فن کوئل

مقایسه رادیاتور و فن کوئل

سال ها است که سیستم گرمایشی رایج در خانه ها رادیاتور است . این نوع سیستم گرمایشی که به وسیله آب داغ در لوله های رادیاتور گرم شده و گرمای خود را به صورت انتقال دما به محیط گرم می کند در بسیاری از خانه ها مورد استفاده بوده و هست. اما چند سالی می شود که فن کوئل ها نیز به خانه ها و ادارات ورود پیدا کرده و مورد استفاده قرار میگیرد.

سوالی که بسیاری از مردم با آن مواجه اند این است که به راستی کدام سیستم گرمایشی مناسب تر است ؟ مواید و معایب هر سیستم چیست ؟ و نهایتا کدام سیستم برای انتخاب بهتر است ؟

در این مقاله به بیان مواید و معایب هر سیستم میپردازیم و استفاده هر سیستم را در شرایط مختلف بیان می کنیم.


رادیاتور

رادیاتور ها بر چند نوع و جنس می باشند. جنس رادیاتور ها عموما از :
آلومینیوم : این فلز چهارمین رسانای الکتریسیته و گرمایش می باشد. به ترتیب رساناهای فلزی از رتبه 1 تا 4 بدین شرح می باشد : طلا، نقره، مس، آلومینیوم. طلا و نقره به دلیل قیمت بسیار بالا فاقد توجیح اقتصادی برای تولید رادیاتور می باشد و مس نیز به دلیل مقاومت پایین خارج از لیست قرار می گیرند. لذا بهترین گزینه بین فلزهای رسانا آلومینیوم می باشد.
فولاد : این فلز جزو برترین رساناهای فلزی نمیباشد اما به سبب مقاوت بالا یکی از انتخاب هایی است که برای تولید رادیاتور مورد اسفاده قرار می گیرد.

چدن : چدن به  آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲٫۱ الی ۶٫۲ درصد کربن داشته باشند، گفته می‌شود. قریب به 95% وزن چدن آهن است و الباقی مشتقات آن سیلیس و کربن می باشد.

استیل :امروزه رادیاتورهای دکوراتیو و شکیلی هم وارد ایران شده و هم در ایران تولید می شود. این رادیاتور ها نیز بسیار مورد استقبال عموم فرار گرفته اند که روش تولید آنها یا با استفاده از روش های بپایین بوده و یا به روش تولید رادیاتور های حوله ای تولید می شود. جنس اغلب این رادیاتور ها استیل می باشد.


اما برای تولید رادیاتور با هر آلیاژی روش های مختلفی وجود دارد که ما در این مطلب به آلومینیوم و فولاد میپردازیم :

اکستروژن :  این روش که سالها در کشور ما تولید می شد دارای معایب و محسناتی است .

حسنیات : این نوع تولید با توجه به خلوص بیشتر رادیاتور دارای بازدهی بالاتری می باشد و انتقال گرما با سرعت بسیاری صورت می پزیرد.

معایب : این روش تولید باعث می شود که رادیاتور یک تکه بوده و نتوان در هنگام خرابی آن را تعمیر و یا کم و زیاد کرد. و همینطور قسمت اتصال رادیاتور از مقاومت کمتری برخوردار باشد.

دایکست : این نوع روش تولید به وسیله یک دستگاه دایکست انجام می شود که مواد موزاب حاصل از آلومینیوم ، شمش آهن و یک سری ناخالصی های دیگر در گوره ای ذوب شده و پس از رسیدن به دمای مشخص ( چیزی حدود 700 درجه سانتی گراد ) داخل دستگاه دایکست ریخته شده و این دستگاه با تنها یک ضرب بسیار شدید یک پره را تولید می کند. پس از آن هر پره بنا به سفارش و یا سیاست شرکت به هم متصل شده و یک بلوک رادیاتور را تشکیل می دهد.

محاسن : قابلیت کم و زیاد کردن پره ها و همینطور مقاوت بالا

معایت : وجود ناخالصی غیر از آلومینیوم در آلیاژ رادیاتور و در نتیجه نسبت انتقال گرمای کمتر.

اکستروژن دایکست : یکی از مرصوم ترین روش های تولید رادیاتور در دنیا روش اکستروژن دایکست می باشد. به دلیل اهمیت انتقال انرژی و درجه مصرف انرژی در اروپا و گشور هایی که دارای انرژی گران می باشند، این روش تولید در بین آنها محبوبیت بیشتری دارد. این روش تولید بدین شکل است که آلومینیوم خمیر شده را از یک طرف به شکل آمپول فشار داده و سر راه آن قالبی را قرار می دهند و از طرف دیگر بدنه ی رادیاتور در ابعاد متری و بزرگ خارج می شود. پس از انتقال آن به خط تولید بنا به اندازه طراحی شده بریده شده و به خط فیکس انتقال پیدا می کند و با هدری که به روش دایکست تولید می شود و تنها در بالا و یا پایین رادیاتور قرار می گیرد ( همان قسمتی که شیر ورودی و خروجی آب به آن متصل می شود )   به هم متصل می شود و تشکیل یک یا چند پره رادیاتور را می دهد.

محاسن : یکی از حسن های این رادیاتور این بوده که در عین انتقال گرمای به دلیل وجود درصد بیشتری آلومینیوم نسبت به روش دایکست ، قابلیت کم و زیاد شدن رادیاتور نیز وجود دارد.

معایت : مقاومت کمتر نسبت به روش دایکست در هنگام مواجهه با فشار بار  زیاد.


روش تولید رادیاتور های فولادی :  فولاد پس از تبیل شدن به ورقه ی فولاد و شکل دهی طرح ان توسط دستگاه پرس به خط تولید انتقال داده می شود . پس از ایجاد فضای لوله ی آب رو به وسیله جوشکاری به هم متصل می شود و پس انجام تست های آبگیری روانه بازار می شود.

محاسن : یکی از بزرگترین حسن های این نوع تولید مقاومت بالای آن در برابر فشار بار زیاد در مقابل ترکیدگی و آب دهی می باشد

معایت : این روش تولید دارای چند عیب می باشد . یکی ضریب حرارتی کمتر نسبت به رادیاتور ، دیگری قابل تعمیر نبودن آن در هنگام خرابی و همینطور چهره ساده و زمخت آن در طراحی می باشد. که البته مورد آخر کمی سلیقه ای می باشد.


فن کوئل

فن کوئل سیستمی است که به روش دمیدن باد هوای محیط را گرم و یا خنک می کند. این سیستم که بیشتر در منازل و ساختمان های اداری استفاده می شود دارای مزیت ها و معایب متفاوتی است. اما ابتدا به اجزای تشکیل دهنده آن می پردازیم:

  1. فن
  2. کوئل های گرمایش و سرمایش
  3. فیلترهای قابل تعویض یا شستشو
  4. شیرفلکه
  5. شیر هواگیری

فن کوئل ها توسط به وسیله شیر ترموستات یا درجه دستی تنظیم می شوند.

فن کوئل ها دارای کوئل هایی از جنس آلومینیوم و یا مس بوده که با توجه به تراکم فین های مسی یا آلومینیومی دارای کیفیت های متفاوتی می باشند. در حقیقت یکی از پارامتر های کیفیت سنجی یک دستگاه این می باشد که آیا تراکم فین ( پره ) کوئل ها زیاد است و یا کم !

