เส้นโค้งคุณลักษณะของแผงกระจายน้ำคูลลิ่งทาวเวอร์: ค่า KaV/L เทียบกับ L/G และทำไมเพิ่มความลึกเป็นสองเท่าจึงไม่ได้ความเย็นเป็นสองเท่า
สมรรถนะของแผงกระจายน้ำ (Fill) ถูกอ้างด้วยเส้นโค้งสองเส้น และทั้งสองเส้นสำคัญ เส้นโค้งทางความร้อนบอกว่าแผงถ่ายเทความร้อนได้เท่าใด ส่วนเส้นโค้งความดันตกเปียกบอกว่าการดันอากาศผ่านแผงนั้นต้องแลกด้วยแรงดันเท่าใด การเลือกแผงโดยดูเพียงเส้นโค้งแรกจะได้คูลลิ่งทาวเวอร์ (หอผึ่งเย็น)ที่ไม่สามารถได้ปริมาณลมตามที่ค่าพิกัดของตัวเองสมมติไว้
สองเส้นโค้ง และไม่มีเส้นใดอยู่ลำพังได้
คุณลักษณะทางความร้อนคือ ค่า Merkel ที่แผงทำได้ที่อัตราส่วนน้ำต่ออากาศค่าหนึ่ง
KaV/L = C (L/G)^m
ค่าสัมประสิทธิ์ C และเลขชี้กำลัง m มาจากเส้นคุณลักษณะที่ทดสอบของแผง ซึ่งปกติวัดบนชุดทดสอบแล้วปรับเทียบต่อหน่วยความสูงของแผง เพื่อให้ประเมินหอที่ความลึกใดก็ได้ ส่วนความดันตกเปียกเป็นเส้นโค้งอีกเส้นที่อ้างกับภาระน้ำและภาระลม และเพิ่มขึ้นอย่างชันตามทั้งสองค่า เพราะทั้งฟิล์มน้ำที่หนาขึ้นและความเร็วลมที่สูงขึ้นต่างก็มีราคาเป็นแรงดัน
เส้นโค้งทั้งสองมี ช่วงภาระที่ใช้ได้ หากออกนอกช่วงที่ทดสอบ ทั้งภาระน้ำสูงมาก ปริมาณลมต่ำมาก หรือตรงกันข้าม เส้นโค้งก็กลายเป็นการคาดการณ์นอกช่วง และการคาดการณ์นอกช่วงของคุณลักษณะแผงคือวิธีที่แบบออกแบบได้สมรรถนะที่แผงทำไม่ได้จริง
ทำไมเลขชี้กำลังจึงเป็นค่าลบ
สำหรับแผงกระจายน้ำแบบฟิล์มส่วนใหญ่ m เป็นค่าลบ เหตุผลอยู่ในเส้นปฏิบัติการ ที่ปริมาณลมคงที่ น้ำที่มากขึ้นหมายถึง L/G ที่สูงขึ้น ซึ่งทำให้เอนทาลปีของอากาศเพิ่มเร็วขึ้นขณะไต่ผ่านแผง อากาศเข้าใกล้สภาวะอิ่มตัวเร็วขึ้น ช่องเอนทาลปี hs(Tw) − ha(Tw) ปิดเร็วกว่า และแผงหนึ่งลูกบาศก์เมตรทำงานที่มีประโยชน์น้อยลง ค่า KaV/L ที่ลดลงเมื่อ L/G เพิ่มขึ้นคือการเขียนความจริงข้อนี้เป็นสมการ
ตัวอย่างการคำนวณประกอบ
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างประกอบ ไม่ใช่ผลการวัดจริง ใช้ค่าสัมประสิทธิ์ 1.9 และเลขชี้กำลัง −0.6 เพียงเพื่อแสดงรูปร่างของความสัมพันธ์
L/G | KaV/L = 1.9 (L/G)^−0.6 |
|---|---|
| 1.2 | 1.703 |
| 1.5 | 1.490 |
