شوند، در حالی که کندانسورها برای خنک کردن گازها یا بخارات با متراکم کردن آنها به مایع استفاده می شوند.

در این بخش به برخی از جزئیات بیشتر در مورد برج های خنک کننده و کندانسور اشاره خواهد شد.

برج خنک کننده

• عملکرد: برج های خنک کننده بر اساس اصل خنک کننده تبخیری کار می کنند. آب گرم حاصل از یک فرآیند صنعتی یا سیستم تهویه مطبوع به بالای برج منتقل می‌شود و روی مواد پرکننده (معمولاً از پلاستیک یا چوب ساخته می‌شود) توزیع می‌شود. مواد پر کننده سطح تماس بین آب و هوا را افزایش می دهد و تبخیر را تسهیل می کند.
• خنک کننده تبخیری: هنگامی که آب از طریق مواد پر کننده به سمت پایین جریان می یابد، با جریانی از هوا که به سمت بالا حرکت می کند تماس پیدا می کند. مقداری از آب تبخیر می شود و گرما را از آب باقیمانده جذب می کند که باعث کاهش دمای آب می شود.
• اتلاف گرما: آب تبخیر شده به همراه بخشی از آب باقیمانده به صورت بخار آب وارد جو می شود. آب سرد شده در پایین برج جمع آوری شده و دوباره به فرآیند یا سیستم خنک کننده بازگردانده می شود.
• انواع برج های خنک کننده: برج های خنک کننده را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد: کشش طبیعی و کشش مکانیکی. برج های خنک کننده با کشش طبیعی از شناوری هوای گرم برای القای جریان هوا استفاده می کنند، در حالی که برج های خنک کننده با کشش مکانیکی از فن ها یا دمنده ها برای عبور هوا از برج استفاده می کنند.
• کاربردها: برج های خنک کننده معمولا در صنایعی مانند تولید برق، کارخانه های پتروشیمی، پالایشگاه ها، سیستم های HVAC و فرآیندهای تولیدی که گرمای اضافی تولید می کنند استفاده می شود.

کندانسور

• عملیات: کندانسور یک مبدل حرارتی است که گرما را از یک سیال در حال کار به یک سیال جداگانه، معمولاً هوا یا آب، منتقل می کند. برای متراکم کردن سیال کار از حالت بخار یا گاز به حالت مایع استفاده می شود.
• انتقال حرارت: سیال عامل، مانند مبرد در سیستم تبرید یا بخار در نیروگاه، به صورت بخار با دمای بالا وارد کندانسور می شود. همانطور که از طریق لوله ها یا سیم پیچ های کندانسور جریان می یابد، گرما از سیال عامل به سیال اطراف (هوا یا آب) منتقل می شود و باعث خنک شدن سیال کار و متراکم شدن آن به مایع می شود.
• فرآیند تراکم: در طول فرآیند تراکم، گرمای نهان بخار آزاد می شود که توسط سیال اطراف جذب می شود. این انتقال حرارت باعث می شود که سیال عامل انرژی گرمایی خود را رها کرده و دوباره به حالت مایع تبدیل شود.
• انواع کندانسورها: کندانسورها را می توان به چند نوع طبقه بندی کرد، مانند کندانسورهای هوا خنک، کندانسورهای آب خنک، کندانسورهای پوسته و لوله و کندانسورهای صفحه ای. نوع خاص مورد استفاده بستگی به برنامه و سیستم مورد نیاز دارد.
• کاربردها: کندانسورها به طور گسترده در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع، نیروگاه ها، فرآیندهای شیمیایی و سایر کاربردهای صنعتی که دفع حرارت ضروری است استفاده می شود.

هم برج های خنک کننده و هم کندانسورها نقش مهمی در صنایع و کاربردهای مختلف ایفا می کنند و انتقال کارآمد و دفع گرما را برای حفظ عملکرد بهینه سیستم تسهیل می کنند.

