طراحی کویل هواساز

در این مقاله به بررسی نحوه طراحی کویل هواساز و انواع آن می‌پردازیم.

با توسعه تکنولوژی و ورود سیستم‌های مختلف سرمایش و گرمایش به صنعت تاسیسات، و همچنین با توجه به محدودیت در تامین انرژی موردنیاز این سیستم‌ها، طراحان دستگاه‌ها به فکر تولید انتقال‌دهنده‌های سرمایش و گرمایش با رویکرد کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان هستند.

بنابراین استفاده از هواساز برای تامین نیازهای سرمایش و گرمایش در ساختمان‌ها، تهویه و صنایع، یکی از مهم‌ترین رویکردهای آینده‌نگر و صرفه‌جویانه در مصرف انرژی است؛ برای آشنایی کلی با این تجهیز می‌توانید هواساز (AHU) چیست را هم مطالعه کنید. در این مقاله، کویل هواسازها و نحوه طراحی و انتخاب بهینه آن‌ها با حداکثر مصرف بهینه بررسی می‌شود. از جمله کویل‌های مورد استفاده در هواسازها می‌توان به کویل آب سرد، آب گرم، کویل DX، کویل بخار و کویل الکتریکی اشاره کرد؛ شناخت این طراحی در تمام صنایع، از جمله تاسیسات و نفت، گاز و پتروشیمی، بسیار مفید و پرکاربرد است.

فین کویل هواساز و جنس آن

برای بررسی دقیق کویل‌ها و طراحی آن‌ها، باید ابتدا اجزای آن‌ها را به‌خوبی شناخت. از مهم‌ترین اجزای کویل هواساز، فین‌های آن هستند؛ فین‌ها صفحات نازک و یکنواختی از فلز هستند که برای افزایش انتقال حرارت کویل استفاده می‌شوند و از نظر جنس به موارد زیر تقسیم می‌شوند.

فین کویل هواساز

آلومینیوم

آلومینیوم به دلیل ظاهر مناسب، ساخت آسان و چگالی پایین، در کویل‌های هواساز کاربرد زیادی دارد. هنگامی که آلومینیوم در معرض هوا قرار می‌گیرد، لایه‌ای پیوسته از اکسید آلومینیوم روی آن تشکیل می‌شود که در برابر خوردگی مقاوم است. آلومینیوم در برابر بیشتر اسیدها مقاوم است، اما مقاومت آن در برابر قلیایی‌ها کمتر از اسیدهاست. انتقال حرارت آلومینیوم بسیار خوب و حدود سه برابر فولاد است؛ چگالی آن هم تقریباً یک‌سوم فولاد و مس است که آن را به سبک‌ترین فلز رنگی جهان تبدیل کرده است.

بلوفین

فین‌های آبی‌رنگ از جنس آلومینیوم و مجهز به روکش آبی هستند که در مناطق با هوای اسیدی یا قلیایی استفاده می‌شوند و مقاومت فلز آلومینیوم کویل را در برابر خوردگی افزایش می‌دهند.

گلدفین

فین‌های طلایی‌رنگ از جنس آلومینیوم و مجهز به روکش طلایی هستند که در مناطق با هوای اسیدی یا قلیایی به کار می‌روند و مقاومت آلومینیوم را در برابر خوردگی بالا می‌برند.

مس

مس یکی از مهم‌ترین فلزات غیرآهنی است؛ هدایت حرارتی آن حدود دو برابر آلومینیوم و سی برابر فولاد است و جزو فلزات زنگ‌نزن محسوب می‌شود. به همین دلیل، مس برای کاربردهایی که به انتقال حرارت سریع نیاز دارند استفاده می‌شود. مس در مجاورت هوا و رطوبت، لایه نازکی از اکسید مس تشکیل می‌دهد و به همین دلیل مقاومت خوبی در محیط‌های خورنده دارد.

برای ساخت فین از دستگاهی به نام فین‌پرس استفاده می‌شود؛ در ابتدا ورقه‌های رول آلومینیوم از یک روغن قابل‌تبخیر عبور داده می‌شوند و سپس با ورود به دستگاه، برنامه تولید در قسمت کنترلر آن اجرا می‌شود.

انواع فین

فین‌ها از نظر نوع ساخت به موارد زیر تقسیم می‌شوند:

• فین با پره‌های صفحه‌ای تخت
• فین با پره‌های امواج منظم سینوسی
• فین با پره‌های مارپیچی

در بیشتر طراحی‌ها و ساخت کویل هواساز، از فین موجی یا Corrugated استفاده می‌شود. در دسته‌بندی کویل‌ها، فین بر اینچ یا FPI معیار بسیار مهمی است که به جنس کویل، سرعت هوا و کاربری آن بستگی دارد.

