محاسبات انتخاب فن برج خنک کننده

  محاسبات انتخاب فن برج خنک کننده

•  انواع برج خنک کننده
•  دسته ‌بندی بر اساس جریان هوا
•  محاسبه دبی هوا و پارامترهای لازم برای انتخاب فن  با مثال
• عوامل کلیدی در انتخاب فن برای برج خنک کننده

کولینگ ‌تاورها (Cooling Towers) یا برج خنک کننده یکی از عناصر کلیدی در بسیاری از سیستم‌های سرمایشی صنعتی و تجاری به شمار می‌روند. وظیفه اصلی این تجهیزات، دفع حرارت اضافی از سیستم‌ها به محیط بیرون است. در قلب عملکرد یک برج خنک کننده، فن قرار دارد؛ عضوی که جریان هوا را از میان ساختار برج عبور داده و فرایند خنک‌ سازی را ممکن می‌سازد.

انتخاب نادرست فن، نه تنها باعث کاهش راندمان سیستم، بلکه منجر به افزایش مصرف انرژی، سر و صدای اضافی و حتی خرابی‌های زودهنگام می‌شود. از این رو، طراحی و انتخاب فن مناسب بر اساس داده‌های دقیق مهندسی، جزو مراحل حیاتی در فرآیند طراحی سیستم‌های سرمایشی محسوب می‌شود.

در این مقاله، ابتدا با انواع برج خنک کننده آشنا می‌شویم، سپس محاسبات لازم برای تعیین دبی هوا و فشار استاتیکی مورد نیاز را انجام می‌دهیم، و در نهایت، دو مدل مناسب از برندهای معتبر ebm-papst و Rosenberg را معرفی می‌کنیم.

انواع برج خنک کننده

برج خنک کننده را می‌توان از جنبه‌های مختلفی دسته‌بندی کرد. متداول‌ترین تقسیم‌بندی، بر اساس مدار آب و نوع تماس هوا و آب است.

برج خنک کننده مدار باز (Open Circuit)

در این نوع، آب گرم مستقیماً روی پکینگ‌ها پاشیده می‌شود و در تماس مستقیم با هوای محیط قرار می‌گیرد. بخشی از آب تبخیر شده و با خود گرمای نهان را خارج می‌کند.

 مزیت: راندمان بالا و ساده بودن طراحی

 عیب: نیاز به تصفیه آب و احتمال ایجاد رسوب و جلبک

برج خنک کننده  مدار بسته (Closed Circuit)

در این مدل، آب در داخل کویل‌هایی فلزی جریان دارد و با هوای عبوری و اسپری آب تماس می‌گیرد اما خود آب سیستم با هوای بیرون تماس مستقیم ندارد.

 مزیت: کیفیت آب حفظ می‌شود، مناسب برای فرآیندهای حساس

 عیب: هزینه اولیه بالاتر، راندمان کمی پایین‌تر نسبت به مدار باز

برج خنک کننده هیبریدی

ترکیبی از دو نوع بالا است و بسته به شرایط دما و رطوبت، بین عملکرد مدار باز و بسته سوئیچ می‌کند.

 مزیت: صرفه‌جویی در مصرف آب و انرژی

 عیب: پیچیدگی بیشتر در طراحی و کنترل

دسته ‌بندی بر اساس جریان هوا

برج خنک کننده همچنین از نظر جهت جریان هوا نسبت به آب به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:

Crossflow: جریان هوا به صورت افقی و آب به صورت عمودی حرکت می‌کند.

Counterflow: هوا و آب در جهت مخالف حرکت می‌کنند و تبادل حرارت مؤثرتری دارند.

محاسبه دبی هوا و پارامترهای لازم برای انتخاب فن با مثال

 هدف محاسبات

برای انتخاب یک فن مناسب، ما باید ابتدا بدانیم چه مقدار هوا (دبی هوا) باید از میان برج خنک کننده عبور کند تا مقدار مشخصی از گرما را از آب حذف کند. اطلاعات کلیدی شامل:

دمای ورودی و خروجی آب

دبی آب (مقدار آب در گردش)

ظرفیت حرارتی آب

شرایط محیطی (دمای مرطوب)

 اطلاعات نمونه برای مثال مهندسی:

دمای ورودی آب: 40°C

دمای خروجی آب: 30°C

دمای مرطوب محیط (wet bulb): 25°C

دبی آب در گردش: 100 m³/h

1. محاسبه انرژی مورد نیاز برای دفع (Heat Rejection)

