کنترل ظرفیت در برج خنک کننده

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. فرمول محاسبه آب جبرانی برج خنک کننده در گرمترین حالت تقریبا برابر E=0.0018*R*C است که R معادل رنج یا اختلاف دمای ورودی و خروجی برج خنک کننده و C برابر مقدار دبی آب در گردش بر حسب متر مکعب در ساعت است.

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.

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.

کنترل ظرفیت برج های خنک کننده با کنترل دمای آب کندانسور از طریق کنترل جریان هوای برج مترادف است. دمای رفت آب کندانسور در پی کاهش بار خنک کننده ی چیلر کم می شود که کاهش دمای برگشت آب کندانسور را به همراه دارد.

کاهش دمای حباب تر هوای محیط می تواند علت دیگر کاهش ظرفیت باشد; بنابراین برای جلوگیری از سرد شدن بیش از حد آب کندانسور، ظرفیت برج باید کاهش داده شود تا تنظیم دمای رفت آب کندانسور حفظ گردد.

سیستم های چرخه تراکم بخار باعث افزایش 5/1 تا 5/2 درصدی بازدهی و کاهش مصرف انرژی به ازای کاهش یک درجه فارنهایت در دمای آب ورودی کندانسور می شوند. بیشتر سازندگان حداقل دمای 70 تا 75 درجه فارنهایت را برای چیلرهای سانترفیوژ در نظر گرفته اند اما یکی از سازندگان حداقل دمای کمتر از 55 درجه فارنهایت را برای دمای آب ورودی به کندانسور تضمین کرده است.

کمپرسورهای دوار پیچی می توانند با دمای ورودی به کندانسور (کمتر از دمای آب ورودی کندانسور کمپرسورهای سانترفیوژ) کار کنند اما حداقل دما نسبت به سازنده های مختلف تفاوت دارد; بنابراین بهتر است دمای کنترل آب کندانسور در 70 الی 75 درجه فارنهایت تنظیم شود.

در حالی که دمای پایین تر آب ورودی کندانسور منجر به مصرف انرژی کمتر می شود، مصرف انرژی فن برج خنک کننده برای این نوع کنترل کمی افزایش می یابد.اما مطالعات نشان داده اند که صرفه جویی انرژی چیلر معمولا از مصرف انرژی اضافی برج خنک کننده در حدود افزایش دمای کندانسور بیشتر است.

چرخه(سیکل) خاموش و روشن شدن برج خنک کننده

ساده ترین روش کنترل دمای آب ورودی کندانسور، تغییر جریان هوا از طریق چرخه خاموش و روشن شدن فن برج خنک کننده ساختمانی است. تنظیم دمای رفت آب کندانسور و کنترل تفاضلی معقول در 2 تا 3 درجه فارنهایت ضرورت دارد.

بنابراین، افزایش دمای رفت آب کندانسور تا نقطه تنظیمی به اضافه نصف دمای تفاضلی باعث روشن شدن فن می شود و کاهش دمای رفت آب کندانسور تا نقطه تنظیمی منهای نصف دمای تفاضلی، خاموش شدن فن را به دنبال دارد.

بنابراین، با نقطه تنظیم 75 درجه فارنهایت و دمای تفاضلی 3 درجه فارنهایت، فن در دمای 5/76 درجه فارنهایت آب کندانسور روشن و در دمای 5/73 درجه فارنهایت خاموش می شود.توجه کنید که تفاضل واقعی بیشتر از تفاضل کنترل کننده هاست که از جرم حرارتی سیستم و تأخیر زمانی در شروع و پایان فرآیند انتقال حرارت در برج و کندانسور ناشی می شود.

در زمان انتخاب کنترل کننده تفاضلی، معقول بودن انتخاب مقدار تفاضلی اهمیت دارد. ( 2 تا 3 درجه فارنهایت).تفاضل خیلی زیاد باعث کنترل نامنظم وغیرعادی از طریق ایجاد تغییرات دمای زیاد و تفاضل خیلی کم منجر به یک چرخه خاموش و روشن شدن سریع یا کوتاه فن برج و معیوب شدن سریع موتور، شفت موتور و فن می شود.

عیب کنترل فن:

عیب کنترل چرخه خاموش و روشن شدن فن آن است که تحت شرایط بار جزئی، ظرفیت برج در مقایسه با بار تحمیلی در حدی است که احتمال رخ دادن چرخه خاموش و روشن شدن سریع فن وجود دارد.

بنابراین، همان طور که گفته شد; موتورهای فن دو سرعته برای برج های خنک کننده توصیه می شوند; زیرا بهبود چرخه خاموش و روشن شدن فن در یک ظرفیت متوسط را به همراه دارند، یعنی زمانی که موتور با سرعتی معادل نصف سرعت اولیه بچرخد، یک مرحله کنترل ظرفیت به دو مرحله روشن یا خاموش بودن اضانحوه 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:

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 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.

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 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. جلبک برج خنک کننده باعث مسدود شدن حفره های  آب پخش کن شده و مانع ریزش آب به صورت یکنواخت بر سطح پکینگ برج خنک کننده می شود.

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