کاربرد فم گوئل ها در مکان هایی است که بخواهیم دمای هر اتاق و یا فضایی را به طور جداگانه تنظیم کنیم .

فن کوئل ها به چند دسته تقسیم می شوند :

  • فن کوئل زمینی : این دسته فن کوئل ها اغلب ضرفیتی بین 200 الی 1000 فوت مکعب در دقیقه دارند که به صورت بالا زن و یا رو به جلو است.
  • فن کوئل سقفی : ظرفیت این مدل فن کوئل ها نیز همانند زمینی بوده و به دو نوع کابینت دار و بدون کابینت تقسیم می شوند.
  • فن کوئل های کانالی : ظرفیت این فن کوئل ها اغلب بین 600 تا 2000 فوت مکعب در دقیقه می باشد که به چند دسته : کانالی سقفی تو کار ، سقفی رو کار و دیواری روکار ایستاده تقسیم می شود.

واحد اندزه گیری فن کوئل ها CFM می باشد که مخفف : cubic feet per minute و معادل فارسی آن فوت مکعب در هر دقیقه می باشد.

معایب و محاسن این نوع سیستم به شرح زیر می باشد :

محاسن : 

  • کنترل و تنظیم دمای هر اتاق به صورت مجزا
  • انتقال دمای سریعتر نسبت به رادیاتور
  • قابلیت اتصال سیستم هوا رسان برای بهره گیری از هوای تازه
  • قابلیت تعویض یا شستشوی فیلتر ها
  • استفاده در مکان هایی که جایگاه رادیاتور کمی دارند و با استفاده از فن کوئل می توانند میزان گرمایش مورد نیاز را استفاده نمایند.

معایب : 

  • تمیز کردن سخت کوئل ها
  • ایجاد صدا به سبب پرتاب باد
  • تولید هوای سنگین نسبت به رادیاتور به دلیل پرتاب باد ( رادیاتور به شکل تدریجی و انتقال گرما به اتاق گرمای مطبوع تری را ایجاد می کند )
  • اشغال فضای بیشتر در متراژ محیط نسبت به رادیاتور
  • هزینه نگهداری بیشتر نسبت به رادیاتور

با توجه به این توضیحات خریداران می بایست با برسی شرایط واحد، خود تصمیم به انتخاب بگیرند.
پیشنهاد ما این است تا زمانی که از یک محیط به صورت مداوم استفاده می کنند و با توجه به گرمای مطبوع تر رادیاتور از این محصول استفاده کنند و اگر فضای کافی برای رادیاتور در محیط در نظر گرفته نشده ( که خیلی از سازندگان به این مهم دقت نمی کنند و یا کم کاری می کنند ) از فن کوئل استفاده کنند. ضمنا فن کوئل برای ویلا ها و باغ ها نیز مناسب می باشد به دلیل اینکه به شکل مداوم از آنجا استفاده نمی شود و به طور معمول ویلا و باغ برای یکی دو روز مورد استفاده قرار می گیرد لذا صاحبین این املاک ترجیح می دهند در زمان کمتری محیط خود را گرم کنند که با توجه به این شرایط می توان از فن کوئل استفاده کرد.

راهنمای خرید تاسیسات مکانیکی

در مقاله زیر به اختصار، به بررسی راهنمای خرید مشعل،رادیاتور آلمینیومی،انواع فن کوئل،انواع رادیاتور فولادی، انواع پمپ آبرسانی ،پمپ آب، و فاضلاب می پردازیم:

تنظیم نسبت سوخت به هوا در مشعل ها یکی از مهمترین راهکارهای کاهش مصرف سوخت در موتورخانه ها می باشد که بوسیله گروه ممیزی انرژی انجام می پذیرد. احتراق کامل سوخت نیاز به اکسیژن کافی و اختلاط مناسب سوخت و هوا در محفظه احتراق دارد. همانطورکه درجداول زیر ملاحظه می شود، درصورتیکه میزان هوای اضافی کمتر از مقدار ذکر شده در جدول زیر باشد، احتراق بصورت ناقص خواهد بود و راندمان دیگ آبگرم کاهش می‌یابد. از طرف دیگر، افزایش هوای اضافی به بیش از مقدار مجاز، موجب اتلاف انرژی حرارتی از طریق دودکش می‌گردد. از اینرو مقدار هوا می بایست با توجه به نوع سوخت تنظیم باشد. بدین منظور با استفاده از دستگاه آنالیز دود در دودکش بویلر، میزان هوای اضافی محصولات احتراق اندازه گیری می شود و دریچه هوای مشعل دیگ آب گرم تنظیم می شود.

راهنمای خرید انواع رادیاتور آلومینیومی :

۱- برای محاسبه تعداد پره های رادیاتور شوفاژ مورد نیاز هر یک از فضاهای ساختمان خود، ضمن اعلام ابعاد و موقعیت مکانی آن با کار شناس مشورت شود.

۲- قبل از انتخاب رادیاتور، فاصله لوله های بالا و پائین محل نصب رادیاتور را اندازه گیری شود.

۳- تقاوت انواع رادیاتورهای آلومینیومی شوفاژ از لحاظ کیفیت و قیمت بر اساس پهنا و ابعاد هر پره و همچنین روش تولید آنها می باشد. بهترین روش تولید روش تمام دایکاست میباشد.

۴- به استثناء رادیاتورهای اکسترود یا پروفیلی مانند انواع آلفام یا کریستال که پره های آنها ثابت و غیر قابل افزایش یا کاهش است در مورد دیگر انواع رادیاتورهای آلومینیومی دایکاست تعداد پره های بلوکها قابل تغییر در محل می باشد.

۵- انواع رادیاتورهای آلومینیومی شوفاژ بصورت دیواری (روی دیوار) نصب می گردند و فاصله پایین هربلوک از کف تمام شده می باید ۱۰ تا ۱۲ سانتیمتر باشد.

راهنمای خرید مشعل:

۱- ارزش حرارتی هر لیتر گازوئیل تقریبا معادل K.cal ۸۸۰۰ می باشد.

۲- -ارزش حرارتی هر متر مکعب گاز طبیعی تقریبا معادل K.cal ۹۵۰۰ می باشد.

۳- به ازاء هر ۳۰۰ متر افزایش ارتفاع از سطح در یا بدلیل کاهش غلظت هوا ، راندمان احتراق سوخت انواع مشعل ها حدود ۴% کاهش می یابد.

۴- ارزش حرارتی هر کیلوگرم گازوئیل تقریبا معادل K.cal ۱۰۷۰۰ می باشد

راهنمای خرید انواع رادیاتور فولادی:

ارتفاع بلوکهای رادیاتور فولادی پس از نصب روی پایه مربوطه ۶ سانتیمتر بیشتر از ارتفاع کل هر پره می باشد.

۱ G.P.M.‎ X ۰.‎۲۲۷۱ = ۱M³/hr.‎

M² = ۱۰.‎۷۶۴ Ft.‎²

۱ Atm.‎ = ۱۴.‎۷ P.S.I.‎

—-

۱ K.Cal.‎ = ۴ B.T.U.‎

۱ Gal .‎(am.‎) = ۳.‎۷۸۵ Lit.‎

۱M³/hr.‎ X ۴.‎۴ = ۱ G.P.M.‎

راهنمای خرید انواع فن کوئل :

– معمولا قطر لوله های رفت و برگشت (انشعاب) برای فن کویل های ۲۰۰ سایز ۲/۱ اینچ و برای فن کویل های ۳۰۰ و ۴۰۰ سایز ۴/۳ اینچ و برای فنکویل های ۶۰۰ و ۸۰۰ و ۱۰۰۰ سایز ۱ اینچ و برای فن کوئل های ۱۲۰۰ و کانالی های تا ۱۸۰۰، ۴/۱۱ اینچ در نظر گرفته می شود .

