محاسبه آب مصرفی برج خنک کننده

مقدارتبخیر و هدر رفت آب کولینگ تاور چقدر است؟

(Cooling tower water consumption)

همانطور که قبلا گفتیم، کولینگ تاور به عنوان قلب سیکل خنک کاری شناخته می شود. برتری برج خنک کننده نسبت به ایر-کولر، قابلیت خنک کردن آب، به مقداری کمتر از دمای محیط است. مثلا شما برای اینکه در تابستان و در شهری مثل اهواز بخواهید دمای آب را به 37 درجه سانتیگراد برسانید باید از کولینگ تاور استفاده کنید و ایر کولر این کار را نمی تواند بکند. علاوه بر این، قیمت کولر هوایی از برج خنک کن بسیار بیشتر است.

کولینگ تاور قلب یک سیستم خنک کاری است

در مورد مقایسه چیلر با برج، باید در نظر گرفت که چیلر جذبی یا تراکمی، بیش از 5 الی 10 برابر کولینگ تاور قیمت دارند. برای همین موارد است که در کاربردهای صنعتی، برج خنک کن حرف اول را میزند. البته بسیاری از چیلرها، برای خنک کردن باز هم نیاز به برج خنک کننده یا ایر کولر دارند.

کولینگ تاور قلب یک سیستم خنک کاری است

با وجود مزایای Cooling tower نسبت به چیلر و کندانسور هوایی، مساله ای که استفاده از برج خنک کننده را در نقاط خشک به چالش می کشد، مصرف آب آن است. 

در این مقاله می خواهیم در مورد بهینه کردن مقدار آب مورد نیاز کولینگ تاور توضیحاتی را بدهیم.

چرا مصرف آب برج خنک کن برای شرکت ها و کارخانجات مهم است؟

مقدار آب مورد نیاز کولینگ تاور صنعتی و مسکونی یکی از موارد مهمی است که در هنگام خرید باید به آن توجه ویژه ای داشته باشید. خشکسالی های اخیر و کاهش منابع آب در اقصی نقاط دنیا، به خصوص ایران از یکسو و افزایش قیمت آب و برق از سوی دیگر، باعث شده که مدیران سازمانها و کارخانجات، در فکر کاهش مصرف آب و برق در تجهیزات خود باشند. به صورت کلی کشور ما ایران، یکی از اقلیم های نسبتا خشک در جهان است و به همین دلیل دچار مشکلات عمده ای در تامین آب مصرفی شرب و نیز آب صنعتی هستیم. در تصویر زیر پیشبینی شدت بحران کم آبی در سال 2040 نمایش داده شده است که بر اساس آن کشورهای منطقه خاورمیانه، بویژه ایران در شرایط بسیار خطرناکی قرار خواهند گرفت.

نقشه پیش بینی وضعیت آب در سال 2040 و بررسی بحران آب در جهان

حجم آب لازم برای برج خنک کن از چند منظر قابل بررسی است که در ادامه به ارائه توضیحاتی در خصوص هر مورد خواهیم پرداخت. دلیل اهمیت ویژه مصرف آب برج خنک کننده، شرایط آب و هوای تابستان ایران است که عموما دمای هوا در ماه های تیر و مرداد بسیار زیاد می شود. دقیقا در ماه های تابستان و به علت بالا رفتن مصرف آب، کارخانه ها، مجتمع های تجاری و مسکونی با مشکل تامین آب درگیرند. در نتیجه خط تولید و یا چیلر صدمه دیده و نمی توانند سرمایش مورد نیاز را تامین کنند.

میزان مصرف آب کولینگ تاور بر اثر تبخیر

Cooling tower evaporation loss

همانگونه که می دانید اصول کارکرد برج خنک کننده بر مبنای تبخیر سطحی(Evaporation) است و کاهش دمای آب و خنک شدن بر اساس تبخیر اتفاق می افتد. مقدار تبخیر آب برج خنک کننده را می توانید به صورت تقریبی از روی فرمول های زیر محاسبه کنید.

فرمول اول حجم آب تبخیر شده در کولینگ تاور(Cooling tower)

 E= 0.0015*R*C

در این فرمول 

E : مقدار تبخیر آب برج خنک کننده بر حسب متر مکعب بر ساعت

R : اختلاف دمای رنج (ورودی و خروجی کولینگ تاور) بر حسب درجه سانتیگراد

C : دبی آب در گردش بر حسب متر مکعب بر ساعت است.

فرمول دوم محاسبه آب تبخیر شده در برج خنک کن

E = 0.0018*R*C

که در این فرمول هم ضرایب مثل فرمول اول است.

