دمای حباب مرطوب یا وت بالب

وت بالب (دمای حباب تر)، حیاتی‌ترین پارامتر اقلیمی در طراحی سیستم های سرمایش تبخیری مانند کولینگ تاور است. شناخت دقیق WBT نه تنها محدودیت نهایی خنک‌سازی تبخیری را مشخص می‌کند، بلکه پایه و اساس طراحی برج‌های خنک‌کننده و محاسبات بار سرمایشی می باشد.

تعریف وت بالب: دمایی که با تبخیر آب به دست می‌آید

وت بالب (WBT) پایین‌ترین دمایی است که هوا می‌تواند از طریق سرمایش تبخیری آدیاباتیک به آن برسد. یعنی اگر در محیط یک شهر(فضای باز)آب با سرعت تبخیر شود، وت-بالب حداقل دمایی خواهد بود که به آن میرسید.

روش اندازه گیری wet-bulb

محاسبه مقدار دمای حباب مرطوب، به این صورت است که پارچه ای خیس در انتهای مخزن دماسنج بسته شده و سپس دماسنج را بسرعت می چرخانند یا در معرض باد شدید قرا می دهند تا تبخیر با حداکثر سرعت اتفاق بیافتد. دمایی که در این حالت توسط دماسنج اندازه گیری شده، دمای وت بالب نام دارد.

اندازه گیری دمای وت بالب

تفاوت wet-bulb با دمای عادی(درای-بالب یا حباب خشک)

در هواشناسی دمایی که اعلام می شود، همان دمای حباب خشک یا dry-bulb نام دارد. نحوه اندازه گیری این دما در سایه و ارتفاع مشخص است. در مقابل دمای وت بالب از دمای هوای محیط کمتر خواهد بود. مقدار اختلاف دمای هوای محیط(دمای خشک) و دمای حباب-تر به مقدار رطوبت نسبی بستگی دارد. بدین معنی که اگر در شهری رطوبت نسبی هوا بسیار زیاد باشد(مانند شهرهای ساحلی) دمای وت-بالب بالا می رود. به عکس اگر شهری هوای در اقلیم خشک قرار داشته باشد(با وجود دمای هوای بالا) وت-بالب آن کم می شود.

به عنوان نمونه بیشترین مقدار دمای حباب تر در ایران را بوشهر، ماهشهر و بندر عباس با wet-bulb حدودی 31-33 درجه سانتیگراد دارند و سپس شهرهایی مانند اهواز و آبادان در استان خوزستان هستند. از طرفی با وجود کرمای شدید هوا در تابستان، مقدار وت بالب استانهای یزد و کرمان بین 17 الی 22 درجه سانتیگراد می باشد.

چارت سایکرومتریک و ارتباط آن با دمای وت‌بالب

برای درک بهتر مفهوم دمای وت‌بالب، آشنایی با «چارت سایکرومتریک» بسیار مفید است. این نمودار یکی از ابزارهای پایه در مهندسی تهویه مطبوع و سیستم‌های سرمایش تبخیری محسوب می‌شود. در این چارت، ویژگی‌های مختلف هوا مانند دمای خشک، دمای تر، رطوبت نسبی، نقطه شبنم و آنتالپی بر حسب یکدیگر ترسیم شده‌اند و روابط ترمودینامیکی بین آنها به‌صورت گرافیکی قابل مشاهده است.

در محور افقی نمودار، دمای خشک(Dry Bulb Temperature) قرار دارد که همان دمای معمولی هواست. محور عمودی معمولاً نشان‌دهنده رطوبت مخصوص یا میزان بخار آب موجود در هوا است. خطوط منحنی در داخل نمودار، رطوبت نسبی(Relative Humidity) را نشان می‌دهند و خطوط موربِ تقریباً مستقیم، دمای وت‌بالب(Wet Bulb Temperature) را مشخص می‌کنند.

وقتی فرآیند تبخیر آدیاباتیک (مانند عملکرد یک برج خنک‌کننده یا کولینگ پد) رخ می‌دهد، شرایط هوا در نمودار در امتداد یک خط وت‌بالب ثابت حرکت می‌کند. در این حالت، گرمای محسوس هوا صرف تبخیر آب می‌شود و دمای هوا کاهش می‌یابد تا به دمای وت‌بالپ برسد. به همین دلیل است که وت‌بالب، حد پایین‌تر دمای قابل‌دستیابی از طریق سرمایش تبخیری به شمار می‌آید.

با استفاده از چارت سایکرومتریک می‌توان تغییرات دما، رطوبت و ظرفیت خنک‌کنندگی را به‌صورت بصری مشاهده کرد و شرایط طراحی سیستم‌های تبخیری را با دقت بیشتری تعیین نمود. این نمودار، به‌ویژه برای مهندسان و طراحان سیستم‌های HVAC، ابزاری ضروری برای تحلیل عملکرد برج‌های خنک‌کننده و بررسی راندمان آنها محسوب می‌شود.

نمودار(چارت) سایکرومتریک

اهمیت حیاتی عدد دمای وت بالب در طراحی برج‌ خنک‌کننده

برج‌های خنک‌کننده (Cooling Towers) با استفاده از اصل تبخیر آب، گرمای فرآیند را دفع می‌کنند. دمای وت بالب محیط، مشخص خواهد کرد که کولینگ تاور در تابستان آب را تا چه دمایی می تواند خنک کند. رسیدن به عدد وت بالب محیط برای برج خنک کننده ممکن نیست، اما با طراحی مهندسی و استفاده از کولینگ تاورهای استاندارد و صنعتی RMS، می توانید به 2 الی 3 درجه بالاتر از وت بالب برسید. مثلا با توجه به اینکه وت-بالب قزوین در حدود 22 درجه سانتیگراد می باشد، برج خنک کن صنعتی آب را در مرداد ماه می تواند تا 25 درجه سانتیگراد خنک کند.

نکته: این موارد برای کولینگ تاورهای دائم کار و صنعتی صدق می کند، برج های تهویه مطبوع(که بر اساس تن تبرید در سایتها قرار گرفته اند) و کولینگ های بی کیفیت گرد، امکان رسیدن به این شرایط را براحتی نخواهد داشت.

وت بالب و مفهوم"اَپروچ" (Approach)

اَپروچ (Approach): در عمل، اختلاف دمای بین آب خروجی برج و دمای وت-بالب محیط، است. هر چقدر اپروچ کمتر باشد، شما به کولینگ تاور بزرگتری نیاز دارید.

فرمول عدد اپروچ:

Approach=Water Output Temperature−Ambient WBT

مناسبی داشته باشد.

تغییرات وت بالب(دمای حباب تر) در طول سال

یکی از مواردی که به کاربران کمک می کند تا با مفهوم وت بالب بیشتر آشنا شوند، تغییرات دمای هوای محیط و دمای حباب تر در طول سال است. بصورت عمومی و تقریبا در تمام شهرها، عدد وت بالب در ماه مرداد به حداکثر خود می رسد. این مساله باعث شده تا در طراحی کولینگ تاور، مقدار دمای حباب مرطوب مرداد ماه را به عنوان بیشترین مقدار آن، در نظر بگیریم.

در ادامه منحنی تغییرات دمای هوای خشک و وت بالب برخی از شهرهای ایران را نشان داده ایم. توجه داشته باشید که مقدار وت بالب در این نمودارها تقریبی است و چون بر اساس ماکزیمم مطلق(0.4%) رسم شده، از مقدار دمای حباب مرطوب متوسط ماکزیمم، 1 تا 2 درجه بالاتر می باشد.