همانطور که قبلا گفتیم، کولینگ تاور به عنوان قلب سیکل خنک کاری شناخته می شود. بدلیل خشکسالی های اخیر تعیین حجم تبخیر آب در برج اهمیت بسیار زیادی پیدا کرده است.

مقدار تبخیر و هدر رفت آب کولینگ تاور چقدر است؟

(Cooling tower water consumption)

 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. در این شرایط ایر-کولر انتخاب مناسبی نخواهد بود. 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  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.

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 و افزایش قیمت آب و برق، 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. 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. بر اساس این پیش بینی کشورهای منطقه خاورمیانه، بویژه ایران در شرایط بسیار خطرناکی در حوزه تامین آب 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.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 دمای هوا در ماه 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

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

 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 است. اگر دبی آب در گردش را معادل 50 متر مکعب در ساعت در نظر بگیریم، حجم تبخیر آب در برج خنک کن برابر 750 لیتر در ساعت یا 0.75 متر مکعب بدست می آید(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 و بین ساعات 12 الی 16 اعتبار دارد. 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.

پس 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

در برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته، روش خنک کاری بر مبنای تبخیر سطحی آب است. بخاطر تبخیر آب، پس از مدتی، مقدار یونها و غلظت املاح موجود افزایش می یابد. به همین دلیل در برج خنک کن به منظور جلوگیری از کم شدن آب در مدار سرمایش، مشکل رسوب و افزایش بیش از حد غلظت یون ها، مفاهیمی با عنوان آب میکاپ و آب بلو داون یا آب زیر کش تعریف می شود.

مقدار  آب میک-آپ(تبخیر) کولینگ تاور

 Cooling tower evaporation loss, make up water, drift loss

 ما در این مقاله به شما توضیح میدهیم که چطور مقدار آب تبخیر شده، و آب جبرانی برج خنک کننده را حساب کنیم. به کمک فرمولها و روشهایی که در این مقاله به آن اشاره می کنیم، شما می توانید تصمیم گیری بهتری در مورد انتخاب نوع کولینگ تاور انجام دهید.

مصرف آب کولینگ تاور بخاطر تبخیر(evaporation loss)

همانگونه که می دانید کارکرد برج خنک کننده بر اساس اصل تبخیر سطحی است و کم شدن دمای آب با استفاده از گرمای نهان تبخیر محاسبه می شود. میزان تبخیر آب برج خنک کننده را می توان به صورت تقریبی از روی فرمول های ذیل بدست آورد.

فرمول 1 - محاسبه آب تبخیر شده در برج خنک کن

 E= 0.0015*R*C

در این فرمول 

E = میزان تبخیر آب بر حسب متر مکعب بر ساعت

R = اختلاف دمای رنج(ورودی و خروجی برج خنک کن در شرایط طراحی) بر حسب درجه سانتیگراد

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

فرمول 2 - محاسبه تبخیر آب در کولینگ تاور

E = 0.0018*R*C

که در این فرمول نیز ضرایب مانند فرمول شماره 1 هستند.

با این توضیحات نسبت تبخیر در برج خنک کننده به دبی آب در گردش، به صورت تقریبی برابر 0.0015 الی 0.0018 ضرب در اختلاف دمای رنج کولینگ تاور خواهد بود.

E/C = 0.0015 ~ 0.0018 *R

به عنوان مثال اگر در برج خنک کننده ای دمای آب ورودی معادل 40 درجه سانتیگراد و دمای خروجی  30 درجه سانتیگرد باشد، اختلاف دمای رنج، برابر 10 درجه است. همچنین اگر دبی آب در گردش را معادل 50 متر مکعب در ساعت در نظر بگیریم، میزان تبخیر آب در این برج خنک کن برابر 750 لیتر در ساعت یا 0.75 متر مکعب بدست می آید(با استفاده از ضریب 0.0015). همچنین نسبت تبخیر به آب در گردش برابر 0.015 خواهد بود.

