نحوه محاسبه ظرفیت برج خنک کننده

ظرفیت برج خنک‌ کننده را به وسیله تن تبرید بیان می‌ کنند. یک تن تبرید برابر میزان گرمای لازم برای تبدیل یک تن (907 کیلوگرم) یخ صفر درجه به آب صفر درجه در مدت زمان 24 ساعت می‌ باشد. همچنین یک تن تبرید برابر 12000 Btu/hr یا 3.5 کیلووات می‌ باشد. در نتیجه وقتی بیان می‌ شود که یک کولینگ تاور به طور مثال برابر 100 تن است، یعنی مقدار قدرت خنک کردن آن برابر 350 کیلو وات می‌ باشد.

کلمه تن تبرید در زمان‌ های گذشته توسط شرکت‌ های سازنده یخ در آمریکای شمالی به صنعت تهویه مطبوع و سرمایش وارد شده است و تا به امروز مورد استفاده قرار می‌ گیرد. در این مطلب از در مورد ظرفیت برج خنک‌ کننده و نحوه محاسبه آن، توضیحاتی ارائه خواهد شد. جنس بدنه نیز تأثیر قابل توجهی بر تعیین نهایی قیمت خرید برج خنک کننده دارد.

محاسبه ظرفیت برج خنک‌ کننده

ظرفیت کولینگ تاور وابسته به ابعاد، میزان دبی آب و جریان هوا، میزان پکینگ، ارتفاع ریزش و محل متفاوت می‌ باشد. در اصل ظرفیت به وسیله چهار پارامتر اصلی یعنی دمای ورود، دمای خروج، حداکثر دمای مرطوب محیط و دبی آب در گردش تعیین می‌ شود.

بررسی یک مورد تعیین و محاسبه ظرفیت کولینگ تاور

برای نمونه داده‌ های یک مورد را با هم چک می‌ کنیم.

• دمای ورود 37 درجه سانتیگراد
• دمای خروج 32 درجه سانتیگراد
• دبی آب برابر 150 متر مکعب در ساعت برای نصب در شهر تهران (حداکثر دمای مرطوب 24 درجه سانتیگراد)

وقتی این داده‌ها را وارد نرم‌ افزار می‌ کنیم، تناژ مورد نیاز برابر 144 تن نمایش داده می‌ شود.

ظرفیت برج خنک کننده

اکنون اگر بخواهیم دمای خروج را 30 و یا 28 درجه سانتیگراد در نظر بگیریم، به ترتیب میزان تناژ مورد نیاز برابر 211 و 314 تن خواهد بود. بنابراین ملاحظه می‌ کنید که هر چه اختلاف دمای ورود و خروج از بالاتر باشد، میزان تناژ افزایش می‌ یاید.

حالا اگر با همان دمای 37 به 32 درجه سانتیگراد و دبی 150 متر مکعب در ساعت، دمای مرطوب بالا برود و در در شهری نصب شود که دمای مرطوب 26 و 28 درجه سانتیگراد باشد، به ترتیب میزان ظرفیت برج خنک کن برابر 169 و 216 خواهد شد.

منظور ظرفیت برج خنک کننده چیست؟

این واحد شمارشی در محاسبات برج خنک کننده به معنای میزان گرمایی است که این دستگاه می تواند در زمان مشخص از آب جذب کند. در واقع انرژی گرمایشی که در برج از آب به هوا انتقال می یابد در یک زمان مشخص همان ظرفیت برودتی نام دارد. به عبارتی دیگر ظرفیت همان قدرت یا توانی است که یک دستگاه برج خنک کننده در حذف گرما از آب به خرج می دهد. برج های خنک کننده امروزه به هر میزان آب بیشتری را با دماهای بالاتر خنک کنند ظرفیت بیشتری دارند.

واحد های شمارش ظرفیت کولینگ تاور

2-کیلووات (kw) : این واحد معادل با kj/s یا کیلوژول بر ثانیه بوده و مبنای بیشتر محاسبات بر پایه SI قرار داده می شود.

3-btu/h : این واحد در سیستم US رواج دارد و هر 12 هزار بی تی یو بر ساعت معادل یک تن تبرید در نظر گرفته می شود.

تناژ برج خنک کننده چیست و منظور از تن در کولینگ تاور چیست؟

یک تن کولینگ تاور معادل بار حرارتی 3.5 کیلووات یا 12 هزار btu/h محاسبه می گردد. بنابراین وقتی میگوییم فلان برج خنک کننده ظرفیتی معادل 100 تن دارد بدین معنی است که ظرفیتی معادل 350 کیلووات و 12 میلیون btu/h دارد. یعنی یک برج خنک کن 100 تن تبرید میتواند گرمایی معادل بر 350 کیلو ژول بر ثانیه را آب جذب می نماید. در واقع تن برج خنک کننده واحدی برای شمارش میزان توانایی یک دستگاه سرد کننده در جذب گرما است.

انواع ظرفیت تناژ تولیدی در برج خنک کننده کدام اند؟

عملاً بدلیل فضایی که یک کولینگ تاور نیاز دارد تا سطح تبادل بین آب و هوا ایجاد نماید بنابراین در تولید آن محدودیت داریم. قالباً ساخت برجهای خنک کننده در ظرفیت های پایین تر از 10 تن تبرید امکان پذیر نخواهد بود. برج های خنک کننده جریان متقاطع ، به برج خنک‌ کننده‌ ای می‌ گویند که در آن مسیر جریان آب و هوا به صورت متقاطع باشد. در این نوع برج، آب از بالا به سمت پایین می‌ ریزد و هوا نیز همزمان از کنار دستگاه به صورت افقی وارد می‌ شود.