– نصب فن کویل بجای رادیاتور فقط در صورتی میسر است که لوله های مربوطه از کف واحد خارج شده باشند نه از دیوارپشت قبل از سفارش فن کوئل های مورد نیاز چپ یا راست بودن محل اتصال لوله های موجود به دستگاه مشخص شود.

۱ K.Cal.‎ = ۴ B.T.U.‎

۱۲۰۰۰ B.T.U.‎ = ۱Ton of Ref.‎

راهنمای خرید انواع پمپ آبرسانی ،پمپ آب، و فاضلاب:

استفاده از صافی در مکش و نصب لرزه گیرها در لوله ورودی و خروجی پمپ ها توصیه می گردد.

۱ M³ = ۱۰۰۰ Lit.‎

۱ Gal .‎(am.‎) = ۳.‎۷۸۵ Lit.‎

۱ M³ ‎/hr.‎ x ۴.‎۴ = ۱ G.P.M.‎

=۱ Atm.‎ ۱۰.‎۳۳ متر ارتفاع ستون آب

—-

۱ M³ = ۲۶۴.‎۲ Gal.‎‪(am.‎)‬

۱ M³ = ۳۵.‎۳۱۵ Ft.‎³

۱ G.P.M.‎ x ۰.‎۲۲۷۱= ۱M³/hr.‎

۱ Atm.‎ = ۱۴.‎۷ P.S.I.‎

از ابتدا تا انتها با مبدل ها

مقدمه:

مبدل های حرارتی تقریبا پرکاربرترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. آن ها وسایلی هستند که امکان انتقال انرژی گرمایی بین دو یا چند سیال در دما های مختلف را فراهم می کنند. این عملیات می تواند بین مایع- مایع، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو مورد استفاده قرار می گیرند.

مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند. این کاربردهای شامل نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع فرآیندی، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع ، سیستم های تبريد و کاربردهای فضایی می باشد. مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده ها، برج خنک کن، پیش گرم کن فن کویل، خنک کن و گرم کن روغن، رادیاتور ها، کوره ها و … کاربرد فراوان دارند.

صنایع بسیاری در طراحی انواع مبدل های حرارتی فعالیت دارند و همچنین، دروس متعددی در کالج ها و دانشگاه ها با نام های گوناگون در طراحی مبدل های حرارتی ارائه می گردد. محاسبات مربوط به مبدل ها کاری طولانی و گاهی خسته کننده است. مثلا طراحی یک مبدل برای یک عملیات به خصوص نیاز به حدس های زیادی دارد که با استفاده از آن ها و طبق استانداردها می توان اندازه های یک مبدل مناسب را پیدا کرد. اما با استفاده از برنامه های کامپیوتری تمام این محاسبات توسط کامپیوتر انجام می شود و طراح برای طراحی تنها باید شرایط عملیاتی و خواص سیالات حاضر در عملیات را وارد کند. نرم افزارهای  Aspen B – jac و  HTFS از این موارد هستند. این نرم افزارها شامل برنامه هایی می شوند که توانایی انجام چنین محاسباتی را دارند.

در این مقاله ابتدا توضیحاتی در مورد مبدل های حرارتی و اصول طراحی آنها بیان گردیده و در ادامه به معرفی و آشنایی با چند نرم افزار طراحی مبدل ها پرداخته شده است.

دسته بندی مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی را می توان از جنبه های مختلف دسته بندی کرد:

1- بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم

  1.  مبدل های حرارتی نوعRecuperative

در این مبدل سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده اند و انتقال از طریق سطح مذکور صورت می گیرد. اکثر مبدل های موجود در صنعت از این دسته هستند.

  1.  مبدل های حرارتی نوع Regenerative

در این مبدل ، سطح جدا کننده سیال سرد و گرم ثابت نبوده و به طور متناوب قسمت هایی از سطح مذکور در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می گیرند. این نوع مبدل ها بیشتر در مقیاس های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند.

  1. مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم

در این نوع مبدل های حرارتی ، سیال سرد و گرم به طور مستقیم تماس حاصل نموده ( هیچ دیواره ای بین جریانهای سرد و گرم وجود ندارد ) و تبادل انرژی یا حرارت انجام می گیرد. در مبدل های تماس مستقیم، جریان ها، دو مایع غیر قابل اختلاط و یا یک گاز و یک مایع هستند. این مبدل ها معمولا از راندمان حرارتی بالایی برخوردارند. نمونه ای از این مبدل ها، برج های خنک کن، کولرهای آبی و گرم کن های Open Feed Water Heater موجود در نیروگاه های بخار می باشند.

2- بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم

بر این اساس مبدل های حرارتی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند :

2-1-  مبدل های حرارتی از نوع جریان همسو

در این نوع مبدل ها جریان سرد و گرم موازی یکدیگر و جهت جریان سیال گرم و سرد آن ها موافق یکدیگر می باشند. یعنی دو جریان سیال، از یک انتها به مبدل وارد می شوند و هر دو در یک جهت جریان می یابند و از انتهای دیگر خارج می شوند. نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که دمای سیال سرد خروجی از مبدل هیچ گاه به دمای سیال گرم خروجی نمی رسد. نزدیک شدن مقدار عددی دو دمای مذکور مستلزم بکارگیری سطح انتقال حرارت موثر بسیار بزرگی می باشد.

2-2 مبدل های حرارتی از نوع جریان غیر همسو

در شرایطی که جریان سیال سرد و گرم موازی یکدیگر و در خلاف جهت هم باشد مبدل را جریان غیر همسو می نامند. باید توجه داشت در این نوع مبدل ها امکان افزایش دمای سیال سرد خروجی نسبت به سیال گرم خروجی وجود دارد. این مبدل ها در شرایط یکسان از سطح انتقال حرارت کمتری نسبت به مبدل های همسو برخوردار هستند.

2-3- مبدل های حرارتی از نوع جریان عمود بر هم

در این نوع مبدل ها جهت جریان های سرد و گرم عمود بر هم می باشند. به عنوان متداول ترین نمونه می توان از رادیاتور اتومبیل نام برد. در آرایش جریان عمود بر هم ، بسته به طراحی، جریان مخلوط یا غیر مخلوط نامیده می شود. سیال داخل لوله ها چون اجازه حرکت در راستای عرضی را نخواهد داشت غیر مخلوط است. سیال بیرونی برای لوله های بی پره مخلوط است چون امکان جریان عرضی سیال و یا مخلوط شدن آن وجود دارد و برای لوله های پره دار غیر مخلوط است زیرا وجود پره ها مانع از جریان آن در جهتی عمود بر جهت اصلی جریان می شود.

1- بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم

مبدل های حرارتی بر طبق مکانیزم انتقال گرما، می توانند به صورت زیر دسته بندی شوند:

  •  جابجایی یک فاز در هر دو سمت
  • جابجایی یک فاز در یک سمت، جابجایی دو فاز در سمت دیگر
  •  جابجایی دو فاز در هر دو سمت

در مبدل های حرارتی از قبیل اکونومایزرها ( مبدل هایی که در آن سیال از شرایط مایع مادون اشباع بسمت شرایط مایع اشباع می رود) و گرمکن های هوا در دیگ بخار، خنک کن های میانی در کمپرسورهای چند مرحله ای، رادیاتور خودروها ، ژنراتورها، خنک کن های روغن، گرم کن های مورد استفاده در گرمایش اطاق ها و غیره، در هر دو سمت سیال سرد و گرم، انتقال گرما از طریق جابجایی یک فاز اتفاق می افتد. چگالنده ها ، دیگ های بخار و مولدهای بخار در راکتورهای آب تحت فشار در نیروگاه های هسته ای، تبخیرکننده ها و رادیاتورهای مورد استفاده در تهویه مطبوع و گرمایش، دارای مکانیزم های چگالش و جوشش در یکی از سطوح مبدل های حرارتی می باشند. همچنین انتقال گرمای دو فاز می تواند در هر دو سمت مبدل، مانند شرایطی که چگالش در یک سمت و جوشش در سمت دیگر سطح انتقال گرما است، اتفاق بیفتد. هر چند، بدون تغییر فاز نیز می توان شکلی از انتقال گرمای جریان دوفاز داشت، همانطور که بسترهای سیال، مخلوط گاز و ذرات جامد ، به سطح گرمایی، یا از آن سطح ، گرما منتقل می کنند.

براساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها

مبدل های حرارتی از نوع تماس غیر مستقیم ( مبدل های با انتقال گرما از طریق دیواره) اغلب بر حسب مشخصات ساختاریشان توصیف می شوند. انواع عمده دسته بندی بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار آن ها، شامل لوله ای، صفحه ای و سطح پره دار است.

4-1- مبدل های لوله ای

این مبدل ها از لوله هایی با مقطع دایره ای ساخته شده اند. یک سیال در داخل لوله ها و سیال دیگر در خارج از لوله جریان دارد. قطر، تعداد، طول، گام و آرایش لوله ها می تواند تغییر کند. بنابراین انعطاف پذیری قابل ملاحظه ای در طراحی آن ها وجود دارد.

مبدل های حرارتی لوله ای می توانند به صورت زیر دسته بندی شوند :

  • دو لوله ای (  ( Double pipe
  • پوسته و لوله ( shell and tube )
  • لوله ای حلزونی ( spiral tube )

مبدل های حرارتی دو لوله ای

مبدل های دو لوله ای معمولی شامل یک لوله است که با اتصالات مناسب بصورت هم مرکز در داخل لوله ای دیگر با قطر بزرگتر قرار می گیرد تا جریان را از مقطعی به مقطع دیگر هدایت کند. مبدل های حرارتی دو لوله ای می توانند با آرایش گوناگون سری و موازی مرتب شوند تا افت فشار و متوسط اختلاف دمای مورد نظر را برآورده سازند. استفاده عمده مبدل های دو لوله ای، برای گرمایش و سرمایش محسوس سیال های فرآیندی است که در آنها سطوح انتقال گرمای کوچکی ( تا 50) مورد نیاز می باشد. این شکل بندی، همچنین در حالتیکه یک یا هر دو سیال سرد و گرم، در فشار زیاد باشند، مناسب است. عیب اصلی این مبدل ها آن است که میزان انتقال گرما در واحد سطح گرمایی آنها کم بوده و به عبارت دیگر برای ظرفیت گرمایی مشخص، بزرگ و گران قیمت هستند. اگر ضریب انتقال گرما برای سیال عبوری در فضای بین لوله داخلی و خارجی کوچک باشد، لوله ( یا لوله های ) داخلی دارای پره های طولی می توانند استفاده شوند.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله

مبدل های پوسته و لوله ، از لوله های با مقطع دایره ای که در پوسته های استوانه ای بزرگ نصب شده اند ، ساخته می شوند به طوری که محور لوله ها موازی با محور پوسته است. این مبدل ها به صورت وسیعی به عنوان خنک کن های روغن ، چگالنده ها و پیش گرمکن ها در نیروگاه ها ، و به عنوان مولدهای بخار در نیروگاه های هسته ای و در کاربرد های صنایع فرآیندی و شیمیایی استفاده می شوند.

در مبدل های دارای بافل ( تیغه ها و صفحات هدایت کننده جریان )، جریان سمت پوسته به صورت متقاطع با لوله ها در بین دو بافل مجاور جهت داده می شود و در حالیکه از فاصله مابین دو بافل به فاصله بعدی منتقل می شود، موازی با لوله ها ، جهت می یابد. بسته به کاربرد مبدل های حرارتی پوسته و لوله، تفاوت زیادی در شکل و ساختمان آنها وجود دارد.

اهداف اصلی طراحی در این مبدل ها، در نظر گرفتن انبساط حرارتی پوسته و لوله ها، تمیز کردن آسان مجموعه، و در صورت با اهمیت نبودن سایر جنبه ها ، کم هزینه ترین روش ساخت و تولید آنهاست.

در مبدل های حرارتی پوسته و لوله با صفحه لوله های ثابت” Fixed tube sheet“، پوسته به صفحه لوله جوش داده شده است و هیچ گونه دسترسی به خارج از دسته لوله ، برای تمیز کاری وجود ندارد. این انتخاب کم هزینه و دارای انبساط گرمایی محدود است که می تواند اندکی توسط فانوسی های انبساط، افزایش یابد. در این نوع از مبدل ها، تمیز کردن لوله ها، ساده است.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله با دسته لوله U شکل دارای کم هزینه ترین ساختار است، زیرا در آن فقط به یک صفحه لوله نیاز است. سطح داخلی لوله ها به دلیل خم U شکل تند، نمی تواند با وسایل مکانیکی تمیز شود. در این مبدل ها تعداد زوجی از گذرهای لوله به کار می رود ولی محدودیتی از نظر انبساط گرمایی وجود ندارد. آرایش های مختلف جریان در سمت پوسته و لوله ، بسته به ظرفیت گرمایی، افت فشار ، سطح فشار، تشکیل رسوب، شیوه های ساخت و هزینه بری، کنترل خوردگی و مسائل تمیز کاری، استفاده می شوند. بافل ها برای افزایش ضریب انتقال حرارت در سمت پوسته و برای نگه داشتن لوله ها استفاده میگردند. مبدل های پوسته و لوله، بر حسب نیاز، برای هر ظرفیت و شرایط کارکرد، طراحی می شوند. این مشخصه مبدل های پوسته و لوله ، متفاوت با بسیاری از انواع دیگر مبدل ها می باشد.

مبدل های حرارتی لوله ای حلزونی

این مبدل ها شامل کویل هایی هستند که به صورت حلزونی پیچانده شده و در یک پوسته قرار گرفته اند و یا به صورت چگالنده های هم مرکز و تبخیر کننده های هم مرکز هستند که در سیستم های تبرید استفاده می شوند. ضریب انتقال گرما، در لوله حلزونی در مقایسه با لوله مستقیم ، بیشتر است. این مبدل ها، برای انبساط گرمایی و سیال های تمیز مناسب هستند، زیرا تمیز کردن آنها تقریبا غیر ممکن است.

