نحوه محاسبه تن تبرید

در این متن ابتدا به پرسش تن تبرید چیست به طور علمی پاسخ می دهیم و سپس تبدیل واحدهای مهم آن (4 فرمول تبدیل واحد از جمله تبدیل تن تبرید به کیلووات و کیلو کالری بر ساعت و Btu/hr و اسب بخار) را خواهیم گفت و آموزش نحوه محاسبه آن با 2 مثال را به کمک روش ها و فرمول های موجود بررسی خواهیم نمود.

پیش از اینکه به ادامه متن بپردازیم، حتما ویدیو کوتاه زیر را مشاهده بفرمایید:

تن تبرید چیست ؟

برای پاسخ به سوال تن تبرید چیست به طور علمی می توان گفت که یک تن تبرید برابر است با مقدار گرمایی که یک سیستم تهویه یا دستگاه سرمایشی در طول 24 ساعت از یک تن یخ (برابر با 2000 پوند lbs یخ) می گیرد تا آن را ذوب کند. گرمای مورد نیاز برای ذوب یک پوند یخ و تبدیل آن به آب مایع در دمای 32 درجه فارنهایت (صفر درجه سانتی گراد) برابر 144 Btu است که در ادامه نحوه محاسبه تن تبرید به شکل زیر خواهد بود.

One Refrigeration Ton = (2000 lbs * 144 Btu/lbs) / 24 hr = 12000 Btu/hr

در واقع تن تبرید یک واحد اندازه گیری ظرفیت سرمایشی دستگاه های برودتی مثل چیلر است که معمولا در کشورهای آمریکای شمالی از این واحد برای بیان ظرفیت دستگاه ها استفاده می شود و تاریخچه آن به قرن هجدهم میلادی باز می گردد که قالب های یخ بزرگ برای سرمایش مورد استفاده قرار می گرفتند.

برای مثال وقتی گفته می شود ظرفیت دستگاه تهویه مطبوعی 8 تن تبرید است به این معناست که این دستگاه قادر است همانند 16000 پوند یخ (2000 پوند ضرب در 8) و در طی یک شبانه روز (24 ساعت) به اندازه ای از هوا گرما بگیرد تا تمام یخ ها به آب تبدیل گردد.

نکته مهم اینکه تن تبرید واحد توان (قدرت یا Power) است و به همین خاطر آن را برابر واحد Btu/hr قرار می دهیم. واحد Btu یک واحد انرژی است که با تقسیم آن بر ساعت (hr) به توان تبدیل می شود.

مطالعه بیشتر: برای آشنایی با مشخصات فنی، قیمت و میزان مصرف برق یک مینی چیلر 8 تن تبرید اسمی، این مقاله ⇐ خرید مینی چیلر 8 تن را مطالعه بفرمایید.

4 فرمول تبدیل واحد تن تبرید به کیلووات و غیره

تبدیل واحدها :

1 . تبدیل واحد Btu/h به تن تبرید و بالعکس

بنابرین برای تبدیل تن تبرید به Btu بر ساعت کافی است که آن را در عدد 12000 ضرب کرد و بالعکس آن برای تبدیل Btu/h به تن تبرید باید مقدار عددی آن را بر 12000 تقسیم نمود.

2 . هر تن تبرید چند کیلووات است ؟

برای تبدیل کیلووات به تن تبرید و برعکس از فرمول Refrigeration Ton = 3.52 Kw استفاده می شود. بدین صورت که برای تبدیل تن تبرید به کیلووات باید آن را در عدد 3.52 ضرب و برعکس آن برای تبدیل کیلووات به تن تبرید باید آن را بر عدد 3.52 تقسیم نمود.

3 . تبدیل تن تبرید به کیلو کالری

همانطور که اشاره کردیم تن تبرید واحد توان است ولی کیلو کالری واحد انرژی است. بنابرین نمی توان تبدیل تن تبرید به کیلو کالری را انجام داد. در واقع تبدیل واحد آنها به این صورت است که می توان تن تبرید را به کیلو کالری بر ساعت (Kcal/hr) تبدیل نمود زیرا کیلو کالری بر ساعت واحد توان است و نه انرژی. برای تبدیل واحد تن تبرید به کیلو کالری بر ساعت کافی است که مقدار آن را در عدد 3024 ضرب کنیم.

