دمای مرطوب در برج خنک کننده

برج‌ های خنک‌ کننده یکی از ابزارهای اصلی در ساختمان ها و صنایع مختلف هستند که برای خنک کردن آب یا سایر مایعات استفاده می‌ شوند. این برج‌ ها به عنوان یک سیستم خنک‌ کننده برای تأمین آب خنک به صورت گسترده در کاربری های صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌ گیرند. یکی از عوامل مهم در عملکرد برج‌ های خنک‌ کننده، دمای مرطوب آنها است. در این مقاله از سایت ، به بررسی دمای مرطوب برج خنک‌ کننده و اهمیت آن در عملکرد این سیستم ها و قیمت برج خنک کننده  می‌ پردازیم.

دمای مرطوب برج خنک‌ کننده که همان دمای مرطوب یا () است، به معنی دمای یک حجم از هوا است 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 برج خنک‌ کننده را به وسیله دماسنجِ 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.

دمای مرطوب برج خنک کننده چیست؟

دمای مرطوب یا همان دمای نسبی، مقداری از دما است که نشان‌ دهنده مقدار رطوبت موجود در هوا است. این مقدار به صورت درصدی از حجم موجود در هوا نشان داده می‌ شود. به عبارت دیگر، دمای مرطوب نشان دهنده مقدار رطوبت نسبی هوا است. این مقدار بر اساس دما و فشار موجود در محیط محاسبه می‌ شود. دمای مرطوب کولینگ تاور، میزان دمای مرطوب منطقه جغرافیایی محل نصب کولینگ تاور و یکی از عوامل مهم در راندمان و انتخاب می‌ باشد. به طور مثال در منطقه جغرافیایی که حداکثر دمای مرطوب در تابستان برابر 23 درجه سانتیگراد است، می‌ توان دمای را تا حدود 26 درجه سانتیگراد پایین‌ تر آورد.

یک برج خنک کننده تبخیری به طور کلی می تواند آب خنک کننده 5 تا 7 درجه یا بالاتر از وضعیت فعلی مرطوب محیط فراهم کند. یعنی همین اگر دمای مرطوب 78 درجه فارنهایت باشد، برج خنک کننده به احتمال زیاد آب خنک کننده را بین 83 تا 85 درجه فارنهایت فراهم می کند، نه کمتر. همان برج سلول، در روزی که دمای مرطوب 68 درجه فارنهایت است، احتمالاً 72 تا 75 درجه فارنهایت آب خنک کننده را فراهم می کند. مکانیسم خنک کنندگی برج خنک کننده از طریق تبخیر در جایی که بخشی از آب تبخیر می شود کار می کند. گرمای مورد نیاز برای تبخیر از آب داغی که نیاز به خنک شدن دارد (تبخیر آدیاباتیک) استخراج می شود. هوا با عبور از برج در آب اشباع می شود که رطوبت نسبی هوا را افزایش می دهد.

فرآیند تبخیر اجازه می دهد تا آب تا دمایی که کمتر از دمای محیط است و به دمای مرطوب نزدیک می شود خنک شود. به همین دلیل است که دمای مرطوب برای طراحی یک برج خنک کننده بسیار مهم است. ابعاد یک برج خنک کننده به توانی که باید تخلیه شود و فاصله حد خنک کننده بین دمای آب خروجی، آب سرد و دمای مرطوب بستگی دارد. هر چه فاصله مرزی خنک کننده کمتر باشد، برای دستیابی به ظرفیت خروجی یکسان، یک برج خنک کننده باید بزرگتر باشد. به عنوان مثال یک برج خنک کننده با توان خروجی 500 کیلووات که دارای فاصله حد خنک کننده 4 درجه است، بزرگتر از یک برج خنک کننده برای 500 کیلو وات با فاصله حد خنک کننده 7 درجه است.

دمای مرطوب یکی از عوامل مهم در عملکرد برج‌ های خنک‌ کننده است. این عامل تأثیر زیادی بر روی تبادل حرارت و خنک کردن آب دارد. برای بهبود عملکرد برج و کاهش دمای مرطوب، می‌ توان از راهکارهای مختلفی استفاده کرد از جمله استفاده از سیستم های تهویه مناسب و سیستم های تصفیه هوا و کنترل رطوبت. به کمک این راهکارها، می‌ توان دمای مرطوب را به حداقل رسانده و عملکرد بدمای 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) 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  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. خرید پکینگ رندوم اسپلش ، به تنوع بخشیدن به خطوط تولید و ارائه گزینه‌های متنوع به مشتریان کمک می‌کند . 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 برج خنک کننده 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.