از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:

Q=m.Cp. ∆T

که در آن:

m  دبی جرمی آب (kg/s)

Cp ظرفیت حرارتی ویژه آب ≈ 4.18 kJ/kg°C

ΔT اختلاف دمای ورودی و خروجی آب = 10°C

ابتدا دبی جرمی را محاسبه می‌کنیم با در نظر گرفتن جرم حجمی آب:

m = 1000*100/3600 = 27.78 kg/s

Q = 27.78*4.18*10 = 11161 kw

2. محاسبه دبی هوای لازم (Airflow)

برای تبادل این مقدار انرژی از طریق تبخیر، به تخمین تجربی دبی هوا نیاز داریم. بسته به شرایط، برای هر 1 kW تبادل گرما، به حدود 0.02 m³/s جریان هوا نیاز است.

V = 1161*0.02 = 23.22 m3/s

 = 83.592 m3/h

 تعیین فشار استاتیک فن (Static Pressure)

فشار استاتیک مورد نیاز بستگی به مقاومت پکینگ، شبکه‌های توزیع آب، و مسیر هوا دارد. برای مثال معمولی، مقدار بین 60 تا 150 Pa در نظر گرفته می‌شود. ما اینجا فرض می‌کنیم:

Static Pressure = 100 Pa

 3. محاسبه راندمان فن و توان مصرفی

اگر راندمان فن حدود 60٪ باشد، توان مورد نیاز فن (shaft power):

P = ∆p*Q/η = 3.87 KW

 نتیجه:

برای دفع حدود 1161 kW گرما، ما به فنی با ویژگی‌های زیر نیاز داریم:

دبی هوا: ~84,000 m³/h

فشار استاتیک: ~100 Pa

توان مصرفی فن: ~4 kW

عوامل کلیدی در انتخاب فن برای برج خنک کننده

انتخاب فن مناسب فقط بر مبنای دبی هوا و فشار نیست، بلکه باید فاکتورهای زیر را نیز بررسی کرد:

 شرایط محیطی و محل نصب

آیا محیط مرطوب یا خورنده است؟ (مانند برج‌های مدار باز)

آیا فن در فضای باز نصب می‌شود؟ مقاومت در برابر باران، گردوغبار و UV اهمیت دارد.

 نوع موتور

موتور EC: بازده بالا، کنترل هوشمند، مصرف برق کمتر

موتور AC: ساده‌تر، اقتصادی‌تر، اما با بازده کمتر

در پروژه‌های مدرن با نیاز به کنترل دقیق، EC پیشنهاد می‌شود.

میزان نویز

گاهی نویز فن، مخصوصاً در نزدیکی مناطق مسکونی، یک عامل محدودکننده است.

فن‌های با طراحی آیرودینامیک پیشرفته (مثل ebm AxiBlade) صدای کمتری تولید می‌کنند.

 راندمان انرژی

راندمان بالا به معنی مصرف انرژی کمتر در بلندمدت و هزینه‌ی عملیاتی پایین‌تر است.

در پروژه‌هایی با زمان کارکرد بالا، فن EC معمولاً در بلندمدت مقرون‌به‌صرفه‌تر است.

 نوع پره و جنس بدنه

پره‌های آلومینیومی یا پلاستیک مقاوم در برابر UV برای برج‌های فضای باز مناسب‌ترند.

 سرویس‌ و نگهداری

نصب ساده و دسترسی به قطعات مصرفی (بلبرینگ، موتور، کنترلر)

فن‌های با موتورهای مجتمع، تعمیرپذیری بهتری دارند.

 هزینه کلی (Total Cost of Ownership)

انتخاب فن ارزان ‌قیمت ممکن است هزینه نگهداری و انرژی را در بلندمدت افزایش دهد.

ترکیب هزینه خرید + مصرف انرژی + نگهداری باید بررسی شود.

کسب اطلاعات بیشتر

با توجه به اینکه هلدینگ تهویه توس به صورت دوره ای انواع فن صنعتی مورد نیاز در بازار ایران را بر حسب نیاز صنایع موجود می‌کند، جهت اطلاع از موجود بودن انواع فن صنعتی شرکت ebm و همچنین قیمت محصولات لطفا با شماره زیر (بخش مهندسی فروش) تماس برقرار نمایید: