تبخیر آب در برج خنک کننده مقدار آبی است که درهنگام فعالیت کولینگ تاور تبخیر و به صورت بخار آب از دستگاه خارج می گردد. برج های خنک کننده دستگاه های تبخیری هستند یعنی عملکرد این دستگاه بر اساس تبخیر آب می باشد. این دستگاه سطح تماس و زمان تماس بیشتر میان آب و هوا ایجاد می کند که موجب کاهش دمای آب می شود. میزان تبخیر آب ارتباط مستقیم با توان خنک کاری دستگاه دارد هر چه دستگاه ابعاد بزرگتر و تناژ بیشتری داشته باشد میزان تبخیر صورت گرفته بسیار بیشتر خواهد بود. در محاسبه گر زیر می توان به صورت آنلاین مقدار تبخیر آب در برج خنک کننده واحد زمان برای گرمترین روز تابستان در شهر مورد نظر را بدست آورد.
تبخیر فقط از سطح آب انجام می شود و در هر دمایی صورت می گیرد، هر چه دمای آب بالاتر باشد و سطح آب گسترده تر باشد میزان تبخیر آب نیز بیشتر خواهد شد. وقتی مولکول های سطح آب انرژی لازم را کسب کنند می توانند از سطح آب جدا شده و به شکل گاز وارد هوا شوند، هنگامی که این تبخیر انجام شود با توجه به انرژی که از آب گرفته شده است میزان دمای مابقی آب که به صورت سیال است کاهش می یابد. به این پدیده سرمایش تبخیری ( Evaporative Cooling ) می گویند و این همان چیزی است که در کولینگ تاور مورد استفاده قرار می گیرد.
تبخیر فقط از سطح آب انجام می شود و در هر دمایی صورت می گیرد، هر چه دمای آب بالاتر باشد و سطح آب گسترده تر باشد میزان تبخیر آب نیز بیشتر خواهد شد. وقتی مولکول های سطح آب انرژی لازم را کسب کنند می توانند از سطح آب جدا شده و به شکل گاز وارد هوا شوند، هنگامی که این تبخیر انجام شود با توجه به انرژی که از آب گرفته شده است میزان دمای مابقی آب که به صورت سیال است کاهش می یابد. به این پدیده سرمایش تبخیری ( Evaporative Cooling ) می گویند و این همان چیزی است که در کولینگ تاور مورد استفاده قرار می گیرد.
عوامل موثر بر تبخیر آب عبارتند از:
· مقدار جریان هوا: اگر جریان هوای تازه ( غیر اشباع ) بروی سطح آب وجود داشته باشد میزان تبخیر افزایش می یابد و لایه مرزی نفوذ بخار آب در سیال کاهش می یابد.
· سطح تماس: هر چه سطح تماس آب با هوا بیشتر باشد میزان تبخیر افزایش خواهد یافت.
· دمای آب: هر چه دمای سیال آب بالاتر باشد میزان انرژی جنبشی آب بالاتر است و در نتیجه مولکول ها راحت تر از سطح سیال جدا شده و تبخیر می شوند . ( دمای مرطوب شهر های ایران )
· میزان اشباع بودن هوا : هر چقدر میزان اشباع بودن هوا از بخار آب کمتر باشد تبخیر راحت تر صورت می گیرد، به عبارتی میزان دمای مرطوب محیط اگر کمتر باشد تبخیر بیشتر و آسان تر اتفاق می افتد.
میزان تبخیر آب در برج خنک کننده با استفاده از اصول بالا، به دلیل وجود فن هوا به جریان در آمده و همزمان در قسمت پکینگ ها سطح گسترده میان آب و هوا بوجود می آید. در کولینگ تاور با افزایش جریان هوا ، سطح تماس و زمان تماس مقدار تبخیر آب را افزایش می دهیم.
تبخیر آب در برج خنک کننده به مقدار زیاد انجام می شود و در حقیقت اساس کارکرد کولینگ تاور می باشد، این آب با گرفتن گرمای نهان و تبخیر، موجب خنک شدن مابقی آب موجود در سیستم می شود. مقدار گرمای مورد نیاز جهت تبخیر آب برابر 2260 کیلو ژول بر کیلوگرم یا 40.8 کیلو ژول بر مول آب می باشد ، یعنی اگر یک لیتر آب ( یک کیلوگرم ) در برج خنک کن تبخیر شود به میزان 2260 کیلو ژول گرما از آب دریافت می کند و به اتمسفر وارد می کند.
