سیستم حرارت مرکزی یا موتورخانه، قلب تپنده تأسیسات مکانیکی هر ساختمان محسوب میشود. عملکرد صحیح این بخش، تأثیر مستقیمی بر آسایش ساکنان، مصرف انرژی، هزینههای نگهداری و طول عمر تجهیزات دارد. آشنایی با اجزای موتورخانه و نحوه عملکرد آن، علاوه بر بهرهبرداری بهتر، در عیبیابی و نگهداری صحیح تجهیزات نیز نقش مهمی ایفا میکند.
در این مقاله، ساختار سیستم حرارت مرکزی، اجزای اصلی موتورخانه و وظیفه هر یک از تجهیزات را به زبان ساده بررسی میکنیم. اگر قصد اجرای موتورخانه، لوله کشی موتورخانه یا تعمیر موتورخانه را دارید، مطالعه این راهنما دید مناسبی از عملکرد کلی سیستم در اختیار شما قرار خواهد داد.
📖 در این مقاله میخوانید
- سیستم حرارت مرکزی چیست؟
- انواع موتورخانه و کاربرد هر کدام
- اجزای اصلی موتورخانه
- بویلر، مشعل و منبع انبساط
- پمپهای موتورخانه
- تجهیزات تولید آب گرم مصرفی
- رادیاتور، فنکویل و هواساز
- سوالات متداول
انواع موتورخانه (انواع سیستم حرارت مرکزی)
سیستمهای حرارت مرکزی را میتوان از جنبههای مختلف دستهبندی کرد. رایجترین تقسیمبندی بر اساس نوع سیال، نحوه ایجاد فشار و روش گردش آب در مدار انجام میشود.
از نظر نوع سیال، بیشتر موتورخانههای ساختمان از آب بهعنوان سیال انتقال حرارت استفاده میکنند. آب به دلیل ظرفیت حرارتی مناسب، قیمت پایین، فراوانی، غیرسمی بودن و نداشتن خاصیت اشتعال، بهترین گزینه برای انتقال انرژی حرارتی محسوب میشود. بر همین اساس موتورخانههای آبی به سه گروه تقسیم میشوند:
- موتورخانه آب گرم (دمای آب کمتر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد)
- موتورخانه آب داغ (دمای آب بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد و پایینتر از نقطه تبخیر در فشار کاری)
- موتورخانه بخار (تولید بخار برای مصارف گرمایشی یا صنعتی)
از نظر نوع مدار نیز سیستمهای حرارت مرکزی به دو دسته زیر تقسیم میشوند:
- سیستم مدار باز: در این نوع سیستم از منبع انبساط باز استفاده میشود و آب از طریق این مخزن با هوای آزاد در ارتباط است. فشار مدار توسط اختلاف ارتفاع و نیروی گرانش تأمین میشود.
- سیستم مدار بسته: در این سیستم از منبع انبساط بسته استفاده میشود و مدار هیچ ارتباط مستقیمی با هوای آزاد ندارد. این روش امروزه در اکثر ساختمانهای جدید استفاده میشود، زیرا کنترل فشار بهتر، راندمان بالاتر و ایمنی بیشتری دارد.
گردش آب در موتورخانه نیز میتواند به دو روش انجام شود:
- گردش طبیعی (ترموسیفون)
- گردش اجباری توسط پمپ سیرکولاتور
اجزای اصلی موتورخانه
اگر سیستم حرارت مرکزی را به یک مدار بسته انتقال انرژی تشبیه کنیم، سه بخش اصلی در آن وجود دارد که عملکرد کل سیستم را تشکیل میدهند:
- مولد حرارت
- مبدلهای حرارتی
- شبکه لولهکشی و تجهیزات انتقال سیال
در واقع حرارت در موتورخانه تولید شده، توسط آب یا بخار در شبکه لولهکشی انتقال مییابد و در نهایت از طریق تجهیزات گرمایشی مانند رادیاتور، فنکویل یا هواساز به محیط منتقل میشود.
