برج خنک کننده

خنک‌کاری آبی

روشی برای خنک کردن قطعات و تجهیزات صنعتی است که در آن از آب برای انتقال گرما به بیرون از دستگاه‌ها استفاده می ‌شود. خنک‌کنندگی آبی بر پایه اصل همرفت طبیعی عمل می‌کند.

از سامانه‌های خنک‌کاری آبی معمولاً برای خنک کردن موتور خودروها به‌وسیله رادیاتور، و در صنایع بزرگ برای خنک ‌سازی تجهیزات نیروگاه‌های بخار، مولدهای برق‌آبی، پالایشگاه‌ها و کارخانه ‌های شیمیایی بهره می‌گیرند.

از دیگر کاربردهای این‌گونه سامانه‌ها می‌توان به خنک کردن لوله مسلسل، گریس تلمبه، و قطعات رایانه اشاره کرد.

مزیت به کار بردن خنک‌کاری آبی بر خنک‌کاری با هوا این است که آب نسبت به هوا ظرفیت گرمایی ویژه بالاتری دارد و چگالی و رسانندگی گرمایی آن نیز بیشتر است. این باعث می‌شود تا آب گرما را در مسافت ‌های بیشتری جابجا کند و در عین حال جریان حجمی بسیار کمتر و تفاوت ‌های گرمایی کمتری را پدید آورد.

کابل آبگرد

در سامانه‌هایی که در آن‌ ها جریان الکتریکی زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد، مانند کوره‌های قوس الکتریک که جهت تهیه فولاد از آنها استفاده می‌شود، گذر جریان الکتریکی زیاد موجب تولید گرما در کابل‌های انتقال‌دهنده جریان الکتریکی می‌شود. در این صورت لازم است تا کابل به طریقی خنک گردد. این خنک‌سازی بیشتر به وسیله آب و در بعضی موارد به وسیله هوا صورت می‌گیرد. کابلی که در آن مسیری برای گذر آب جهت خنک ‌سازی تعبیه شده باشد را کابل آبگـَرد می ‌نامند.

تاریخچه

برج های خنک کننده در قرن نوزدهم از طریق توسعه کندانسورها برای استفاده در موتور بخار ایجاد شدند . کندانسورها از آب نسبتاً خنک، از طرق مختلف، برای متراکم کردن بخار خروجی از سیلندرها یا توربین ها استفاده می کنند. این امر باعث کاهش فشار برگشتی می شود که به نوبه خود باعث کاهش مصرف بخار و در نتیجه مصرف سوخت می شود و در عین حال قدرت و بازیافت آب دیگ بخار را افزایش می دهد. با این حال کندانسورها به منبع کافی آب خنک کننده نیاز دارند که بدون آن غیر عملی هستند. در حالی که استفاده از آب برای موتورهای دریایی مشکلی ندارد ، محدودیت قابل توجهی برای بسیاری از سیستم‌های زمینی ایجاد می‌کند.

در آغاز قرن بیستم، چندین روش تبخیری برای بازیافت آب خنک‌کننده در مناطقی که منبع آب ثابتی نداشتند، و همچنین در مکان‌های شهری که شبکه‌های آب شهری ممکن است از منبع کافی برخوردار نباشند، استفاده شد. قابل اعتماد در زمان تقاضا؛ یا برای رفع نیازهای سرمایش کافی است. در مناطق با زمین در دسترس، سیستم ها به شکل حوضچه های خنک کننده بودند. در مناطقی با زمین محدود، مانند شهرها، شکل برج های خنک کننده را به خود گرفتند.

این برج ‌های اولیه یا بر روی پشت بام ساختمان ‌ها یا به‌عنوان سازه ‌های مستقل قرار می‌گرفتند که هوا توسط فن‌ها یا با تکیه بر جریان هوای طبیعی تامین می‌شد. یک کتاب درسی مهندسی آمریکایی از سال 1911 یک طرح را به عنوان پوسته ای دایره ای یا مستطیلی از صفحه سبک توصیف می کند - در واقع یک پشته دودکش به طور عمودی کوتاه شده است (20 تا 40 فوت ارتفاع) و بسیار بزرگ شده است. قسمت بالا مجموعه ای از حفره های توزیع کننده است که آب از کندانسور باید به آن پمپ شود؛ از آنجا روی حصیرهای ساخته شده از تخته های چوبی یا صفحه های سیم بافته شده که فضای داخل برج را پر می کند، چکه می کند.

یک برج خنک کننده هایپربولوئید توسط مهندسان هلندی فردریک ون ایترسون و جرارد کویپرز در سال 1918 به ثبت رسید. اولین برج های خنک کننده هایپربولوئید در سال 1918 در نزدیکی هیرلن ساخته شدند . اولین آنها در بریتانیا در سال 1924 در نیروگاه Lister Drive در لیورپول انگلستان ساخته شد تا آب مورد استفاده در نیروگاه برق زغال سنگ را خنک کند.

تخمین زده می‌شود که مصرف آب خنک‌کننده توسط فرآوری داخلی و نیروگاه‌ها باعث کاهش در دسترس بودن برق برای اکثر نیروگاه‌های حرارتی تا سال‌های 2040-2069 شود.

در سال 2021، محققان روشی را برای بازپس گیری بخار ارائه کردند. بخار با استفاده از یک پرتو یونی شارژ می شود و سپس در یک شبکه سیمی با بار مخالف جذب می شود. خلوص آب از استانداردهای قابل شرب EPA فراتر رفته است.