مصرف آب در برج خنک کن محدود به تبخیر نیست و شامل مجموع تبخیر، پرتاب و بلودان می باشد، البته تبخیر بیشترین مصرف آب در کولینگ تاور می باشد، تعیین مقدار بلودان با توجه به طراحی عملیات آبی است و در اختیار کاربر می باشد. ( محاسبه مصرف آب برج خنک کننده )
M=E+D+B
M=Make up water m3/hr
E=Evaporation loss m3/hr
D=Drift loss m3/hr
B=Blow down m3/hr
جهت مطالعه بیشتر به مطالب " محاسبه آب جبرانی برج خنک کن " و " کاهش مصرف آب برج خنک کننده " مراجعه فرمایید.
برج خنک کننده ابارا ساخت شرکت مشهور ژاپنی (Ebara) سازنده انواع دستگاه های تهویه مطبوع می باشد. کولینگ تاور هایی که از این شرکت در کشور ایران وارد و نصب گردیده است عموما از نوع فایبرگلاس جریان متقاطع ( مسیر ریزش آب و جریان هوا به صورت متقاطع ) است ، توزیع آب در این نوع کولینگ تاور به صورت ثقلی انجام می شود و دستگاه مجهز به پکینگ پی وی سی فیلم با لبه داخلی قطره گیر می باشد. با توجه به گستردگی نصب این نوع کولینگ تاور در سطح کشور لازم است اطلاعاتی در مورد لوازم و پکینگ این نوع کولینگ تاور ارائه دهیم ، جهت تهیه پکینگ و سایر قطعات این نوع کولینگ تاور با شرکت بادران تهویه صنعت تماس حاصل فرمایید.
برج های خنک کننده ابارا جریان متقاطع هستند، آب از دو طرف قسمت فوقانی با جاذبه زمین به صورت ثقلی روی پکینگ ها رو به پایین حرکت می کند و هوا همزمان به وسیله مکش پروانه از دو لبه کنار به صورت افقی وارد می شود، مسیر آب و هوا در هنگام تماس با یکدیگر به صورت متقاطع می باشد، تبخیر از روی پکینگ ها انجام می شود.
مزایای کلی برج خنک کن جریان متقاطع : این نوع کولینگ تاور دارای ارتفاع ریزش آب زیادی می باشد ، بنابراین آب به راحتی فرصت پیدا کرده تا با هوا تماس پیدا کرده تبخیر شود و خنک کاری بیشتری صورت پذیرد. به دلیل مسیر متقاطع جریان هوا و آب ، امکان پرتاب قطرات آب از برج خنک کننده به حداقل ممکن رسیده و در نتیجه پرت آب در این برج خنک کننده بسیار اندک است. نحوه ریزش آب در این برج های خنک کننده به کمک گرانش انجام می شود ، بنابراین سیستم توزیع آب ساده تر و دارای عمر بیشتری است.
در برج خنک کننده جریان متقاطع آب و هوا در یک مسیر متقاطع با یکدیگر تماس دارند، به همین دلیل این نوع برج خنک کننده جریان متقاطع نامیده می شود.
سیستم توزیع آب درابارا به صورت ثقلی می باشد، آب با فشار پمپ از طریق لوله به بالای تشت می رسد و از طریق باکس توزیه به آرامی به روی سطح تشت توزیع پخش می شود، زیر تشت در ردیف های متوالی سوراخ هایی وجود دارد که آب به صورت قطره به سمت پایین و روی پکینگ ها حرکت می کند.
این آب بروی پکینگ ها حرکت می کند همزمان هوا از لبه های کنار وارد دستگاه می شود و از میان صفحات پکینگ برج خنک کننده عبور می کند، مبادله حرارت و جرم در ناحیه پکینگ صورت می گیرد و بدینوسیله آب خنک می شود و در تشت دستگاه جمع می شود.
پکینگ برج ابارا نقش اصلی را در ایجاد سطح تماس میان آب و هوا دارد و در حقیقت قلب دستگاه می باشد، این پکینگ از ورق های از جنس پی وی سی ساخته میشود که دارای گام و مشخصات مشخص و منحصر به فردی است، برای تهیه این نوع پکینگ مطابق نمونه اصلی با شرکت بادران تهویه صنعت تماس حاصل فرمایید.
در تصویر زیر کاتالوگ برج خنک کننده ابارا ( سری MX ) را ملاحظه می فرمایید. این دستگاه ها را می توان به صورت ماژولار در کنار یکدیگر نصب شوند و به همین جهت فضای کمتری اشغال خواهند کرد.