هر یک از تجهیزات موتورخانه دارای عملکرد تخصصی و جزئیات فنی فراوانی هستند که در مقالات جداگانه سایت بهطور کامل بررسی شدهاند. در این مقاله تنها با عملکرد و نقش هر تجهیز آشنا میشویم.
بویلر یا دیگ موتورخانه
بویلر مهمترین تجهیز تولیدکننده حرارت در سیستم حرارت مرکزی است. وظیفه آن گرم کردن آب یا تولید بخار مورد نیاز سیستم گرمایشی است. عملکرد صحیح دیگ تأثیر مستقیمی بر راندمان موتورخانه دارد و به همین دلیل در طرز کار موتورخانه نقش اساسی ایفا میکند.
از نظر جنس بدنه، دیگهای موتورخانه در دو گروه اصلی تولید میشوند:
دیگ چدنی
دیگهای چدنی از پرههای مجزا ساخته میشوند و به همین دلیل امکان افزایش یا کاهش ظرفیت حرارتی آنها وجود دارد. مقاومت بالا در برابر خوردگی، طول عمر مناسب و امکان مونتاژ در محل نصب از مهمترین مزایای این نوع دیگ است.
البته دیگ چدنی محدودیتهایی نیز دارد؛ از جمله تحمل فشار کاری کمتر نسبت به دیگ فولادی و قیمت بالاتر در برخی ظرفیتها. به همین دلیل بیشتر در ساختمانهای مسکونی و پروژههای با ظرفیت متوسط مورد استفاده قرار میگیرد.
ظرفیت دیگهای چدنی معمولاً از حدود ۳۳ هزار تا ۱ میلیون و ۳۰۰ هزار کیلوکالری بر ساعت متغیر است.
دیگ فولادی
دیگهای فولادی بهصورت یکپارچه ساخته میشوند و نسبت به مدلهای چدنی توان تحمل فشار و ظرفیت حرارتی بیشتری دارند. به همین دلیل در موتورخانههای بزرگ، ساختمانهای مرتفع، بیمارستانها، کارخانهها و پروژههای صنعتی کاربرد گستردهای دارند.
از نظر ساختار نیز این دیگها به دو گروه تقسیم میشوند:
- فایرتیوب (Fire Tube): آب در پوسته دیگ قرار دارد و گازهای داغ حاصل از احتراق از داخل لولهها عبور میکنند. این مدل رایجترین نوع دیگ فولادی در ساختمانها است.
- واترتیوب (Water Tube): آب داخل لولهها جریان دارد و شعله اطراف آنها را احاطه میکند. این نوع دیگ برای فشارهای بالا و مصارف صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.
مشعل موتورخانه
مشعل وظیفه تأمین انرژی حرارتی مورد نیاز بویلر را بر عهده دارد. در این تجهیز، سوخت، هوا و جرقه با یکدیگر ترکیب شده و فرآیند احتراق انجام میشود. حرارت حاصل از احتراق به دیگ منتقل شده و باعث افزایش دمای آب یا تولید بخار در سیستم حرارت مرکزی میشود.
مشعلها بر اساس نوع سوخت مصرفی در مدلهای مختلفی تولید میشوند که رایجترین آنها عبارتاند از:
- مشعل گازسوز
- مشعل گازوئیلسوز
- مشعل دوگانهسوز (گاز و گازوئیل)
انتخاب ظرفیت مناسب مشعل، تنظیم صحیح نسبت سوخت به هوا و انجام سرویس دورهای آن، تأثیر مستقیمی بر راندمان موتورخانه، کاهش مصرف سوخت و افزایش طول عمر بویلر دارد.
