محاسبه برج خنک‌ کننده

محاسبه برج خنک‌ کننده به معنی به دست آوردن مقدار تن مورد نیاز کولینگ تاور متناسب با شرایط طراحی است. این محاسبه بر اساس چهار پارامتر صورت می‌پذیرد. این چهار پارامتر عبارتند از دمای آب ورودی به برج خنک‌ کننده، دمای آب خروج از برج خنک‌ کننده، منطقه جغرافیایی محل نصب برج و مقدار دبی آب در گردش که در ادامه این مقاله از کارا فناور اطلس پارسی به هر کدام از این موارد خواهیم پرداخت. با توجه به اینکه برج‌ های خنک‌ کننده دستگاه‌ هایی هستند که بر اساس تبخیر کار می‌ کنند، بنابراین دمای آب خروجی از کولینگ تاور نمی‌ تواند از مقدار دمای مرطوب محیط (Ambient Wet Temperature) پایین‌تر باشد و از نظر عملی حداقل سه درجه بالای دمای مرطوب خواهد رسید.

روش محاسبه برج خنک کننده

در هنگام محاسبه برج خنک کننده، اشتباه رایجی که صورت می پذیرد این است که با استفاده از فرمول زیر اقدام به محاسبه مقدار انتقال گرمایی کل می‌ گردد، در حالیکه این فرمول مقدار انتقال گرمای کل را بدست می‌ آورد و در مورد تعیین ظرفیت کولینگ تاور، کاربردی ندارد.

همانطور که مشاهده می‌ شود در این فرمول هیچ اشاره‌ ای به دمای مرطوب محیط نشده است. به طور مثال اگر شرایط طراحی به این صورت باشد:

دمای ورود آب 40 درجه سانتیگراد – دمای خروج آب 30 درجه سانتیگراد – محل نصب شهر اصفهان با دمای مرطوب محیط 17 درجه سانتیگراد – دبی آب 10 متر مکعب در ساعت، بر این اساس مقدار انتقال گرمایی برابر است با:

(Q = 10000 * 4.186 * (40 – 30

Q = 418600 kJ/hr

در این شرایط نیاز به 11 تن برج خنک‌ کننده در شهر اصفهان می‌ باشد.

حال اگر این شرایط در شهر تهران و با دمای مرطوب 24 درجه سانتیگراد باشد، مقدار Q بر اساس رابطه بالا باز هم 418600 kJ/hr خواهد بود، ولی در تهران نیاز به 15 تن برج خنک‌ کننده است تا به دمای مورد نظر برسیم.

همچنین اگر بخواهیم برج خنک‌ کننده را در شهر آمل که دمای مرطوب آن برابر 26.5 درجه سانتیگراد است نصب کنیم، نیاز به 20 تن تبرید می‌ باشد (دمای مرطوب شهرهای ایران).

بنابراین این فرمول فقط مقدار Q یعنی انتقال گرمای کل را محاسبه می‌ کند و اثری از دمای مرطوب در آن نیست و نباید محاسبات کولینگ تاور بر این اساس صورت گیرد.

تناژ برج خنک کننده به معنی مقدار توانایی دفع گرما می‌ باشد و واحد آن تن تبرید است. یک تن برج خنک‌ کننده برابر میزان گرمای لازم برای آب کردن یک تن (907 کیلوگرم) یخ 0 درجه به آب 0 درجه در مدت زمان 24 ساعت می‌ باشد.

یک تن برج خنک‌ کننده برابر 12000 Btu/hr یا 3.5 kw می‌ باشد. بنابراین وقتی اعلام می‌ شود که تناژ یک برج خنک‌ کننده برابر 200 تن تبرید است، یعنی برابر 700 کیلووات یا 2400000 Btu/hr می‌ باشد.

معمولاً برای تفکیک و دسته‌ بندی برج‌ های خنک‌ کننده از تناژ استفاده می‌ شود؛ به طور مثال برج خنک‌ کننده CS-100 یعنی برج خنک کن مدل CS با ظرفیت 100 تن تبرید است.

پارامترهای موثر بر محاسبه برج خنک‌ کننده

همانطور که در ابتدای این مطلب ذکر شد، محاسبه برج خنک‌ کننده بر اساس چهار پارامتر اصلی از جمله دمای ورود آب گرم به کولینگ تاور، دمای خروج آب سرد از کولینگ تاور، دبی آب و حداکثر دمای مرطوب محل نصب دستگاه صورت می‌ پذیرد.