مبدل های حرارتی صفحه ای

مبدل های حرارتی صفحه ای ، از صفحات نازک که کانال های جریان را تشکیل می دهد، ساخته می شوند. جریان های سیال، توسط صفحات مسطح که یا به صورت صاف و یا موجدار هستند، از هم جدا می شوند. این مبدل ها برای انتقال گرما بین گاز، مایع یا جریان های دو فاز ، استفاده می شوند. این مبدل ها می توانند به صورت زیر دسته بندی شوند :

  • صفحه ای واشردار ( Gasketed-plat )
  • صفحه ای حلزونی ( Spiral plat )
  • لاملا ( Lamella )

مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار

مبدل های صفحه ای واشردار شامل تعدادی از صفحات نازک با سطح چین دار یا موج دار است که سیال های گرم و سرد را از یکدیگر جدا می کند. صفحات دارای قطعاتی در گوشه ها هستند که به نحوی آرایش داده شده اند که دو ماده ای که باید گرما بین آن ها مبادله شود، یکی در میان فضای صفحات، جریان یابند. طراحی و واشر بندی مناسب، امکان آن را ایجاد می کند که مجموعه ای از صفحات ، توسط پیچ ها که از صفحات ابتدا و انتها نیز می گذرند، در کنار یکدیگر نگه داشته شوند. واشرها از نشتی به بیرون جلوگیری می کنند و سیال ها را در صفحات، به شکل مورد نظر، هدایت می نمایند. شکل جریان، عموماً به نحوی انتخاب می شود که جریان سیال ها در خلاف جهت یکدیگر باشند. مبدل های صفحه ای معمولا به جریان سیال با فشار پایین تر از bar25 و دمای کمتر از حدود 250درجه سانتیگراد محدود می شوند. جریان قوی گردابه ای موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال گرما و افت فشارها می گردد ، بعلاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی، باعث کاهش تشکیل رسوب می شود. این مبدل ها، سطح انتقال حرارتی نسبتاً فشرده و با وزن کم ایجاد می کنند. دما و فشار آنها به دلیل جزئیات ساخت و واشربندی، محدود هستند. این مبدل ها به آسانی تمیز و استریلیزه می شوند زیرا می توانند کاملا از یکدیگر باز و جدا گردند و بنابراین استفاده گسترده ای در صنایع غذایی دارند.

مبدل های حرارتی صفحه ای حلزونی

مبدل های صفحه ای حلزونی ، با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی با استفاده از یک میله اصلی ( مندرل ) و جوش دادن لبه های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می شوند. فاصله بین صفحات فلزی در هر دو کانال حلزونی ، با استفاده از پین های فاصله انداز که به ورق فلزی جوش می شوند ، حفظ می شود. طول پین های فاصله انداز می تواند بین 5 تا 20mm تغییر کند. به همین دلیل است که با توجه به نرخ جریان، می توان فواصل مختلفی برای کانال انتخاب کرد. این بدان معناست که شرایط جریان ایده آل و بنابراین کوچکترین سطوح گرمایش ممکن، بدست می آیند.

در هر یک از دو مسیر حلزونی، یک جریان ثانویه ایجاد می شود که انتقال گرما را افزایش، و تشکیل رسوب را کاهش می دهد. این مبدل ها کاملا فشرده هستند ولی به دلیل ساخت خاص خود، نسبتاً گران قیمت می باشند.

سطح انتقال گرما برای این مبدل ها، در محدوده 0.5 تا 500 می باشد. حداکثر فشار کارکرد( تا 15 bar) و دمای کارکرد ( تا 500درجه سانتیگراد ) در این مبدل ها محدود هستند. مبدل های حرارتی حلزونی به ویژه در کاربرد سیال لجن آلود، مایعات لزج و مایعاتی با ذرات جامد معلق شامل ذرات بزرگ و جریان دو فازی مایع- جامد، استفاده می شوند. مبدل های حلزونی، در سه نوع اصلی که در اتصالات و آرایش های جریان، تفاوت دارند، ساخته می شود.

مبدل های حرارتی لاملا

مبدل های حرارتی لاملا ( ریمن ) شامل مجموعه کانال های ساخته شده از صفحات فلزی نازک است که به طور موازی جوشکاری شده اند و یا به شکل لاملا ( لوله های تخت یا کانال های مستطیلی ) می باشند که به صورت طولی در یک پوسته قرار گرفته اند. این مبدل، شکل اصلاح شده ای از مبدل های حرارتی پوسته و لوله با صفحه لوله شناور است، لوله های تخت شده که به آن ها لاملا نیز گفته می شود، از دو صفحه باریک که برش خورده و در عملیاتی پیوسته، به یکدیگر جوش نقطه ای یا درزی شده اند، ساخته شده است. شکل دهی خاص صفحات باریک ، فضای داخل لاملاها را ایجاد می کند و برجستگی هایی به سمت خارج، بیرون می زند که به صورت فاصله دهنده ، بین لاملاها ، برای ایجاد مقاطع جریان در سمت پوسته بکار می رود. لاملاها در هر دو انتها با قرار دادن میله های فولادی در وسط آنها به یکدیگر جوش می شوند.

اندازه میله های فولادی بسته به فاصله مرد نیاز بین لاملاها دارد. هر دو انتهای دسته لاملا بوسیله جوش های محیطی ، به درپوش کانال متصل می شوند که آن هم خود ، در انتهای خارجی به نازل ورودی و خروجی جوش شده است. بنابراین سمت لاملا کاملاً توسط جوشها آب بندی شده است.سطوح ما بین لاملاها برای تمیز کاری شیمیایی مناسب هستند بنابراین سیال های رسوب دهنده باید در سمت پوسته جریان یابند. جریان سمت پوسته عموماً یک گذر حول صفحات است و به صورت طولی در فضای بین کانال ها جریان می یابد. هیچگونه بافلی در سمت پوسته وجود ندارد و بنابراین مبدل های لاملا می توانند برای آرایش جریان مخالف جهت واقعی در نظر گرفته شوند. به دلیل آشفتگی زیاد جریان، توزیع یکنواخت جریان و سطوح صاف، لاملاها به سادگی رسوب نمی گیرند.

دسته صفحه می تواند به راحتی برای بازرسی و تمیز کاری بیرون آورده شود . این طرح دارای ظرفیت تحمل فشار تا 35 bar و تحمل دما تا 200 درجه سانتیگراد برای واشرهای تفلون و 500 درجه سانتیگراد برای واشرهای آزبست می باشد.

مبدل های حرارتی با سطوح پره دار

مبدل های حرارتی با سطوح پره دار ، دارای پره ها و یا ضمائمی در سطح اصلی ( لوله ای یا صفحه ای ) انتقال گرما به منظور افزایش این سطح می باشند. از آنجا که ضریب انتقال گرما در سمت گاز بسیار کوچکتر از سمت مایع است ، سطوح انتقال گرمای پره دار ، در سمت گاز برای افزایش سطوح انتقال گرما استفاده می شوند. پره ها به صورت وسیع در مبدل های حرارتی گاز – گاز یا گاز – مایع در جایی که ضریب انتقال گرما در یک یا هر دو سمت کوچک باشد و به مبدل های حرارتی فشرده نیاز باشد استفاده می گردند. دو نوع از رایج ترین مبدل های حرارتی دارای صفحات پره دا عبارتند از :

  • مبدل های صفحه ای پره دار
  • مبدل های لوله ای پره دار

مبدل های صفحه ای پره دار

نوع مبدل های صفحه ای پره دار عمدتاً برای کاربردهای گاز- گاز و مبدل های لوله ای پره دار برای کاربردهای مایع- گاز استفاده می شوند. در اکثر کاربردها ( ماشین های باری ، اتومبیل ها و هواپیماها ) کاهش جرم و حجم مبدل از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به دلیل دست یافتن به این کاهش حجم و وزن، مبدل های حرارتی فشرده همچنین به صورت وسیع در تبرید با دمای خیلی کم ( کرایوژنیک )، بازیابی انرژی ، صنایع فرآیندی، تبرید وسیستم های تهویه استفاده می گردند.