گرمایش

بخاری ها وسایلی هستند که هدف آنها تولید گرما (یعنی گرما) برای ساختمان است. این را می توان از طریق گرمایش مرکزی انجام داد . چنین سیستمی شامل یک دیگ بخار ، کوره یا پمپ حرارتی برای گرم کردن آب، بخار یا هوا در یک مکان مرکزی مانند یک اتاق کوره در خانه یا یک اتاق مکانیکی در یک ساختمان بزرگ است. گرما را می توان با همرفت ، رسانش یا تشعشع منتقل کرد . بخاری های فضایی برای گرم کردن اتاق های یک نفره استفاده می شود و فقط از یک واحد تشکیل شده است.

نسل

بخاری ها برای انواع مختلف سوخت از جمله سوخت جامد ، مایع و گاز وجود دارد . نوع دیگری از منبع گرما، الکتریسیته است ، که معمولاً نوارهای گرمایشی از سیم با مقاومت بالا تشکیل شده است ( نیکروم را ببینید ). این اصل برای بخاری های قرنیز و بخاری های قابل حمل نیز استفاده می شود . بخاری های الکتریکی اغلب به عنوان گرمای پشتیبان یا مکمل برای سیستم های پمپ حرارتی استفاده می شوند.

پمپ حرارتی در دهه 1950 در ژاپن و ایالات متحده محبوبیت یافت. پمپ های حرارتی می توانند گرما را از منابع مختلفی مانند هوای محیطی، هوای خروجی از ساختمان یا از زمین استخراج کنند. پمپ های حرارتی گرما را از خارج سازه به هوای داخل منتقل می کنند. در ابتدا، سیستم های تهویه مطبوع پمپ حرارتی تنها در آب و هوای معتدل استفاده می شد، اما با بهبود عملکرد دمای پایین و کاهش بار به دلیل خانه های کارآمدتر، محبوبیت آنها در آب و هوای سردتر افزایش می یابد، همچنین می توانند با خنک کردن فضای داخلی به صورت معکوس عمل کنند.

آب / بخار

در مورد آب گرم یا بخار، از لوله کشی برای انتقال گرما به اتاق ها استفاده می شود. اکثر سیستم‌های گرمایش دیگ آب گرم مدرن دارای یک سیرکولاتور هستند که یک پمپ است تا آب گرم را از طریق سیستم توزیع منتقل کند (برخلاف سیستم‌های تغذیه گرانشی قدیمی ‌تر ). گرما را می توان با استفاده از رادیاتورها ، کویل های آب گرم (هیدرو-هوا) یا سایر مبدل های حرارتی به هوای اطراف منتقل کرد . رادیاتورها ممکن است بر روی دیوارها نصب شوند یا در کف نصب شوند تا گرمای کف را تولید کنند.

استفاده از آب به عنوان وسیله انتقال حرارت به عنوان هیدرونیک شناخته می شود . آب گرم شده همچنین می تواند یک مبدل حرارتی کمکی برای تامین آب گرم برای حمام و شستشو تامین کند.

هوا

سیستم‌ های هوای گرم هوای گرم شده را از طریق سیستم‌های مجرای تامین و هوای برگشتی را از طریق کانال‌های فلزی یا فایبرگلاس توزیع می‌کنند. بسیاری از سیستم ها از کانال های مشابه برای توزیع هوای خنک شده توسط کویل اواپراتور برای تهویه مطبوع استفاده می کنند. منبع هوا معمولاً از طریق فیلترهای هوا فیلتر می شود تا گرد و غبار و ذرات گرده را حذف کند.

خطرات

استفاده از کوره‌ها، بخاری‌های فضایی و دیگ‌ها به عنوان روشی برای گرمایش داخلی می‌تواند منجر به احتراق ناقص و انتشار مونوکسید کربن ، اکسیدهای نیتروژن ، فرمالدئید ، ترکیبات آلی فرار و سایر محصولات جانبی احتراق شود. احتراق ناقص زمانی رخ می دهد که اکسیژن کافی وجود نداشته باشد. ورودی‌ها سوخت‌هایی هستند که حاوی آلاینده‌های مختلف هستند و خروجی‌ها محصولات جانبی مضر هستند، خطرناک‌تر از همه مونوکسید کربن، که گازی بی‌مزه و بی‌بو با اثرات نامطلوب جدی برای سلامتی است.

بدون تهویه مناسب، مونوکسید کربن می تواند در غلظت 1000 ppm (0.1٪) کشنده باشد. با این حال، در چند صد پی پی ام، قرار گرفتن در معرض مونوکسید کربن باعث سردرد، خستگی، حالت تهوع و استفراغ می شود. مونوکسید کربن با هموگلوبین در خون متصل می شود و کربوکسی هموگلوبین تشکیل می دهد و توانایی خون برای انتقال اکسیژن را کاهش می دهد. نگرانی های اولیه بهداشتی مرتبط با قرار گرفتن در معرض مونوکسید کربن اثرات قلبی عروقی و عصبی-رفتاری آن است. مونوکسید کربن می تواند باعث تصلب شرایین (سخت شدن شریان ها) شود و همچنین می تواند باعث حمله قلبی شود. از نظر عصبی، قرار گرفتن در معرض مونوکسید کربن باعث کاهش هماهنگی دست به چشم، هوشیاری و عملکرد مداوم می شود. همچنین می تواند بر تبعیض زمانی تأثیر بگذارد.