حداکثر دمای مرطوب محل نصب برج خنک کننده

در طراحی تمام سیستم‌ های تبخیری دمای مرطوب یکی از مهم ترین پارامترهای طراحی می‌ باشد. برای بدست آوردن حداکثر دمای مرطوب تابستان یا باید آن را از جداول سازمان‌ های استاندارد استخراج کنید و یا با داشتن حداکثر دمای خشک تابستان و رطوبت نسبی از روی جدول سایکومتریک به حداکثر دمای مرطوب برسید یا در مقاله دمای مرطوب شهرهای ایران به صورت آنلاین دمای مرطوب 450 شهر ایران را بدست آورید.

دمای ورود آب گرم به برج خنک کن و دمای خروج آب سرد از برج خنک کن

دمای ورود و خروج آب از برج خنک کن یکی دیگر از پارامترهای مهم در طراحی می‌ باشد. انتخاب این دماها بر بار حرارتی برج خنک‌ کننده تأثیرگذار است. اختلاف دمای آب ورود و خروج را به اصطلاح (Range) و اختلاف دمای خروج از کولینگ تاور و دمای مرطوب را (Approach) می‌ گویند.

میزان (Approach) در کمترین حالت می‌ تواند 3 درجه سانتیگراد باشد. یعنی برج خنک‌ کننده می‌ تواند تا میزان 3 درجه بالاتر از دمای مرطوب آب را خنک کند. هر چه میزان (Range) بیشتر باشد، بار حرارتی برج خنک‌ کننده بیشتر و هر چقدر میزان (Approach) کمتر باشد، بار حرارتی برج خنک‌ کننده بیشتر خواهد شد. بنابراین دمای ورود و خروج بر بار حرارتی تأثیرگذار می‌ باشد.

دبی آب در حال گردش در برج خنک‌ کننده

پارامتر دیگری که در طراحی برج خنک‌ کننده تأثیرگذار است، دبی آبی می‌ باشد که درون کولینگ تاور وارد می‌ شود. دبی آب در حقیقت میزان آب در واحد زمان است که باید از یک دما به دمای خنک‌تر برسد. دبی آب در گردش با اتصالات دستگاه برج خنک‌ کننده متناسب است.

معمولاٌ دبی آب درون اتصالات متناسب با سرعت 2.5 متر بر ثانیه طراحی می‌ گردد. بنابراین با ضرب مساحت سطح مقطع می‌توان دبی را تخمین زد. جهت تبدیل واحدهای دبی به یکدیگر به مطلب تبدیل واحد دبی آب مراجعه فرمایید.

جهت محاسبه ظرفیت کولینگ تاور، در ساده‌ترین حالت با داشتن اعداد بالا بروی نمودار انتخاب برج خنک‌ کننده حرکت کنید و تناژ برج خنک‌ کننده مورد نیاز را بدست آورید. در مسير (A) در محل تقاطع دمای مرطوب و منحنی قرمز رنگ (Range) را به دست می‌ آوريم. سپس به صورت عمودي به بالا حرکت کرده تا در مسير (B) و در منحنی‌های آبی رنگ (Approach) را پيدا کنيم.

در ادامه با حرکت افقی در مسير (C) و در منحنی‌ های سبز رنگ دمای مرطوب مورد نظر را بدست می‌ آوريم. در نهايت در مسير (D) و با حرکت عمودی به سمت پايين محل تقاطع با خط افقی (E) مربوط به دبی را بدست می‌ آوريم. سپس خط مدلي از برج خنک‌ کننده که از بالای اين نقطه عبور می نمايد مدل انتخاب شده می باشد.

در هنگام محاسبه کولینگ تاور، به یک ضریب نیاز داریم که این ضریب را می‌توان از نمودارهای خاصی که مبتنی بر تغییرات دمای مرطوب است، بدست آورد.

در محاسبه‌گر بالا ما فرمول شگفت‌ انگیزی داریم که مقدار تناژ را به دقت بالا بدست می‌ آورد. می‌ توانید به راحتی محاسبات برج خنک کن را در بیش از 400 شهر انجام دهید و برج خنک‌ کننده مورد نیاز خود را انتخاب نمایید (محاسبه مصرف آب برج خنک‌ کننده)

سخن پایانی

باید به این موضوع توجه داشت که پس از بدست آوردن تناژ و مدل برج خنک کن، حتماً دبی آب در گردش با سایز ورودی دستگاه مطابقت داشته باشد، در غیر اینصورت باید سیستم توزیع آب بر اساس نیاز شما تغییر یابد.

به طور کلی این محاسبه‌ گر اطلاعات اولیه در اختیار شما قرار می‌ دهد و برای انتخاب نهایی لازم است تا با مهندسین شرکت بادران تهویه صنعت مشاوره نمایید. در این راستا می‌ توانید مطلب روش انتخاب برج خنک‌ کننده را نیز در سایت شرکت، مطالعه فرمایید.

(بادران تهویه صنعت در مدیوم)