چگونه بار خنک کننده برج خنک کننده مدار باز را محاسبه کنیم؟

محاسبه بار خنک کننده یک برج خنک کننده مدار باز یک گام مهم در حصول اطمینان از عملکرد کارآمد و اندازه مناسب آن برای کاربردهای صنعتی یا تجاری است. من به عنوان تامین کننده برج های خنک کننده مدار باز، اهمیت محاسبات دقیق بار خنک کننده را برای ارائه مناسب ترین و مقرون به صرفه ترین راه حل ها به مشتریان خود درک می کنم. در این وبلاگ شما را از طریق فرآیند محاسبه بار خنک کننده برج خنک کننده مدار باز راهنمایی می کنم.

آشنایی با اصول یک برج خنک کننده مدار باز

یک برج خنک کننده مدار باز با تماس آب گرم با هوا کار می کند. گرمای آب از طریق تبخیر و انتقال حرارت معقول به هوا منتقل می شود. این فرآیند آب را خنک می‌کند و سپس می‌تواند به فرآیند صنعتی یا تجهیزاتی که گرما تولید می‌کنند بازگردانده شود. انواع مختلفی از برج های خنک کننده مدار باز موجود است، مانندبرج خنک کننده نوع باز کراس فلو،برج خنک کننده حلقه باز کراس فلو، وبرج خنک کننده باز فولادی متقاطع. هر نوع ویژگی های خاص خود را دارد و برای کاربردهای مختلف مناسب است.

عوامل موثر بر بار خنک کننده

قبل از فرو رفتن در محاسبه، درک عواملی که بر بار خنک کننده یک برج خنک کننده مدار باز تأثیر می گذارد، ضروری است.

بار حرارتی حاصل از فرآیند

منبع اصلی گرما در برج خنک کننده، گرمای تولید شده توسط فرآیند یا تجهیزات صنعتی است. این می تواند از یک چیلر، یک واحد تولید برق یا یک فرآیند تولید باشد. بار حرارتی حاصل از فرآیند معمولاً بر حسب واحد حرارتی بریتانیا در ساعت (BTU/h) یا کیلووات (کیلووات) اندازه گیری می شود. برای تعیین این بار حرارتی، باید میزان مصرف برق تجهیزات، کارایی فرآیند و میزان گرمای تولید شده در هر واحد کار را بدانید.

شرایط محیطی

دمای محیط، رطوبت و سرعت هوا نقش مهمی در عملکرد برج خنک کننده دارند. درجه حرارت و رطوبت بالاتر محیط کارایی برج خنک کننده را کاهش می دهد زیرا هوا ظرفیت کمتری برای جذب گرما و رطوبت دارد. سرعت هوا بر سرعت انتقال حرارت و تبخیر در برج خنک کننده تأثیر می گذارد. به طور کلی، سرعت های بالاتر هوا می تواند فرآیند خنک سازی را افزایش دهد، اما سرعت های بیش از حد ممکن است باعث رانش آب شود.

نرخ جریان آب

سرعت جریان آب از طریق برج خنک کننده یکی دیگر از عوامل مهم است. سرعت جریان آب بیشتر به این معنی است که گرمای بیشتری باید حذف شود و بار خنک کننده افزایش می یابد. با این حال، سرعت جریان بسیار بالا ممکن است اجازه زمان تماس کافی بین آب و هوا را ندهد و باعث کاهش راندمان خنک‌کننده شود.

روش های محاسبه

مرحله 1: بار حرارتی را از فرآیند تعیین کنید

بار حرارتی حاصل از فرآیند ($Q_p$) را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

اگر توان مصرفی تجهیزات ($P$) بر حسب کیلووات مشخص باشد و راندمان فرآیند ($\eta$) داده شود، بار حرارتی بر حسب کیلووات خواهد بود:

$Q_p=P\times(1 - \eta)$

برای تبدیل بار حرارتی از کیلووات به BTU/h، از ضریب تبدیل استفاده کنید: 1 کیلو وات = 3412.14 BTU/h

به عنوان مثال، اگر یک چیلر دارای توان مصرفی 100 کیلو وات و بازده 0.8 باشد، بار حرارتی:

$Q_p = 100\ بار (1 - 0.8) = 20 دلار کیلووات

در BTU/h، $Q_p=20\times3412.14 = 68242.8$ BTU/h

مرحله 2: گرمای تبخیر را در نظر بگیرید

در برج خنک کننده مدار باز، مقدار قابل توجهی گرما از طریق تبخیر خارج می شود. گرمای تبخیر ($Q_e$) را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

$Q_e = m\ بار h_{fg}$

که $m$ نرخ جریان جرمی آب تبخیر شده (بر حسب پوند در ساعت یا کیلوگرم بر ثانیه) و $h_{fg}$ گرمای نهان تبخیر آب است. در فشار اتمسفر استاندارد، گرمای نهان تبخیر آب تقریباً 970 BTU/lb یا 2257 کیلوژول بر کیلوگرم است.

