تاریخچه برج خنک کننده

تاریخچه پیدایش کولینگ تاور(Cooling tower history)

با آغاز انقلاب صنعتی(Industrial revolution) در دهه 90 میلادی، سه حوزه صنعت، حمل و نقل و کشاورزی دچار تحولات بنیادینی گشتند. اختراع موتور بخار که بسیاری آن را به عنوان یکی از عوامل آغازگر انقلاب صنعتی می دانند، سبب شد که حجم تولید کارخانجات افزایش یافته و به جای استفاده از نیروی انسانی، از انرژی مکانیکی برای خط تولید استفاده گردد. نتیجه این اتفاق، بزرگ شدن شرکتها و افزایش حجم تولید بود.

مراحل انقلاب صنعتی

دلیل ابداع(اختراع) برج خنک کننده

برای تامین انرژی مکانیکی مورد نیاز کارخانجات در ابتدا از موتور بخار استفاده می شد. یکی از مشکل های استفاده از موتور بخار، خنک کردن بخار حاصل بود و به این منظور باید سیستم خنک کاری ارزان و به صرفه ای ابداع میگشت.

در اواخر قرن نوزدهم و ابتدای قرن بیستم، اولین نمونه های برج خنک کن، با تکیه بر کاهش دما بر اثر تبخیر سطحی معرفی شدند. برج های خنک کننده اولیه، دارای سیستم بسیار ساده ای بودند که در آن آب از ارتفاع مشخصی به داخل دستگاه پاشیده می شد و به واسطه برخورد با هوا خنک می گردید. در کولینگ تاورهای قدیمی معمولا جنس بدنه از چوب بود و اجزایی مثل فن و پکینگ وجود نداشت. در تصاویر زیر نمونه تبلیغات قدیمی برج خنک کن شرکت دونپورت را ملاحظه می کنید.

تبلیغ قدیمی برج خنک کن

کولینگ تاور قدیمی چوبی

واژه برج خنک کن یا کولینگ تاور نیز به واسطه شکل هندسی اولیه این تجهیز بر روی آن گذاشته شد. در کولینگ تاور های اولیه، یک سازه مرتفع به شکل برج، برای افزایش زمان برخورد هوا با آب خنک کاری طراحی میشد و به دلیل عدم وجود فن و موتور، جریان هوا در داخل برج به صورت طبیعی شکل میگرفت.در تصویر زیر نمونه ای از اولین مدلهای برج خنک کن را(کولینگ تاور) مشاهده میکنید.

نمونه کولینگ تاور اولیه بدون فن

اختراع و استفاده از برج خنک کننده جریان اجباری/مکانیکی

Mechanical draft cooling tower invention and development

با پیشرفت تکنولوژی در اواخر دهه 90 و ابتدای قرن 20 و به ویژه اختراع موتور احتراق داخلی و برق برای مصارف صنعتی، روند توسعه و رشد کارخانجات تسریع گردید. در این زمان استفاده از برج های خنک کن در نیروگاهها و خطوط تولید هم به کاربری های قبل اضافه شد.

تولید عمده و صنعتی موتورهای الکتریکی و فن، به اختراع برج های خنک کن با جریان هوای اجباری(مکانیکی) کمک زیادی نمود. این مدل کولینگ دارای راندمان بیشتری بودند و در عین حال فضای کمتری اشغال می کردند.

برج خنک کننده بلژیک

یکی از نمونه های بسیار مشهور نیروگاهی، کولینگ تاور شارلوا بلژیک است که از مدل های بتنی بسیار بزرگ می باشد. این برج(Power Plant IM – Charleroi, Belgium) بخاطر سازه عظیمش اکنون به عنوان یک جاذبه قدیمی شناخته می شود. این نیروگاه(آی ام) که در سال 1921 ساختش تمام شد، یکی از بزرگترین نیروگاه های ذغالی در بلژیک بود.

کولینگ تاور بلژیک

کولینگ بتنی نیروگاه شارلوا بلژیک، در زمان پیک تولید برق، مقدار 480،000 گالون آب را در هر دقیقه خنک می کرد(معادل 180 هزار متر مکعب در ساعت) که با استاندارد های امروزی نیز عددی حیرت آور است!

تاریخچه استفاده از کولینگ تاور پکیج فایبرگلاس

در اواسط قرن بیستم که صنعت ساختمان دچار تحولاتی عمده ای گشت و ساخت برج های مسکونی در دنیا رواج یافت، برج خنک کن پکیج برای استفاده در سیستم های تهویه مطبوع، گرمایشی و سرمایشی(HVAC) رواج پیدا کرد.

کولینگ تاور های اولیه پکیج، از فن سانترفیوژ بهره می بردند و بدنه آنها عمدتا فلزی بود. با گذشت زمان و افزایش توانمندی های در حوزه کامپوزیت، برج خنک کن فایبر گلاس به مرور وارد بازار شد.

کولینگ تاور استاندارد مکعبی کانترفلو

نمونه برج خنک کننده فایبرگلاس پکیج مکعب

مزیت فایبرگلاس، مقاومت در برابر رسوب و خوردگی و از بین رفتن معضل زنگ زدگی در بدنه برج خنک کننده است. همچنین قطعات کامپوزیت فایبر گلاس از استحکام نسبتا بالایی نیز برخوردار هستند. مزایای این نوع برج خنک کننده موجب گشت که استفاده از آن در واحد های صنعتی نیز رواج یابد. با این وجود در شرایطی که دبی آب در گردش بسیار زیاد(بیش از 2 هزار متر مکعب در ساعت) باشد، همچنان از برج خنک کننده Field Erected یا مونتاژ در محل استفاده می کنیم

از مواردی که در افزایش راندمان برج خنک کن در طول تاریخ تاثیر بسزایی داشت، مب توانبم به تکنولوژی تولید پکینگ PVC و PP به منظور افزایش راندمان تبخیر اشاره کنیم. پیش از این، در بسیاری از برج های خنک کن از چوب اشباع به جای پکینگ استفاده می شد که علاوه بر راندمان پایین، وزن بالایی نیز داشت و به سرعت بر روی سطح آن رسوب و جلبک تشکیل می شد. همانطور که گفتیم که در گذشته و اواسط قرن بیستم، استفاده از چوب در سازه کولینگ تاور نیز رواج داشت و برخی از برج های قدیمی صنعتی دارای بدنه چوبی بودند.

برج خنک کننده قدیمی و چوبی

تصویر برج خنک کننده قدیمی چوبی

در نیمه دوم قرن بیستم به مرور استفاده از برج های خنک کن فایبر گلاس پکیج در تهویه مطبوع رواج یافت و همچنین برج های کراس فلو پکیج به تولیدات کارخانجات مطرح اضافه شد. همچنین در حوزه صنعت نیز برج خنک کننده مونتاژ در محل از سازه های فایبر گلاس و کامپوزیت در کنار برج های خنک کن صنعتی به بهره برداری رسیدند.

یکی از مهمترین موارد در حوزه تاریخچه برج خنک کننده، به برج خنک کن بطری شکل(گرد-مدور) مربوط است که این نوع برج برای استفاده در حوزه تهویه مطبوع در کشورهای آسیای شرقی مدتی مورد استفاده قرار گرفت. لیکن اکنون سالیان متمادی است که در کشور های پیشرفته از این نوع برج(کولینگ تاور گرد و بطری شکل) به دلیل مشکلات فراوان و راندمان پایین استفاده نمی شود.

انواع کولینگ تاور چیست؟