محاسبه تبخیر در برج خنک کننده: ضرورتی برای مدیریت مصرف آب

محاسبه دقیق تبخیر آب در برج خنک کننده، نقشی کلیدی در تعیین میزان آب جبرانی (make-up) و به تبع آن، مدیریت مصرف آب در کولینگ تاور ایفا می‌کند. به طور میانگین، ۸۰% از آب مصرفی در برج‌های خنک کننده به تبخیر اختصاص می‌یابد، از این رو، محاسبه دقیق این پارامتر، اهمیتی دوچندان می‌یابد.

برخلاف تصور رایج، میزان تبخیر در برج خنک کننده، ثابت و مشخص نیست و تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند ساعات مختلف روز، شرایط آب و هوایی و … تغییر می‌کند. در این مقاله، به بررسی روش‌های مختلف محاسبه تبخیر در کولینگ تاور خواهیم پرداخت تا شما را در گامی مهم در جهت مدیریت مصرف آب، یاری دهیم.

تبخیر در کولینگ تاور: چالشی همیشگی با راهکارهای نوین

هدر رفت آب در برج‌های خنک کننده، معضلی همیشگی در صنعت تاسیسات و تهویه مطبوع بوده است. کارفرمایان بسیاری از این موضوع گلایه‌مندند و به دنبال راهکارهایی برای بهینه‌سازی مصرف آب هستند.

چرا تبخیر در برج خنک کننده اجتناب‌ناپذیر است؟

بخشی از هدر رفت آب در برج‌های خنک کننده به دلیل فرآیند تبخیر رخ می‌دهد. تبخیر، تبدیل مایع به گاز است که در دمای 100 درجه سانتیگراد و فشار 14.5 اینچ مربع اتفاق می‌افتد. اما با کاهش فشار هوا، دمای تبخیر نیز کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در فشار 0.5 اتمسفر، آب در دمای 50 درجه سانتیگراد به جوش می‌آید.

تاثیر باد بر تبخیر

وزش باد نیز در تبخیر آب موثر است. در شرایط مشابه، ظرف آبی که در معرض باد قرار دارد، سریع‌تر از ظرفی که در محیط ساکن است، تبخیر می‌شود. این پدیده در برج‌های خنک کننده به وضوح قابل مشاهده است.

راهکارهای نوین برای کاهش هدر رفت آب

با وجود اجتناب‌ناپذیر بودن تبخیر، راهکارهای نوینی برای کاهش هدر رفت آب در برج‌های خنک کننده وجود دارد:

• استفاده از برج‌های خنک کننده کم‌مصرف: این نوع برج‌ها با استفاده از فناوری‌های نوین، تبخیر و هدر رفت آب را به حداقل می‌رسانند.
• کنترل و تنظیم دقیق سیستم: تنظیم صحیح دمای آب، دبی آب و سرعت فن می‌تواند به کاهش تبخیر و مصرف آب کمک کند.
• استفاده از سیستم‌های پیش تصفیه آب: با تصفیه آب ورودی به برج خنک کننده، می‌توان از رسوب و جرم‌گیری سطوح داخلی برج جلوگیری کرد و راندمان تبادل حرارتی را افزایش داد.
• استفاده از سیستم‌های بازیافت آب: با استفاده از سیستم‌های بازیافت، می‌توان از آب خروجی از برج خنک کننده در مصارف دیگر مانند آبیاری فضای سبز استفاده کرد.

با به کارگیری این راهکارها می‌توان تا حد زیادی هدر رفت آب در برج‌های خنک کننده را کاهش داد و به حفظ منابع آبی کمک کرد.

مکانیزم تبخیر آب در برج خنک کننده: خنک سازی تبخیری در عمل

مکانیزم تبخیر در برج خنک کننده بر پایه تبخیر سطحی آب است. این فرآیند در هر دمایی رخ می‌دهد، اما با افزایش دما و سطح آب، سرعت تبخیر نیز افزایش می‌یابد. مولکول‌های سطح آب با جذب انرژی، از سطح جدا شده و به بخار تبدیل می‌شوند. این فرآیند گرما را از آبِ باقی‌مانده می‌گیرد و دمای آن را کاهش می‌دهد. به این پدیده، سرمایش تبخیری می‌گویند. این فرآیند خنک سازی طبیعی، اساس کار برج‌های خنک کننده را تشکیل می‌دهد.

عوامل موثر بر تبخیر:

هدر رفت آب در برج‌های خنک‌کننده، معضلی همیشگی در صنعت تاسیسات و تهویه مطبوع بوده است. تبخیر، یکی از عوامل اصلی این هدر رفت است. در این مقاله، به بررسی عواملی که بر تبخیر آب در برج‌های خنک‌کننده تاثیر می‌گذارند می‌پردازیم و راهکارهایی برای کاهش هدر رفت آب ارائه می‌دهیم.

1. میزان جریان عبوری از سطح آب:

هر چه میزان جریانی که از مولکول‌های آب به صورت اسپری روی پکینگ‌ها پاشیده می‌شود بیشتر باشد، احتمال جدا شدن این ذرات از یکدیگر و تبخیر آن‌ها نیز افزایش می‌یابد. انتخاب فن و الکتروفن مناسب در زمان تولید دستگاه، نقشی کلیدی در این زمینه دارد.

