Soğutma kuleleri, çeşitli amaç ve büyüklükteki endüstriyel tesislere, termik santrallere, merkezi soğutma sistemlerine sahip iş merkezleri, toplu konutlar, hastaneler ve otellere soğutma suyu sağlamak için tasarlanmış yapılardır.

Soğutma Kulelerinin Sınıflandırılması:

Soğutma kuleleri suyun havayla temas ediş biçimine göre; doğal hava akışlı ve cebri hava akışlı ( fanlı ) olmak üzere sınıflandırılabilir.

Doğal hava akışlı soğutma kuleleri;
Soğutma kulelerinin devleri olan doğal akışlı hiperbolik kuleler termik enerji santrallerinin ihtiyaçları sonucu ortaya çıkmışlardır. Doğal akışlı kulelerde hava, yoğunluk differansının konvektif etkisi ile alınır ve atılır. Hava özgül ağırlığı, lüle içerisinde sıcaklık artışı nedeni ile dışarıya göre daha düşüktür. Bu tip kulelerde; gövde betonarmeplaktan imal olup, boyları 100-150 m.’dir.

Cebri hava akışlı ( fanlı ) soğutma kuleleri;
Cebri çekişli kuleler ise radyal ( tek cepheden üflemeli tip - yandan fanlı ) ve aksiyel ( çift cepheden emişli tip - üstten fanlı ) olmak üzere ikiye ayrılır.

Çalışma Prensibi:

Çalışma prensipleri, termodinamiğin de temel kuralı olan; “ Buharlaşan yerde soğukluk kalır” prensibidir. Yani su yüzeyinde ne kadar buharlaşma sağlanır ise su o kadar soğutulmuş olur.

Soğutma kuleleri bu prensiple geliştirilmiş, minimum alanda ve su miktarı ile maksimum su buharlaştırma dolayısı ile soğuma sağlayacak şekilde dizayn edilmiş su yapılarıdır. Isı eşanjöründen ısınarak gelen su, kule üst seviyesinden aşağıya doğru püskürtme memeleri vasıtasıyla püskürtülür. Suyun pulvarize olarak püskürtülmesinde amaç; havayla mümkün olduğunca temas yüzdesini arttırmaktır. Modern kuleler, püskürtme memelerinin hemen altında suyun hızını kesmek ve kule havuzuna kadar olan mesafede suyun daha fazla hava ile temas etmesini sağlayan çapraz akışlı dolgu malzemeleri ile donatılmışlardır. Dolgu malzemeleri 55ºC’ye kadar PVC malzemeden, daha yüksek sıcaklıklarda bigudi malzemeden imal edilirler.

Bir miktar buharlaşma ile ısısının bir kısmını atmosfere bırakan su kule havuzuna ( rezervuarına ) ulaşır. Soğutma kulesi sirkülasyon sistemlerinde su hacminin en fazla olduğu bölge kule havuzlarıdır. Dolayısı ile bekleme süresi uzun, durgun su ortamlarıdır. Yüksek miktarda buharlaşma ve blöfler nedeni ile soğutma kulelerine düzenli olarak su takviyesi yapılmalıdır. Taze su beslemesi de kule havuzundan mekanik yada elektronik şamandıralar ile kontrollü olarak yapılır.

Kule sirkülasyon pompaları kule havuzundan emdikleri suyu ısısı alınacak eşanjörlerden geçirir ve kule havuzuna tekrar soğutulmak üzere gönderir. Eşanjör giriş ve çıkışındaki sıcaklık farkı 3-7ºC arasındadır. Sirkülasyon suyunun istenilen konsantrasyonda tutulması amacı ile blöfler için en uygun nokta eşanjör çıkış hattı üzeridir. Kule sirkülasyon hattında hemen hemen her bölgede su konsantrasyon katsayısı aynıdır. Ancak eşanjör sonrası yapılacak blöflerle en yüksek sıcaklıktaki ( 30-45ºC ) su atılacak, takviye suyunun max. 15 ºC olacağı düşünülür ise soğutma verimi artacaktır.

Soğutma Suyundaki Riskler:

Çözünmüş Oksijen;
Çalışma prensibi dolayısı ile soğutma kuleleri birçok riski bir arada bulundurur. Suyun pulvarize olarak havayla sürekli temas ettirilmesi nedeniyle soğutma suyunda birincil problem yüksek miktardaki çözünmüş oksijendir. Çözünmüş oksijen tüm metal yüzeyleri yükseltgeyerek ( oksitleyerek ) ve kinetik enerjisi ile hızla korozyona sebebiyet verir. Ayrıca suyla iyonize olarak hidroksil radikallerini oluşturur dolayısı ile pH ve alkalinite değerlerini hızla arttırır. Yüksek pH, aluminyum ( >8,5 ) ve bakır ( >9,2 ) gibi yüzeylerde korozyona sebebiyet verir. Oluşan metal oksitleri ve diğer sertlik iyonları ( +2 yüklü katyonlar ) yüksek pH, alkalinite ve sıcaklığa bağlı olarak çözünürlüklerini kaybeder, özellikle ısı transfer yüzeylerinde depozit ( kışır, kireçtaşı, pas v.b. ) oluşumuna sebebiyet verirler.

Yüksek pH ve Alkalinite;
Soğutma suyunda bir başka problem de yüksek pH ve alkalinitedir. Soğutma kulelerinin normal çalışma rejimlerinde sirkülasyon suyu pH değeri 8,8-10,5 aralığındadır. pH değeri; besi suyu karakterine, kule sistemindeki toplam su hacmine ve konsantrasyon sayısına bağlı olarak değişir. Yüksek pH ve alkalinite, korozyon ve depozit oluşumu haricinde başta dezenfektan ve biositler olmak üzere tüm su şartlandırma kimyasallarının performanslarını olumsuz yönde etkiler.

Askıda Katı Madde ( AKM );
Çözünmüş oksijenden sonra kule sirkülasyon suyundaki en büyük problem askıda katı maddelerdir ( AKM ). Soğutma kuleleri dizaynları itibari ile saatte sirkülasyon yapan su hacminin yaklaşık 10 katı kadar hava ile temas ettirilir. Bir başka deyişle saatte bir her 10 m³ hava 1 m³ su ile yıkanır. Ortamdan emilen hava içerisindeki partiküller, toz, mikroorganizmalar, polen, sinek, böcek v.b. kirlilikler kule sirkülasyon suyu içerisine karışarak kule suyunun askıda katı madde ve organik madde yükünü arttırmaktadırlar.