مقدار فین بر اینچ

لوله‌های کویل هواساز

لوله‌های مورد استفاده در کویل‌های هواساز از نظر جنس به شرح زیر تقسیم می‌شوند.

مسی

استفاده از مس در لوله مبدل‌ها بسیار رایج است و تقریباً در تمام لوله‌های سرمایش آبی، سرمایش و گرمایش، و کویل‌های بخار فشار پایین به کار می‌رود.

آلومینیوم

لوله آلومینیومی معمولاً در کویل سردخانه‌های کوچک، مثل اواپراتور یخچال‌ها یا اواپراتور خودروهای سردخانه‌ای کوچک، استفاده می‌شود.

لوله مانیسمان فولادی

لوله فولادی بدون درز به دسته‌ای از لوله‌های فولادی گفته می‌شود که در ساخت آن‌ها هیچ درزی به کار نرفته است؛ این لوله‌ها معمولاً در مبدل‌های کویل بخار فشار بالا استفاده می‌شوند.

در آرایش لوله‌ها نسبت به یکدیگر، بهترین حالت‌ها آرایش مربعی با زاویه ۹۰ درجه و آرایش مثلثی با زاویه ۶۰ درجه است؛ آرایش مثلثی با ایجاد جریان متلاطم و مغشوش، انتقال حرارت را افزایش می‌دهد.

آرایش مربعی و آرایش مثلثی

اجزای کویل هواساز

دیگر اجزای کویل در تصویر زیر نشان داده شده‌اند و به ترتیب شماره‌گذاری معرفی می‌شوند.

اجزای کویل

1. هدر یا کلکتور: لوله مسی بدون درز و سنگین است که با درپوش‌های سنگین و جوشکاری، لوله‌های کویل هواساز را مهار می‌کند.
2. لوله انشعاب ورودی، برای ورود و خروج سیال.
3. جوشکاری کویل، معمولاً از نوع جوش نقره یا جوش برنج.
4. لوله‌های مسی که در اندازه‌های ۳/۸، ۵/۸ و ۱/۲ اینچ ساخته می‌شوند.
5. یقه فین یا Collar: ارتفاع آن به مقدار فین بر اینچ بستگی دارد؛ هرچه این عدد کمتر باشد، ارتفاع یقه بیشتر می‌شود.
6. Tubesheet: ورق‌هایی از جنس گالوانیزه در اطراف فین‌ها و لوله‌ها که وظیفه حفاظت از سایر اجزا را برعهده دارند.

سایز لوله‌های کویل هواساز بسته به کاربرد در ضخامت‌های مختلف استفاده می‌شود؛ لوله‌های مسی معمولاً با ضخامت ۰.۰۱۶ و ۰.۰۲۵ اینچ، و برخی مدل‌ها با ضخامت ۰.۰۲۰ و ۰.۰۳۵ اینچ به کار می‌روند.

ضخامت لوله مسی مورد استفاده در کویل‌های هواساز

یکی از دسته‌بندی‌های رایج کویل‌ها، تعداد ردیف است؛ ردیف، تعداد هر دسته لوله در حالت افقی را نشان می‌دهد.

تعداد ردیف لوله در کویل هواساز

هرچه تعداد ردیف یک کویل بیشتر باشد، ظرفیت حرارتی آن هم بالاتر می‌رود؛ البته این افزایش، افت فشار بیشتری هم ایجاد می‌کند که باید در طراحی کویل لحاظ شود.

محاسبه کویل هواساز

برای محاسبه یک کویل هواساز، ابتدا باید مساحت کویل تعیین شود؛ برای این کار، مساحت قسمت فین با ضرب طول در ارتفاع بخش فین‌خورده به دست می‌آید. پس از تعیین مساحت، با ضرب آن در سرعت هوا، مقدار هوادهی محاسبه می‌شود.

مقدار هوادهی در کویل هواساز

مقدار سرعت مجاز روی کویل‌های هواساز، بسته به جنس و مقدار فین بر اینچ متفاوت است؛ در جدول زیر، مقادیر سرعت مجاز بر اساس استاندارد کریر آورده شده است. جریان هوای عبوری از کویل هم توسط فن هواساز ایجاد می‌شود؛ برای اطمینان از تطابق هوادهی واقعی با مقدار طراحی‌شده، پیشنهاد می‌شود اندازه‌گیری هوادهی و CFM سنجی هواساز را هم پس از نصب انجام دهید.

