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.
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.
همانطور که اشاره کردیم با داشتن این چهار پارامتر با وارد کردن در نرم افزارهای مخصوص و یا حرکت بر روی چارت های طراحی شده می توان میزان ظرفیت را مشخص نمود. مقطع ایرفویل در تیغه فن در برج خنک کننده سبب کاهش شدید فشارهای مربوط به نیروی دراگ (تلاطمی) میگردد.
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.
نحوه تعیین ظرفیت و برآورد قیمت (استعلام قیمت) کولینگ تاور بمنظور تعیین ظرفیت و محاسبه ظرفیت برج خنک کننده 2 موضوع از اهمیت بالایی برخوردار است:
- داشتن علم متناسب در زمینه طراحی یا تعیین ظرفیت برجهای خنک کن
- داشتن تجربه کافی در این زمینه
در این راستا ضروری است ابتدا متقاضی خرید این سیستم نسبت به تعیین ظرفیت برج خنک کننده اقدام نماید. نرم افزار تعیین ظرفیت برج خنک کن مهتاب گستر با اخذ دیتای اولیه از مشتریان شامل درجه حرارت آب ورودی و درجه حرارت آب مورد نیاز (اختلاف دمایی مورد نیاز) بعلاوه ظرفیت آب در گردش سیستم و همچنین دمای مرطوب شهر و محیطی که قرار است پکیج خنک سازی در آن نصب شود، نسبت به محاسبه ظرفیت برج خنک کن اقدام خواهد نمود.
بعد از این مرحله یعنی تعیین ظرفیت برج خنک کن نوبت به انتخاب مخروطی یا مکعبی بودن آن می رسد در صورتی که فضای لازم برای نصب سیستم مخروطی مهیا باشد استفاده از توجیهی نخواهد داشت. قیمت سیستم مکعبی نسبت به مخروطی بدلیل ارتفاع نسبتا بیشتر و نیاز به بدنه مقاوم تر بالاتر خواهد بود.
در مرحله بعد متقاضی با بازدید از خط تولید تولیدکنندگان متفاوت که می تواند از اینترنت یا نمایشگاه شماره تولیدکنندگان را یافته باشد نسبت به نوع اقلام مورد استفاده در ساخت اطمینان حاصل می نماید.
علم مناسب در زمینه طراحی و محاسبه ظرفیت این مدل سیستم های خنک کاری اعم از ، بتنی، چوبی و یا از طریق تحصیل دانش در یکی از رشته های مهندسی شیمی و یا مهندسی مکانیک سیالات و جامدات و همچنین سایر رشته های وابسته بدست می آید.
این شرکت با داشتن 8 مهندس در زمینه طراحی سیالات و یا مکانیک جامدات و مهندسی شیمی امروز به جرات می توان گفت یکی از قوی‌ترین شرکت ها در زمینه طراحی ظرفیت برج خنک کننده می باشد. فعالیت بیش از 15 سال در زمینه تولید در مجموعه‌هایی همچون شرکت ما بعنوان وندور یا تامین برج خنک کن برای شرکت دما تجهیز و آریا بنیز به همکاران ما این توانایی را داده است که نوآوری زیادی در تولید این سیستم و البته در طراحی و تعیین ظرفیت برج خنک کننده ایجاد نموده و امروز در صدر قرار گیرد.
در حقیقت برای محاسبه ظرفیت برج خنک کننده باید بدانیم چه میزان گرما باید از آبی که در یک مسیر گرم چرخیده است گرفته شود تا به چرخه تولید در یک کارخانه صدمه وارد نگردد یا اینکه دمای مطبوعی که مورد نظر سفارش دهنده کولینگ تاور است فراهم گردد. فرمول اصلی محاسبه ظرفیت کولینگ تاور MC(T2-T1) می باشد. در فرمول محاسبه ظرفیت برج خنک کننده دانستن دبی آب در گردش و دمای بیشینه و کمینه سیستم خنک کاری بسیار مهم است.
نحوه محاسبه ظرفیت در ادامه تشریح خواهد شد. با گسترش چشمگیر استفاده از چیلرهای جذبی و تراکمی و نصب و راه اندازی برج های خنک کن، محاسبه ظرفیت برج خنک کن همواره از دغدغه‌های اساسی سازندگان و کارفرمایان بوده است.
در ادامه به این سوال پاسخ داده می شود که این سیستم با چه ظرفیتی برای سیستم سرمایشی شما () مورد نیاز است. برای کارکرد بهینه چیلر، نیاز به برج خنک کن با ظرفیت مناسب، به منظور خنک سازی سیال مبرد می باشد.
محاسبات سرانگشتی ظرفیت برجهای خنک کن
براساس تجربه، معمولا سازندگان این مدل سیستمهای خنک کاری، توان پکینگ برج خنک کننده را در چیلرهای تراکمی ۳۰درصد بیشتر از توان چیلر و در چیلر های جذبی دو برابر توان چیلر در نظر می گیرند.
