دمای برج خنک کننده یکی از مهمترین پارامتر های طراحی سیستم برودتی محسوب شده و می تواند ورودی ، خروجی و دمای مرطوب محیط حساب شود. برج خنک کننده با هدف کاهش دمای آب در صنعت تحت نام کولینگ تاور نیز شناخته می شود و این کار را با تماس بین آب و هوا انجام می دهد. شناخت دمای برج خنک کننده یعنی محدوده دمایی که آب در یک کولینگ تاور می تواند با آن کار کند.
در واقع برج خنک کننده بخاطر عملیات تبخیری خود محدودیت هایی در دمای ورودی و خروجی دارد. دمای خروجی برج خنک کننده به مشخصات محیط نصب یا اصطلاحاً اقلیم دمایی وابسته است. به عبارتی دیگر به محدوده کارکرد حرارتی در یک برج خنک کننده “محدوده دمایی” می گویند. محدوده دمایی عبارت است از میزان اختلاف دمایی که برج می تواند به وجود آورد، می گویند.
بررسی انواع مفهوم دما در برج خنک کننده
دمای وت بالب (حباب تر)
این پارامتر دمایی مشخصه ای از یک محیط اقلیمی است که به نام دمای مرطوب برج خنک کننده (wet bulb temprator) شناخته می شود. شناسایی این دما در داده های هواشناسی منطقه و یا از طریق جداول سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور ارائه می گردد. این دما در طول سال و حتی ساعات روز ثابت نیست و دائماً در حال تغییر است. ملاک طراحی برج خنک کننده در واقع در بدترین شرایط دمایی یعنی تابستان ساعت 15 در روزهای مرداد محسوب می شود.
دمای درای بالب (حباب خشک)
دمایی که محیط در حالت خشک بدون رطوبت قابل اندازه گیری است دمای خشک یا dry bulb نام دارد. دمای محسوس (آنچه احساس می کنیم) معمولاً در بیشتر اوقات بسیار نزدیک است به دمای درای بالب. دلیل نزدیک بودن این موضوع کمبود درصد رطوبت محیط در بیشتر مناطق کشور ایران است. این دما در محاسبات برج خنک کننده اغلب در نظر گرفته نمیشود.
دمای آپروچ
آب در هر برج خنک کننده دارای یک دمای خروجی بوده که این دما تا حد مشخصی می تواند کاهش یابد. آپروچ (approach) به میزان نزدیکی دمای خروجی آب سرد برج نسبت به محیط اتلاق می شود. کمترین میزان دمای آپروچ در برج خنک کننده 2.8 درجه سانتی گراد معادل 5 درجه فارنهایت است. یعنی در محیطی که دمای وت بالبی معادل 20 درجه سانتیگراد در شرایط تابستانی دارد رسیدن به دمای پایین تر از 22.8 درجه امکان پذیر نخواهد بود.
دمای خروجی برج خنک کننده چند درجه خواهد بود؟
مهمترین اصل در طراحی برج خنک کننده میزان خروجی دمای آب در یک کولینگ تاور محسوب میشود. در واقع در صنعت و کارخانجات به منظور افزایش راندمان هدفشان شارژ کردن آب از سیستم برودتی با دمای پایین تر است. رسیدن به دمای پایین تر از دمای وت بالب در یک سیستم سرمایشی تبخیر امکان پذیر نیست. عملاً دمای خروجی از برج خنک کننده در بازه بین 2.8 درجه الی 5 درجه بالاتر از دمای اشباع محیط نصب پایین نخواهد آمد.
پایین ترین دمای خروجی از برج خنک کننده = 2.8 درجه بالاتر از دمای مرطوب محیط در شرایط آب و هوایی لحظه ای
از طرفی دیگر اگر دمای ورودی به دستگاه کولینگ تاور بالاتر از 50 درجه باشد رسیدن به دمای پایین تر از 30 درجه در یک سیکل نمی رسد. دمای برج خنک کننده مرطوب مکعبی که بیشترین عملکرد را دارد با اختلاف دمایی حداکثر 10 الی 15 درجه در تجربه گزارش شده است. البته لازم به ذکر است که با وجود دستگاه سرمایشی در یک سیکل ، منبع برودتی اگر ظرفیت مناسبی داشته باشد نمیگذارد دما از بازه 40 درجه بالاتر برود.
در تصویر زیر دمای خروجی ایده آل برج خنک کننده چیلر تراکمی را در شهر تهران مشاهده می نمایید.
آیا دمای برج خنک کننده در طول سال و حتی شبانه روز متفاوت است؟
بله. همانطور که می دانید دمای محیط همواره در حال تغییر و تحول است. با تغییرات دمایی محیط طبیعتاً خروجی کار هم متفاوت خواهد بود و دستگاه سرمایش تبخیری دمای متفاوت تری ارائه می دهد. در طول روز به دلیل بالا بودن دمای خشک محیط و رطوبت نسبی طبق نمودارهای سایکرومتریک (مربوط به مشخصات اقلیم محیط) دمای وت بالب بالاترین حد خود می رسد. بیشترین دمای وت بالب در ساعت 3 ظهر روزهای مرداد در هر شهر یا محیط اعلام می گردد. کمترین میزان دمای مرطوب محیط هم به ساعت 19 شبهای زمستانی حدود دی ماه گزارش می شود.