جریان های سیال با صفحات تخت که بین آن ها پره های موج دار قرار داده شده اند، از هم جدا می شوند. آن ها می توانند با توجه به جریان های سیال با شکل بندی های متفاوت آرایش داده شوند . این واحد های بسیار فشرده دارای سطح انتقال گرما در واحد حجم حدود 2000 میباشند. صفحات عموماً دارای ضخامت 0.5 تا mm 1 و پره ها دارای ضخامت 0.15 تا mm 0.75 می باشند. کل مبدل از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده است و اجزاء مختلف ، در حمام نمک یا کوره خلاء به یکدیگر لحیم می شوند.

ورق های موج دار که بین صفحات تخت قرار داده شده اند ، باعث ایجاد سطح انتقال گرمای بیشتر می شوند و هم تکیه گاهی برای صفحات تخت ایجاد می کنند. شکل های مختلف بسیاری از ورق های موجدار در این مبدل ها استفاده می شوند ولی رایجترین آنها عبارتند از : پره ساده، پره ساده سوراخدار، پره دندانه ای یا کنگره ای، پره جناغی یا موجی شکل.

با استفاده از پره ها که در راستای جریان پیوسته نباشند ، لایه های مرزی کاملاً شکسته می شوند و به هم می خورند ، اگر سطح در راستای جریان دارای موج باشد ، لایه های مرزی یا نازک می گردند و یا قطع می شوند که نتیجه آن ضرایب بزرگتر انتقال گرما و افت فشار بزرگتر است.

کانال های جریان در مبدل های صفحه ای پره دار کوچک هستند که بدین معناست که سرعت جرمی جریان در آنها نیز باید کوچک باشد ( 10 تا 300 ) تا از افت فشار اضافی، اجتناب شود. این موضوع کانال را مستعد برای تشکیل رسوب نماید، با توجه به این موضوع که این مبدلها نمی توانند به صورت مکانیکی تمیز شوند ، استفاده از این مبدل های صفحه ای پره دار منحصر به سیال های تمیز است. آنها به وفور برای مصارف چگالش در واحدهای مایع سازی هوا استفاده می شوند.

مبدل های صفحه ای پره دار برای استفاده در توربین های گاز، نیروگاه های مرسوم و هسته ای، مهندسی پیشرانه (هواپیماها، ماشین های باری و خودروها)، تبرید، گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، سیستم های بازیابی گرمای اضافه، صنایع شیمیایی و سرمایش وسایل الکترونیکی بوجود آمده اند.

مبدل های لوله ای پره دار

این مبدل ها شامل آرایه ای از لوله ها با پره هایی که در سمت بیرونی ثابت شده اند، می باشد. پره های سمت خارجی لوله ها ممکن است عمود بر محور لوله ها، اریب یا مارپیچ نسبت به محور، یا طولی (محوری) و در امتداد محور لوله باشند. پره های طولی معمولا در مبدل های دو لوله ای یا پوسته و لوله ای که دارای بافل نیستند، استفاده می شوند. در مبدل های لوله ای پره دار عموماً لوله هایی با مقاطع گرد، مستطیلی یا بیضوی استفاده می شوند. پره ها با لحیم کاری، جوش برنجی، جوشکاری، اکستروژن، جا زدن مکانیکی، پیچاندن کششی و غیره به لوله وصل می شوند. این مبدل ها بطور متداول در سیستم های گرمایش، تهویه، تبرید و تهویه مطبوع استفاده می شوند. سطوح داخلی در سمت لوله ها عموما در چگالنده ها و تبخیر کننده های سیستم های تبرید استفاده می گردند. چگالنده های خنک شونده با هوا و دیگ های بخار بازیافت، مبدل های حرارتی لوله ای پره دار هستند که شامل یک دسته افقی از لوله ها است که هوا یا گاز از میان لوله ها و متقاطع با آن ها در سمت خارجی دمیده می شود و چگالش یا جوشش، در سمت داخل لوله ها اتفاق می افتد.

اصول طراحی مبدل های حرارتی

طراحی برای تهیه یک سیستم مهندسی ، بخشی از آن یا تنها یک مؤلفه سیستم ، در جایگاه بسیار بالایی قرار دارد. توصیف یک سیستم مهندسی بیانگر مشخصات مهم ساختار سیستم، اندازه سیستم، عملکرد سیستم و سایر مشخصاتی که برای ساخت و بهره برداری بسیار مهمند، می باشد. این موضوع می تواند با استفاده از روش و اصول طراحی محقق گردد.

از فرمول بندی چشم انداز این فعالیت ، کاملا مشخص است که روش طراحی دارای ساختار پیچیده ای است و از این گذشته، روش طراحی برای یک مبدل حرارتی به عنوان یک مؤلفه، باید با طراحی چرخه عمر یک سیستم سازگار باشد. طراحی چرخه عمر ملاحظات زیر را فرض کرده است :

فرمول بندی مسئله ( از جمله تعامل با مشتری)

توسعه مفهوم ( انتخاب انواع طراحی ها، طراحی اولیه)

طراحی دقیق مبدل(انجام همه محاسبات طراحی و مد نظر قرار دادن همه ملاحظات )

ساخت و تولید

ملاحظات بهره برداری ( کارکرد ، در دسترس بودن ، فرسوده شدن و غیره)

در مرحله نخست یک مهندس باید به تعیین مشخصات تجهیزات و اهداف کلی طراحی سیستم مبادرت ورزد که این باید بر اساس درکی درست از نیازهای مشتری باشد. اگر موضوع به درستی فرمول بندی گردد و مهندس همه مؤلفه ها را در طراحی سیستم مورد ارزیابی قرار دهد و یک یا چند راه حل طراحی عملی را برای خود مدنظر قرار دهد در آن صورت بر اساس این تحلیل و ارزیابی ها می تواند اندازه گیری های دقیق ، برآورد هزینه ها و بهینه سازی ها را انجام دهد که این کار موجب می شود تا بهترین راه حل برای طراحی پیشنهاد گردد. به طور مشابه ، ملاحظات مهندسی پروژه اعم از ساخت و تولید باید مد نظر قرار داده شود. موضوع مربوط به راه اندازی، حمل و نقل، کارکرد در شرایط پایدار و نهایتا فرسوده شدن و احتمالا بازیافت هم باید مد نظر مهندس طراح قرار گیرند. تیم طراحی با در نظر گرفتن همه موارد سعی در برآورده کردن همه نیازها می کند ، همه محدودیت های احتمالی را شبیه سازی می نماید و چندین بار مراحل گوناگون را تکرار می کند تا اینکه مشکلی باقی نماند و همه خواسته ها برآورده شوند. در چارچوب این فعالیت ها، یک روش خاص طراحی ایجاد می گردد.

