بیشترین دمای آب ورودی به 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؟

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 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 پروانه 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 برج خنک کننده زیاد است، کولینگ تاور مکعبی با بدنه کامپوزیت فایبرگلاس و پکینگ نتدمای برج خنک کننده یکی از مهمترین پارامتر های طراحی سیستم برودتی محسوب شده و می تواند ورودی ، خروجی و دمای مرطوب محیط حساب شود.

برج خنک کننده با هدف کاهش دمای آب در صنعت تحت نام کولینگ تاور نیز شناخته می شود و این کار را با تماس بین آب و هوا انجام می دهد. شناخت دمای برج خنک کننده یعنی محدوده دمایی که آب در یک کولینگ تاور می تواند با آن کار کند.

در واقع برج خنک کننده بخاطر عملیات تبخیری خود محدودیت هایی در دمای ورودی و خروجی دارد. دمای خروجی برج خنک کننده به مشخصات محیط نصب یا اصطلاحاً اقلیم دمایی وابسته است. به عبارتی دیگر به محدوده کارکرد حرارتی در یک برج خنک کننده “محدوده دمایی” می گویند. محدوده دمایی عبارت است از میزان اختلاف دمایی که برج می تواند به وجود آورد، می گویند.

بررسی انواع مفهوم دما در برج خنک کننده

دمایی که محیط در حالت خشک بدون رطوبت قابل اندازه گیری است دمای خشک یا  dry bulb نام دارد. دمای محسوس (آنچه احساس می کنیم) معمولاً در بیشتر اوقات بسیار نزدیک است به دمای درای بالب. دلیل نزدیک بودن این موضوع کمبود درصد رطوبت محیط در بیشتر مناطق کشور ایران است. این دما در محاسبات برج خنک کننده اغلب در نظر گرفته نمیشود.

دمای خروجی برج خنک کننده چند درجه خواهد بود؟

مهمترین اصل در طراحی برج خنک کننده میزان خروجی دمای آب در یک کولینگ تاور محسوب میشود. در واقع در صنعت و کارخانجات به منظور افزایش راندمان هدفشان شارژ کردن آب از سیستم برودتی با دمای پایین تر است. رسیدن به دمای پایین تر از دمای وت بالب در یک سیستم سرمایشی تبخیر امکان پذیر نیست. عملاً دمای خروجی از برج خنک کننده در بازه بین 2.8 درجه الی 5 درجه بالاتر از دمای اشباع محیط نصب پایین نخواهد آمد.

پایین ترین دمای خروجی از برج خنک کننده = 2.8 درجه بالاتر از دمای مرطوب محیط در شرایط آب و هوایی لحظه ای

از طرفی دیگر اگر دمای ورودی به دستگاه کولینگ تاور بالاتر از 50 درجه باشد رسیدن به دمای پایین تر از 30 درجه در یک سیکل نمی رسد. دمای برج خنک کننده مرطوب مکعبی که بیشترین عملکرد را دارد با اختلاف دمایی حداکثر 10 الی 15 درجه در تجربه گزارش شده است. البته لازم به ذکر است که با وجود دستگاه سرمایشی در یک سیکل ، منبع برودتی اگر ظرفیت مناسبی داشته باشد نمیگذارد دما از بازه 40 درجه بالاتر برود.

آیا دمای برج خنک کننده در طول سال و حتی شبانه روز متفاوت است؟

بله. همانطور که می دانید دمای محیط همواره در حال تغییر و تحول است. با تغییرات دمایی محیط طبیعتاً خروجی کار هم متفاوت خواهد بود و دستگاه سرمایش تبخیری دمای متفاوت تری ارائه می دهد. در طول روز به دلیل بالا بودن دمای خشک محیط و رطوبت نسبی طبق نمودارهای سایکرومتریک (مربوط به مشخصات اقلیم محیط) دمای وت بالب بالاترین حد خود می رسد. بیشترین دمای وت بالب در ساعت 3 ظهر روزهای مرداد در هر شهر یا محیط اعلام می گردد. کمترین میزان دمای مرطوب محیط هم به ساعت 19 شبهای زمستانی حدود دی ماه گزارش می شود.

در کدامین شهرها دمای برج خنک کننده با نسبت پایین تری ارائه می شود؟

همواره شهرستانها و شهرهای با آب و هوایی خشک و خنک، بالاترین راندمان را در سیستم های سرمایشی ثبت می نمایند. شهرهایی مثل یزد، کرمان، سمنان، شاهرود، سبزوار و مخصوصاً در شهرهای خشک، دمای پایین تری در سیستم ارائه می کنند. در واقع خشکی هوای ورودی به برج خنک کننده موجب میشود تا آب در برخورد با هوای خشک تر میزان بیشتری تبخیر صورت دهد. تبخیر بیشتر باعث شکل گیری میزان انتقال حرارت افزون تر گشته و کارایی برودتی دستگاه کولینگ تاور را افزایش می دهند.

در چه شهرهایی برج خنک کننده دمای بالاتری دارد؟

شهرهای جنوبی کشور از دو جهت یعنی دمای خشک بالا و همچنین به دلیل نزدیکی به دریا دارای رطوبت بالایی هستند. در این محیط ها عموماً دمای مرطوب بیشتر از 26 درجه سانتیگراد خواهد بود. برج های خنک کننده در این شرایط، دمایی نزدیک 30 درجه سانتیگراد ( 87 درجه فارنهایت) ارائه می دهند. به عبارتی دیگر تمامی مسائل فوق مربوط به فصل تابستان (در پیک کاری) میباشد.

قاعدتاً هنگام فصل زمستان در این شهرها رسیدن به دمای 20 درجه سانتیگراد قابل دسترس خواهد بود. در کارخانجات صنعتی در استانهای خوزستان، بوشهر، چابهار و … قالباً از ترکیب سیستم های چیلر و برجهای خنک کننده استفاده می شود.

محدوده دمای ورودی به برج خنک کننده

این پارامتر مستقیماً به متریالی که سازنده کولینگ تاور بکار می برد وابسته است. به عنوان مثال اگر پکینگ برج خنک کننده از جنس PVC باشد دمای کاری برج حداکثر 60 درجه سانتیگراد اعلام می‌گردد. در حالت استفاده از پکینگ های پلی پروپیلن PP دمای ورودی آب در برج خنک کننده به 85 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. دمای ورودی برج خنک کننده با توجه به نوع دستگاه و عمکلرد آن متفاوت است. در برج‌های مدارباز دمای ورودی آب حداکثر 85 درجه و در نوع مداربسته این عدد به بالای 100 درجه افزایش خواهد یافت.