بیشترین اختلاف دمای آب ورودی و خروجی برج خنک کننده

برج خنک کن در پروژه های صنعتی باید درجه حرارت کولینگ واتر(آب خنک کاری) را کاهش بدهد. البته در مورد حداقل دمای خروجی از Cooling tower محدودیتی به نام وت بالب یا دمای مرطوب محیط وجود دارد. مثالی که برای آشنایی بیشتر با مفهوم Wet bulb می زنیم این است که اولا این دما در بدترین شرایط سال یعنی ظهر مرداد ماه در نظر گرفته می شود. دوما مقدار آن با دمای محیط فرق دارد. مثلا در تهران دمای محیط در اوج گرمای تابستان به 42 درجه(و حتی بیشتر) می رسد، اما دمای حباب مرطوب بین 25 تا 26 درجه سانتیگراد است.

هر چقدر رطوبت در یک شهر بیشتر باشد، دمای وت بالب به دمای هوای واقعی نزدیکتر می شود. تمام سیستم های تبخیری از جمله برج خنک کننده، می توانند نهایتا تا 3 درجه بیشتر از وت بالب آب را خنک کنند. با این توضیح بر می گردیم به سوال اصلی که

آیا مقدار اختلاف دمای آب ورودی و خروجی برج خنک کننده محدودیت دارد؟

آیا برج خنک کن فقط می تواند آب را 10 یا 15 درجه سرد کند؟

در پاسخ به این سوال ها باید گفت در شرایط مناسب و با طراحی درست و اصولی و استفاده از نرم افزارهای خاص، برج خنک کننده می تواند اختلاف دمایی در حدود 40 درجه(و در موارد خاص بالاتر) را ایجاد کند. یعنی دمای آب گرم ورودی 40 درجه گرمتر از آب سرد خروجی باشد.

باز هم بر این نکته تاکید می کنیم که هر شرکتی توان اجرای چنین پروژه ای را ندارد و رسیدن به اختلاف دماهای بالای 20 درجه نیازمند تجربه صنعتی، استفاده از پکینگ های مقاوم در برابر گرما و نرم افزارهای محاسباتی حرفه ای است.

اگر بخواهیم در این مورد مثالی بزنیم، می توانیم شرایطی را فرض کنیم که یک مجموعه می خواهد آب را از دمای 70 درجه به 30 درجه سانتیگراد برساند و قرار است برج خنک کننده در یزد یا کرمان نصب شود. در این حالت با توجه به اینکه دمای مرطوب(وت بالب) در حدودی 18 تا 22 درجه سانتیگراد است.

به خاطر اختلاف دمای بین آب سرد خروجی از برج خنک کننده(با دمای 30 درجه) و دمای حباب تر که به آن عدد اپروچ می گوییم، با استفاده از یک مرحله خنک کاری با برج خنک کننده، می توانیم آب را از 70 درجه سانتیگراد، به 30 درجه سانتیگراد برسانیم.

در این کولینگ تاور برای اینکه این اختلاف دمای 40 درجه ای ایجاد شود، لازم است از  که عمر مفید بالا و مقاومت حرارتی در حدود 85 درجه سانتگراد دارد، را استفاده کنیم. به جز پکینگ محاسبات مربوط به اندازه، توان فن، افت فشار و سطح تبخیر، بهتر است توسط نرم افزارهای تخصصی شرکت های آلمانی تولید کننده فیلینگ، انجام شود.

با این توضیحات مشخص است که در پروژه های صنعتی بخصوص مواردی که باید آب بیشتر از 15 درجه سانتیگراد خنک شود، با استعلام ظرفیت آن(تن تبرید) کاملا اشتباه است و می تواند خسارت های زیادی را به دستگاه، خط تولید و کل سیستم کارخانه وارد کند.

در این شرایط بهترین راه استعلام قیمت برج خنک کننده بر اساس سه فاکتور مقدار آب در گردش(متر مکعب در ساعت، لیتر در دقیقه یا جی پی ام)، دمای آب گرم  و دمای آب سرد خروجی از کولینگ تاور است.

اگر دمای آب ورودی داغ باشد، چه مدل برج خنک کن مناسب است؟

توجه به این مساله هم بسیار مهم است که برج خنک کن مخروطی و بطری شکل(کولینگ تاور گرد)، به خاطر اشکالات و راندمان پایین، برای اختلاف دمای بالای 10 درجه اصلا مناسب نیست. بهترین گزینه برای زمانی که عدد رنج(اختلاف دمای آب گرم ورودی و سرد خروجی) برج خنک کننده زیاد است، کولینگ تاور مکعبی با بدنه کامپوزیت فایبرگلاس و پکینگ نت اسپلش طرح آلمانی است.