یک متدولوژی برای طراحی یک مبدل حرارتی توسط آقایان کیز و لندن (1998) ، تابورک (1988) و شاه (1982) برای مبدل های حرارتی فشرده انجام شده است. این فرآیند طراحی را می توان به عنوان یک مطالعه موردی مد نظر قرار داد.

 اصول و روش های طراحی مبدل های حرارتی شامل موارد زیر است:

  • تعیین مشخصات فرآیند و طراحی
  • طراحی حرارتی و هیدرولیک
  • طراحی مکانیکی
  •  محاسبات مربوط به هزینه و ساخت
  • فاکتورهای سنجش و بهینه سازی سیستم

محاسبه موارد بالا اکثرا به یکدیگر مرتبط و بر هم تاثیر گذارند و برای رسیدن به طراحی بهینه باید همزمان مد نظر قرار گیرند و حتی ممکن است قبل از طراحی چند بار تکرار انجام شود تا مشکلی پیش نیاید. روش و متدولوژی کلی طراحی فرآیندی بسیار پیچیده است، چون بسیاری از ملاحظات کمی و کیفی باید مورد بررسی قرار گیرند و از این گذشته در محاسبات کمی باید دقت کافی مبذول شود. همچنین باید بر این نکته تأکید شود که بسته به کاربرد ویژه، برخی از موارد و ملاحظات طراحی را حین انجام پروسه باید اعمال کرد.

چگونگی اجرای تاسیسات صنعتی و لوله کشی ساختمان

شیرهای اصلی

     شیرهای اصلی ترموستاتیك بیشتر در ساختمان های تجاری به كار می روند و به مقادیر آب زیادی نیاز دارند. این شیرها آب خروجی از دیگ یا آبگرمكن را به دمای پایین تری تعدیل می نمایند. برای مثال یك شیر اصلی در یك هتل یا یك آپارتمان برای تعدیل آب 180 درجه فارنهایت كه از یك دیگ خارج می شود به دمای حداكثر 140 درجه فارنهایت به كار می رود.

  شیر اصلی، اولین شیری است كه در سیستم به كار می رود هر چند كه این شیر مصرف كننده در برابر سوختن یا تاول زدن محافظت نمی كند. چرا كه این شیر در هنگام نصب بر روی یك درجه حرارت معین تنظیم می شود و باعث می شود كه دمای آب ورودی مطابق با دمای برنامه ریزی شده باشد. در بسیاری از موارد شیر اصلی در طبقه اول و یا طبقه همكف قرار می گیرد. یعنی تا حد امكان در نزدیكی منبع تامین آب گرم. وقتی كه دمای آب توسط شیر اصلی تعدیل میشود با تكیه بر سیستم گردش مجدد می توان از تامین دمای مورد نظر برای آب اطمینان حاصل نمود. مهندسین لوله كشی ساختمان باید در خصوص افت دمای حاصل از گردش مجدد، تمهیدات لازم را در نظر بگیرند، اگر سیستم حفاظت از گرما در سیستم نصب نشده باشد، دمای آب ممكن است تا 100 یا 105 درجه فارنهایت پایین بیاید حتی اگر شیر اولیه روی دمای 120 درجه فارنهایت تنظیم شده باشد.

امروزه روش جستجوی دما  یك روش مشهور برای گرمایش آب در حین گردش مجدد تبدیل شده است. بدین ترتیب كه آب به وسیله عبور یوسته و همیشگی از یك مسیر كه توسط نوارهای داغی نوارپیچ شده است به صورت ترموستاتیكی كنترل و گرم نگه داشته می شود. شیر اصلی با استفاده از یكی از سه مكانیزم زیر آب را كنترل می كند: موتور وكس، بی متال و یا لوله كاپیلاری، كه هر یك از یك نوع خاص ترموستات بهره می برند. اما هدف مشترك هر سه تولید آب با دمای ثابت می باشد. وقوف كامل به چگونگی عملكرد هر یك از این سه مكانیزم برای عیب یابی و تعمیر این شیرها امری حیاتی به شمار می رود.
در شیر ترموستاتیكی با موتوروكس، یك پیستون تعدیل جریان را برعهده دارد، وقتی موتور وكس، تغییر دما را حس كند،پیستون كنترل كننده جابجا می شود تا جریان آب داغ را باز و یا بسته نماید. با تكامل نسل این شیر در صنعت خودرو كه در جهت كنترل حداكثر دمای موتور به كار می روند، شیرهای موتور وكس شیرهای قابل اطمینان، در دسترس و باعمر طولانی به شمار می روند.
در اصلی بی متال، دو واشر فلزی با ضرایب انبساط مختلف به یكدیگر چسبیده و به شكل فنری در آمده اند. وقتی دمای آب تغییر می كند به همان نسبت شكل فنر عوض می شود و موجب حركت كوچكی در هر یك از واشرها می گردد. این حركت كوچك خود موجب تغییر بزرگتری می شود.كه باعث می شود پیستون از جای خود حركت كرده و جریان آب را كنترل نماید.
آخرین مدل شیر ترموستاتیكی از یك لوله كاپیلاری كه با گاز پرشده است، بهره می برد. در این حالت لوله با انبساط و انقباض خود دما را تعدیل كرده و مسیر عبور آب را بزرگتر و یا كوچكتر می نماید. فارغ از این كه چه نوع ترموستاتی برای شیر در نظر گرفته می شود، لوله كش باید در هنگام نصب دمای شیر اصلی را تنظیم نماید. دمای مناطق مختلف و مناطق خاص به وسیله آیین نامه های محلی لوله كشی معین می شود، اگر چه محدوده دما بین 100 تا 140 درجه فارنهایت می باشد اما در برخی مناطق دما حداكثر به 120 درجه فارنهایت می رسد.

طراحان باید فصل و مساحت منطقه ای كه در آن قرار دارند را در نظر بگیرند. در ایالات شمالی آمریكا كه دكای آب سرد تا 40 درجه فانهایت افت می كند، لوله كش باید شیر اصلی را برای دمای بالاتری تنظیم نماید. در ایالات جنوبی و بیابانها كه دمای آب شیر می تواند تا 80 درجه فارنهایت بالا رود، شیر اصلی باید آب را به دماهای پایین تری محدود نماید. وقتی دما تنظیم شد، شیر اصلی دمای آب تنظیم می كند. حداكثر تغییر دما برای دبی های بیش از 80 گالن در دقیقه 7 درجه فارنهایت خواهد بود. برای شیرهای كوچكتر، حداكثر تغییر دما كمتر خواهد بود.

شیرهای مورد مصرف در مناطق منفك از یكدیگر

    علاوه بر شیرهای اصلی، لوله كشی باید شیرهای مناطق را مجزا نصب نماید به طوری كه مصرف كننده قادر باشد جریان آب را قطع و وصل نماید. در منازل، این اولین مرحله كار یك لوله كش محسوب می شود. چرا كه در منازل شیر اصلی به كار برده نمی شود و آب مستقیما از منبع تامین آب داغ وارد خانه می شود. سه نوع شیر مجزا در كل صنعت به كار برده می شود: شیری كه با فشار متعادل می شود و شیر تركیبی.

