Soğutma Kulesi Tasarımı ve Enerji Tasarrufu Uygulaması

Soğutma Kulesi Tasarımı ve Enerji Tasarrufu Uygulaması,  Soğutma kulelerini işletmeler su sıcaklığını olabilecek en düşük dereceye düşürmek amacıyla kullanırlar.

Ancak işletmedeki personel çoğunlukla soğutma kulesi çalışma prensibini ve soğutma kulesi performansına etki eden faktörler konusunda bilgisizdir. Örneğin ortam sıcaklığı 23 derece iken personeliniz size soğutma kulesi 23 dereceye kadar soğutma yapabiliriz der ise,

Kuru termometre  nin ne demek olduğunu öğrenmemiz gerekecektir.

Sıcaklık

Herhangi birine sıcaklığın ne olduğunu sorsanız , size havanın sıcaklığından bahsedecektir. Soğuk yada sıcak kişilerin hissettiği ortam sıcaklığı ile ilgilidir. Hava sıcaklığını etkileyen ve hissedilir seviyesini belirleyen çeşitli etmenler vardır. Bunlar nem , ısıl endeks , yaş termometre gibi etmenlerdir. Bahsi geçen etmenler soğutma kulesi performansını da yakından etkiler, ve her biri kule tasarımında etkin rol oynayacaktır.

Herkesin bildiği ve konuştuğu sıcaklığı biz kuru termometre olarak tanımlıyoruz. Kuru termometre tanımında bağıl nem önemsenmez. Belirli bir sıcaklıktaki havada ne kadar nem barındığını tanımlamak için “bağıl nem” ifadesini kullanırız. %100 bağıl nem ifadesi aslında havanın tamamen su ile doymuş olduğunu ifade eder, ve bu seviyede boşluk olmadığından havaya daha fazla nem bindirmek mümkün olmayacaktır. Bu nem seviyesinde soğutma kulesi neredeyse sıfır performans ile çalışacaktır.

Psikometrik tablo, sıcaklık nemetkilerinin ölçülmesinde kullanılır . Yaş termometre değerlerinin hesaplanması için psikometrik tablodan faydalanılır. Yaş termometre sıcaklığı, çok sıcak bir günde denizden çıktığınızda ıslak vucüdunuza hava ne kadar sıcak olursa olsun rüzgar estiğinde oluşan buharlaşma sonucu hissettiğiniz sıcaklık olarak tanımlanabilir. Aynı sistem su soğutma kulelerinde de kullanılarak bir kısım suyun buharlaşması yolu ile kalan suyun sıcaklığının düşürülmesi sağlanmaktadır.



Psikometrik tablo ile Ankara da 30 °C sıcaklıkta /% 20 nem ile konforlu bir hava hissedilmesine rağmen Mersin de 25 °C sıcaklıkta /% 70 nem ile oldukça bunaltıcı ve rahatsız hissedilmektedir. Kuru termometre değeri tek başına yeterli bir değerlendirme aracı değildir, aynı zamanda nem, hissedilen ve soğutma kulelerinde yapılan ısı transferi sırasında etken bir durum arz eder.  Bu nedenle değerlendirmeler  tesis ortam sıcaklığının yanında nem oranınıda dikkate almak zorundadır.

Yaş termometreye yaklaşım derecesi

Soğutma kulesi tasarımı yapılırken giren suyun sıcaklığı ile çıkması istenen su sıcaklığı arasındaki farka “delta T” diye tanımlamıştık. Kule tasarımında sıcaklığın düşürülebileceği en az sıcaklık soğutma kulesinin çalışacağı konumdaki yaş termometre sıcaklığı ile direkt bağlantılıdır. Kule tasarlanırken hedeflenen en düşük tasarım sıcaklığı ile bölgenin yaş termometresi arasındaki sıcaklık farkına “yaş termometreye yaklaşım derecesi” denilir.



Soğutma kulelerinde bu yaklaşım derecesi 3 dereceden yukarıda ise kule rahat çalışacak zorlanmayacaktır. Ancak 3 °C nin altında yaklaşıma sahip tasarımlar zorlanacaktır. Kule ısı transfer yüzeyini büyütmek gerekecektir. Bu büyütme gerekliliği kule fiziksel büyüklüğünü dolayısıyla kule yatırım maliyetini artırmasının yanında kule sarf maliyetlerinide aşırı derecede artıracaktır. Bu nedenle yaklaşım derecesi 3 °C nin altında tasarım yapmak mümkün olmasına rağmen ,verimli değildir.

Su soğutma kulesini daha verimli hale getirmek bazı değerleri değiştirerek mümkündür. Ancak bu değişimin de bazı kısıtlara bağlı olduğunu unutmamak gerekir. Kule tasarımında rastlantıya bağlı hiçbir değer ne yazıkki çalışmayacaktır, hiçbir deneyim bir sonraki kule için bilinen bir durum oluşturmaz. Her kule sıcaklık giriş çıkış değerleri , çalışma lokasyonu, bu lokasyondaki  nem ve sıcaklık değerlerinin uzun yıllar ortalaması gibi değerlerin çok iyi analiz edilmesi gerekir. Kule performansına olumlu etkisinin bilindiği hava debisinin artırılması mümkündür, normalde dolgudaki hava debisi hızı  2,5 m/sn olarak tasarlanır. Bu değeri zorlayarak 2.7 – 3 hatta 5 m/sn yapmak mümkündür, ancak 3 m/sn nin üzerinde tasarlanan dolgudaki hava hızında damla tutucular görevlerini yapamayacak ve su taşınmasına sebep olacaktır. Bu durum soğutma kulesinin gereksiz bir şekilde damlalar halinde su kaybı yaşamasına sebep olacaktır.  

Delta T sıcaklık farkı

Delta T ifadesi Q = m * c * Δt  formülünde ısı alış veriş farkının matematiksel ifadesidir. Tanımlamak istersek tasarımda soğutma kulesine giren ile çıkması öngörülen sıcaklık arasındaki farktır Δt =(t2-t1). Sabit bir debideki su miktarı ile sabit yaş termometrede kuleye giren çıkan su sıcaklığı arasındaki Δt=(t2-t1)  sabittir ve değişmez. Ancak kabullerin aksine gün içinde ve mevsimler sebebiyle yaş termometre devamlı değişken bir ifadedir. Bu değişimden dolayı genelde soğutma kulesi kullanıcıları çıkış set değerine bağlı olarak kule fan hızını artırıp azaltarak, çıkış sıcaklığını sabit tutmaya çalışmaktadırlar.

Bu örnekte

m= 120

Δt =(35-30)

c: 1

olarak alınacaktır. Kule tasarımı ise çok karmaşık integral hesaplara dayanan mühendislik bir iştir.