با این توضیحات نسبت تبخیر به دبی آب در گردش، به صورت تقریبی برابر 0.0015 تا 0.0018 ضرب در عدد رنج خواهد بود.

E/C = 0.0015 ~ 0.0018 *R

به عنوان مثال اگر در برج خنک کننده ای دمای ورودی آب 40 درجه سانتیگراد و دمای خروجی معادل 30 درجه سانتیگرد باشد، اختلاف دمای رنج معادل 10 درجه سانتیگراد است. همچنین اگر دبی آب در گردش را معادل 50 متر مکعب در ساعت در نظر بگیریم، میزان تبخیر آب در برج خنک کن برابر 750 لیتر در ساعت یا 0.75 متر مکعب می باشد(با استفاده از ضریب 0.0015). با ضرب عدد 10 در 0.0015  نسبت تبخیر به آب در گردش برابر 0.015 بدست می آید. نکته بسیار مهم در این فرمول عدم وابستگی آن به دمای حباب-تر یا وت بالب(Wet Bulb) است.

بر اساس فرمولهای فوق، اختلاف دمای حباب تر با دمای آب خروجی از برج خنک کننده(عدد اپروچ)، بر روی مقدار تبخیر آب تاثیری ندارد. بلکه عدد اپروچ بر فاکتور اندازه(Size Factor) کولینگ تاور و در نتیجه ابعاد و قیمت دستگاه موثر خواهد بود. 

عدد بدست آمده به عنوان مقدار تبخیر و مصرف آب کولینگ تاور، در بدترین شرایط آب و هوایی یعنی مرداد ماه و بین ساعات 12 الی 16 معتبر است. توجه داشته باشید برای محاسبه مقدار  واقعی مصرف آب روزانه برج خنک کن به خاطر تبخیر، نمی توان عدد حاصله از فرمول فوق را در 24(ساعات شبانه روز) ضرب کنیم. به عبارت دیگر مصرف آب متوسط روزانه، ماهیانه و سالیانه برج خنک کننده، بسیار کمتر از حاصلضرب حداکثر مصرف، ضرب در ساعات روز، ماه و یا سال خواهد بود. توجیه این مساله با در نظر گرفتن نمودار متوسط دما در طول سال و همچنین در طول روز امکان دارد. 

نمودار تغییرات دمای متوسط و رطوبت نسبی در ساعت های روز

توضیحات بیشتر در ادامه مطلب

فاکتور اندازه برج خنک کن(Cooling tower size factor)

تاثیرات رنج و اپروچ در ظرفیت برج خنک کننده

خریدن یک کولینگ صنعتی با قیمت پایینتر به شرطی که کیفیت آن کم نشود برای همه مشتریان جذاب است. شاید برای شما جالب باشد اگر بدانید با داشتن اطلاعات مناسب در زمان طراحی برج خنک کن، می توانید اندازه و ابعاد محصول مورد نظر را کاهش داده و از نظر قیمت، هزینه کمتری برای خرید پرداخت کنید.

برای بهینه کردن اندازه وقیمت کولینگ تاور، با حفظ کردن اختلاف دمای ورودی و خروجی برج خنک کننده(یا دمای رنج)، مقدار اپروچ را زیاد می کنیم تا اندازه و ابعاد سیستم کولینگ کوچکتر شود و راندمان آن افزایش یابد.

برای مثال اگر در تهران با ثابت بودن دبی آب، دمای ورودی و خروجی Cooling tower را از مقدار 38(دمای ورودی به کولینگ تاور) درجه سانتیگراد برای آب گرم و 28(دمای خروجی کولینگ تاور) برای آب سرد تغییر بدهیم و به دمای 40 درجه سانتیگراد برای آب گرم و 30 درجه برای آن سرد خروجی برسانیم، می توانیم اندازه کولینگ تاور را بین 10 الی 15 درصد بدون تغییر در ظرفیت حرارتی، کم کنیم. در نتیجه قیمت برج خنک کن نیز بدون کاهش کیفیت، کمتر می شود. برای آشنایی بیشتر با این روش و مفهوم فاکتور اندازه، در ادامه مقاله با ما همراه باشید.

یکی از ضریبهای بسیار مهم در طراحی برج خنک کننده، فاکتور اندازه و ابعاد کولینگ است. این فاکتور با مقدار عدد اپروچ(Approach) که اختلاف وت بالب یا دمای حباب مرطوب با دمای خروجی از کولینگ تاور است نسبت نمایی دارد. 