4 . تبدیل تن تبرید به اسب بخار

برای تبدیل تن تبرید به اسب بخار ابتدا باید مشخص کنیم که منظور ما، توان سرمایشی دستگاه (برای مثال دستگاه چیلر) است یا توان مصرفی کمپرسورهای چیلر. در نتیجه ما 2 فرمول کاملا جداگانه به ترتیب زیر خواهیم داشت:

1. اگر منظور ما، توان سرمایشی دستگاه است، برای تبدیل تن تبرید به اسب بخار و برعکس آن، از فرمول ثابت One Refrigeration Ton = 4.7 hp استفاده می شود. بدین صورت که برای تبدیل تن تبرید به اسب بخار باید آن را در عدد 4.7 ضرب و برعکس آن برای تبدیل اسب بخار به تن تبرید باید آن را بر عدد 4.7 تقسیم نمود. برای مثال اگر توان سرمایشی یک دستگاه چیلر برابر با 80 تن تبرید باشد، وقتی آن را در عدد 4.7 ضرب کنیم، توان سرمایشی آن برابر با 376 اسب بخار خواهد بود. دقت کنید که در اینجا، عدد 376 اسب بخار به معنی این نیست که کمپرسورهای چیلر این مقدار توان دارند بلکه توان سرمایشی دستگاه است که با واحد اسب بخار بیان کردیم (یک تبدیل واحد ساده توان از حالت تن تبرید به اسب بخار) که معمولا از چنین واحدی برای بیان توان سرمایشی استفاده نمی شود و بیشتر از تن تبرید و یا Btu/hr استفاده می شود.
2. اما اگر منظور ما، توان مصرفی کمپرسورهای دستگاه باشد از فرمولی غیر ثابت استفاده می کنیم که به ضریب عملکرد (COP) چیلر بستگی دارد. 

زیرا ضریب عملکرد (COP) برابر است با توان سرمایشی دستگاه تقسیم بر توان الکتریکی مصرفی کمپرسورها که با تغییر ضریب عملکرد، توان مصرفی کمپرسورها نیز تغییر می کند و بنابرین فرمول ثابتی برای این تبدیل واحد وجود ندارد.

برای مثال اگر COP دستگاهی 4.2 باشد و توان سرمایشی آن را نیز مثلا 12 تن تبرید در نظر بگیریم، نحوه محاسبه توان مصرفی کمپرسورهای آن به صورت زیر خواهد بود.

• ابتدا 12 تن تبرید را به کیلووات تبدیل می کنیم که برابر است با 12 ضرب در 3.52 برابر است با 42.24 کیلووات
• سپس با تقسیم 42.24 بر مقدار ضریب عملکرد (یعنی 4.2) توان مصرفی کمپرسورها برابر است با 10.05 کیلووات
• در ادامه نیز با داشتن فرمول One Kilowatt = 1.34 hp توان مصرفی کمپرسورها برابر است با 10.05 ضرب در 1.34 مساوی است با 13.46 اسب بخار

بنابرین در این مثال، 12 تن تبرید (معادل 42.24 کیلووات) برابر است با 13.46 اسب بخار که بیان می کند که چه مقدار توان الکتریکی یا مکانیکی برای کمپرسورها مورد نیاز است (یعنی 13.46 اسب بخار مورد نیاز است) تا بتوانند توان سرمایشی مورد نظر را در دستگاه چیلر (برای مثال 12 تن تبرید سرمایش را در این چیلر) ایجاد کنند.

نحوه محاسبه با 2 مثال

نحوه محاسبه تن تبرید چگونه است؟

برای پاسخ به این سوال که نحوه محاسبه تن تبرید چگونه است باید گفت که دو روش عمده برای آن وجود دارد. روش اول معمولا در صنایعی که به یک دستگاه سرمایشی مثل چیلر نیاز دارند استفاده می شود. روش دوم هم معمولا برای محاسبه تن تبرید مورد نیاز یک ساختمان (توان برودتی دستگاه سرمایشی) مورد استفاده قرار می گیرد.

1 . نحوه محاسبه تن تبرید با فرمول Q=Cp×p×V×dT

در اینجا نحوه محاسبه تن تبرید بر اساس سیستم اندازه گذاری غیر متریک (Imperial) و سیستم متریک بیان شده است که واحدهای آنها قابلیت تبدیل به یکدیگر را دارند. فرمول محاسبه تن تبرید برای یک دستگاه سرمایشی که وظیفه آن سرد کردن آب است (مانند چیلر)، به شکل زیر بیان می شود. 

Q=Cp×p×V×dT که بار حرارتی Q بر حسب Btu/hr ، گرمای ویژه آب Cp برابر 1Btu/lb.F و p چگالی آب برابر 8.33 lb/gallon ، نرخ جریان حجمی آب V بر حسب گالن بر دقیقه gallon/min و dT اختلاف دمای ورود و خروج آب به دستگاه بر حسب درجه فارنهایت F است. به طور خلاصه با ضرب Cp×p×60 برای آب عدد 500 به دست می آید و فرمول به شکل Q=500×V×dT ساده می شود. عدد 60 برای تبدیل ساعت به دقیقه استفاده شده است.

