محاسبات برج خنک کننده

محاسبات برج خنک‌ کننده به معنی به دست آوردن مقادیر تن مورد نیاز برج متناسب با شرایط طراحی آن است. این محاسبات مواردی مانند دمای آپروچ برج، اختلاف دما، راندمان، چرخه غلظت، محاسبه ظرفیت برودتی، آب جبرانی و غیره را شامل می‌شود. به علاوه این محاسبات بر اساس پارامترهایی مانند دمای آب ورودی، دمای آب خروجی، منطقه جغرافیایی محل نصب، مقدار دبی آب در گردش و غیره صورت می‌گیرد.

برای اطلاع از قیمت کویل بخار،ایرکولر صنعتی،رادیاتور روغن داغ،کویل مسی و … با کارشناسان سایت آذر تبادل تماس بگیرید.04134203000-09141032167-04134203411

چرا به محاسبات برج خنک کننده نیاز داریم؟

محاسبات برج خنک کننده مبنای اصلی طراحی کولینگ تاور هستند. انجام دقیق این محاسبات به انتخاب صحیح نوع خنک‌ کننده، اطلاع از ظرفیت برودتی مناسب و برآورد میزان مصرف آب برج کمک زیادی می‌کند و در نهایت به عملکرد بهتر کولینگ تاور و سایر دستگاه‌های مرتبط با آن منجر می‌شود. در مقابل و در صورت عدم انجام محاسبات برج خنک کننده به صورت صحیح دستگاه‌ها کارکرد موثر خود را از دست می‌دهند یا دچار رسوب، گرفتگی و اختلال خواهند شد.

روش‌های انجام محاسبات برج خنک کننده کدامند؟

به صورت کلی محاسبات برج خنک کننده به دو روش اصلی زیر صورت می‌گیرد.

1. با استفاده از فرمول‌ها و جداول پیش فرض
2. با کمک نرم‌افزارهای مخصوص انتقال حرارت و طراحی تجهیزات برودتی

در ادامه روش‌های مختلف انجام محاسبات برج خنک کننده را با هم بررسی می‌کنیم.

محاسبات برج خنک کننده: دمای تقرب یا آپروچ برج

یکی از موارد مربوط به محاسبات برج خنک کننده برآورد اختلاف میان دمای آب سرد خروجی و دمای مرطوب محیط است. این اختلاف دما آپروچ (Approach) نام دارد. آپروچ برج‌ خنک‌کننده در واقع میزان نزدیکی دمای آب سرد برج را با دمای حباب تر محیط بررسی می‌کند. هرچه میزان آپروچ  یا نزدیک بودن دمای خروجی آب به دمای ‌مرطوب محیط کمتر باشد، کارایی و راندمان برج بیشتر خواهد بود. بنابراین در زمان انجام محاسبات برج خنک کننده برای طراحی آن، هدف ما رسیدن به دمای آپروچ پایین‌تر است.

به صورت معمول حداقل میزان آپروچ را برابر با 2.8 درجه سانتی گراد یا 5 درجه فارنهایت در نظر می‌گیرند. ولی میزان تعیین شده بهینه برابر با 5 درجه سانتی گراد یا 10 درجه فارنهایت است. به طور کلی در محاسبات برج خنک کننده برای رسیدن به عدد آپروچ پایین‌تر باید ضریب افزایش سطح ‌مفید یا همان ضریب اطمینان را بزرگتر در نظر بگیریم. به علاوه میزان دقیق آپروچ بستگی به دمای ایده آل آب سرد خروجی برج در تابستان دارد.

فرمول محاسبه آپروچ:

میزان آپروچ برابر است با دمای خروجی آب سرد برج خنک کننده منهای دمای مرطوب محیط طراحی آن

محاسبات برج خنک کننده: اختلاف دمای کولینگ تاور

یکی دیگر از فاکتورهایی که باید در محاسبات برج خنک کننده به آن توجه کنید، اختلاف دمای ورودی و خروجی آب در برج است. در واقع منظور اختلاف میان دمای آب گرم (ورودی) و دمای آب سرد (خروجی) است که به آن اختلاف دما یا دلتانی یا Range می‌گویند. این عدد در محاسبه راندمان و محاسبه ظرفیت سرمایشی برج کاربرد مهمی دارد.

اختلاف دمای ورودی و خروجی در طراحی کولینگ ‌تاور به صورت ایده‌آل برابر با 5 تا 7 درجه سانتی‌گراد در نظر گرفته می‌شود. به علاوه این اختلاف دما تابعی از شرایط محیطی، نوع طراحی و دمای آب ورودی به منبع برودتی نیز هست.