طراحی درست کولینگ تاور با ضریب ابعاد و ظرفیت

همانگونه که مطالب قبل بیان شده از نظر تئوری دمای اپروچ(Approach) در کولینگ تاور نمی تواند کمتر از 2 الی 3 درجه سانتیگراد باشد. در حقیقت هر اندازه دمای مورد نظر جهت خروجی برج خنک کننده به دمای حباب تر یا وت بالب(Wet Bulb)نزدیک باشد، ابعاد برج خنک کن بزرگتر می شود. 

مفهوم عدد اپروچ یا دمای تقرب و اختلاف دمای رنج در برج خنک کننده

نمودار تغییرات فاکتور ابعاد به نسبت اپروچ را در ادامه مشاهده می کنید. با استفاده از فرمول تبدیل دمای فارنهایت به سانتیگراد C = (F - 32) 5/9 و با حذف عدد ثابت 32(به این دلیل که اختلاف دما مورد نظر است) میبینید که در عدد اپروچ حدود 17 درجه فارنهایت، معادل 9.5 درجه سانتیگراد، فاکتور ابعاد برج خنک کننده برابر 1 خواهد بود.

 

فاکتور اندازه برج خنک کن در مقایسه با اپروچ بر حسب درجه فارنهایت

این در حالی است که در صورت کاهش دمای Approach(یعنی نزدیکتر شدن دمای خروجی برج خنک کن به وت بالب/حباب مرطوب) به عددی حدود 10 درجه فارنهایت معادل 5.5 درجه سانتیگراد، سایز برج خنک کن مورد نظر 1.5 برابر خواهد شد. 

البته در مورد اندازه کولینگ تاور، مفهوم واتر-لود(واتر لودینگ یا چگالی بارش) نیز باید در نظر گرفته شود. طبق محدودیت واترلود(Cooling tower water loading)، میزان آب در گردش برج خنک کننده بر حسب متر مکعب بر ساعت تقسیم بر مساحت مفید کولینگ تاور بر حسب متر مربع نباید از عدد 30 بالاتر باشد.

این مساله باعث بزرگ شدن بیش از حد ابعاد برج خنک کن و بالا رفتن قابل توجه هزینه ساخت و قیمت کولینگ تاور می شود.به همین دلیل توصیه می گردد به منظور امکان ارائه پیشنهاد قیمت مناسب برای برج خنک کننده، دمای خروجی حداقل در حدود 7 الی 10 درجه سانتیگراد بالاتر از وت بالب یا دمای حباب تر انتخاب شود تا فاکتور ابعاد کولینگ تاور(Cooling tower size factor) نزدیک 1 باشد.

مثال و نمونه طراحی درست و بهینه کولینگ تاور

بر اساس توضیحاتی که دادیم، برای شهری مانند تهران که دمای حباب تر آن در حدود 24 درجه سانتیگراد است، دمای خروجی کولینگ تاور بهتر است بالاتر از 30 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شود تا برج خنک کننده از لحاظ قیمت و ابعاد، در شرایط ایده آل باشد.

جالب است بدانید در شهرهایی مثل اهواز، آبادان، بندر عباس، ماهشهر، قشم و کیش که دمای مرطوب یا وت بالب عموما در تابستان بالای 30 درجه سانتیگراد می شود(به دلیلی رطوبت نسبی بالای و گرمای شدید در تابستان)، برای رسیدن به دمای 35 الی 38 درجه سانتیگراد در خروجی برج خنک کننده مجبور خواهیم شد از بالا رفتن فاکتور اندازه چشم پوشی کنیم.

بدین ترتیب در ماهشهر که وت بالب آن در حدود 30 الی 31 درجه سانتیگراد است می توانیم به دمای آب 34 درجه سانتیگراد در مرداد ماه برسیم که البته این مساله موجب بزرگتر شدن ابعاد برج خنک کننده و افزایش قیمت می شود.

طراحی و فروش برج خنک کن مدار بسته و مدار باز فایبرگلاس با استاندارد CE

طراحی و ساخت برج خنک کننده صنعتی و تجاری

فروش پکینگ PVC و PP ضد رسوب آلمانی کولینگ تاور

کاهش مصرف برق و آب کولینگ تاور

مشاوره خرید برج خنک کن

شرکت آراکو - محمد قربانعلی بیک

09124780268

02166561974

02166129745

خدمات طراحی و محاسبات کولینگ تاور در وبسایت آراکو

کانال آپارات ویدئو و فیلم آموزشی کولینگ تاور

مقاله های مرتبط با ضریب ظرفیت و طراحی برج خنک کننده

مقدار آب مورد نیاز کولینگ تاور

مفاهیم طراحی و محاسبات برج خنک کننده