2. نوع جریان هوا در برج:

در برج‌های خنک‌کننده صنعتی بزرگ، سطح تماس هوا با آب (آب در حال ریزش روی پکینگ) به مراتب بیشتر از برج‌های کوچک‌تر و مسکونی است. در نتیجه، حجم هوای عبوری از روی آب رابطه مستقیمی با هدر رفت آب یا به اصطلاح تبخیر (تغییر فاز) دارد.

3. مقدار جریان هوا:

وجود جریان هوای تازه (غیر اشباع) بر روی سطح آب، تبخیر را افزایش و لایه مرزی نفوذ بخار آب در سیال را کاهش می‌دهد.

4. سطح تماس:

هر چه سطح تماس آب با هوا بیشتر باشد، تبخیر نیز افزایش می‌یابد.

5. دمای آب:

با افزایش دمای آب (بالای 37 درجه سانتیگراد)، به ازای هر یک درجه، تبخیر نیز افزایش می‌یابد.

6. میزان اشباع بودن هوا:

هر چه هوا از بخار آب اشباع‌تر باشد، تبخیر با دشواری بیشتری انجام می‌شود. به عبارتی، هر چه دمای مرطوب محیط کمتر باشد، تبخیر آسان‌تر و سریع‌تر اتفاق می‌افتد.

هوای اشباع در منطقه:

رطوبت هوای اشباع به دو صورت مطلق و نسبی تعریف می‌شود. در هوای شرجی که نسبت دمای خشک به دمای مرطوب پایین است، کمترین میزان تبخیر را شاهد هستیم.

محاسبه میزان تبخیر:

میزان تبخیر آب در برج خنک کننده را می‌توان با استفاده از فرمول‌های مختلفی محاسبه کرد. یکی از روش‌های رایج، استفاده از فرمول زیر است:

M = E + D + B

M: آب جبرانی (Make up water)
E: تبخیر (Evaporation)
D: پرتاب آب (Drift)
B: بلودان (Blow down)

رابطه بین ظرفیت و تبخیر آب در برج خنک کننده:

ظرفیت برج خنک کننده، گرما را از آب می‌گیرد و آن را خنک می‌کند. این فرآیند شامل تبخیر آب نیز می‌شود. هر چه ظرفیت برج خنک کننده بیشتر باشد، گرما و آب بیشتری تبخیر می‌شود. به طور کلی، هر تن تبرید برج خنک کننده معادل 3.5 گالن بر دقیقه (یا 13.2 لیتر بر ساعت) آب را تبخیر می‌کند. این مقدار تقریبی است و به عوامل مختلفی مانند دمای آب، رطوبت هوا و نوع برج خنک کننده بستگی دارد. برای محاسبه دقیق میزان تبخیر آب در برج خنک کننده، می‌توان از فرمول‌ها و کاتالوگ‌های مربوطه استفاده کرد. این فرمول‌ها به عواملی مانند ظرفیت برج، دمای آب، رطوبت هوا و نوع برج خنک کننده توجه می‌کنند.

نکته: تبخیر آب در برج‌های خنک‌کننده امری اجتناب‌ناپذیر است، اما با انتخاب برج خنک کننده مناسب و تنظیم صحیح آن، می‌توان میزان تبخیر را به حداقل رساند.

جمع بندی

تبخیر آب در برج خنک کننده، فرایندی اجتناب‌ناپذیر در خنک کردن آب است. با بهینه‌سازی طراحی و عملکرد برج خنک کننده، می‌توان میزان هدر رفت آب را به حداقل رساند و به حفظ منابع آبی کمک کرد.

سوالات متداول

1. تبخیر آب در برج خنک کننده چگونه اتفاق می‌افتد؟

در برج خنک کننده، آب به صورت پاشش یا فیلم نازک بر روی سطوحی به نام پکینگ ریخته می‌شود. در همین زمان، هوا با عبور از بین پکینگ‌ها با آب تماس پیدا می‌کند. تبادل حرارتی بین آب و هوا رخ می‌دهد و گرمای آب به هوای عبوری منتقل می‌شود. بخشی از این گرما صرف تبخیر قسمتی از آب می‌شود. مولکول‌های آب در سطح مایع که انرژی کافی دارند، از مایع جدا شده و به بخار تبدیل می‌شوند. این فرایند تبخیر نامیده می‌شود.

2. چه عواملی بر تبخیر آب در برج خنک کننده تاثیر می‌گذارند؟

عوامل متعددی بر تبخیر آب در برج خنک کننده تاثیر می‌گذارند که عبارتند از:

• دمای آب: با افزایش دمای آب، سرعت تبخیر نیز افزایش می‌یابد.
• رطوبت هوا: در رطوبت‌های پایین، تبخیر سریع‌تر انجام می‌شود.
• فشار هوا: با کاهش فشار هوا، دمای تبخیر آب کاهش می‌یابد و تبخیر آسان‌تر می‌شود.
• سرعت جریان هوا: با افزایش سرعت جریان هوا، مولکول‌های بخار آب سریع‌تر از سطح مایع دور شده و تبخیر افزایش می‌یابد.
• سطح تماس آب و هوا: هرچه سطح تماس آب و هوا بیشتر باشد، تبخیر نیز بیشتر خواهد بود.

3. میزان تبخیر آب در برج خنک کننده چقدر است؟

میزان تبخیر آب در برج خنک کننده به عوامل مختلفی مانند موارد ذکر شده در بالا بستگی دارد. به طور کلی، می‌توان گفت که در برج‌های خنک کننده صنعتی، بین 1 تا 5 درصد از آب در گردش در برج تبخیر می‌شود.