در این متن ابتدا به پرسش تن تبرید چیست به طور علمی پاسخ می دهیم و سپس تبدیل واحدهای مهم آن (تبدیل تن تبرید به کیلووات و کیلو کالری) و نحوه محاسبه آن به کمک روش ها و فرمول های موجود را بررسی خواهیم نمود.

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 ۲۴ ساعت از یک تن یخ (۲۰۰۰ پوند lbs) می گیرد تا آن را ذوب کند. گرمای مورد نیاز برای ذوب یک پوند یخ و تبدیل آن به آب مایع در دمای ۳۲ درجه فارنهایت (صفر درجه سانتی گراد) برابر ۱۴۴ Btu است که در ادامه نحوه محاسبه تن تبرید به شکل زیر خواهد بود.

یک تن تبرید = ۱۴۴×۲۰۰۰/۲۴ = ۱۲۰۰۰ Btu/hr

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 ۸ تن تبرید است به این معناست که این دستگاه قادر است همانند ۱۶۰۰۰ پوند یخ (۲۰۰۰ پوند ضرب در ۸) و در طی یک شبانه روز (۲۴ 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.

تبدیل واحدها :

۱ . تبدیل واحد Btu/hr به تن تبرید و بالعکس

بنابرین برای تبدیل تن تبرید به Btu بر ساعت کافی است که آن را در عدد ۱۲۰۰۰ ضرب کرد و بالعکس آن برای تبدیل Btu/hr به تن تبرید باید مقدار عددی آن را بر ۱۲۰۰۰ تقسیم نمود.

۲ . 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 ۳٫۵۲ ضرب و برعکس آن برای تبدیل کیلووات به تن تبرید باید آن را بر عدد ۳٫۵۲ تقسیم نمود.

۳ . 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 ۳۰۲۴ ضرب کنیم.

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.

۱ . 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 ۱Btu/lb.F و p چگالی آب برابر ۸٫۳۳ 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×۶۰ برای آب عدد ۵۰۰ به دست می آید و فرمول به شکل Q=500×V×dT ساده می شود. عدد ۶۰ برای تبدیل ساعت به دقیقه استفاده شده است.

مثالی از محاسبه تن تبرید یک دستگاه سرمایشی مانند چیلر

شدت جریان حجمی آب V در چیلری ۱۰ gallon/min و اختلاف دمای ورود و خروج آب در آن ۱۰ درجه فارنهایت است. مقدار بار سرمایشی آن بر حسب Btu/hr برابر است با Q=500×۱۰×۱۰=۵۰۰۰۰ که با تبدیل Btu/hr به تن، بار حرارتی (سرمایشی) چیلر برابر می شود با ۵۰۰۰۰/۱۲۰۰۰= ۴٫۲ تن تبرید

در واحد متریک از همین فرمول Q=Cp×p×V×dT استفاده می شود که در آن Cp آب برابر ۴٫۱۸ ، چگالی p بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب (حدودا ۱۰۰۰ 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 ۳٫۵۲ تبدیل کیلووات به تن تبرید انجام می شود.

۲ . 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 ۳ فاکتور اصلی زیر مد نظر قرار داده شود :

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

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

۳ . 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.

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.