محاسبات برج خنک کننده شامل محاسبه ظرفیت برودتی، راندمان و آب جبرانی در می‌باشد که مبنای اصلی طراحی کولینگ تاور به حساب می‌آید. انجام دقیق محاسبات در برج خنک کننده فرصتی جهت انتخاب صحیح و درست نوع خنک‌کن، محاسبه ظرفیت برودتی مناسب و برآورد میزان مصرف آب برج خنک کاری قلمداد می‌شود. انجام صحیح محاسبات سبب عملکرد بهتر برج خنک کننده خواهد شد و در نتیجه کارکرد خوب در این تجهیز سایر دستگاه هایی که با خنک کن سرد می‌شود نیز کارکرد بهتری خواهند داشت.

یک کوره القایی را فرض کنید که اگر محاسبات برج خنک کننده به درستی صورت نپذیرد ممکن است کوره نتواند با قابلیت صددرصد ذوب گیری نماید یا در یک تایم محدود دچار رسوب، گرفتگی و مشکلات زیادی گردد. در واقع محاسبات مختلف کولینگ تاور پیش زمینه‌ای برای طراحی و بهبود بخشیدن در سیستم سرمایشی صنعت محسوب می‌شود. مناسب ترین قیمت خرید پکینگ برج خنک کننده را از ما بخواهید.

محاسبات مربوط به برج خنک کننده در دسته‌بندی‌های متفاوتی تقسیم می‌شود. اولین بخش نحوه تعیین دمای‌ خروجی آب می‌باشد. پس از تعیین دمای خروجی آب فاکتورهایی از قبیل ظرفیت برودتی و شرایط کارکرد برج خنک کن کمک بسزایی در انتخاب بهتر یک کولینگ تاور خواهد داشت. محاسبه آب مصرفی نیز به لحاظ برآورد تجهیزات جانبی در راه اندازی سیستم گردش آب از اهمیت بالایی برخوردار است.

امروزه کاهش میزان مصرف آب و انتخاب صحیح نوع برج خنک کننده یکی از مهمترین بخش های محاسبات محسوب می‌شود.افزایش‌ راندمان،کاهش میزان مصرف آب و تعیین دقیق ظرفیت برودتی کولینگ تاور مهمترین بخشهای مرتبط با انتخاب صحیح یک منبع برودتی قلمداد می‌شود که به دو روش زیر انجام می پذیرد.

• استفاده از فرمول ها و جداول از پیش تهیه شده در بخشهای مختلف
• بهره‌گیری از نرم افزار های مخصوص انتقال حرارت و طراحی تجهیزات برودتی

در این بخش به توضیح مفصل روشهای مختلف انجام محاسبات برج خنک کننده از جمله محاسبه نرخ حرارتی کولینگ تاور،آب تبخیری، بلودان و راندمان خواهیم پرداخت.

دمای تقرب یا آپروچ برج خنک کننده

رسیدن به آپروچ کمتر از 5 درجه سانتی گراد در برج خنک کننده نیازمند ضریب‌اطمینان بالایی می‌باشد. در محاسبات اولیه طراحی به هر میزان آپروچ پایین‌تر در نظر گرفته شود راندمان برج خنک کننده بالاتر خواهد بود. حداقل میزان آپروچ معادل 5 درجه فارنهایت (2.8 درجه سانتی گراد) درنظر گرفته می‌شود. از طرفی هر چه از نظر تئوری در محاسبات مربوط طراحی اولیه بخواهیم آپروچ عدد پایین‌تری باشد باید ضریب افزایش سطح‌مفید کولینگ تاور(ضریب اطمینان) نیز بزرگتر انتخاب گردد.

بهینه ترین میزان آپروچ در نظرگرفته شده در محاسبات برج خنک کننده با ضریب اطمینان منطقی(عملی و اقتصادی) معادل 10 درجه فارنهایت (5 درجه سانتی گراد)می باشد.تعیین دقیق میزان آپروچ در واقع تابعی از دمای ایده آل آب سرد خروجی برج خنک کننده در فصول گرم (تابستان) می باشد.به منظور محاسبه میزان آپروچ از فرمول زیر استفاده می شود.

آپروچ=دمای خروجی آب سرد برج خنک کننده – دمای مرطوب محیط طراحی کولینگ تاور

اختلاف دمای برج خنک کننده

با افزایش دبی آب در گردش در سیستم اختلاف دمای برج خنک کن به کمتر از 5 درجه سانتی گراد نیز کاهش پیدا کند. بنابراین اختلاف دمای آب سرد ورودی با آب گرم خروجی از برج خنک کننده تابعی از شرایط طراحی و شرایط محیطی می باشد.فرمول کلی زیر جهت محاسبه اختلاف دمای برج خنک کننده  بکار می‌رود.