نمونه ای از یک سیستم مدار بسته برای یک برج خنک کننده

یک نمونه از سیستم های مدار بسته که از برج خنک کننده استفاده می کند، سیستم آب سرد است. در این سیستم از آب سرد برای خنک کردن فرآیندهای مختلف یا سیستم ‌های تهویه مطبوع در یک ساختمان یا یک تاسیسات صنعتی استفاده می ‌شود. سیستم مدار بسته از اجزای زیر تشکیل شده است:

• چیلر: چیلر یک سیستم تبرید است که آب را با حذف گرما از آن خنک می کند. معمولاً از کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور برای رسیدن به فرآیند خنک ‌سازی استفاده می ‌کند.
• برج خنک کننده: از برج خنک کننده برای دفع گرمای جذب شده توسط آب سرد چیلر استفاده می شود. آب گرم از چیلر به برج خنک کننده منتقل می شود و در آنجا در معرض هوای محیط قرار می گیرد. برج خنک کننده تبخیر بخشی از آب را افزایش می دهد و به طور موثر آب باقی مانده را خنک می کند که سپس به چیلر بازگردانده می شود.
• پمپ ها: از پمپ ها برای گردش آب سرد بین چیلر و برج خنک کننده استفاده می شود. آنها جریان مداوم آب را از طریق سیستم حلقه بسته تضمین می کنند.
• مبدل های حرارتی: مبدل های حرارتی برای انتقال حرارت بین مدار آب سرد و فرآیندها یا سیستم های تهویه مطبوع که نیاز به خنک کننده دارند استفاده می شود. بسته به کاربرد خاص آنها می توانند مبدل های حرارتی هوا به آب یا آب به آب باشند. 

با استفاده از یک سیستم مدار بسته با یک برج خنک کننده، آب سرد شده به طور مداوم بین چیلر و برج خنک کننده در گردش است و به طور موثر گرما را از ساختمان یا فرآیندهای صنعتی حذف می کند و دمای کنترل شده را حفظ می کند. این امکان خنک سازی کارآمد را فراهم می کند و در عین حال مصرف آب را به حداقل می رساند.

مزایای استفاده از برج خنک کننده نسبت به کندانسور چیست؟

چندین مزیت استفاده از برج خنک کننده نسبت به کندانسور در کاربردهای خاص وجود دارد:

• مقرون به صرفه بودن: برج های خنک کننده عموماً مقرون به صرفه تر از کندانسورها هستند. برج های خنک کننده از فرآیند طبیعی تبخیر برای خنک کردن آب استفاده می کنند که روشی نسبتاً ارزان است. از سوی دیگر، کندانسورها اغلب به تجهیزات اضافی مانند پمپ ها و فن ها نیاز دارند که می تواند هزینه کلی را افزایش دهد.
• حفظ آب: برج های خنک کننده در مقایسه با کندانسورها آب کمتری مصرف می کنند. در یک برج خنک کننده، آب برای از بین بردن گرما تبخیر می شود و تنها بخش کوچکی از طریق رانش یا انفجار از بین می رود. از طرف دیگر کندانسورها معمولاً برای انتقال گرما نیاز به تامین مداوم آب دارند و می توانند منجر به مصرف آب بیشتر شوند.
• انعطاف پذیری: برج های خنک کننده می توانند طیف وسیعی از بارهای گرمایی را تحمل کنند و برای کاربردهای کوچک و بزرگ مناسب هستند. آنها را می توان در صنایع مختلف از جمله نیروگاه ها، نیروگاه های شیمیایی و سیستم های HVAC استفاده کرد. از سوی دیگر، کندانسورها عمدتاً در کاربردهای خاص مانند سیستم‌های تبرید و نیروگاه‌های بخار استفاده می‌شوند.
• ملاحظات زیست محیطی: برج های خنک کننده در مقایسه با کندانسورها اثرات زیست محیطی کمتری دارند. آنها نیازی به استفاده از مبرد ندارند، که می تواند برای لایه ازن مضر باشد و به گرم شدن کره زمین کمک کند. علاوه بر این، برج های خنک کننده را می توان به گونه ای طراحی کرد که انرژی کارآمدتری داشته باشد و مصرف کلی انرژی را کاهش دهد.
• مقیاس پذیری: برج های خنک کننده را می توان به راحتی بزرگ یا کوچک کرد تا بارهای گرمایی در حال تغییر را در خود جای دهند. آنها را می توان گسترش داد یا تغییر داد تا نیازهای یک مرکز در حال رشد را برآورده کنند. از سوی دیگر، کندانسورها ممکن است از نظر ظرفیت دارای محدودیت‌هایی باشند و ممکن است نیاز به تغییرات یا جایگزینی مهم‌تری برای انطباق با نیازهای در حال تغییر داشته باشند.