به دلیل ورود هوا از دو طرف برج خنک کننده جریان متقاطع و بسته بودن دو طرف دیگر ، می توان سلول های برج خنک کننده را به صورت مدولار در حالی که فضای کمی اشغال می کنند در کنار هم و به صورت سری قرار داد. در دو طرف بسته دستگاه امکان تعبیه درب ورود وجود دارد بنابراین ورود اپراتور و تعمیرات برج خنک کننده به درون دستگاه به راحتی امکان پذیر است. معمولا به دلیل ملاحضات مربوط به شکل گیری مسیر جریان هوا و آب، ساختار دستگاه بزرگ تر است و ساخت این دستگاه پر هزینه تر از برج خنک کننده جریان مخالف است.
پرتاب آب در برج خنک کننده: به قطرات آبی گویند که بوسیله جریان هوا به بیرون از برج خنک کننده پرتاب می گردند. انتقال این قطرات به بیرون برج خنک کننده علاوه بر اینکه باعث هدر رفت آب می شود در عین حال باعث آلوده شدن محیط می شود به طوریکه اگر در آب کولینگ تاور مواد شیمیایی خطرناک یا باکتری لژوینلا باشد در محیط و فضا پخش شده و باعث بیمار شدن افراد می شود، بیماری لژیونلا یکی از خطرناکترین بیماری ها است که در مبتلایان باعث مرگ میشود، در ادامه به بررسی نرخ پرتاب آب و همچنین راه های کنترل آن می پردازیم.
قطره گیر برج خنک کننده یکی از مهمترین بخش های کولینگ تاور برای تامین سلامتی و ایمنی می باشد، قطره گیر ها آخرین سنگر محافظت انسان در برابر باکتری لژیونلا می باشند. این بیماری نوعی از سینه پهلو است که توسط باکتری های بی هوازی به وجود می آید و در افرادی که سیستم ایمنی ضعیف دارند می تواند موجب مرگ شود.
باکتری لژیونلا در آب و خاک زندگی می کند ، رودخانه ها ، دریاچه ها و خاک از جمله مکان های این باکتری است که به صورت محدود و اندک وجود دارد که این حضور محدود لژیونلا در طبیعت بی خطر است ولی وقتی آب گرم به همرا مواد مغزی و میکروارگانیزم های دیگر وجود داشته باشد باکتری به شدت رشد کرده و خطر ایجاد می کند. بیماری لژیونلا اولین بار در سال 1976 در فیلادلفیا مطرح شد که سیستم آب هتل و بیمارستان به شدت به باکتری های لژیونلا آلوده شده بود و تعداد زیادی از افراد بر اثر بیماری کشته شدند.
با بیماری لژیونلا در برج خنک کننده بوسیله دو عنصر مقابله می شود:
· - برنامه عملیات آبی در برج خنک کننده به صورت منظم
· - طراحی صحیح و نصب قطره گیر ها با شرایط مناسب
اگر به هر دلیلی برنامه عملیات آبی به مشکل بخورد و قطع شود قطره گیر ها آخرین سد در برابر باکتر های لژیونلا می باشند. قطره گیر ها قطعاتی هستند که در مسیر های خروج هوا ( یا ورود هوا ) از برج خنک کننده قرار می گیرند و در حالیکه اجازه عبور هوا را می دهند ولی قطرات آب را گرفتار کرده و به سیستم بازمیگردانند. اگر قطرات ریز آب که شاید حامل باکتری های کشنده بیماری باشند از برج خنک کننده خارج شوند ممکن است تا شعاع دو کیلومتر در هوا پرتاب شوند و بوسیله انسان ها استشمام شوند.
چه زمانی نرخ پرتاب قطرات آب بیش از اندازه می شود:
· - قطره گیر ها در جای مناسب نصب نباشد.
· - قطره گیر ها شکسته شده باشد.
· - قطره گیر ها گرفته شده و کثیف باشد.
بنابراین توصیه میشود قطره گیر ها در جای مناسب قرار گیرد، به صورت منظم تمیز شود و اگر شکسته شده تعویض شود.
فرض کنید یه دستگاه برج خنک کننده به ابعاد 2.4 متر در 2.4 متر به مدت 8 ساعت در روز کار کند، مقدار دبی 34.7 لیتر در ثانیه باشد بنابراین کل آب گردش یافته در 8 ساعت برابر یک میلیون لیتر خواد بود. در اینصورت:
· - اگر قطره گیر ها صحیح و بسیار تمیز در جای مناسب باشد نرخ پرتاب برابر 0.001% خواهد بود یعنی 10 لیتر در روز.