فرمول محاسبه اختلاف دما:

اختلاف دمای برج خنک کننده برابر است با دمای آب گرم ورودی منهای دمای آب سرد خروجی

محاسبه راندمان برج خنک کننده

یکی از بخش‌های مهم که باید در طراحی و محاسبات برج خنک کننده به آن توجه کنید، محاسبه راندمان یا کارایی یا efficiently است. راندمان برج خنک کننده بر اساس دو پارامتر آپروچ و اختلاف دما تعیین می‌شود. در واقع راندمان مانند سایر پارامترهای موثر در طراحی کولینگ تاور بستگی زیادی به دمای مرطوب محیط دارد. به این صورت که در صورت بالا بودن نسبی رطوبت و در واقع شرجی بودن محیط، خروجی محاسبه راندمان برج از مقدار ایده‌آل کمتر است. در مقابل در محیط‌های گرم و خشک که رطوبت نسبی پایین است، مانند شهرهای یزد، اصفهان، کاشان، شیراز و غیره راندمانی برابر با عددهای نزدیک به 85 درصد به بالا خواهیم داشت.

این نکته را هم در نظر بگیرید که اگر به دنبال راندمان 100درصد باشید، یعنی آپروچ باید صفر باشد که چنین چیزی غیرممکن است. حتی دستیابی به عددی بالاتر از 90 درصد هم امکان‌پذیر نیست. در نهایت بهینه‌ترین عدد برای راندمان کولینگ تاور با ضریب اطمینان استاندارد، برابر با 70 تا 75 درصد خواهد بود. بیشتر از این میزان به صرف هزینه بسیار زیاد نیاز دارد و از نظر اقتصادی منطقی نیست.

فرمول محاسبه راندمان:

راندمان برج خنک کننده برابر است با اختلاف دما تقسیم بر مجموع آپروچ و اختلاف دما

این میزان برای بیان بر اساس درصد باید در 100 ضرب شود.

طبق فرمول بیان شده روشن است که کاهش آپروچ و افزایش اختلاف ‌دما در برج خنک کننده به افزایش راندمان منجر می‌شود. بنابراین در تابستان به دلیل افزایش دمای مرطوب محیط، راندمان پایین‌تر است. پس لازم است در برآوردن راندمان علاوه بر فرمول‌ها و نتایج آن به شرایط فصلی و اقلیمی مکان برج نیز توجه کنید.

محاسبه چرخه غلظت برج خنک‌ کننده

غلظت کولینگ تاور از دیگر پارامترهای مهم در محاسبات برج خنک‌کننده است. این فاکتور که چرخه غلظت یا Cycle of Concentration یا COC معروف است، به شرایط آب ورودی و آب جبرانی بستگی دارد و معمولا مقدار آن بین 3 تا 7 خواهد بود.

فرمول محاسبه چرخه غلظت:

میزان COC یا چرخه غلظت برابر است با میزان رسانایی در چرخه اصلی تقسیم بر رسانایی در چرخه آب جبرانی

نکته‌ای که باید در طراحی برج خنک‌کننده به آن توجه کنید بالاتر در نظر گرفتن مقدار COC تا حد ممکن است. به دلیل این‌که افزایش این پارامتر به کاهش میزان بلودان و دریفت قطرات آب می‌انجامد. بهینه‌ترین میزان نیز برابر با 5 تعیین شده است.

محاسبه آب جبرانی کولینگ تاور

برآورد میزان آب مصرفی برج خنک کننده در محاسبات کولینگ تاور اهمیت زیادی دارد. آب جبرانی یا Make Up water در واقع میزان مصرف آب در برج در واحد زمان معین است. به طور کلی در چرخه گردش سیال آب به سه روش از دست می‌رود و نیاز به جبران وجود دارد تا چرخه دائم و موازنه جرمی لازم در برج خنک کننده حفظ شود. این سه روش که در محاسبه آب جبرانی هم نقش دارند، شامل تبخیر آب، بلودان و دریفت یا پرتاب قطرات آب به بیرون از محیط برج هستند. البته میزان آب جبرانی هم مانند سایر پارامترهای کولینگ تاور بسته به شرایط اقلیمی و فصلی متفاوت متغیر است.

• تبخیر آب در کولینگ تاور

موثرترین عاملی که در هدر رفتن آب در برج خنک کننده نقش دارد، تبخیر است. این پدیده در اثر تماس آب با جریان هوای القا شده توسط فن برج ایجاد می‌شود. به دنبال آن جذب حرارت برای تبخیر آب، به کاهش دمای آب می‌انجامد. میزان تبخیر آب به چند عامل بستگی دارد که شامل اختلاف دمای ورودی و خروجی و همچنین شرایط اقلیمی محیط هستند. تعیین دقیق میزان آب تبخیر شده در برج خنک کننده تأثیر زیادی در میزان آب جبرانی دارد.

• بلودان برج خنک‌کننده

دومین عامل موثر در هدررفت آب در برج خنک کننده زیرآب یا بلودان (Blow Down) است. میزان تخلیه یا بلودان برج یک پارامتر عددی قابل تغییر است. تعریف دقیق آن شامل تخلیه پیوسته یا متناوب درصدی از آب در کولینگ‌تاور است که با هدف جلوگیری از افزایش غلظت مواد معدنی حل نشده و سایر ناخالصی‌ها صورت می‌‎گیرد.