مقادیر سرعت مجاز هوا روی کویل هواساز

مدار‌بندی در کویل هواساز

Circuit یا مدار، به تعداد انشعاباتی گفته می‌شود که از هدر کلکتور اصلی به کویل هواساز متصل می‌شود.

Circuit در کویل‌های هواساز

انواع مدار‌بندی کویل به شرح زیر تقسیم می‌شوند:

در ادامه، از Full Circuit که رایج‌ترین نوع است شروع می‌کنیم.

Full Circuit

این مداربندی یکی از رایج‌ترین انواع مورد استفاده در کویل‌های سرمایش و گرمایش است و با تعداد ردیف زوج اجرا می‌شود؛ در این حالت، تمام لوله‌ها در ارتفاع، وارد کلکتور رفت و برگشت می‌شوند.

کویل هواساز Full Circuit

در کویل دوردیفه بالا، یک ردیف لوله برای ورود سیال و یک ردیف برای خروج آن در نظر گرفته شده و هرکدام به یک کلکتور جداگانه متصل می‌شوند. در نمونه چهارردیفه، ابتدا یک لوله برای ورود سیال و سپس در ردیف‌های ۲ و ۳ سیال در گردش است که به کلکتور و لوله خروجی دیگری متصل می‌شود. در کویل‌های با تعداد ردیف فرد، به دلیل قرارگیری کلکتورهای ورودی و خروجی در سمت مخالف، طراحی لوله‌کشی مسی معمولاً با تعداد ردیف زوج راحت‌تر انجام می‌شود.

Half Circuit

مدار‌بندی Half یکی دیگر از انواع رایج در کویل‌های سرمایی، گرمایی و DX است؛ به دلیل بار گرمایشی و سرمایشی بالاتر ناشی از نوع مداربندی، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، تعداد ورودی و خروجی کویل، نصف تعداد لوله‌ها در ارتفاع مبدل است.

Half Circuit برای کویل‌های هواساز

در کویل چهارردیفه بالا که به روش Half اجرا شده، تعداد ورودی‌ها و خروجی‌ها نصف تعداد لوله‌هاست و در قسمت‌های خط‌چین، اتصال U جوش خورده است. با توجه به گردش بیشتر سیال در کویل، این روش زمان بیشتری برای انتقال حرارت با هوا فراهم می‌کند که باعث افزایش بار حرارتی و برودتی می‌شود.

Double Circuit

این نوع مداربندی برای کویل سرمایشی و گرمایشی هواسازها کاربرد دارد.

Double Circuit کویل هواساز

کویل چهارردیفه در این حالت، دو ورودی و دو خروجی سیال دارد که باعث افزایش ظرفیت کویل می‌شود.

Quarter Circuit

این نوع مداربندی یک‌چهارم است و برای کویل‌های کندانسور یا اواپراتور به کار می‌رود.

Quarter Circuit کویل هواساز

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، این کویل چهارردیفه دو نقطه تغذیه در نظر گرفته شده دارد.

نرم‌افزار USA COIL

یکی از نرم‌افزارهای پرکاربرد در طراحی کویل، نرم‌افزار USA COIL است. پس از نصب، منوی اصلی این نرم‌افزار شامل چند زیرگروه از جمله Steam، Condenser، Water و Evaporator است.

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، نرم‌افزار شامل دو بخش اصلی است: ستون Construction که ویژگی‌های فیزیکی لوله و فین را مشخص می‌کند، و بخش Entering Conditions که مربوط به ویژگی‌های سیال هوا و آب کویل هواساز است. در نهایت، با فشردن گزینه Calculate، خروجی به‌صورت فایل PDF در اختیار کاربر قرار می‌گیرد.

طراحی صحیح کویل، همراه با انتخاب مناسب سایر اجزای هواساز و رعایت اصول عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع، مستقیماً روی راندمان انرژی و عمر تجهیزات موثر است. نگهداری کویل، از جمله اسیدشویی منبع کویل‌دار و شست‌وشوی دوره‌ای، هم اهمیت زیادی دارد؛ در صورت افت راندمان یا رسوب‌گرفتگی کویل، بهتر است تعمیر هواساز توسط تکنسین مجرب انجام شود. اصول مشابهی هم در طراحی و نصب فن کویل، به‌عنوان یکی دیگر از تجهیزات تهویه مطبوع، رعایت می‌شود.

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می‌باشد