· - اگر قطره گیر ها در حالت نرمال و معمولی نصب شده باشد نرخ پرتاب برابر 0.0002% خواهد بود یعنی 20 لیتر در روز.
· - اگر قطره گیر ها کثیف و گرفته باشد نرخ پرتاب برابر 0.0005% خواهد بود یعنی 50 لیتر در روز.
· - ولی اگر قطره گیر ها در جای مناسب نباشد و یا شکسته باشد نرخ پرتاب حدودا برابر 0.02% یعنی برابر 200 لیتر در روز خواهد بود.
در نظر داشته باشید ، هر قطره ای که به بیرون پرتاب شود ممکن است حامل باکتری لژیونلا باشد، بنابراین قطره گیر ها نقش حیاتی دارند. اگر مقدار 10 CFU/ml عدد مجاز لژیونلا باشد حالا اثر 10، 20، 50 یا حتی 200 لیتر در روز چه خواهد بود؟ اگر سلامتی انسانها به خطر بیافتد این اعداد چه اهمیتی پیدا می کنند؟
طبق دستورالعمل مدت زمان دوره تمیز کاری و بررسی قطره گیر برج خنک کننده هر 3 ماه یکبار می باشد. توصیه می شود در هنگام تمیز کاری دوره ای قطره گیر ها تصاویری از آن ها تهیه شود و آرشیو شود تا در صورت لزوم بعدا بررسی شوند.
بنابراین شرکت های سازنده کولینگ تاور باید اهمیت ویژه ای به قطره گیر ها بدهند ، هر چه پرتاب آب کمتر باشد امکان انتشار بیماری کمتر خواهد بود.
بنابراین یک سیستم قطره گیر خوب مزایای زیر را در بر خواهد داشت:
· - جلوگیری از انتشار باکتری لژیونلا
· - افزایش راندمان سیستم
· - کاهش مصرف آب
· - کاهش مصرف مواد شیمیایی برج خنک کننده
· - جلوگیری از آسیب رسیدن به تجهیزات یا ساختمان های اطراف کولینگ تاور
پس اگر برج خنک کننده شما پرتاب بیش از اندازه دارد بلافاصله با شرکت ما تماس بگیرید ، ما بهترین راه جلوگیری از پرتاب آب در برج خنک کننده را برای شما طراحی خواهیم نمود و بهترین نوع قطره گیر ها را در اختیار شما قرار خواهیم داد.
محاسبه برج خنک کننده به معنی به دست آوردن مقدار تن مورد نیاز برج خنک کننده متناسب با شرایط طراحی می باشد. این محاسبه بر اساس چهار پارامتر صورت می پذیرد : دمای آب ورودی به برج خنک کننده، دمای آب خروج از برج خنک کننده، منطقه جغرافیایی محل نصب برج خنک کننده و مقدار دبی آب در گردش. با توجه به اینکه برج های خنک کننده دستگاه هایی هستند که بر اساس تبخیر کار می کنند بنابراین دمای آب خروج از برج خنک کننده نمی تواند از مقدار وت بالب محیط ( دمای مرطوب محیط ) پایین تر باشد و از نظر عملی حداقل سه درجه بالای دمای مرطوب خواهد رسید.
در هنگام محاسبه برج خنک کننده اشتباه رایجی 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 نه ظرفیت کولینگ تاور مورد نیاز را، 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 باشد با دمای مرطوب 24 درجه سانتیگراد 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. و اگر بخواهیم برج خنک کننده را در شهر آمل نصب کنیم که دمای مرطوب برابر 26.5 درجه سانتیگراد است نیاز به 20 تن تبرید می باشد. ( دمای مرطوب شهر های 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. معمولا 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 کننده مدل CS با ظرفیت 100 تن تبرید است.
در هنگام محاسبه کولینگ تاور نیاز به یک ضریب است، این ضریب را می توان از نمودار های خاصی ( نمودار انتخاب برج خنک کننده ) که مبتنی بر تغییرات دمای مرطوب است، بدست آورد. در محاسبه گر 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
توجه فرمایید که پس از بدست آوردن تناژ و مدل برج خنک کن حتما 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 حتما با مهندسین شرکت بادران تهویه صنعت مشاوره نمایید. در این راستا می توانید مطالب روش انتخاب برج خنک کننده را نیز مطالعه فرمایید.