การเพิ่มอัตราส่วนน้ำต่ออากาศจาก 1.2 เป็น 1.5 แลกกับคุณลักษณะที่มีอยู่ประมาณ 12.5% ที่ปริมาณลมเท่าเดิม ค่าสัมประสิทธิ์และเลขชี้กำลังจริงมาจากข้อมูลทดสอบของแผงนั้น และแผงต่างชนิดกัน ทั้งแบบฟิล์ม แบบสาด (Splash) และรูปทรงร่องต่าง ๆ ในกลุ่มฟิล์ม มีรูปร่างเส้นโค้งต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ
KaV/L = C (L/G)^m บนแกนล็อก-ล็อก โดย C = 1.9 และ m = −0.60 ค่า KaV/L ลดจาก 1.703 ที่ L/G 1.2 เหลือ 1.490 ที่ L/G 1.5 คือหายไป 12.5% ซึ่งคือความหมายของเลขชี้กำลังที่เป็นลบในทางปฏิบัติ เส้นบนคือแผงกระจายน้ำเดิมที่ความลึกสองเท่า ค่า KaV/L เพิ่มเป็นสองเท่าที่ภาระงานเดิม คือเลื่อนขึ้นคงที่ log10 2 = 0.301 หลัก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมความลึกจึงเป็นตัวแปรการออกแบบที่มีจุดเหมาะสม ไม่ใช่ปุ่มที่ยิ่งมากยิ่งดี แผนภูมิทั้งหมดในชุดบทความนี้แยกหน้าละหนึ่งแผนภูมิ พร้อมแถบสภาวะร่วมชุดเดียว: ห้องทดลองคูลลิ่งทาวเวอร์ความลึกไม่เป็นสัดส่วนกับความเย็น
เนื่องจาก KaV/L มีปริมาตรของแผงอยู่ในตัว การเพิ่มความลึกเป็นสองเท่าจึงทำให้คุณลักษณะที่แผงให้ได้ประมาณสองเท่าที่ภาระเดิม ฟังดูเหมือนสมรรถนะเพิ่มเป็นสองเท่า แต่ไม่ใช่
เหตุผลคืออินทิกรัลนี้เป็น อินทิกรัลของต้นทุนที่คำนวณกับแรงขับที่หดแคบลง ส่วนบนของแผงเจอน้ำร้อนปะทะอากาศที่ค่อนข้างแห้ง ช่องเอนทาลปีจึงกว้างและการถ่ายเทถูกลง เมื่อน้ำเย็นลงแล้ว แผงเดียวกันนั้นต้องทำงานกับช่องเอนทาลปีที่แคบลง และส่วนล่างของแผงที่ลึกกว่าก็ต้องทำงานกับช่องที่แคบกว่าส่วนล่างของแผงที่ตื้นกว่าอีก แผงทุกเมตรที่เพิ่มขึ้นให้ความเย็นน้อยกว่าเมตรที่อยู่เหนือขึ้นไป เพราะแรงขับที่มันทำงานด้วยนั้นเล็กกว่า
มีสามผลที่ตอกย้ำประเด็นนี้
- ความดันตกรวมกันสะสม แผงที่ลึกขึ้นทำให้ความต้านทานฝั่งอากาศสูงขึ้น และพัดลมตอบสนองด้วยการจ่ายลมน้อยลง ซึ่งทำให้
L/Gลดลงและเลื่อนจุดทำงานไปในทิศที่หักลบกับแผงที่เพิ่มขึ้นบางส่วน - คุณภาพการกระจายน้ำสำคัญขึ้นตามความลึก การกระจายน้ำที่ไม่สม่ำเสมอที่แผงตื้นยังทนได้ อาจทำให้ช่องทางล่างของแผงลึกไม่มีน้ำ และพื้นที่ที่ไม่มีน้ำนั้นสร้างความดันตกโดยไม่สร้างการถ่ายเท
