محاسبه و انتخاب سریع سیستم های سرمایش تبخیری

سرمایش تبخیری، آسایش کامل را که هدف سیستم های تهویه مطبوع است در اختیار نمی گذارد ولی در مناطق گرم و خشک می تواند آسایش نسبی را با هزینه ای نسبتا کم تامین کند. در سرمایش تبخیری هوا از طریق تماس مستقیم با آب خنک می شود. تماس از طریق سطوح پوشال در کولرهای آبی و یا به صورت موثرتری از طریق پاشش آب در ایرواشرها صورت می گیرد. آب به هنگام تماس با هوا گرمای هوا را می گیرد و به بخار تبدیل می شود. هوا نیز که بخشی از گرمایش را از دست داده خنک می شود ولی رطوبت آن افزایش می یابد.

روابط مربوط به سیستم های سرمایش تبخیری جهت تخمین سریع این سیستم ها

1. راندمان دستگاه سرمایش تبخیری به صورت زیر بیان می شود :

E=T₁ – T₂/T₁ – T₃*100

که در آن T₁ دمای خشک هوای ورودی به دستگاه، T₂ دمای خشک هوای خروجی از دستگاه و T₃ دمای مرطوب هوای ورودی به دستگاه است. راندمان این سیستم ها در شرایط بهینه 80 درصد در نظر گرفته می شود.

2. با توجه به اینکه سرمایش تبخیری آسایش کامل را بدست نمی دهد ASHRAE یک روش تجربی را برای تعیین cfm دستگاه تبخیری پیشنهاد کرده است. در این روش ابتدا اختلاف درجه حرارت خشک و مرطوب هوای بیرون بدست می آید و سپس این عدد بر 10 تقسیم می شود. نتیجه ی بدست آمده تعداد دقایقی است که هوای اتاق طی آن باید یکبار تعویض شود. بنابراین چنانچه حجم اتاق را به فوت مکعب بدست آوریم و آن را بر عدد فوق تقسیم کنیم cfm دستگاه بدست می آید.

مثال : ظرفیت هوادهی یک کولر آبی برای یک ساختمان اداری به مساحت 250m² در تهران را بدست آورید ؟

            حل : با فرض ارتفاع کف تا سقف معادل 2/8 متر برای این ساختمان، حجم آن برحسب فوت مکعب برابر است با :

V = 250 * 2/8 × 35/3 = 24710 Ft³

بنابراین با توجه به اینکه درجه حرارت های طرح خشک و مرطوب بیرون در تهران به ترتیب برابرند با 105 و 77 درجه فارنهایت داریم :

K = DB-WB/10 = 105-77/10 = 2.8

و در نتیجه حجم هوای کولر آبی مورد نظر ساختمان برابر است با :

Air Flow = V/K = 24710/2.8 = 8825 cfm

3. سرعت هوا روی پوشال کولرهای آبی حدود 250-100 فوت در دقیقه در نظر گرفته می شود. افت فشار به جهت حضور پوشال ها نیز 0.1 اینچ آب است.
4. درجه حرارت هوای خروجی از سیستم های سرمایش تبخیری حدود 7 تا 10 درجه فارنهایت از درجه حرارت مرطوب هوای بیرون کمتر است.
5. میزان آب مورد نیاز تبخیر در دستگاههایی که از اسپری آب استفاده می کنند حدود 1.4 گالن در ساعت به ازای هر cfm 1000 هواست.
6. در ایرواشرها راندمان دستگاه می تواند متناسب با تعداد نازل ها و تعداد ردیف آنها تغییر کند. آب مورد نیاز نازل ها GPM 4 به ازای هر cfm 1000 برای نازل های یک ردیفه و GPM 10 به ازای هر cfm 1000 برای نازل های دو ردیفه است. ارتفاع پمپ آب نیز حدود 100-55 فوت آب است.
7. برای محاسبه ی پمپ آب ایرواشرها از رابطه زیر استفاده می شود :

HP=GPM*Head/𝞰*3960

در رابطه ی فوق Head هر پمپ برحسب فوت، GPM مقدار، آب در گذر و 𝞰 راندمان پمپ و HP توان پمپ برحسب اسب است.

8. چنانچه GPM ایرواشر مشخص نباشد، معمولا تعداد آن از تقسیم cfm دستگاه بر 125 بدست می آید. (برای ایرواشرهای کلاس دو)

مثال : ظرفیت و توان پمپ یک دستگاه ایرواشر برای یک سالن اجتماعات در شهر کرمان با ظرفیت 600 نفر و مساحت 1000m² و ارتفاع 5 متر را تعیین کنید.

حل : درجه حرارت خشک هوای خارج برای کرمان 110 درجه فارنهایت حرارت مرطوب آن 68 درجه فارنهایت است. بنابراین :

K = DB-WB/10 K = 110-68/10 => K = 4/2

حجم ساختمان بر حسب فوت مکعب نیز  برابر است با :

V = 1000 × 5 × 35/3 = 176500 Ft³

بنابراین ظرفیت هوادهی ایرواشر مورد نظر بصورت زیر بدست می آید :

Air Flow = V/K = 176500/4.2 =  42000 cfm

از طرف دیگر بار ناشی از حضور افراد با در نظر گرفتن ضریب همزمانی 70 درصد برای افراد برابر است با :

𝒬  = 0/7 × 600 × 400 = 168000 Btu/hr = 14 RT

در رابطه فوق بار حرارتی ناشی از هر نفرBtu/hr 400  در نظر گرفته شد. بنابراین با توجه به اینکه مطابق استاندارد ARI برای مناطق خشک و گرم به ازای هر تن به 350 cfm هوای تهویه شده نیاز است، مقدار هوایی که بخاطر غلبه بر بار ناشی از حضور افراد باید به مجموعه اضافه شود برابر است با :

     CFM/RT =350 =>CFM= 14 × 350 = 4900

بنابراین با افزودن این تعداد به ظرفیت ایرواشر خواهیم داشت :

Air Flow = 42000 + 4900 = 46900 Cfm

و نهایتا با در نظر گرفتن 10 درصد ضریب اطمینان، ظرفیت کل هوادهی ایرواشر به صورت زیر محاسبه می شود :

Total Air Flow = 49900 × 1/1 ~ 52000 Cfm

در نتیجه مقدار گردش آب در ایرواشر برابر می شود با :

GPM = 52000/125 = 416

و با در نظر گرفتن Head = 60 ft توان پمپ چرخش آب ایرواشر عبارت است از :

Pump Power = 416*60/0.6*3960 = 10/5 HP

بنابراین یک پمپ 15 HP در نظر گرفته می شود.

9. فشار مورد نیاز نازل های کوچک که آب را کاملا پودر کنند حدود 40 psig و برای نازل های بزرگ حدود 20 psig می باشد.
10. مقدار آب مورد نیاز هر نازل حدود یک تا 3/75 GPM است.
11. مقدار آب اسپری شده به ازای هر فوت مربع سطح پاشش حدود یک تا 5 GPM است.