دلیل انتخاب این ضرایب، ریشه در ضریب عملکرد چیلرهای تراکمی و جذبی دارد. ضریب عملکرد چیلرهای جذبی به عنوان یک ماشین حرارتی غالبا کمتر از ۱ بوده در حالی که این میزان در چیلرهای تراکمی به عنوان یخچال به ۳ نیز می رسد. بنابراین از نتایج حاصل از تجربه داریم:
- ظرفیت مورد نیاز برج خنک کننده = توان چیلر جذبی × ۲
- ظرفیت کولینگ تاور = توان چیلر تراکمی × ۱.۳
با اینکه این مقادیر دقیق نیست اما آستانه امنی در اختیار شما قرار خواهد داد تا چیلر برای فرآیند خنک سازی دچار مشکل نشود. اکنون با نگاه علمی تر سعی بر بدست آوردن مقدار دقیق ظرفیت مورد نیاز برج خنک کن خواهیم کرد.
پارامترهای مورد نیاز جهت طراحی ظرفیت برجهای خنک کن
در برآورد ظرفیت یا توان برج خنک کن ۳ پارامتر اساسی مطرح می شود:
- نرخ جریان که همان دبی آب گذرنده می باشد. این مقدار را می توان از کاتالوگ چیلر مورد نظر استخراج نمود.
- رنج سرمایش یا همان اختلاف دمای آب ورودی و خروجی برج خنک کن (T1-T2). دمای آب ورودی و خروجی
مورد نیاز چیلر در کاتالوگ مطرح شده است اما معمولا اختلاف این دو دما ℉۱۰ می باشد این اختلاف دما بر حسب درجه سانتیگراد با توجه به محاسبات زیر ۵.۵ درجه خواهد شد:
℉=۱.۸ ℃+۳۲ ⟹ ℃=۰.۵۵ ℉-۳۲
T (℃)= ۰.۵۵ ×۱۰℉=۵.۵
- دمای هوای منطقه جغرافیایی مورد نظر. مسلم است هر چه دمای محیط بیشتر باشد نیاز به توان بالاتری برای برج خنک کن می باشد. این دما را می توان از اطلاعات سازمان هواشناسی هر منطقه به دست آورد.
علاوه بر دمای هوا، رطوبت نیز عامل مهمی در برآورد ظرفیت برج خنک کننده یا خواهد بود، در مناطقی با رطوبت بالا عمل تبخیر سخت تر از مناطق خشک اتفاق خواهد افتاد بنابراین عمل خنک سازی که با تبخیر همراه است نیازمند توان بالاتری در برج خنک کن می باشد.
با توجه به پارامترهای بالا برای بدست آوردن ظرفیت مورد نیاز برج خنک کن در مقالات رابطه زیر مطرح شده است:
بارحرارتی ( Btu/hr )= دبی بر حسب جی پی ام ×۵۰۰ × رنج سرمایش (درجه فارنهایت)
استفاده از این فرمول به دلیل وجود واحدهای انگلیسی برای کاربران ایرانی سخت خواهد بود. در تمامی منابع فارسی نیز عینا این رابطه ترجمه و آورده شده، جالب است بدانید این رابطه همان فرمول معروف: Q= mC∆T است. که در آن Q معادل ظرفیت (انرژی بر واحد زمان) برحسب m ،Btu/hr دبی بر حسب گالن بر دقیقه و T∆ بر حسب فارنهایت مطرح شده و فرمولی با ظاهر جدید ساخته است.
فرض کنید یک برج خنک کن با دبی یا جریان فرضی 1500 لیتر بر دقیقه در نظر بگیریم. خواهیم داشت:
Q= mC∆T= 1500/60 ×۴۲۰۰×۵.۵= ۵۷۷.۵/۳.۵ KW=165 RT
حال اگر این توان را بخواهیم از رابطه موجود در منابع انگلیسی بدست آوریم با توجه به تبدیل واحدهای زیر خواهیم داشت:
Q(Btu/hr)= Gpm ×۵۰۰× F
۱Gpm/(3.79 lit/m) ×۱۵۰۰ lit/m × (۵۰۰×۱۰)/۱۲۰۰۰=۱۶۵ RT
۱RT=12000 Btu/hr
۱Gpm=3.79 lit/m
با اندازه گیری مقدار فوق در فرمول بالا، سازنده قادر است سیستم با ظرفیت و اندازه مورد نظر را تولید کند و از اشتباهات و نواقص پر هزینه بعدی پیشگیری کند. شرکت ما با کادری مجرب در زمینه طراحی برجهای خنک کننده مفتخر است بهترین خدمات در زمینه تعیین ظرفیت و طراحی برج های خنک کننده را با صرفه اقتصادی ارائه دهد. تولیدکنندگان این مدل سیستمهای خنک کاری، بر اساس این طراحی و ظرفیت تعیین شده توسط محاسب ظرفیت برج خنک کننده نسبت به تولید اقدام می نماید.
نرم افزار طراحی کولینگ تاور
به منظور محاسبه ظرفیت برج خنک کننده، انتخاب نوع برج خنک کن و سایر محاسبات از جمله محاسبات آب جبرانی مورد نیاز از نرم افزارهای طراحی مختلفی استفاده می شود. اصلی ترین اصول وظیفه یک نرم افزار طراحی مهندس انجام یک سری از محاسبات سخت و زمان بر مهندسی می باشد.
نرم افزارهای طراحی کولینگ تاور نیز در قالب یک فایل برنامه نویسی شده با هدف جلوگیری از تکرار مجدمحاسبات 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.
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 های خنک کننده 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.