- โซนสเปรย์และโซนฝนก็ถ่ายเทความร้อนอยู่แล้ว โซนสเปรย์ของระบบกระจายน้ำเหนือแผงและโซนฝนใต้แผงต่างเป็นพื้นที่ถ่ายเทความร้อน ในหอที่แผงตื้น ทั้งสองโซนคิดเป็นสัดส่วนที่มีนัยสำคัญของทั้งหมด มูลค่าเพิ่มของแผงที่เพิ่มขึ้นจึงน้อยกว่าที่การวิเคราะห์เฉพาะแผงบอกไว้
ด้วยเหตุนี้ความลึกของแผงจึงเป็นตัวแปรการออกแบบที่มีค่าที่เหมาะสมที่สุด ไม่ใช่ปุ่มที่ยิ่งมากยิ่งดี
อะไรทำให้แผงเสื่อมสมรรถนะตามเวลา
แผงสูญเสียสมรรถนะได้สี่ทาง และแยกออกจากกันได้เพราะเลื่อนเส้นโค้งทั้งสองไม่เหมือนกัน
- ตะกรันและคราบความกระด้าง เคลือบผิวถ่ายเทความร้อนและหนาขึ้นตามภาระน้ำ คุณลักษณะทางความร้อนลดลง ความดันตกเปียกสูงขึ้น น้ำหนักและภาระเชิงโครงสร้างของแผงก็สูงขึ้นด้วย
- ไบโอฟิล์มและการสะสมทางชีวภาพ มีลายเซ็นเหมือนตะกรัน แต่ตอบสนองต่อวิธีการบำบัดและวิธีตรวจสอบที่ต่างกัน
- การเสียรูป การยุบตัว หรือช่องทางลมตัน ลดพื้นที่ผิวที่มีประสิทธิผลและอาจปิดช่องทางเฉพาะจุด ความดันตกสูงขึ้นอย่างรวดเร็วที่ภาระหนึ่ง บางครั้งมีช่องทางที่อากาศรั่วอ้อมให้เห็นได้
- การกัดกร่อนทางเคมี จากเคมีน้ำที่รุนแรงหรือการป้อนสารเกินขนาด ทำลายวัสดุจนเปราะหรือละลาย จนแผงไม่คงรูปเดิม
ในทุกกรณี อาการฝั่งหอมักเล็กน้อย คือ Approach ต่างไปเสี้ยวองศา กำลังพัดลมสูงขึ้นเล็กน้อย นี่คือเหตุผลที่การประเมินสมรรถนะต้องเทียบเส้นโค้งที่ L/G เดียวกัน ไม่ใช่เพียงเทียบอุณหภูมิ และเป็นเหตุผลที่การทดสอบสมรรถนะกับการตรวจสภาพทางกายควรอยู่ในการเข้าตรวจครั้งเดียวกัน
ความหมายต่อการตัดสินใจเปลี่ยนแผงกระจายน้ำ
ข้อเสนอเปลี่ยนแผงมักตั้งอยู่บนอุณหภูมิที่ “เมื่อก่อนต่ำกว่านี้” ข้อเสนอที่หนักแน่นกว่าสร้างจากเส้นโค้ง
- วัดเส้นคุณลักษณะปัจจุบันของหอ และวัดที่
L/Gที่บันทึกไว้ โดยทราบทั้งอัตราการไหลของน้ำและของอากาศ - เทียบกับเส้นคุณลักษณะของแผงเองที่
L/Gเดียวกัน รวมถึงความดันตกเปียกที่ภาระที่วัดได้ - ตัดสินว่าหลักฐานชี้ไปที่กลไกการเสื่อมแบบใด เพราะตะกรันต้องล้างและปรับสภาพน้ำ ส่วนการเสียรูปต้องเปลี่ยน
- หากเลือกเปลี่ยน ให้คาดหวังผลที่จะได้จากการคืนคุณลักษณะกลับมา และควรตั้งข้อสงสัยต่อผลที่คาดหมายซึ่งตั้งอยู่บนข้อสมมติว่าความลึกกับความเย็นเป็นสัดส่วนกัน เพราะไม่ใช่
อ่านต่อ
- หน้าให้บริการเปลี่ยนอะไหล่และจัดหาอะไหล่
- ค่า Merkel และธรรมเนียมเอนทาลปีอากาศขาเข้า
- เส้นโค้งพัดลมและสมดุลระบบ
