تحجيم برج التبريد من أجل الأداء الأمثل

أبراج التبريد هي أجهزة أساسية لرفض الحرارة تستخدم في العمليات الصناعية وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وتطبيقات التبريد لإزالة الحرارة من الماء، مما يتيح التبريد الفعال. يضمن الحجم المناسب أن برج التبريد يمكنه التعامل مع الحمل الحراري في ظل ظروف بيئية محددة، مما يؤثر بشكل مباشر على أداء المبرد وكفاءة النظام بشكل عام. يمكن أن يؤدي الحجم الصغير إلى عدم كفاية التبريد، وفشل النظام، وزيادة تكاليف الطاقة، في حين أن الحجم الزائد قد يؤدي إلى نفقات رأسمالية غير ضرورية وعدم الكفاءة التشغيلية. يهدف هذا الدليل إلى توفير طريقة عملية لتحديد حجم أبراج التبريد، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل الحمل الحراري، ومعدل التدفق، ودرجة حرارة اللمبة الرطبة.

المفاهيم الأساسية في حجم برج التبريد

قبل الغوص في عملية التحجيم، من المهم فهم المصطلحات الأساسية:

• الحمل الحراري (س): إجمالي كمية الحرارة التي يجب رفضها، يتم قياسها عادةً بوحدة حرارية بريطانية/ساعة أو طن (1 طن = 12000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة لقدرة تبريد المبرد، لكن أبراج التبريد غالبًا ما تستخدم "طن برج" يبلغ 15000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة لحساب حرارة الضغط).
• معدل التدفق (GPM): حجم المياه المتداولة عبر برج التبريد، ويقاس بالجالون في الدقيقة، مما يؤثر على قدرة البرج على رفض الحرارة.
• يتراوح: الفرق في درجة الحرارة بين الماء الساخن الذي يدخل البرج (HWT) والماء البارد الخارج منه (CWT)، عادة ما يكون من 8 درجات فهرنهايت إلى 12 درجة فهرنهايت في التصميمات القياسية.
• يقترب: يشير الفرق بين CWT ودرجة حرارة اللمبة الرطبة المحيطة (WBT)، إلى مدى قدرة البرج على تبريد الماء إلى إمكانات تبريد الهواء. النهج الأصغر يتطلب برجًا أكبر.
• درجة حرارة اللمبة الرطبة (WBT): مقياس للرطوبة ودرجة الحرارة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحديد أداء برج التبريد، حيث أنه يحدد الحد الأدنى لتبريد المياه.

غالبًا ما تتضمن شروط التصميم القياسية HWT عند 95 درجة فهرنهايت، وCWT عند 85 درجة فهرنهايت (نطاق 10 درجات فهرنهايت)، وWBT عند 78 درجة فهرنهايت، مع اقتراب 7 درجات فهرنهايت، كما هو مذكور في مختبرات شاردون. ومع ذلك، قد تختلف الظروف الفعلية، مما يتطلب تعديلات.

خطوات تحديد حجم برج التبريد

لتحديد حجم برج التبريد بشكل فعال، اتبع هذه الخطوات التفصيلية، مستمدة من مصادر متعددة موثوقة مثل أبراج دلتا للتبريد و هندسة المزايا.

1. تحديد الحمل الحراري (س)

الحمل الحراري هو إجمالي رفض الحرارة الذي يتطلبه النظام، عادةً من المبرد أو العملية الصناعية. لتطبيقات المبرد:

• احصل على معدل رفض الحرارة من ورقة مواصفات المبرد، والتي تتضمن كلاً من حمل التبريد والحرارة المضافة بواسطة الضاغط.

• إذا لم يكن متاحًا، قم بتقديره باستخدام قدرة التبريد للمبرد بالطن ومعامل الأداء (COP). الصيغة هي:

  س(وحدة حرارية بريطانية/ساعة)=قدرة التبريد (طن)×12و000×(1+شرطي1​)

  على سبيل المثال، بالنسبة لمبرد سعة 100 طن مع COP قدره 3:

  س=100×12و000×(1+31​)=1و200و000×40HP مبرد مياه معبأة 1​=1و600و000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة

  وبدلاً من ذلك، هناك قاعدة عامة تتمثل في أن رفض الحرارة يبلغ حوالي 1.25 إلى 1.3 ضعف قدرة التبريد، كما هو مذكور في صندوق الأدوات الهندسية، حيث يتم تعريف "طن البرج" بـ 15000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة، مقارنة بـ 12000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة لأطنان التبريد.

