برج خنکسازی دستگاهی است که حرارت زائد را از طریق خنکسازی جریان مبرد، معمولاً جریان آب، به دمای پایینتر منتقل میکند. برجهای خنکسازی در فرآیندهای صنعتی که نیاز به حذف حرارت دارند، مانند تولید برق، سرمایش، تهویه مطبوع و پردازش شیمیایی، به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. برجهای خنکسازی میتوانند بر اساس جریان هوا، جریان آب، روش انتقال حرارت و شکل به انواع مختلف تقسیمبندی شوند. برخی از انواع رایج برجهای خنکسازی شامل برجهای خنکسازی با جریان هوا طبیعی، جریان هوا مجبور، جریان هوا القایی، جریان متقابل، جریان متقاطع و مرطوب/خشک هستند.
برای درک طراحی، عملکرد، عملیات و نگهداری برجهای خنکسازی، ضروری است با برخی از اصطلاحات معمول در صنعت برجهای خنکسازی آشنا باشید.
این مقاله مفاهیم و تعاریف اساسی اصطلاحات برجهای خنکسازی را توضیح خواهد داد و نمونهها و فرمولهای محاسبه را ارائه خواهد داد.
یونیت حرارتی بریتانیایی (BTU) واحدی از انرژی حرارتی است که به مقدار حرارت لازم برای افزایش دماي یک پوند آب به یک درجه فارنهایت در محدوده ۳۲ تا ۲۱۲ فارنهایت تعریف میشود. BTU معمولاً برای اندازهگیری بار حرارتی یا نرخ انتقال حرارت برجهای خنکسازی استفاده میشود.
تن معیاری برای خنکسازی تبخیری است که معادل ۱۵,۰۰۰ یونیت حرارتی بریتانیایی در ساعت برای برجهای خنکسازی است. این مقدار نشاندهنده مقدار حرارتی است که با تبخیر یک تن آب در ۱۲,۰۰۰ یونیت حرارتی بریتانیایی در ساعت حذف میشود. تن همچنین واحدی از ظرفیت سرمایشی است که برابر با ۱۲,۰۰۰ یونیت حرارتی بریتانیایی در ساعت است.
بار حرارتی مقدار حرارتی است که باید از آب مداری در سیستم برج خنکسازی حذف شود.
این مقدار توسط بار حرارتی فرآیند و نرخ جریان آب مداری تعیین میشود. بار حرارتی میتواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:
که در آن،
Q = بار حرارتی در یونیت حرارتی بریتانیایی در ساعت
m = نرخ جریان جرمی آب در پوند در ساعت
Cp = گرمای ویژه آب در یونیت حرارتی بریتانیایی بر پوند درجه فارنهایت
ΔT = تفاوت دما بین آب گرم و آب سرد در درجه فارنهایت
بار حرارتی پارامتر مهمی در تعیین اندازه و هزینه برج خنکسازی است. بار حرارتی بالاتر نیازمند برج خنکسازی بزرگتر با جریان هوا و آب بیشتر است.
دامنه خنکسازی تفاوت دما بین آب گرم وارد شده به برج و آب سرد خروجی از برج است.
این مقدار نشاندهنده مقدار حرارت منتقل شده از آب به هوا در برج خنکسازی است. دامنه خنکسازی بالاتر به معنای نرخ انتقال حرارت بالاتر و عملکرد بهتر برج خنکسازی است. دامنه خنکسازی میتواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:
که در آن،
R = دامنه خنکسازی در درجه فارنهایت
Th = دمای آب گرم در درجه فارنهایت
Tc = دمای آب سرد در درجه فارنهایت
دامنه خنکسازی توسط فرآیند و نه برج خنکسازی تعیین میشود. بنابراین، این مقدار تابعی از بار حرارتی فرآیند و نرخ جریان آب مداری است.
رویکرد تفاوت بین دمای آب سرد و دمای مرطوب هوا است.
این مقدار نشاندهنده این است که دمای آب سرد چقدر به دمای مرطوب هوا میتواند نزدیک شود که کمترین دمای ممکن است که آب میتواند با تبخیر به آن برسد. رویکرد کمتر به معنای دمای آب سرد کمتر و عملکرد بهتر برج خنکسازی است. رویکرد میتواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:
که در آن،
A = رویکرد در درجه فارنهایت
Tc = دمای آب سرد در درجه فارنهایت
Tw = دمای مرطوب هوا در درجه فارنهایت