منبع انبساط
یکی از مهمترین تجهیزات ایمنی در سیستم حرارت مرکزی، منبع انبساط است. با افزایش دمای آب، حجم آن نیز افزایش پیدا میکند و در صورت نبود فضای مناسب برای این افزایش حجم، فشار مدار به شدت بالا رفته و احتمال آسیب دیدن لولهها، اتصالات و تجهیزات موتورخانه وجود خواهد داشت.
وظیفه منبع انبساط، جذب این افزایش حجم و ثابت نگه داشتن فشار سیستم است. این تجهیز از وارد شدن تنش به تجهیزات موتورخانه جلوگیری کرده و باعث افزایش عمر سیستم میشود.
منبع انبساط باز
منبع انبساط باز معمولاً در بالاترین نقطه ساختمان، مانند پشتبام، نصب میشود و به همین دلیل با هوای آزاد در ارتباط است. این مخزن باید حداقل دو متر بالاتر از آخرین مصرفکننده گرمایش قرار گیرد تا فشار استاتیکی مناسبی در مدار ایجاد شود.
این نوع منبع معمولاً دارای لوله پرکن، رفت، برگشت، سرریز، تخلیه و هواگیر است. البته در برخی سیستمهای کوچک، با طراحی مناسب میتوان تعداد لولهها را کاهش داد.
یکی از نشانههای مهم در عیبیابی موتورخانه، بررسی عملکرد منبع انبساط است؛ زیرا بسیاری از مشکلات مربوط به افزایش فشار یا ورود هوا به مدار از همین قسمت قابل تشخیص هستند. به همین دلیل در بسیاری از پروژههای تعمیر موتورخانه، وضعیت منبع انبساط در اولین مرحله بررسی میشود.
منبع انبساط بسته
در بیشتر ساختمانهای امروزی از منبع انبساط بسته استفاده میشود. این مخزن دارای تیوپ لاستیکی است که افزایش حجم آب را جذب کرده و باعث ثابت ماندن فشار مدار میشود. منبع انبساط بسته معمولاً روی کلکتور برگشت نصب میشود تا دمای پایینتر آب، عمر تیوپ داخلی را افزایش دهد.
استفاده از این نوع منبع باعث کاهش ورود هوا به سیستم، کاهش خوردگی تجهیزات و افزایش راندمان موتورخانه میشود.
پمپ موتورخانه
پمپ یکی از تجهیزات اصلی سیستم حرارت مرکزی است که وظیفه گردش آب در مدار را بر عهده دارد. در اغلب موتورخانههای امروزی، گردش طبیعی آب پاسخگوی نیاز ساختمان نیست و به همین دلیل از پمپ سیرکولاتور برای ایجاد جریان اجباری استفاده میشود.
به طور کلی پمپهای مورد استفاده در موتورخانه به دو گروه اصلی تقسیم میشوند:
- پمپهای سانتریفیوژ (دینامیکی)
- پمپهای جابجایی مثبت
در تأسیسات ساختمان تقریباً همیشه از پمپهای سانتریفیوژ استفاده میشود و کاربرد پمپهای جابجایی مثبت بیشتر در صنایع خاص است.
پمپهای سانتریفیوژ
در این نوع پمپ، انرژی مکانیکی پروانه به سیال منتقل شده و باعث افزایش فشار و ایجاد جریان در مدار میشود. این پمپها از نظر نحوه نصب به دو گروه اصلی تقسیم میشوند.
- پمپ خطی: ورودی و خروجی این پمپ در یک امتداد قرار دارند و نصب آن در مسیر لولهکشی بسیار ساده است. به دلیل ابعاد کوچک، بیشتر در ساختمانهای مسکونی و پروژههای متوسط استفاده میشود.
- پمپ زمینی: این پمپها ظرفیت و دبی بیشتری دارند، روی فونداسیون نصب میشوند و ورودی و خروجی آنها معمولاً با زاویه ۹۰ درجه قرار گرفته است. در موتورخانههای بزرگ، بیمارستانها و مجتمعهای تجاری بیشتر از این مدل استفاده میشود.
