مهمترین عامل در طراحی برج خنک کننده: دمای مرطوب شهرهای ایران
طراحی برج خنک کننده بر اساس پارامترهای اصلی از جمله دمای ورود آب گرم به کولینگ تاور، دمای خروج آب سرد از کولینگ تاور، دبی آب و حداکثر دمای مرطوب محل نصب دستگاه صورت می پذیرد. در طراحی تمام برج های خنک کننده، دمای مرطوب یکی از مهم ترین پارامترهای طراحی می باشد.
برج خنک کننده یکی از تجهیزات مهم در صنعت و ساختمان است که برای خنک کردن آب یا سیالات دیگر استفاده می شود. این دستگاه ها با تبخیر بخشی از آب دمای آب را کاهش می دهند. دمای هوای مرطوب یکی از عوامل مهم در طراحی برج خنک کننده است. از آنجایی که ایران در منطقه گرم و خشک خاورمیانه قرار دارد، شرایط آب و هوایی متفاوتی دارد. در برخی از مناطق کشور دمای هوای مرطوب بسیار بالاست. این می تواند عملکرد برج خنک کننده را تحت تاثیر قرار دهد و کارایی آن را کاهش دهد. این مقاله به بررسی اهمیت دمای هوای مرطوب در طراحی برج خنک کننده در شهرهای ایران می پردازد. علاوه بر این، تأثیر دمای هوای مرطوب بر عملکرد برج خنک کننده مورد آنالیز و تحلیل قرار خواهد گرفت.
تاثیر دمای مرطوب در طراحی برج خنک کننده
در طراحی برج خنک کننده، دمای هوای مرطوب یکی از پارامترهای حیاتی است که باید در نظر گرفته شود. این دما به عنوان دمای نقطه شبنم هوا که معادل دمای هوای اشباع شده از بخار آب است تعریف می شود. بر اساس دمای هوای خشک و رطوبت نسبی هوا، دمای هوای مرطوب محاسبه می شود.
دمای هوای مرطوب تاثیر مستقیمی بر میزان تبخیر آب در برج خنک کننده دارد. هر چه دمای هوای مرطوب بیشتر باشد، میزان تبخیر آب نیز بیشتر می شود. این مشکل در نهایت منجر به کاهش راندمان برج خنک کننده و افزایش مصرف آب می شود. اما در طراحی برج های خنک کننده باید دمای هوای مرطوب را به دقت در نظر گرفت و راهکارهایی مانند استفاده از سیستم های تهویه مناسب و کنترل تبخیر آب را برای حفظ راندمان و عملکرد بهینه برج ها و به حداقل رساندن آب در نظر گرفت.
بررسی دمای مرطوب ایران
ایران دارای شرایط آب و هوایی شگفت انگیزی است، به طوری که همزمان در نقطه ای از کشور هوا گرم است و در نقطه ای دیگر هوا سرد و گاه این اختلاف به 50 درجه سانتیگراد می رسد. همچنین گرمترین نقطه زمین در چند سال گذشته در کویر لوط ایران بوده است (دمای خشک شهرهای ایران).
این شرایط متفاوت دمایی، ناشی از جغرافیایی طبیعی سرزمین اعم از کوه ها، بیابان ها، رودها، دریاها و دریاچه ها می باشد. ایران در وضعیت تنش آبی قرار دارد، در نتیجه در کشوری با این شرایط آب و هوایی نیاز است که تجهیزات بر اساس دمای همان محل مورد بهره برداری انتخاب گردد.
دمای مرطوب (wet-bulb)، یعنی دمای یک حجم از هوا 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 را به وسیله دماسنج 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. تحلیل دما و رطوبت در نمودار سایکرومتریک امکانپذیر است.
اساس طراحی در کولینگ تاور حداکثر دمای مرطوب برج خنک کننده می باشد. به طور مثال حداکثر دمای مرطوب تابستان در شهر تهران برابر 24 درجه سانتیگراد است که با این حساب در تابستان می توان دمای آب برج خنک کن را تا 3 درجه بالای دمای مرطوب یعنی در حدود 27 درجه سانتیگراد پایین آورد.
اثر دمای مرطوب هوا بر عملکرد برج خنک کننده
دمای مرطوب هوا، تأثیر مستقیمی بر عملکرد برج خنک کننده دارد. افزایش دمای مرطوب هوا، باعث کاهش راندمان برج خنک کننده می شود. در برج خنک کننده، آب گرم با هوای گرم و مرطوب تماس پیدا می کند. آب، گرمای خود را به هوا منتقل می کند و هوا، رطوبت خود را از دست می دهد. با تبخیر آب، دمای هوا کاهش می یابد. هرچه دمای مرطوب هوا بالاتر باشد، میزان تبخیر آب بیشتر می شود. این امر باعث می شود که آب گرم، بیشتر گرمای خود را به هوا منتقل کند. در نتیجه، دمای آب خروجی از برج خنک کننده، کمتر کاهش می یابد.
یک برج خنک کننده در یک نیروگاه برای حذف گرما از آب خنک کننده کندانسور با انتقال آن به جو از طریق فرآیند تبخیر استفاده می شود. کارایی این فرآیند تحت تأثیر سطوح رطوبت هوای اطراف است.
درک اینکه چگونه رطوبت بر راندمان برج خنک کننده تأثیر می گذارد و برای بهینه سازی عملکرد آنها و دستیابی به اثرات خنک کننده مطلوب، حیاتی است، در ادامه این بخش به بررسی تاثیر رطوبت در هر بخش خواهیم پرداخت.
- خنک کننده تبخیری
- برج های خنک کننده در درجه اول بر اساس اصل خنک کننده تبخیری کار می کنند.