  لذلك، بالنسبة لقدرة التبريد البالغة 100 طن، يكون رفض الحرارة ≈ 125 طن × 12000 = 1500000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة، أو بالأطنان البرجية، 1500000 / 15000 ≈ 100 طن برجي، ولكن من الأفضل استخدام الحساب الدقيق.

2. اختر درجات حرارة التصميم

حدد درجات حرارة التشغيل بناءً على متطلبات النظام والممارسات القياسية:

• درجة حرارة الماء الساخن (HWT): عادة من 95 درجة فهرنهايت إلى 100 درجة فهرنهايت لمكثفات التبريد، اعتمادًا على التطبيق. قد تتطلب درجات الحرارة المرتفعة أبراجًا أكبر.
• درجة حرارة الماء البارد (CWT): غالبًا ما يتم ضبطها على 85 درجة فهرنهايت للتصميمات القياسية، ولكن يمكن أن تختلف. الفرق (HWT - CWT) هو النطاق، عادة من 8 درجات فهرنهايت إلى 12 درجة فهرنهايت.
• درجة حرارة اللمبة الرطبة (WBT): احصل على تصميم WBT لموقع التثبيت من بيانات أو معايير الأرصاد الجوية مثل ASHRAE. على سبيل المثال، تعتبر درجة حرارة WBT البالغة 78 درجة فهرنهايت قياسية، ولكنها يمكن أن تتراوح من 70 درجة فهرنهايت إلى 85 درجة فهرنهايت حسب المناخ.

النهج (CWT – WBT) أمر بالغ الأهمية؛ ويعني النهج الأصغر (على سبيل المثال، 5 درجات فهرنهايت) أن البرج يجب أن يبرد المياه بالقرب من WBT، مما يتطلب وحدة أكبر. تتراوح الأساليب النموذجية من 5 درجات فهرنهايت إلى 10 درجات فهرنهايت، كما هو مذكور في برج التبريد ش.م.م.

3. حساب معدل التدفق المطلوب (GPM)

استخدم الحمل الحراري والمدى لحساب معدل تدفق المياه المطلوب باستخدام الصيغة:

إعادة الترتيب للعثور على GPM:

على سبيل المثال، مع Q = 1,500,000 BTU/hr والنطاق = 10 درجة فهرنهايت:

وبدلاً من ذلك، استخدم القيم الأساسية: بالنسبة لنطاق 10 درجات فهرنهايت، ما يقرب من 3 جالون في الدقيقة لكل طن مبرد، وفقًا لـ هندسة المزايا، والذي يتوافق مع حساباتنا أعلاه لمبرد سعة 100 طن (300 جالونًا في الدقيقة لكل 100 طن، أو 3 جالونًا في الدقيقة/طن).

بالنسبة للنطاقات المختلفة، قم بالضبط وفقًا لذلك. بالنسبة لنطاق 8 درجات فهرنهايت، سيكون GPM أعلى، كما هو موضح في الجدول أدناه:

يوضح هذا الجدول كيفية زيادة معدل التدفق مع نطاق أصغر، مما قد يتطلب أبراجًا أكبر.

4. حدد برج التبريد

مع معرفة GPM وHWT وCWT وWBT، استخدم أدوات التحديد الخاصة بالشركة المصنعة أو جداول الأداء لاختيار نموذج. على سبيل المثال، أبراج دلتا للتبريد يقدم برنامج حاسبة يقوم بإدخال هذه المعلمات للتوصية بنموذج. تأكد من أن البرج المحدد يمكنه تحقيق CWT المطلوب وفقًا لتصميم WBT، مع الأخذ في الاعتبار:

• تصنيف السعة: يتم تصنيف أبراج التبريد وفقًا للظروف القياسية (على سبيل المثال، 95 درجة فهرنهايت، 85 درجة فهرنهايت، 78 درجة فهرنهايت). إذا اختلفت الظروف، استخدم عوامل التصحيح المقدمة من قبل الشركات المصنعة.
• النهج والكفاءة: يتطلب النهج الأصغر (على سبيل المثال، 5 درجات فهرنهايت مقابل 10 درجات فهرنهايت) برجًا أكبر، مما يؤثر على التكلفة والحجم.

