تعیین ظرفیت و محاسبات برج خنک کننده

نحوه تعیین ظرفیت برج خنک کننده و برآورد قیمت (استعلام قیمت) کولینگ تاور بمنظور تعیین ظرفیت و محاسبه ظرفیت برج خنک کننده 2 موضوع از اهمیت بالایی برخوردار است:

1. داشتن علم متناسب در زمینه طراحی یا تعیین ظرفیت برجهای خنک کن
2. 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 برج خنک کننده مکعبی 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 برج خنک کننده فایبرگلاس، بتنی، چوبی و یا برج خنک کن گالوانیزه 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.

Cooling Tower capacity can be measured in tons. A ton is the amount of heat removed by an air conditioning system that would melt 1 ton (2000 lbs) of ice in 24 hours. The heat required to melt 1 lb of ice at 32 oF to water is 144 Btu

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 سرماآفرین 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 شرکتهای سازنده برج خنک کننده 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.

محاسبات برج خنک کننده

نحوه محاسبه ظرفیت برج خنک کننده چیلر 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 (چیلر) 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 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 کولینگ تاور 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

ظرفیت برج خنک کننده (Cooling Tower Capacity) = میزان گرمایی که توسط سیستم باید از سیال در گردش گرفته شود تا دمای مطبوع و مورد نظر کارفرما چه بمنظور خنک کاری هوای محیط و چه خنک کاری سیستم در حال کار در کارخانه فراهم گردد.

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 مهتاب گستر 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 مجدد محاسبات طراحی شده اند.

نرم افزارهای مختلفی در بخش محاسبات آب جبرانی حاصل از تبخیر، بلودان و یا دریفت توسط مهندسین مجرب رشته سیالات طراحی و عرضه گشته است که یکی از معتبرترین شرکت های طراح نرم افزار شرکت CHECALC و SPX می باشد. این نرم افزار های طراحی کولینگ تاور قالبا به صورت نرم افزار پرتابل و یا نرم افزار آنلاین می باشند و امروزه در صنعت تولید و طراحی برج‌های خنک کننده کاربردهای فراوانی دارد.

نرم افزارهای دیگری در قالب طراحی مقدار کویل‌های مداربسته مودر نیاز در برج خنک کننده خشک یا تبخیری مورد کاربرد قرار می گیرد. این نرم افزار ها با داده های ورودی و خروجی شرایط اولیه و ورودی دستگاه محاسبات بسیار زمان بر ضریب کلی انتقال حرارت یا محاسبه سطح مقطع مفید کویل را انجام می دهند. یکی از قوی ترین این نرم افزارها نرم افزار USACOIL و CHECALC می باشد. نرم افزار طراحی کولینگ تاور عموما محاسبات مربوط به LMTD ، U_T و غیره را در طراحی برج‌های خنک کننده مداربسته هیبریدی و یا خشک را راحت‌تر می سازد. مهندسین شرکت مهتاب گستر نیز با هدف ارتقاء محاسبات و بهبود عملکرد طراحی برج خنک کننده از این نرم افزارها بهره دو چندان می برند.