ابعاد یک دستگاه کولینگ تاور 10 تن تبرید 90 در 90 سانتی متر است. بالاترین ظرفیت تولید برج خنک کننده مربوط به نوع مدور آن می باشد. ظرفیت 1500 تن بزرگترین دستگاهی است که در صنایع بزرگ عموماً به شکل مونتاژ در محل قالبیت تولید دارد. بنابراین کمینه برج 10 تن و بیشینه آن 1500 تن به شمار می آید.

 نحوه محاسبه ظرفیت برج خنک کننده

1-استفاده از فرمول اساسی محاسباتی زیر :

• دلتا تی (delta t): اختلاف دمای آب داغ ورودی(Th) و آب سرد خروجی (Tc)
• دبی (m): واحد جرمی آب در گردش
• ظرفیت گرمایشی ویژه (Cp): C با اندیس P همان ظرفیت گرمایشی ویژه و یک خاصیت از آب به شمار می رود.

(توجه نمایید دبی آب در گردش باید بر اساس کیلوگرم بر ثانیه (kg/s) باید در فرمول فوق قرار بگیرد و دبی های متر مکعب در ساعت را می توانید با تقسیم 3.6 به این واحد تبدیل نمایید.)

اگر در فرمول بالا دبی را بر اساس kg/s و اختلاف دما را بر اساس درجه سانتیگراد یا کلوین وارد نمایید و ظرفیت گرمایشی را 4.2 در نظر بگیرید عدد حاصل بر اساس kw خواهد بود.  در واقع با فرمول بالا ظرفیت برج خنک کننده بر اساس کیلووات به دست خواهد آمد. در تصویر زیر چگونگی قرارگیری یکاهای واحد های محاسباتی در فرمول بالا را مشاهده می نمایید.

روش دوم در محاسبه ظرفیت برج خنک کننده

در گام اول به نرم افزار محاسبات درج شده در صفحه مرتبط در لینک مقابل مراجعه کنید.

در صفحه اصلی نرم افزار مطابق تصویر بالا داده های زیر را وارد نمایید.

1. (water flow rate) D  یا دبی آب در گردش در برج خنک کننده
2. (approach) A یا آپروچ به میزان نزدیکی به دمای مرطوب محیط است. (بر اساس فارنهایت)  اطلاعات بیشتر با مراجعه به
3. (range) B منظور همان اختلاف دمای بین آب ورودی و خروجی در کولینگ تاور است.
4. C (wet bulb)  = دمای مرطوب محیط طراحی بر اساس درجه فارنهایت اطلاعات در صفحه:
5. Tower size = میزان ظرفیت پیشنهادی برای برج خنک کننده بر اساس تن تبرید

توجه نمایید: اپروچ برای شرایط مثلاً شهری با وت بالب 25 که دمای خروجی آب مورد نیاز 30 درجه سانتیگراد است 5 درجه سانتیگراد یا 9 درجه فارنهایت محاسبه می گردد.

ظرفیت برج های خنک کننده قابل تولید

یکی از مهمترین مسائل این است که بدانیم بالاترین و کمترین میزان ظرفیت کولینگ تاور تولید شده چه مقدار است. در شرکت دماگستر کمترین ظرفیت تولیدی برج خنک کننده میزان 10 تن تبرید است. بیشترین ظرفیت تولید برج هم به صورت یکپارچه به شکل مدور با ظرفیت 1500 تن تبرید است.

ابعاد این دستگاه قطر 780 سانتی متر در ارتفاع 595 سانتی متر بوده به که بصورت مونتاژ در محل ارائه می گردد. بیشترین ظرفیت در برجهای مکعبی مربوط به ظرفیت 1250 تن تبرید به صورت سه سلول با قابلیت حمل از درب کارخانه با ابعاد 300 در 1200 سانتی متر قابل عرضه است. این شرکت امروزه بیشترین میزان تولیدات خود را معطوف به ظرفیت های بزرگ و به صورت چند سلولی کرده است.

روش های تخمین ظرفیت یک برج خنک کننده قدیمی

یکی از رایج ترین مسائلی که مهندسین سیالات با آن در تنش هستند تخمین ظرفیت برجهای خنک کننده قدیمی است. اگر به عنوان مثال یک کولینگ تاور رسوب گرفته دارید که قصد به تعویض آن دارید بهترین کار تخمین ظرفیت از روی ابعاد و قطر فن های دستگاه است.

به طور مثال یک برج خنک کننده با ابعاد 200 در 300 گالوانیزه ظرفیتی معادل 100 الی 150 تن تبرید دارد. یکی دیگر از راهکارهای تشخیص توان برودتی برج در نظر گرفتن سایز لوله های رفت و برگشت به برج محسوب می شود. سایز لوله کمک بسزایی به محاسبه دبی و در نهایت مشخص کردن توان سرمایشی می نماید.

تغییر نسل در برجهای خنک کننده چگونه اتفاق افتاد؟

بیشتر برجهایی که در قدیم نصب می شدند دارای فن های حلزونی شکل بودند و مصرف برق بالایی داشتند. امروزه اکثریت سازندگان کولینگ تاور دستگاه های خود را بشکل فایبرگلاس با الیاف کامپوزیتی ارائه می کنند. دفع حرارت از چیلر در بخشی به نام کندانسور(Condenser) صورت می‌پذیرد و برج خنک کننده چیلر در واقع وظیفه خنک کردن آن بخش را بر عهده دارد.

مزیت اصلی فایبرگلاس بر فلز سبک بودن، ضد زنگ زدگی و عمر بالای آن است. عمر مفید فایبرگلاس اگر با مواد درجه یک تولید شود بین 20 الی 50 سال برآورد می گردد. در واقع تولیدکننده امروز میلی به تولید برج گالوانیزه ندارد و دلیل اصلی آن هم معایبی است که این تجهیز بر سیستم وارد می نماید.