از نظر عملکرد نیز پمپهای سانتریفیوژ به دو دسته تقسیم میشوند:
- پمپ سیرکولاتور: وظیفه گردش آب در مدار گرمایش و سرمایش را بر عهده دارد و بیشترین کاربرد را در موتورخانه دارد.
- پمپ تأمین فشار: برای افزایش فشار آب مصرفی ساختمان و انتقال آب به طبقات مورد استفاده قرار میگیرد.
انتخاب صحیح ظرفیت پمپ، تأثیر زیادی در کاهش مصرف برق، جلوگیری از ایجاد صدا در لولهها و افزایش راندمان سیستم دارد؛ به همین دلیل در زمان اجرای موتورخانه، محاسبه هد و دبی پمپ از اهمیت ویژهای برخوردار است.
تجهیزات تأمین آب گرم مصرفی
یکی از وظایف اصلی موتورخانه، تأمین آب گرم مصرفی ساختمان است. این کار با استفاده از مبدلهای حرارتی انجام میشود تا آب مصرفی بدون تماس مستقیم با آب مدار گرمایش، انرژی حرارتی مورد نیاز خود را دریافت کند.
در موتورخانهها معمولاً از سه نوع تجهیز برای تولید آب گرم مصرفی استفاده میشود:
- منبع دوجداره
- منبع کویلی
- مبدل حرارتی صفحهای
منبع دوجداره
منبع دوجداره از دو مخزن تو در تو تشکیل شده است. آب گرم دیگ در جداره خارجی جریان دارد و آب مصرفی داخل مخزن داخلی قرار میگیرد. انتقال حرارت از طریق جداره فلزی انجام شده و بدون اختلاط دو سیال، آب گرم مصرفی تولید میشود.
این منبع معمولاً دارای پنج اتصال شامل رفت و برگشت دیگ، آب سرد ورودی، آب گرم خروجی و خط برگشت آب گرم مصرفی است. استفاده از خط برگشت باعث میشود آب گرم در کوتاهترین زمان در اختیار مصرفکننده قرار گیرد.
منبع کویلی
منبع کویلی یکی از متداولترین تجهیزات تولید آب گرم مصرفی در موتورخانه است. در این سیستم، یک کویل مسی داخل مخزن قرار گرفته و آب گرم دیگ از داخل کویل عبور میکند. حرارت از کویل به آب ذخیره شده در مخزن منتقل شده و آب گرم مصرفی تأمین میشود.
منابع کویلی در دو نوع افقی و عمودی تولید میشوند و به دلیل راندمان مناسب و ظرفیت بالا، در بسیاری از ساختمانهای مسکونی، اداری و بیمارستانها مورد استفاده قرار میگیرند.
منبع کویلی موتورخانه
در مقایسه با منبع دوجداره، منبع کویلی به دلیل سطح انتقال حرارت بیشتر، سرعت بالاتری در گرم کردن آب مصرفی دارد و در پروژههای با مصرف متوسط و زیاد بسیار پرکاربرد است. انتخاب ظرفیت مناسب این تجهیز باید متناسب با تعداد واحدها، میزان مصرف آب گرم و ظرفیت دیگ انجام شود.
مبدل حرارتی صفحهای
مبدل حرارتی صفحهای یا آبگرمکن صفحهای، نسل جدید تجهیزات تولید آب گرم مصرفی در موتورخانه محسوب میشود. این مبدل از صفحات نازک استیل تشکیل شده که آب گرم موتورخانه و آب مصرفی از دو مسیر جداگانه در میان آنها عبور میکنند و بدون تماس مستقیم، انتقال حرارت انجام میشود.