تعیین میزان آب جبرانی برج خنک کننده(make up water)

میک-آپ برج خنک کن در حقیقت میزان آبی است که جهت جبران تبخیر و بلو-دان(Cooling tower blow down)، ترجیحا از یک منبع آب با کیفیت وارد مدار می شود. در صورتیکه آب جبرانی(make up water) به برج نرسد، بعد از مدتی میزان آب موجود در سیکل کولینگ تاور به شدت کاهش یافته و به تجهیزات و خط تولید صدمه وارد می شود. آب میک آپ علاوه بر جبران میزان آب تبخیر شده، موجب تعدیل غلظت یونها و سختی آب موجود در مدار سرمایش می گردد.

با این توضیح میزان آب جبرانی یا میکاپ برج خنک کن برابر است با مجموع تبخیر به علاوه میزان پاشش و هدر رفت آب و همچنین مقدار آب بلو-داون(زیرکش)

عکس بیسین و حوضچه کولینگ تاور و شناور آب جبرانی

حجم آب زیرکش شده در کولینگ تاور(Blow down) 

بلو داون در برج خنک کن به مقدار آبی گفته می شود که در یک بازه زمانی مشخص از سیستم خارج، و به جای آن آب میکاپ وارد می گردد. هدف اصلی از عملیات بلو-داون در کولینگ تاور، ثابت نگه داشتن سختی و یونهای موجود در آب است. البته در برخی از موارد، ثابت نگه مقدار اسیدیته یا قلیایی بودن(PH) آب برج خنک کننده هم توسط عملیات بلو داون صورت می گیرد.

تصویر پکینگ مدیا خراب شده و رسوب گرفته برج خنک کننده

برای درک بهتر مفهوم بلو داون در برج خنک کن(Cooling tower Blow down water) به یک مثال ساده اشاره می کنیم.

فرض کنید یک کتری برقی روشن شده و حجم آب درون کتری برقی به دلیل جوشش و تبخیر در حال کم شدن است. به دلیل کاهش مستمر مقدار آب، در بازه های زمانی مشخصی و معادل میزان تبخیر، به کتری آب اضافه می کنیم.

پس از مدتی غلظت یون ها و رسوبات آب درون کتری در حال کار، افزایش می یابد. در این حالت لازم است پس از مدتی آب داخل کتری را تخلیه کنیم تا رسوب و غلظت یون ها، بیش از حد افزایش نیابد. این مثال مفهوم آب بلو داون را در برج خنک کننده بیشتر مشخص می کند.

پکینگ ضد رسوب اسپلش برج خنک کننده

سیکل تغلیظ در برج خنک کن(Cycle Of Concentration)

سیکل تغلیظ آب(COC) کولینگ تاور یعنی حاصل تقسیم مقدار قابل پذیرش ذرات محلول در آب درون برج، به عدد میانگین ذرات محلول در آب ورودی یا همان میکاپ. همانگونه که گفته شد ذرات معلق و محلول درون مدار برج خنک کن، به همراه بخار از کولینگ خارج نمی شوند و بنابراین به مرور زمان غلظت آنها افزایش می یابد. به همین دلیل نیز از طریق آب زیر کش یا همان آب بلو داون، باید مقدار این ذرات را به حد استاندارد و مناسبی رساند. 

عدد سیکل تغلیظ یا Cycle Of Concentration در کولینگ تاور بستگی به شرایطی مانند سختی کل آب(TH)، مقدار جامدات محلول (TDS) و نیز کاربری برج خنک کننده دارد. به صورت کلی عدد مناسب برای سیکل تغلیظ کولینگ را بین 3 الی 7 در نظر میگیریم. البته عدد مربوط به سیکل تغلیظ در موارد که کاربری صنعتی داشته باشد ممکن است تا 8 و 9 نیز میرسد. 

برای مثال فرض کنیم مخزن یا بسین برج خنک کننده ای(Cooling tower Basin) 2 متر مکعب ظرفیت دارد و میزان تبخیر آب نیز به 0.5 متر مکعب در ساعت برسد. در این شرایط اگر عدد سیکل تغلیط در این برج خنک کن برابر 6 باشد، به این معنی است که پس از اینکه 6 بار حجم مخزن به صورت کامل تبخیر شد(معادل 4 ساعت)، باید یکبار آب داخل مخزن بصورت کامل زیرکش شود و از مدار خنک کاری خارج گردد. 

