أبراج التبريد عبارة عن مبادلات حرارية تعمل على التبريد المياه بالتبخير في حيز محدود وبكفاءة عالية . يتوقف أداء البرج على تيار السحب ( Draft) اللازم لسريان الهواء خلال البرج .
تصنف أبراج التبريد إلى :
أولا: أبراج التيار الطبيعية (( Atmospheric draft towers
وهذه الأبراج تكون حركة الهواء فيها بدون آلات ميكانيكية ( مراوح ) وإنما تحدث بفعل طبيعي نتيجة فرق الكثافة للهواء وتسمى بأبراج التبريد الجوية .
وهذه الأبراج على نوعين:
أ- النوع الأول يستخدم فالات رش spray nozzles تعمل على نفث الماء الداخل إلى البرج من الأعلى على شكل قطرات صغيرة ليسقط إلى حوض ماء البرج في الأسفل الشكل (1-2).
ب - أما النوع الثاني فيستخدم سطوحاً أو حشوة fill لزيادة السطح المبتل في البرج وتحويل الماء إلى قطرات وكذلك لتقليل سرعة سقوط هذه القطرات إلى حوض البرج . إن هذا النوع ذو كفاءة اكبر من النوع الأول بنحو 30 – 20 % كما في الشكل (2-2).
- يجب أن تنصب أبراج التيار الطبيعي خارج المباني أو أعلى الأسطح بحيث يمر عليها الهواء بحرية .
- كفاءة الأبراج الطبيعية منخفضة لأنها تتأثر بشدة واتجاه الرياح وبالتالي تكون الأبراج الطبيعية ذات حجم وارتفاع كبيرين .
خواص برج التبريد ذو التيار الطبيعي natural draft :
1- مساحة كبيرة.
2- مكان يكون مفتوح.
3- مكان لا يكون فيه الهواء راكداً.
مميزات برج التبريد ذو التيار الطبيعي:
1- سهولة الأداء.
2- رخص التكاليف.
3- رخص الصيانة.
عيوبه:
1- يتطلب مساحة أكبر.
2- لابد من تواجده في مكان مرتفع لتكون سرعة الهواء اكبر.
3- لا يركب إلا في الأماكن المفتوحة.
ثانيا: أبراج ميكانيكية (( Forced draft :
وتسمى أيضا بأبراج التبريد ذات التيار الهوائي القسري ( الجبري ) , وهي شائعة الاستعمال في هندسة التكييف والتبريد للهواء.
وتمتاز هذه الأبراج بأنها أقل حجماً وأقل وزناً وكفاءة أعلى ولها مقدرة على مواجهة الحمل عند تغير درجات الحرارة للهواء.
ويستخدم هذا النوع من الأبراج في الحالات الآتية :
1- في الحالات التي يتعذر وجود مساحة كبيرة له .
2- عدم وجود مساحات مفتوحة مواجهة للريح .
3- في الأماكن التي يكون فيها الهواء راكداً.
تصنف الأبراج الميكانيكية إلى :
أ - أبراج تيار الدفع:
تعمل المروحة على دفع الهواء خلال البرج ويكون ضغط الهواء داخل البرج اكبر من الضغط الجوي , وتوضع المروحة عند مدخل برج التبريد . كما في الشكل (3-2) :
ب - أبراج تيار السحب (Induced draft)
تعمل المروحة على سحب الهواء من البرج . يكون ضغط الهواء داخل البرج اقل من الضغط الجوي . أي أن ضغط الهواء داخل البرج يكون سالب وموجب في حالة الدفع حيث توضع المروحة في نهاية البرج .
كما في الشكل (4-2) :
· تكون المروحة في حالة الدفع من النوع الطارد عن المركز أو المحوري بينما في حالة السحب تكون من النوع الترددي .
· تستخدم مع أبراج التبريد موانع ( Eliminators) لمنع خروج قطرات مياه مع الهواء الخارج من البرج.
· يضخ الماء الساخن القادم من المكثف إلى أعلى البرج حيث يتم رشه إلى اسفل البرج بواسطة مجموعة من الرشاشات .
· انخفاض الضغط الأمثل للرشاشات هو 50 كيلو نيوتن / متر مربع.
· تحتوي أبراج التبريد عادة على حشو من الخشب (Decking) لزيادة مساحة السطح المبلل ولتذرية المياه إلى قطرات صغيرة والعمل على تباطئ سقوط القطرات إلى قاع الحوض .
ثالثا: الأبراج التبخيرية :
وهذا البرج كما في الشكل (5-2) مثل الأنواع السابقة آلا إن المكثف يكون داخل البرج , وهنا يكون وسيط التكثيف عبارة عن الماء والهواء معاً .
ومن حسنات هذا النوع هو الكفاءة العالية في التكثيف ، أما سيئاته فهو الحاجة إلى كمية وسيط تبريد كبيرة .
يمكن تصنيف أبراج التبريد تبعاً لسريان إلى ثلاثة أنواع :
1- أبراج ذات سريان متوازي :
وفيها يسرى الماء والهواء في نفس الاتجاه إلى اسفل .
2- أبراج ذات سريان متعاكس :
وفيها تسرى المياه إلى اسفل والهواء إلى أعلى .
3- أبراج ذات سريان متعامد :
وفيها يسري الهواء أفقيا والماء راسياً إلى اسفل .
· فأبراج التبريد ذات الجريان المتعاكسة المستخدمة أساسا في تطبيقات تكييف الهواء يكون جريان الهواء فيها بصورة عمودية أو بصورة معاكسة لسقوط الماء , وجريان الهواء أما أن يكون بالدفع أو بالسحب بمروحة كما في الشكلين (A6-2) و (B6-2)
· أما الأبراج ذات الجريان العرضي المستخدمة في تطبيقات تكييف الهواء والتطبيقات الصناعية فيكون جريان الهواء فيها بصورة أفقية متعامداً مع جريان الماء الشكل (7-2) . وميزتها أنها ذات انخفاض ضغط قليل من جانب الهواء بالنسبة إلى مساحة سطح انتقال كبيرة . وكذلك يكون توزيع تيار الهواء والماء فيها منتظماً ، وهي غالباً ما تكون ذات تيار هواء مستحث ، والمراوح المستخدمة معها ذات جريان محوري.
· برج التبريد المتعامد : حيث يكون اتجاه جريان الهواء متعامد مع اتجاه سقوط الماء كما في الشكل (8-2)، حيث يكون ارتفاع البرج هنا اصغر مما هو في برج التبريد ذو الجريان المعاكس . وتعتبر هذه ميزة في الحالات التي تتطلب ارتفاعات قليلة للبرج .