آیا می توان از برج خنک کننده به همراه کندانسور استفاده کرد؟

در پاسخ به این پرسش باید عنوان کرد که بله، یک برج خنک کننده را می توان همراه با یک کندانسور در سیستم های خاصی استفاده کرد. این ترکیب اغلب در کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ مانند نیروگاه ها و فرآیندهای صنعتی دیده می شود.

در چنین سیستم هایی، کندانسور وظیفه حذف گرما را از سیال در حال کار، مانند بخار یا مبرد و انتقال آن به یک محیط خنک کننده دارد. محیط خنک کننده می تواند آب یا هوا باشد. کندانسور گرما را به محیط خنک کننده منتقل می کند و سپس برای حفظ کارایی کندانسور باید خنک شود.

برای خنک کردن محیط خنک کننده، می توان از یک برج خنک کننده استفاده کرد. برج خنک کننده از فرآیند تبخیر برای خنک کردن آب یا هوایی که با آن در تماس است استفاده می کند. سپس آب یا هوای خنک شده از برج خنک کننده به کندانسور برگشت داده می شود تا سیال کار خنک شود.

این تنظیم ترکیبی امکان دفع گرمای کارآمد از کندانسور را از طریق برج خنک کننده فراهم می کند و اطمینان می دهد که سیال کار می تواند دمای مطلوب خود را حفظ کند و چرخه خود را ادامه دهد.

شایان ذکر است که همه سیستم ها به برج خنک کننده همراه با کندانسور نیاز ندارند. برنامه های کاربردی در مقیاس کوچکتر، مانند سیستم های تهویه مطبوع مسکونی یا سیستم های تبرید، اغلب از کندانسورهای مستقل استفاده می کنند که گرما را مستقیماً به هوای محیط بدون نیاز به برج خنک کننده دفع می کنند.

کندانسور یک مبدل حرارتی است که برای متراکم کردن (خنک کردن) سیال کار / مبرد پس از گرم شدن (بیشتر به دلیل فشرده سازی) استفاده می شود، بنابراین وظیفه کندانسور این بود که سیال کار را پس از فشرده شدن خنک کند.

کندانسور این کار را فعال می کند (حذف گرما) با انتقال گرما به هوای فوری با همرفت اجباری (به معنی استفاده از یک فن مانند رادیاتور در ماشین)، اما اگر حرارتی که باید حذف شود بسیار زیاد باشد یا هوای اطراف دمای بالایی داشته باشد، این امکان پذیر نخواهد بود.

به یاد داشته باشید که ما در اینجا سعی می کنیم سیال عامل را با استفاده از هوای اتمسفر خنک کنیم، بنابراین نمی توانیم سیال کار را به دمای پایین تر از هوای اتمسفر خنک کنیم. اگر دمای هوای اتمسفر 40 درجه سانتیگراد باشد، نمیتوانیم دمای سیال عامل را با استفاده از هوای اتمسفر کمتر از 40 درجه سانتیگراد کاهش دهیم حتی اگر کندانسور بازده 100 درصدی داشته باشد..! اگر بخواهیم تا دمای بسیار پایین تری خنک شویم چه؟

برای انجام عمل بالا، چه خواهیم کرد؟ از آب استفاده خواهیم کرد!! ظرفیت حرارتی آب زیاد است و در انتقال حرارت بسیار خوب است. بنابراین ما از یک مبدل حرارتی برای تبادل گرما استفاده خواهیم کرد، مانند یک مبدل حرارتی پوسته و لوله مانند این.

بنابراین سیال کار (قرمز) و آب خنک کننده (سبز) با هم تماس پیدا می کنند و حرارت را مبادله می کنند. و حالا باید حرارت را از مبدل حرارتی جدا کرد، اما چگونه و به کجا؟ دقیقاً برای همین از یک برج خنک کننده استفاده خواهیم کرد..!!

آب گرم مبدل حرارتی به برج خنک کننده وارد شده و اجازه می دهد تا از آن خارج شود، بنابراین آب گرم با هوای اطراف تماس پیدا می کند و فن نصب شده در بالا به حذف آن کمک می کند. به طور خلاصه Cooling Tower مانند یک وسیله نگهدارنده برای کندانسور است و اغلب هر دو و با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند.

سخن نهایی

توجه به این نکته مهم است که انتخاب بین برج خنک کننده و کندانسور به عوامل مختلفی مانند کاربرد خاص، بار حرارتی، منابع موجود و ملاحظات محیطی بستگی دارد. هر سیستمی مزایا و معایب خود را دارد و انتخاب باید بر اساس نیازهای خاص پروژه باشد.