5. النظر في عوامل إضافية

هناك عدة عوامل يمكن أن تؤثر على أداء برج التبريد وحجمه:

• ارتفاع: تؤدي الارتفاعات العالية إلى تقليل كثافة الهواء، مما قد يقلل من كفاءة التبريد. قد توفر الشركات المصنعة عوامل ديرتينج.
• الرطوبة واختلافات WBT: يمكن أن تؤثر الرطوبة الشديدة على معدلات التبخر. تأكد من أن تصميم WBT يراعي ظروف الذروة.
• جودة المياه: يمكن أن يؤدي سوء نوعية المياه إلى التحجيم أو التلوث، مما يقلل من الكفاءة. فكر في أنظمة معالجة المياه أو اختر برجًا أكبر.
• قيود المساحة والتركيب: تأكد من أن البرج المحدد يناسب المساحة المتاحة ويلبي المتطلبات الهيكلية والضوضاء.
• كفاءة الطاقة: قد تؤدي الأبراج الأكبر حجمًا ذات النهج الأقل إلى توفير الطاقة على المدى الطويل، مما يؤدي إلى موازنة التكاليف الأولية.

6. تحقق مع الشركة المصنعة

نظرًا للتعقيد، تحقق دائمًا من الاختيار مع الشركة المصنعة لبرج التبريد أو مهندس مؤهل، خاصة بالنسبة للأنظمة الحيوية. يمكنهم تقديم منحنيات أداء مفصلة وضمان الامتثال للقوانين والمعايير المحلية.

رؤى إضافية ونصائح الصيانة

من مختبرات شاردون‎درجة حرارة اللمبة الرطبة أمر بالغ الأهمية، لأنها تحدد حد التبريد. على سبيل المثال، عند 78 درجة فهرنهايت WBT، يعد تحقيق CWT 85 درجة فهرنهايت (نهج 7 درجات فهرنهايت) أمرًا قياسيًا، لكن WBTs الأعلى قد تتطلب أبراجًا أكبر أو مراحل تبريد إضافية.

من صندوق الأدوات الهندسيةيعد التمييز بين طن التبريد (12000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة) وأطنان البرج (15000 وحدة حرارية بريطانية/ساعة) أمرًا مهمًا، حيث يجب على أبراج التبريد التعامل مع الحرارة الإضافية الناتجة عن عمل الضاغط، والتي تبلغ عادةً 1.25 إلى 1.3 ضعف سعة المبرد.

بالنسبة للمهام المتعلقة بغاز التبريد، استشر المتخصصين دائمًا، حيث أن التعامل مع غازات التبريد يتطلب معدات متخصصة ويتم تنظيمها لمنع الأضرار البيئية، على الرغم من أن هذا أكثر صلة بصيانة المبرد بدلاً من تغيير حجم البرج.

استنتاج

يغطي هذا الدليل الشامل عملية تحديد حجم برج التبريد لتحقيق الأداء الأمثل، مع التركيز على حساب السعة بناءً على الحمل الحراري والعوامل البيئية. من خلال تحديد الحمل الحراري، واختيار درجات حرارة التصميم المناسبة، وحساب معدل التدفق، واستخدام أدوات الشركة المصنعة للاختيار، يمكنك التأكد من أن برج التبريد يلبي احتياجات المبرد الخاص بك. ضع في اعتبارك عوامل إضافية مثل الارتفاع ونوعية المياه، وتحقق دائمًا من الخبراء بشأن الأنظمة المهمة. يهدف هذا النهج، الذي تم تحسينه من أجل "حجم برج التبريد" و"أداء التبريد"، إلى أن يكون مصدرًا شاملاً للمهندسين ومديري المرافق.