محاسبه ظرفیت کولینگ تاور بر اساس تن تبرید یا کیلو وات

همانطور که در ابتدای این مقاله توضیح دادیم، فرمول محاسبه حجم آب تبخیری برج، در گرمترین حالت سال تقریبا برابر E=0.0018*R*C است که R معادل رنج یا اختلاف دمای ورودی و خروجی برج خنک کننده و C مقدار دبی آب در گردش(بر حسب متر مکعب در ساعت)می باشد. از طرف دیگر با ضرب عدد رنج در دبی آب در گردش در ظرفیت حرارتی آب، ظرفیت سرمایش کولینگ تاور بر حسب کیلو وات یا تن تبرید بدست می آید.

اگر ظرفیت سرمایش یک کولینگ تاور را با Q نشان دهیم، مقدار ظرفیت خنک کاری Cooling tower بر حسب کیلو-وات از فرمول زیر محاسبه می شود:

Q=R*C*4180/3600 kW

و ظرفیت برج خنک کننده بر حسب تن تبرید عبارت است از :

Q=(R*C*4180/3600)*0.285 rt

به این صورت برای حساب کردن و مشخص شدن مقدار آب تبخیر شده توسط برج خنک کن در بدترین وضعیت دمایی، می توانیم از روی ظرفیت برج بر حسب کیلو وات مقدار تبخیر را به صورت تقریبی و با استفاده از فرمول زیر بدست بیاوریم. توجه کنید که در این فرمول توان سرمایش کولینگ تاور بر حسب کیلو وات است. ما ضریب تبدیل کیلووات به تن تبرید را برابر kW=0.285 rt در نظر می گیریم. 

 E=Q*0.0013 ~0.0015

یعنی جرم بخار آب تبخیر شده در برج خنک کن بر حسب کیلوگرم برابر است با ظرفیت سرمایش بر حسب کیلووات ضرب در 0.0013 تا 0.0015.

مثال : حجم تبخیر آب یک برج خنک کن به ظرفیت 500 تن تبرید را حساب کنید.

برای بدست آوردن مقدار آب میکاپ و تبخیر شده در بدترین شرایط دمایی(ظهر مرداد ماه) در مرحله اول ظرفیت پانصد تن تبرید کولینگ تاور را به کیلووات تبدیل می کنیم.

500rt/0.285=1750kW

با در نظر گرفتن این عدد و با توجه به فرمول تبخیر خواهیم داشت 

 E=1750*0.0013=2.3 m^3/h

یعنی این برج خنک کننده در اوج گرمای تابستان به میزان 2300 لیتر آب یا 2.3 متر مکعب در ساعت، تبخیر آب دارد. البته باید در نظر داشته باشید که این عدد مربوط به بدترین شرایط دمایی است و در واقعیت ساعات کمی در طول سال هستند که برج خنک کننده به این مقدار آب مصرف کند. مثلا در پاییز، زمستان، بهار و حتی ساعت های صبحگاه و شبانگاه، مصرف آب بسیار کمتر از این عدد خواهد بود.

---

فروش کولینگ تاور فایبرگلاس صنعتی با استاندارد CE اروپا

فروش  سختی گیر برج خنک کن و دستگاه ضد رسوب کولینگ تاور

شبیه سازی و سیمولیشن جریان هوا و آب در کولینگ تاور

بهینه سازی و مشاوره برج خنک کن صنعتی

فروش پکینگ اسپلش و فیلم آلمانی PP

شرکت آراکو

محمد قربانعلی بیک

09124780268

02166561974

02166129745

---

مقالات و لینک های مربوط

طراحی و فروش کولینگ تاور صنعتی

کانال آپارات فیلم آموزش برج خنک کن

محاسبه و فرمول میزان آب مصرفی در برج خنک کننده

دانلود مقاله سیستم سختی گیر کولینگ تاور