محاسبه تن تبرید یک دستگاه سرمایشی مانند چیلر با 2 مثال

مثال 1:

شدت جریان حجمی آب V در چیلری 10 gallon/min و اختلاف دمای ورود و خروج آب در آن 10 درجه فارنهایت است. مقدار بار سرمایشی آن بر حسب Btu/hr برابر است با Q=500×10×10=50000 که با تبدیل Btu/hr به تن، بار حرارتی (سرمایشی) چیلر برابر می شود با 50000/12000= 4.2 تن تبرید

در واحد متریک از همین فرمول Q=Cp×p×V×dT استفاده می شود که در آن Cp آب برابر 4.18 ، چگالی p بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب (حدودا 1000 کیلوگرم بر متر مکعب)، V بر حسب متر مکعب بر ثانیه و dT بر حسب درجه سانتی گراد بیان می شود تا بار حرارتی Q بر حسب کیلووات به دست آید که با تقسیم آن بر عدد 3.52 تبدیل کیلووات به تن تبرید انجام می شود.

مثال 2:

شدت جریان حجمی آب V در چیلری 0.1 متر مکعب بر ثانیه و اختلاف دمای ورود و خروج آب در آن 7 درجه سانتی گراد است. مقدار بار سرمایشی آن بر حسب کیلووات برابر است با Q=4.18×1000×0.1×7=2926 که با تبدیل واحد کیلووات به تن تبرید مقدار بار حرارتی (سرمایشی) چیلر برابر می شود با 2926/3.52= 831 تن تبرید

مطالعه بیشتر درباره نحوه و فرمول های محاسبه ظرفیت دستگاه روفتاپ پکیج در این مقاله ⇐ محاسبات روفتاپ پکیج

2 . نحوه محاسبه تن تبرید مورد نیاز یک ساختمان با فرمول های سرانگشتی و نرم افزارهای مهندسی

برای محاسبه تن تبرید یک دستگاه سرمایشی با فرمول های سرانگشتی و به صورت تقریبی باید 3 فاکتور اصلی زیر مد نظر قرار داده شود :

1 . مساحت زیربنای مورد تهویه به صورت مفید (با کسر مساحت هایی که تحت پوشش سیستم تهویه نیستند از مساحت کل)

2 . شرایط اقلیمی منطقه نصب دستگاه (نوع شرایط آب و هوایی برای مثال گرم و خشک یا معتدل و …)

3 . نوع کاربری ساختمان مورد نظر (برای مثال آموزشی ، تجاری ، مسکونی و …)

با داشتن این پارامترها و به شیوه ای که برای مثال در مورد دستگاه چیلر در لینک زیر آموزش داده ایم می توانید به صورت تقریبی تناژ برودتی مورد نیاز برای یک ساختمان خاص در شرایط اقیلی خاص و کاربردی خاص را محاسبه کنید. در لینک زیر به طور مفصل آن را آموزش داده ایم و پیشنهاد می کنیم حتما آن را مطالعه بفرمایید.

مطالعه بیشتر درباره نحوه محاسبه ظرفیت انواع چیلرها در این صفحه ⇐ محاسبه ظرفیت چیلر

به جز روش سرانگشتی که برای نحوه محاسبه تن تبرید بیان کردیم، یک روش بسیار دقیق برای محاسبه نهایی ظرفیت برودتی مورد نیاز یک ساختمان با کمک نرم افزارهای مهندسی وجود دارد که در لینک بالا به آن هم اشاره کرده ایم و پیشنهاد می کنیم که حتما این مقاله را مطالعه بفرمایید.

تن تبرید معمولا برای اندازه گیری ظرفیت سرمایشی دستگاه هایی مانند چیلر ، داکت اسپلیت ، VRF ، GHP ، مبدل حرارتی ، اسپلیت (کولر گازی) و غیره مورد استفاده قرار می گیرد که ویژگی ها ، ساختار و طرز کار هر دستگاه را می توانید در متن های زیر مطالعه کنید.

مطالعه بیشتر درباره ویژگی های چیلرهای اسکرو در این صفحه ⇐ چیلر اسکرو

مطالعه بیشتر درباره خصوصیات ویژه چیلرهای اسکرال در این صفحه ⇐ چیلر اسکرال

برای شناخت انواع چیلرهای تراکمی و آشنایی با طرز کار آنها این متن ⇐ انواع چیلر تراکمی را مطالعه بفرمایید.