نرخ جریان جرمی آب تبخیر شده را می توان بر اساس محدوده خنک کننده ($\Delta T$) و رویکرد ($A$) برج خنک کننده تخمین زد. محدوده خنک کننده تفاوت بین دمای آب ورودی و خروجی است و رویکرد تفاوت بین دمای آب خروجی و دمای حباب مرطوب هوای محیط است.

یک تقریب معمول برای سرعت جریان جرمی آب تبخیر شده به شرح زیر است:

$m=\frac{Q_p}{h_{fg}}$

مرحله 3: حساب انتقال حرارت معقول

علاوه بر گرمای تبخیر، انتقال حرارت معقولی بین آب و هوا نیز وجود دارد. انتقال حرارت معقول ($Q_s$) را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

$Q_s = m_w\times C_p\times\Delta T$

که در آن $m_w$ نرخ جریان جرمی آب از طریق برج خنک کننده (بر حسب پوند در ساعت یا کیلوگرم بر ثانیه)، $C_p$ ظرفیت گرمایی ویژه آب (1 BTU/lb - °F یا 4.18 کیلوژول بر کیلوگرم - °C) و $\Delta T$ محدوده خنک کننده است.

مجموع بار خنک کننده ($Q_{total}$) برج خنک کننده مدار باز مجموع بار حرارتی حاصل از فرآیند، گرمای تبخیر و انتقال حرارت محسوس است:

$Q_{total}=Q_p + Q_e+Q_s$

محاسبه مثال

فرض کنید یک فرآیند صنعتی با بار حرارتی 500000 BTU/h داریم. سرعت جریان آب از طریق برج خنک کننده 1000 گرم در دقیقه (گالن در دقیقه) است. دمای آب ورودی 95 درجه فارنهایت و دمای آب خروجی 85 درجه فارنهایت است. دمای مرطوب حباب هوای محیط 75 درجه فارنهایت است.

ابتدا محدوده خنک کننده را محاسبه کنید: $\Delta T=95 - 85 = 10$°F

نرخ جریان جرمی آب بر حسب پوند در ساعت:

1 گالن آب تقریباً 8.34 پوند وزن دارد. بنابراین، برای سرعت جریان 1000 گرم در دقیقه، نرخ جریان جرمی آب $m_w$ برابر است با:

$m_w=1000\times60\times8.34 = 500400 دلار پوند در ساعت

انتقال حرارت معقول:

$Q_s=m_w\times C_p\times\Delta T$

$Q_s = 500400\times1\times10=5004000$ BTU/h

بار حرارتی حاصل از فرآیند $Q_p = 500000$ BTU/h است

گرمای تبخیر را می توان تخمین زد. با فرض یک تقریب ساده، می‌توانیم جرم آب تبخیر شده را بر اساس بار حرارتی حاصل از فرآیند محاسبه کنیم.

$m=\frac{Q_p}{h_{fg}}=\frac{500000}{970}\approx515.46$ پوند در ساعت

$Q_e=m\times h_{fg}=515.46\times970 = 500000$ BTU/h

کل بار خنک کننده:

$Q_{total}=Q_p+Q_e + Q_s=500000+500000 + 5004000=6004000$ BTU/h

اهمیت محاسبه دقیق بار خنک کننده

محاسبه دقیق بار خنک کننده به دلایل مختلفی ضروری است. در مرحله اول، اطمینان حاصل می کند که برج خنک کننده اندازه مناسبی دارد. یک برج خنک کننده کوچک نمی تواند نیازهای خنک کننده را برآورده کند، که منجر به گرم شدن بیش از حد تجهیزات و کاهش راندمان می شود. از طرف دیگر، یک برج خنک کننده بزرگ منجر به افزایش هزینه های اولیه و افزایش مصرف انرژی می شود.

ثانیاً به بهینه سازی عملکرد برج خنک کننده کمک می کند. با درک بار خنک کننده، می توانید نرخ جریان آب، سرعت جریان هوا و سایر پارامترهای عملیاتی را برای دستیابی به بهترین عملکرد و بهره وری انرژی تنظیم کنید.

برای خرید و مشاوره تماس بگیرید

ما به عنوان یک تامین کننده برج خنک کننده مدار باز، تخصص و تجربه را داریم تا به شما کمک کنیم تا بار خنک کننده را به طور دقیق محاسبه کنید و مناسب ترین برج خنک کننده را برای برنامه خود انتخاب کنید. چه در صنعت تولید برق، تولید یا تهویه مطبوع باشید، تیم حرفه ای ما می تواند راه حل های سفارشی را به شما ارائه دهد. اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات ما هستید یا به کمک محاسبات بار خنک کننده نیاز دارید، لطفاً برای تهیه و مشاوره با ما تماس بگیرید.

مراجع

• راهنمای ASHRAE - سیستم ها و تجهیزات HVAC. انجمن مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع آمریکا.
• موسسه برج خنک کننده. دستورالعمل ها و دستورالعمل های فنی برای طراحی و بهره برداری برج خنک کننده.