محاسبه راندمان برج خنک کننده

به عبارتی دیگر رسیدن به راندمان 100درصد در محاسبات برج خنک کننده به معنای این می‌باشد که آپروچ معادل صفر در نظر گرفته شود که چنین موضوعی امکان ندارد. بنابراین در محاسبه راندمان کولینگ تاور رسیدن به عددی بالاتر از 90 درصد به هیچ عنوان شدنی نیست.

به منظور دقیق محاسبه راندمان از فرمول هایی استفاده می‌شود که خروجی این اعداد نشانگر این موضوع است که  بهینه‌ترین میزان راندمان برج خنک کننده با ضریب اطمینان استاندارد، معادل با 70 الی 75 درصد می‌باشد.در واقع رسیدن به راندمان بالاتر از 75درصد در محاسبات برج خنک کننده نیازمند هزینه بسیار زیاد بوده و غیراقتصادی می‌باشد.

به بیانی ساده‌تر محاسبه راندمان برج خنک کننده معادل است با :  نسبت اختلاف دما به مجموع آپروچ و اختلاف دما در کولینگ تاور.

کاهش میزان آپروچ و افزایش میزان اختلاف‌دما در کولینگ تاور طبق فرمول فوق سبب افزایش راندمان می‌شود. البته لازم به ذکر است که در تابستان با افزایش دمای مرطوب محیط راندمان برج خنک کننده نسبت به سایر فصول پایین‌تر خواهد بود و این موضوع نشانگر این است که پارامتر راندمان در دسته محاسبات عددی ثابت نمی‌باشد و مطابق شرایط فصلی و اقلیمی نیز متغیر می‌باشد.

فاکتورهای فراوانی بر افزایش راندمان در برج خنک‌کننده تأثیرگذار خواهد بود. بسیاران از طراحان و مشاورین مهندسی سیالات از بهترین نمونه‌های پکینگ‌مدیا و افشانک جهت پاشش صحیح آب و افزایش سطح تبادل حرارت بین آب و هوا استفاده می‌کنند. امروزه با پیشرفت علم سیالات و بهره‌گیری از نرم‌افزارهای مخصوص کمک بسیار زیادی در استفاده از نازلهایی با راندمان بالا و پاشش خوب و در نتیجه افزایش راندمان شده است.

محاسبات چرخه غلظت در برج خنک‌کننده

میزان COC یا چرخه غلظت کمیتی بدون بعد می‌باشد. مقدار COC در برج خنک‌کاری وابسته به شرایط آب ورودی و آب جبرانی بین عدد 3 تا 7 متغیر می‌باشد. در طراحی برج خنک‌کننده باید دقت نمود که مقدار COC حدالامکان بیشتر در نظر گرفته شود. چرا که افزایش میزان COC سبب کاهش میزان بلودان و دریفت قطرات آب می‌شود.

چرخه غلظت یا COC یکی از مهمترین پارامترهای کلیدی در محاسبات برج خنک‌کننده مخصوصاً در بخش محاسبه بلودان محسوب می‌شود. بهترین و بهینه‌ترین عدد برای فاکتور COC در محاسبات معادل 5 در نظرگرفته می‌شود.

البته لازم به ذکراست استفاده از قطره گیر و سیستم بلودان هوشمند نیز تاثیر بسزایی در کاهش مصرف میزان بلودان و دریفت در کولینگ‌تاور دارد که استفاده استاندارد از باید از متریال مناسب و با کیفیت صورت پذیرد.

محاسبه آب جبرانی برج خنک‌کننده

محاسبه آب جبرانی در برج خنک‌کننده تابع سه پارامتر اصلی می‌باشد. سه پارامتر تأثیرگذار بر محاسبه آب جبرانی عبارتند از تبخیر آب – بلودان و دریفت قطرات آب به بیرون کولینگ‌تاور. در واقع آب‌مصرفی(جبرانی) وابسته به عملکردهای متفاوت در کولینگ‌تاور در جهات مختف هزینه می‌شود. قیمت پروانه برج خنک کننده بستگی به مدل آن دارد.

محاسبه آب جبرانی از این جهت حائز اهمیت می‌باشد که تأمین این آب در فصول گرم عملاً باید با دورنگری و در طراحی اولیه درنظرگرفته شود.آب جبرانی در برج خنک‌کننده توسط سه روش کلی محاسبه می‌شود.

• 1-روش محاسبه آب جبرانی به صورت تخمینی (1.5 تا 2 درصد آب در گردش)
• 2-محاسبه آب جبرانی برج خنک‌کننده با روش فرمولی
• 3-محاسبه آب جبرانی توسط نرم افزارهای آنلاین و مهندسی از جمله SPX Calculator و Water Waste