میزان دقیق بلودان در برج خنک‌کننده به عوامل زیادی بستگی دارد. این عوامل شامل میزان کیفیت آب ورودی و آب در گردش، دمای ورودی و خروجی و چرخه غلظت هستند. در نهایت کمتر بودن میزان بلودان از عدد استاندارد موجب افزایش غلظت مواد محلول در برج، افزایش رسوب و گرفتگی و در نتیجه کاهش راندمان می‌شود. بیشتر شدن بلودان از حد استاندارد هم باعث می‌شود مصرف آب جبرانی در کولینگ‌ تاور به میزان بی رویه‌ای افزایش یابد. به همین دلیل است که تنظیم میزان بلودان از مهمترین عوامل در محاسبات آب جبرانی برج خنک‌ کننده به حساب می‌آید. روش‌های مورد استفاده در تنظیم جریان تخلیه یا بلودان هم شامل روش Manual یا دستی و روش اتوماتیک هستند. در روش دستی این کار با کمک یک فلنچ تخلیه کوچک، یک شیر دستی و توسط یک اپراتور در فواصل زمانی چند ساعته انجام می‌شود. ولی در روش اتوماتیک به یک TDS متر هوشمند و یک شیربرقی نیاز داریم.

• دریفت قطرات آب به بیرون از برج خنک کننده

دریفت یا پرتاب قطرات آب در برج خنک‌کننده شامل فرایند کشیده‌ شدن قطرات ریز آب خروجی از آب پخش کن (اسپرینکلر) است. این کار توسط جریان مکش هوای عبوری صورت می‌گیرد. میزان دریفت یا پرتاب قطرات آب به سمت پروانه به طراحی برج و سرعت هوای عبوری از آن بستگی دارد. به طور معمول دریفت درصد بسیار کمی از مصرف آب جبرانی را در کولینگ تاور تشکیل می‌دهد و این میزان در حدود دو درصد است. به علاوه می‌توانید از قطره‌گیر برای کاهش میزان دریفت استفاده کنید. با این کار میزان پرتاب قطرات آب به خارج از محیط برج خنک کننده به صورت حدودی به 0.005 قطره کاهش خواهد یافت.

سه روش کلی برای محاسبه آب جبرانی در برج خنک‌ کننده وجود دارد.

1. روش تخمینی (1.5 تا 2 درصد از میزان آب در گردش)
2. روش فرمولی
3. استفاده از نرم افزارهای آنلاین و مهندسی مانند SPX Calculator و Water Waste

فرمول محاسبه آب جبرانی:

آب جبرانی برابر است با تبخیر آب به علاوه بلودان به علاوه دریفت قطرات آب

• محاسبه میزان تبخیر آب در برج خنک کننده

دو روش برای محاسبه تبخیر آب در برج خنک‌کننده وجود دارد:

1. استفاده از فرمول تخصصی:

میزان تبخیر بر اساس متر مکعب در ساعت برابر است با 0.00085 ضربدر اختلاف دما ضربدر 1.8 ضربدر میزان دبی آب در گردش (بر حسب متر مکعب در ساعت)

2. استفاده از فرمول دوم تخصصی محاسبه عددی میزان تبخیر برج خنک‌کننده:

میزان تبخیر بر اساس متر مکعب در ساعت برابر است با COC یا چرخه غلظت برج خنک کننده ضربدر اختلاف دما (بر حسب درجه سانتی‌گراد) ضربدر گرمای مخصوص آب (4.184 kJ / kg / °C) تقسیم بر گرمای غیرمحسوس تبخیر (2260 kJ / kg)

• محاسبه بلودان کولینگ تاور

بلودان هم مانند تبخیر با دو روش کلی محاسبه می‌شود.

1. محاسبه میزان بلودان طبق فرمول زیر:

بلودان برابر است با تبخیر تقسیم بر نتیجه کسر عدد 1 از عدد COC یا چرخه غلظت برج خنک کننده

2. محاسبه تقریبی میزان بلودان مطابق با جدول زیر:

در این روش میزان تخلیه و بلودان بر اساس دو عامل محدوده خنک ‌کاری کولینگ‌ تاور یا range، دبی و شرایط اولیه آب (TDS) تعیین می‌شود. به عنوان مثال یک دستگاه برج خنک‌کننده 100 تن تبرید که دارای دبی آب در گردش 50 مترمکعب در ساعت و اختلاف دمای 5.5 E درجه سانتیگراد باشد، باید میزان آب جبرانی را به صورت زیر محاسبه کرد.

اختلاف دما=350*2 =700 L/h

آب جبرانی=بلودان+اختلاف دما = 865 L/h

بلودان=50000 L/h *(0.0033)=165 L/h