- การเปลี่ยนแผงกระจายน้ำคูลลิ่งทาวเวอร์: ประหยัดพลังงานและลดต้นทุนการเดินเครื่องได้อย่างไร
- อภิธานศัพท์คูลลิ่งทาวเวอร์
แหล่งอ้างอิง
- Kloppers & Kröger — Cooling tower performance: a critical evaluation of the Merkel assumptions (SAIMechE, 2004) — ค่า Merkel
KaV/Lที่ใช้เขียนคุณลักษณะเฉพาะเชิงความร้อนของแผง Fill และเส้นปฏิบัติการที่เป็นที่มาของคำอธิบายเลขชี้กำลังติดลบในบทความนี้ - Hensley, J.C. (ed.) — Cooling Tower Fundamentals, 2nd edition (SPX Cooling Technologies, 2009) — ชนิดแผง Fill แบบฟิล์มและแบบสาด และพฤติกรรมที่บทความนี้อ้างถึง — ความสามารถทำความเย็นในพื้นที่เท่ากัน ความดันตกฝั่งอากาศ และความอ่อนไหวต่อการกระจายน้ำและโครงรองรับ
คำถามที่พบบ่อย
ทำไมค่า KaV/L ลดลงเมื่อป้อนน้ำมากขึ้นในแผงกระจายน้ำเดิม?
เลขชี้กำลังของคุณลักษณะเป็นค่าลบสำหรับแผงกระจายน้ำแบบฟิล์มส่วนใหญ่ ที่ปริมาณลมคงที่ การป้อนน้ำมากขึ้นหมายถึง L/G สูงขึ้น และ L/G ที่สูงขึ้นทำให้อากาศร้อนขึ้นและเข้าใกล้อิ่มตัวเร็วขึ้นขณะไต่ผ่านแผง แผงหนึ่งลูกบาศก์เมตรจึงถ่ายเทได้อย่างมีประโยชน์น้อยลง ค่า KaV/L ที่แผงทำได้จึงลดลงเมื่อ L/G สูงขึ้น
การเพิ่มความลึกแผงกระจายน้ำเป็นสองเท่า ทำให้ความเย็นเป็นสองเท่าหรือไม่?
ไม่ใช่ การเพิ่มความลึกเป็นสองเท่าทำให้ค่า KaV/L ที่มีอยู่ประมาณสองเท่าที่แผงและภาระเดิม แต่การปรับอุณหภูมิน้ำดีขึ้นน้อยกว่าอัตราส่วนมาก เพราะเมื่อน้ำเย็นลง แรงขับเอนทาลปีระหว่างน้ำกับอากาศจะแคบลง และส่วนล่างของแผงต้องทำงานกับแรงขับที่เล็กกว่า ขณะเดียวกันความดันตกฝั่งอากาศก็สูงขึ้นด้วย ซึ่งทำให้ปริมาณลมลดลง
จะรู้ได้อย่างไรว่าแผงกระจายน้ำเสียสมรรถนะไปแล้ว?
เส้นโค้งคุณลักษณะของแผงจะเลื่อนไป ไม่ใช่แค่หอเดินอุ่นขึ้น ให้เทียบผลการทดสอบกับเส้นโค้งเดิมของแผงที่ L/G เดียวกัน หากคุณลักษณะทางความร้อนลดลงที่ความดันตกเท่าเดิม ชี้ไปที่คราบหรือตะกรัน แต่หากคุณลักษณะทางความร้อนเท่าเดิมขณะความดันตกสูงขึ้น ชี้ไปที่การเสียรูปเชิงกลหรือช่องทางลมตัน
ต้องการบริการคูลลิ่งทาวเวอร์ในประเทศไทยหรือไม่?
ติดต่อ Synergy Services เพื่อรับบริการโซลูชันคูลลิ่งทาวเวอร์โดยผู้เชี่ยวชาญในประเทศไทย
ติดต่อทีมงานของเรา