دمای مرطوب شهر های ایران به عنوان یک پارامتر مهم جهت طراحی برج خنک کننده در محاسبه گر بالا ارائه گردید است که اطلاعات بیش از 450 شهر ایران را شامل می شود. این اطلاعات از ایستگاه های هواشناسی سراسر کشور ایران گرد آوری شده است. کشور ایران در بخش گرم و خشک خاورمیانه قرار دارد و از نظر بارندگی در سطح نیمه خشک و خشک است ، در نتیجه در شرایط تنش آبی قرار دارد و میزان مصرف آب بسیار با اهمیت است و باید با طراحی و انتخاب صحیح تجهیزات ، میزان مصرف آب و مصرف انرژی را کاهش داد. اعداد دمای مرطوب بر اساس فرمت 95 درصد به 5 درصد بدست آمده است به این معنی که تنها در 5 درصد از اوقات سال ممکن است که دمای مرطوب از این عدد بالاتر برود و این فرمت مناسبی برای طراحی است.
ایران دارای شرایط آب و هوایی شگفت انگیزی است به طوریکه همزمان در نقطه ای از کشور هوا گرم است و در نقطه ای دیگر هوا سرد و گاه این اختلاف به 50 درجه سانتیگراد می رسد ، گرمترین نقطه زمین در چند سال گذشته در کویر لوط ایران بوده است.
این شرایط متفاوت دمایی ناشی از جغرافیایی طبیعی سرزمین اعم از کوه ها ، بیابان ها، رود ها ، دریا ها و دریاچه ها می باشد. ایران در وضعیت تنش آبی قرار دارد در نتیجه در کشوری با این شرایط آب و هوایی نیاز است که تجهیزات بر اساس دمای همان محل مورد بهره برداری انتخاب گردد.
دمای مرطوب یا ( wet-bulb ) است یعنی دمای یک حجم از هوا وقتی با تبخیر آب و گرفتن گرمای نهان به رطوبت اشباع 100 درصد برسد و خنک شود. در حقیقت دمای مرطوب پایین ترین دمایی است که به وسیله تبخیر آب می توان به آن رسید و دمای مرطوب را به وسیله دماسنج دمای مرطوب اندازه می گیرند همچنین می توان دمای مرطوب را با داشتن دمای خشک و میزان رطوبت نسبی به دست آورد، بنابراین در هوایی با رطوبت نسبی 100 درصد دمای خشک و دمای مرطوب با هم برابر است ، تحلیل دما و رطوبت در نمودار سایکرومتریک امکانپذیر است.
اساس طراحی در کولینگ تاور حداکثر دمای مرطوب برج خنک کننده می باشد به طور مثال ، حداکثر دمای مرطوب تابستان در شهر تهران برابر 24 درجه سانتیگراد است که با این حساب در تابستان می توان دمای آب برج خنک کن را تا 3 درجه بالای دمای مرطوب یعنی در حدود 27 درجه سانتیگراد پایین آورد.
کشور ایران دارای شرایط آب و هوایی شگفت انگیزی است به طوریکه همزمان در نقطه ای از کشور هوا گرم است و در نقطه ای دیگر هوا سرد و گاه این اختلاف به 50 درجه سانتیگراد می رسد ، گرمترین نقطه زمین در چند سال گذشته در کویر لوط ایران بوده است.
در نقشه زیر محدوده مناطق با دمای مرطوب نشان داده شده است، مناطق قرمز با دمای مرطوب بسیار بالا ، خطوط زرد مناطق با دمای مرطوب بالا و باقی به ترتیب بنفش ، سبز تیره ، سبز کم رنگ و مناطق با کمترین دمای مرطوب با خطوط آبی کمرنگ نشان داده شده است. در مناطق آبی، سبز کمرنگ ، سبز پر رنگ و رنگ بنفش ، برج خنک کننده راندمان بسیار خوبی خواهد داشت ولی در مناطق کنار دریای خزر و کناره های خلیج فارس به دلیل دمای مرطوب زیاد استفاده از برج خنک کننده مشکل است.
همراهان گرامی در صورتیکه هرگونه مغایرتی در اطلاعات محاسبه گر دمای مرطوب شهر های ایران مشاهده کرده اید و یا پیشنهادی دارید لطفا در قسمت زیر با ما در ارتباط باشید و ما را از نظرات ارزشمند خود مطلع سازید.