در کدامین شهرها دمای برج خنک کننده با نسبت پایین تری ارائه می شود؟
همواره شهرستانها و شهرهای با آب و هوایی خشک و خنک، بالاترین راندمان را در سیستم های سرمایشی ثبت می نمایند. شهرهایی مثل یزد، کرمان، سمنان، شاهرود، سبزوار و مخصوصاً در شهرهای خشک، دمای پایین تری در سیستم ارائه می کنند. در واقع خشکی هوای ورودی به برج خنک کننده موجب میشود تا آب در برخورد با هوای خشک تر میزان بیشتری تبخیر صورت دهد. تبخیر بیشتر باعث شکل گیری میزان انتقال حرارت افزون تر گشته و کارایی برودتی دستگاه کولینگ تاور را افزایش می دهند.
در چه شهرهایی برج خنک کننده دمای بالاتری دارد؟
شهرهای جنوبی کشور از دو جهت یعنی دمای خشک بالا و همچنین به دلیل نزدیکی به دریا دارای رطوبت بالایی هستند. در این محیط ها عموماً دمای مرطوب بیشتر از 26 درجه سانتیگراد خواهد بود. برج های خنک کننده در این شرایط، دمایی نزدیک 30 درجه سانتیگراد ( 87 درجه فارنهایت) ارائه می دهند. به عبارتی دیگر تمامی مسائل فوق مربوط به فصل تابستان (در پیک کاری) میباشد. قاعدتاً هنگام فصل زمستان در این شهرها رسیدن به دمای 20 درجه سانتیگراد قابل دسترس خواهد بود. در کارخانجات صنعتی در استانهای خوزستان، بوشهر، چابهار و … قالباً از ترکیب سیستم های چیلر و برجهای خنک کننده استفاده می شود.
محدوده دمای ورودی به برج خنک کننده
این پارامتر مستقیماً به متریالی که سازنده کولینگ تاور بکار می برد وابسته است. به عنوان مثال اگر پکینگ مدیا (پوشالهای داخلی) از جنس PVC باشد دمای کاری برج حداکثر 60 درجه سانتیگراد اعلام می‌گردد. در حالت استفاده از پکینگ های پلی پروپیلن PP دمای ورودی آب در برج خنک کننده به 85 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. دمای ورودی برج خنک کننده با توجه به نوع دستگاه و عمکلرد آن متفاوت است. در برجهای مدارباز دمای ورودی آب حداکثر 85 درجه و در نوع مداربسته این عدد به بالای 100 درجه افزایش خواهد یافت.
دسته بندی محدوده دمایی در نقطه ورودی کولینگ تاور
1-دمای بین 30 الی 50 درجه سانتیگراد:
در این دماها اکثر برجهای خنک کننده با هرگونه متریالی تحمل مورد نیاز را دارا هستند. در واقع در این دسته بندی نیاز به تمهیدات خاصی در تولید و ساخت کولینگ تاور نیست. انواع پلیمرها و فلزات و حتی فایبرگلاس به راحتی دمای فوق را تحمل می کنند.
2-دمای بین 50 الی 70 درجه سانتیگراد:
در این بازه دمایی باید دقت نمود بسیاری از پلیمرها از جمله PVC دچار تغییر شکل و دفورمگی خواهند شد. به عبارتی دیگر اگر دما در برج خنک کننده از عدد 50 تخطی کند این اتفاق مستلزم آسیب به نازلها، پکینگها، لوله ها و بست های کمربندی می گردد. برای رفع این موضوع باید تولیدکننده کولینگ تاور از پلیمرهایی با مقاومت متوسط همچون کوپلیمرها، پلی اتیلن سنگین و پلی پروپیلن سبک در نظر بگیرد.
3-دمای بالاتر از 70 درجه سانتیگراد:
در این بازه باید حتماً از پکینگهایی به شکل اسپلش یا پاششی با دمای کاری 90 درجه سانتیگراد استفاده نمود. به عبارتی دیگر هنگامی که دمای آب داغ در ورودی کولینگ تاور بالا باشد در اولین برخورد با پکینگ دچار شکست حرارتی خواهد گشت. برای برطرف نمودن این معضل یک سازنده باید از پلیمرهای درجه یک آنتی باکتریال و ضد اشتعال (با قابلیت غوطه وری) استفاده کند. نازلها و پکینگ های مورد کاربری در برجهای شرکت دماگستر عموماً از متریال پلی پروپیلن میباشد. چراکه در بسیاری از صنایع حتی در مدتهای کوتاه ممکن است دما در سیستم افزایش یابد.