شیر ترموستاتیكی: دانش فنی این شیر نظیر همان دانشی است كه در شیر اصلی به كار گرفته می شود. این شیر مجهز به یك ترموستات داخلی است كه تغییرات دمای آب ورودی را حس كرده و جریان را مطابق با آن تنظیم می نماید. بمانند حالت قبل در این جا هم شیر ترموستاتیك 3 مدل دارد: مدل موتور وكس، بی متال و كاپیلاری.

شیر موازنه فشاری: این شیر در مصارف خانگی بیشترین كاربرد را دارد. شیر موازنه فشاری با حس كردن نوسانات فشار در جریان آب داغ یا سرد ورودی و با تنظیم سریع دبی، دمای آب را كنترل می كند، این شیر 2 نوع پیستونی و دیافراگمی را دربرمی گیرد، مدل پیستونی اختلاف فشار بین جریان سرد و گرم ورودی را حس كرده و میزان دبی را تغییر می دهد. در مقابل مدل دیافراگمی با تفكیك آب داغ و آب سرد، نوسانات فشار را از بین می برد. در نتیجه مدل دیافراگمی بسیار حساس تر و از نظر اندازه بزرگتر از مدل پیستونی می باشد.

نتیجه تركیب هر دوشیر، یك وسیله ترموستاتیكی خواهد شد كه با فشار متعادل می شود. این شیر با حس كردن تغییر دما و اختلاف فشار، دمای خروجی را ثابت نگه می دارد. اندازه ورودی هر سه نوع شیر مجزا از 8/3 تا 2/1 اینچ تغییر می نماید. در هنگام تعیین اندازه شیر، لوله كش ها باید به این مسئله توجه كنند كه شیرهای مجزا تحت دبی كامل بهترین عملكرد را از خود نشان می دهند. لذا اگر شیر به درستی انتخاب شود و یا مقدار جزیی كوچكتر در نظر گرفته شود، كنترل بهتری امكان پذیر شده و نگهداری شیر نیز آسان تر خواهد شد، در حالی كه اگر شیر بزرگتر از حد لازم در نظر گرفته شود، سیستم با افت فشار مواجه خواهد شد كه در این صورت كنترل سیستم از حالت مناسب و مطلوب خارج شده و این امر تاثیر نامطلوبی برعمر قطعات داخلی سیستم خواهد داشت.

حداكثر دمایی كه برای شیرهای مجزا در نظر گرفته می شود از 95 درجه فارنهایت الی 110 درجه فارنهایت می باشد. در هنگام تنظیم شیرهای مجزا، لوله كش باید تغییرات احتمالی در تامین آب گرم را كه به علت كاهش و یا افزایش در طول شب و یا به علت تغییر فصل رخ می دهد را در نظر بگیرد. حتی تغییرات كوچك و ناگهانی دما ممكن است باعث وارد شدن شوك به مصرف كننده و موجب بروز سانحه، شوك حرارتی و یا آتش سوزی گردد. برای محافظت از مصرف كننده در قبال این چنین حوادثی، باید محاسبه نماید كه چگونه تغییر دما بر دمای خروجی تاثیر می گذارد در حال كه نسبت آب گرم و سرد ثابت می ماند. پس از اینكه تغییرات دما مشخص شد و دمای بهینه تعیین گردید، می توان نسبت به تنظیم شیر اقدام نمود. شیرهای مجزا برای تعدیل آب تا 3± درجه فارنهایت انحراف نسبت به دمای از پیش تنظیم شده طراحی شده اند. ویژگی دیگر شیرهای مجزا محافظ در برابر معایب احتمالی خط آب سرد و ممانعت از سوختن و تاول زدن می باشد. بدین ترتیب كه شیر ظرف مدت 5 ثانیه بعد از اینكه فشار آب سرد افت كرد دبی آب گرم را به 2/1 گالن در دقیقه و یا كمتر تقلیل می دهد. بدین ترتیب این جریان آرام و كوچك باعث می شود كه مصرف كننده دچار سوختگی نشود.

مزایا

    هر یك از شیرها فراخور شكل خود دارای مزایایی هستند به عنوان مثال شیر موازنه فشاری نوسانات فشار را اصلاح می كند اما قادر به تعدیل نوسانات دما نمی باشد. در مقابل شیر ترموستاتیكی تغییرات دمای خروجی را حس كرده و جریان را به گونه ای تنظیم می كند كه دمای خروجی مطلوب به دست آید. با توجه به اینكه شیر ترموستاتیكی نوسانات فشار را به صورت غیر مستقیم و در اثر احساس تغییرات دمای خروجی حس می كند لذا عكس العمل شیر ترموستاتیكی در مقابل نوسانات فشار به مراتب ضعیف تر از شیر موازنه فشاری می باشد. بیشترین سطح مراقبت از جریان مربوط به شیر تركیبی می باشد. این شیر  هم تغییرات فشار و هم تغییرات دما را حس كرده و نسبت به اصلاح شرایط در اثر هر یك از این تغییرات واكنش نشان می دهد.

     در راستای تعیین محل صحیح كاربرد هر یك از شیرها، طراح باید چندین عامل را در نظر بگیرد. اگر احتمال تغییر دمای آب ورودی به شیر حمام وجود داشته باشد، شیر ترموستاتیكی انتخاب مناسبی به شمار می رود. از سوی دیگر اگر طراح احتمال نوسانات فشار را بدهد بهتر است از شیر موازنه فشاری استفاده شود. اگر امكان داشته باشد كه هر دو مشكل به وقوع بپیوندد بهتر است از شیر تركیبی استفاده شود. اكثر طراحان شیر موازنه فشاری را به عنوان حداقل نیاز كاربردهای تجاری می پندارند چرا كه این شیرها كم هزینه ترین شیرها می باشد و مصرف كننده را تا حد معینی تحت پوشش و مراقبت قرار می دهند. شیر ترموستاتیك و شیر تركیبی محافظت و پوشش بهتری ارائه می دهند اما به خاطر ساختار پیچده ای كه دارند معمولا گران تر هستند در نتیجه طراحان باید با توجه به شرایط و ملاحظات اقتصادی پروژه و ارائه محافظت مطلوب نسبت به انتخاب شیر اقدام نمایند.

استاندارها

     هدف اصلی استفاده از هر شیر محافظت و مراقبت از مصرف كننده در برابر سوختگی شدید و یا شوك های حرارتی می باشد. برای جلوگیری از نقص فنی شیر كه منجر به آسیب دیدن مصرف كننده می گردد انجمن مهندسین بهداشتی آمریكا (ASSE) استانداردهایی برای تعدیل و آزمایش شیرهای اصلی و مجزا تدوین كرده است. علاوه بر آزمایشات تغییر دما و دمای بالا، شیرهای اصلی و مجزا باید تحت آزمایشات تركیدگی شیر نیز قرار گیرند. شیرهای مجزا باید آزمایشات مربوط به مدت عمر و مقاومت در برابر نقایص فنی اب سرد را نیز پشت سر بگذارند. مهندسین لوله كشی برای توفیق در كسب و كارشان و همچنین برای تامین سلامتی مصرف كنندگان باید نسبت به استانداردها و ضرباتی كه شیرها به خودشان وارد می سازند احاطه كاملی داشته باشند.

سوالی دارید؟در تلگرام پاسخگوی شما هستیم!

Scroll Up
Skip to toolbar