مبدل حرارتی صفحهای
ابعاد کوچک، راندمان بالا و سرعت انتقال حرارت مناسب از مهمترین مزایای این مبدل است. البته به دلیل فاصله کم صفحات، کیفیت آب تأثیر زیادی بر عملکرد آن دارد و در صورت سختی بالای آب، احتمال تشکیل رسوب افزایش پیدا میکند. به همین دلیل انجام سرویس و رسوبزدایی دورهای برای حفظ راندمان دستگاه ضروری است.
مبدلهای حرارتی سیستم گرمایش
پس از تولید و انتقال حرارت، انرژی باید به فضای ساختمان منتقل شود. این وظیفه بر عهده مبدلهای حرارتی است. انتخاب نوع مبدل به کاربری ساختمان، شرایط بهرهبرداری و میزان بار حرارتی بستگی دارد.
به طور کلی مبدلهای حرارتی مورد استفاده در سیستم حرارت مرکزی به دو گروه تقسیم میشوند:
- مبدلهای با انتقال حرارت طبیعی
- مبدلهای با انتقال حرارت اجباری
در مبدلهای طبیعی، انتقال گرما بدون استفاده از فن انجام میشود؛ اما در مبدلهای اجباری، فن باعث افزایش سرعت انتقال حرارت و توزیع بهتر هوای گرم یا سرد خواهد شد.
رادیاتور
رادیاتور یکی از رایجترین تجهیزات گرمایشی ساختمان است که گرمای آب موتورخانه را به فضای داخلی منتقل میکند. این تجهیز در مدلهای مختلفی تولید میشود و هر کدام ویژگیهای خاص خود را دارند.
از نظر جنس بدنه، رادیاتورها به سه گروه اصلی تقسیم میشوند:
- رادیاتور فولادی
- رادیاتور آلومینیومی
- رادیاتور چدنی
رادیاتورهای فولادی معمولاً به صورت پنلی یا پرهای تولید میشوند و فشار کاری مناسبی دارند، اما نسبت به خوردگی حساستر هستند. در مقابل، رادیاتورهای آلومینیومی وزن کمتر، انتقال حرارت بیشتر و مقاومت بالاتری در برابر خوردگی دارند و به دلیل پرهای بودن، امکان افزایش یا کاهش ظرفیت آنها نیز وجود دارد.
شماتیک عملکرد یک موتورخانه آب گرم
اگر قصد دارید با نحوه گردش آب، عملکرد دیگ، پمپ، مبدلها و تجهیزات گرمایشی بیشتر آشنا شوید، مطالعه مقاله طرز کار موتورخانه میتواند دید کاملتری از عملکرد این سیستم در اختیار شما قرار دهد.
فنکویل
فنکویل یکی از پرکاربردترین تجهیزات تهویه مطبوع ساختمان است که قابلیت تأمین سرمایش و گرمایش را به صورت همزمان در فصول مختلف سال دارد.
در فصل زمستان، آب گرم تولید شده توسط دیگ وارد کویل فنکویل شده و فن دستگاه هوای گرم را به محیط منتقل میکند. در فصل تابستان نیز آب سرد تولید شده توسط چیلر وارد همان کویل شده و هوای خنک وارد فضای ساختمان میشود.
اجزای اصلی فنکویل شامل کویل مسی، فینهای آلومینیومی، فن و موتور الکتریکی است. ظرفیت این تجهیزات معمولاً بر حسب CFM بیان میشود و بسته به نوع کاربری ساختمان انتخاب میگردد.
هواساز
هواساز یکی دیگر از تجهیزات مهم سیستمهای تهویه مطبوع است که وظیفه تأمین، تصفیه و توزیع هوای مطبوع در کل ساختمان را بر عهده دارد. این دستگاه معمولاً در موتورخانه، پشتبام یا اتاق تأسیسات نصب شده و از طریق کانالکشی، هوای گرم یا سرد را به فضاهای مختلف منتقل میکند.