- آب گرم برگشتی از کندانسورها از طریق برج به گردش در می آید و در حالی که در معرض هوای محیط قرار می گیرد در سطح وسیعی پاشیده یا پخش می شود.
- این یک سطح بزرگ برای تبخیر آب ایجاد می کند و گرمای آب به رطوبت تبخیر کننده منتقل می شود.
- هرچه رطوبت کمتر باشد، تبخیر و انتقال حرارت سریعتر انجام می شود که منجر به عملکرد خنک کننده بهتر می شود.
- رطوبت کم باعث تبخیر سریعتر می شود و فرآیند خنک سازی را افزایش می دهد.
- نرخ تبخیر بالاتر منجر به بهبود راندمان برج خنک کننده می شود.
- دمای مرطوب (Wet Bulb)
- دمای حباب مرطوب معیاری است برای کمترین دمایی که با تبخیر آب در هوا می توان به آن رسید.
- هم تحت تأثیر دما و هم رطوبت هوا است. با افزایش رطوبت، دمای لامپ مرطوب افزایش می‌یابد و اختلاف دمایی بین آب در گردش و هوای محیط را کاهش می‌دهد.
- این کارایی خنک کنندگی برج را کاهش می دهد زیرا نیروی محرکه برای انتقال حرارت کاهش می یابد.
- راندمان انتقال حرارت
- رطوبت مستقیماً بر راندمان انتقال حرارت در برج های خنک کننده تأثیر می گذارد.
- رطوبت بالا اختلاف دمای آب و هوا را کاهش می دهد و سرعت انتقال حرارت را کاهش می دهد.
- برج های خنک کننده که در شرایط رطوبت بالا کار می کنند ممکن است برای دستیابی به اثرات خنک کننده مطلوب نیاز به مصرف انرژی بیشتری داشته باشند.
- از دست دادن آب
- برج های خنک کننده از طریق تبخیر از دست دادن آب را تجربه می کنند.
- سطح رطوبت بر سرعت تبخیر تأثیر می گذارد و مستقیماً بر اتلاف آب تأثیر می گذارد.
- رطوبت بیشتر باعث تبخیر کمتر و کاهش اتلاف آب از برج خنک کننده می شود.
- این می تواند برای صرفه جویی در آب مفید باشد، اما همچنین ممکن است ظرفیت کلی برج خنک کننده را کاهش دهد.
- رسوب گیری و رسوب گیری
- رسوب گیری و رسوب گیری به تجمع ناخالصی ها و مواد معدنی روی سطوح تبادل حرارتی اطلاق می شود.
- شرایط رطوبت بالا می تواند مشکلات رسوب گذاری و رسوب در برج های خنک کننده را تشدید کند.
- فزایش رطوبت باعث رسوب ناخالصی ها، کاهش راندمان خنک کننده و افزایش نیاز به نگهداری می شود.
نتیجه اینکه رطوبت به طور قابل‌توجهی بر عملکرد برج های خنک کننده تأثیر می گذارد که به طبع بر سرمایش تبخیری، دمای مرطوب، راندمان انتقال حرارت، اتلاف آب و مسائل رسوب‌گذاری/ رسوب‌گذاری نیز موثر خواهد بود.
با درک این تأثیرات، اپراتورها و مهندسان می توانند عملکرد برج خنک کننده را بر اساس شرایط رطوبت بهینه کرده و از اتلاف گرمای کارآمد و حفظ عملکرد سیستم اطمینان حاصل کنند.
همچنین با مدیریت صحیح سطوح رطوبت می تواند کارایی برج خنک کننده را افزایش داده، مصرف انرژی را کاهش دهند تا در نهایت طول باعث افزایش طول عمر تجهیزات برج خنک کننده شود.
اثر دمای مرطوب هوا بر راندمان برج خنک کننده
راندمان برج خنک کننده، نسبت دمای آب ورودی به دمای آب خروجی است. هرچه دمای آب خروجی از برج خنک کننده کمتر باشد، راندمان برج خنک کننده بیشتر می شود. افزایش دمای مرطوب هوا، باعث کاهش راندمان برج خنک کننده می شود. این امر به دلیل کاهش دمای آب خروجی از برج خنک کننده است. از سوی دیگر، در شرایطی که دما بالا و رطوبت هوا نیز بالا باشد، تبخیر کمتری اتفاق می افتد که می تواند باعث کاهش تبادل حرارت و کاهش راندمان برج خنک کننده شود. بنابراین، باید دما و رطوبت هوا را در طراحی و عملکرد برج خنک‌کننده در نظر گرفت تا بهترین عملکرد را ارائه دهد.
در جدول زیر، تأثیر دمای مرطوب هوا بر راندمان برج خنک کننده نشان داده شده است.
| دمای مرطوب هوا (C) | راندمان برج خنک کننده (%) |
| 20 | 80 |
| 25 | 75 |
| 30 | 70 |
| 35 | 65 |
راهکارهای افزایش راندمان برج خنک کننده در شرایط دمای مرطوب بالا
- افزایش سطح تماس بین آب و هوا
- استفاده از فن های با قدرت بیشتر
- استفاده از مواد با ضریب انتقال حرارت بالا
- استفاده از آب با دمای بالاتر
نتیجه گیری
دمای مرطوب هوا، یکی از عوامل مهم در طراحی برج خنک کننده است. افزایش دمای مرطوب هوا، باعث کاهش راندمان برج خنک کننده می شود. در کشور ایران، به دلیل قرار گرفتن در منطقه گرم و خشک خاورمیانه، دمای مرطوب هوا در برخی از مناطق کشور بسیار بالا است. این امر می تواند بر عملکرد برج خنک کننده تأثیر بگذارد.