هواساز معمولاً از بخشهایی مانند فن، فیلتر، کویل آب گرم، کویل آب سرد، دمپر و تجهیزات کنترلی تشکیل شده است. در زمستان، آب گرم موتورخانه و در تابستان، آب سرد چیلر در کویلهای آن جریان پیدا کرده و دمای هوای عبوری تنظیم میشود.
یکی از ویژگیهای مهم هواساز، استفاده از هوای برگشتی ساختمان است. بخشی از هوای داخل ساختمان پس از بازگشت به دستگاه، دوباره تصفیه و تنظیم دما شده و مجدداً وارد شبکه کانال میشود. این فرآیند علاوه بر کاهش مصرف انرژی، راندمان سیستم تهویه را نیز افزایش میدهد.
جمعبندی
سیستم حرارت مرکزی مجموعهای از تجهیزات مکانیکی و کنترلی است که به صورت هماهنگ وظیفه تولید، انتقال و توزیع انرژی حرارتی را بر عهده دارند. عملکرد صحیح هر یک از اجزای موتورخانه، از دیگ و مشعل گرفته تا پمپ، منبع انبساط، مبدلهای حرارتی و تجهیزات گرمایشی، تأثیر مستقیمی بر مصرف انرژی، آسایش ساکنان و هزینههای نگهداری ساختمان دارد.
اگر قصد اجرای موتورخانه، لوله کشی موتورخانه، تعمیر موتورخانه یا بهینهسازی تجهیزات تأسیسات ساختمان خود را دارید، کارشناسان بهفیکس آماده ارائه خدمات تخصصی در سراسر پروژههای ساختمانی هستند.
سؤالات متداول
سیستم حرارت مرکزی چیست؟
سیستم حرارت مرکزی سیستمی است که در آن گرما در موتورخانه تولید شده و از طریق آب گرم یا بخار به تجهیزات گرمایشی ساختمان مانند رادیاتور، فنکویل یا هواساز منتقل میشود.
مهمترین اجزای موتورخانه کداماند؟
دیگ، مشعل، پمپ، منبع انبساط، لولهکشی، مبدلهای حرارتی و تجهیزات گرمایشی مانند رادیاتور و فنکویل از مهمترین اجزای یک موتورخانه هستند.
تفاوت منبع کویلی و مبدل صفحهای چیست؟
منبع کویلی از یک مخزن ذخیره آب استفاده میکند، اما مبدل صفحهای فاقد مخزن بوده و آب را به صورت لحظهای گرم میکند. مبدل صفحهای ابعاد کوچکتر و راندمان بالاتری دارد، اما نسبت به کیفیت آب حساستر است.
چه زمانی موتورخانه به سرویس نیاز دارد؟
بهتر است موتورخانه حداقل سالی یک بار، پیش از شروع فصل سرما، به طور کامل سرویس و بازدید شود تا از کاهش راندمان، افزایش مصرف سوخت و خرابی تجهیزات جلوگیری شود.
مطالعه پیشنهادی
اگر به مباحث موتورخانه و تأسیسات مکانیکی علاقهمند هستید، پیشنهاد میکنیم مقالات زیر را نیز مطالعه کنید:
تحریریه تیم فنی مهندسی بهفیکس
استفاده از مطالب این مقاله تنها با ذکر منبع و درج لینک به سایت بهفیکس مجاز است.
مطالب عالی وکاربردی
عالی بود افرین
ممنون بابت مطالب.
سلام. لطفا بفرمایید آیا آب گرم مصرفی در سیستم موتورخانه مرکزی خودش مستقیم از مخزن آب گرم کویل دار وارد طبقات بالایی مجتمع میشود و یا اینکه با حباب لاستیکی و از این قبیل و با پمپ به بالا فرستاده میشود؟
فشار زیاد آب گرم برای ارسال به طبقات بالا چگونه ایجاد میشود؟
آیا شیر یکطرفه هم به ورودی و یا خروجی مخزن آب گرم وصل است یا خیر؟ با تشکر
ممنون.
توضیحات مختصر و مفید بود.