کویل حرارتی نوعی مبدل حرارتی آب به هوا است که گرما را از سیال داخل لوله به هوای عبوری منتقل می‌کند.
این مبدل‌ها در انواع مختلف با کاربردهای برودتی و حرارتی تولید می‌شوند. این کویل‌ها معمولاً برای کاهش یا افزایش دمای هوا از طریق آب سرد، بخار، آب گرم، روغن و انواع گازهای مبرد کاربرد دارند.
ساختمان کویل‌ها
کویل‌ها اغلب از یک یا چند ردیف لوله مسی با پره‌های آلومینیومی پوشانده شده‌اند. لوله‌ها به صورت ردیف‌هایی عمود بر جهت حرکت هوا در کویل استقرار می‌یابند. سطح داخلی لوله‌ها اغلب صاف است، ولی لوله‌هایی وجود دارند که به منظور افزایش انتقال حرارت، سطح داخلی آن‌ها عاج‌دار و یا مجهز به مفتول‌های مارپیچ (توربولاتور) است.
مطالب مرتبط: روش‌های تهویه مراکز داده (Data Center)
ردیف و قطر لوله کویل‌ها
تعداد ردیف‌های کویل‌ها بین ۱ تا ۱۲ ردیف متغیر است. در صنعت تهویه مطبوع معمولاً از ۱ تا ۶ یا ۸ ردیف استفاده می‌شود. رایج‌ترین چیدمان‌ها، کویل‌های بخار یک یا دو ردیفه و کویل‌های آبی یک تا هشت ردیفه هستند.
برای اکثر پروژه‌های تهویه مطبوع، لوله‌های کویل از جنس مس ساخته می‌شوند. قطر خارجی لوله‌ها معمولاً از ۵/۸ اینچ تا ۱ اینچ و ۱/۸ اینچ متغیر است. در کویل‌هایی با قطر لوله ۱/۴ ۱ اینچ، فاصله مرکز تا مرکز (گام) به ۱/۵ اینچ افزایش می‌یابد.
محفظه کویل‌ها عموماً از ورق گالوانیزه ساخته می‌شود، اما در کاربردهای هایژنیک از فولاد استنلس استیل 304 استفاده می‌گردد که باعث افزایش طول عمر و استحکام بدنه می‌شود. کلکتور رفت و برگشت کویل‌ها معمولاً از مس نوع L با قطر خارجی ۷/۸ تا ۱/۴ ۱ اینچ ساخته می‌شود.
فین‌ها
فین‌های آلومینیومی در صنعت تهویه مطبوع کاربرد گسترده‌ای دارند. فین‌های مسی اگرچه قیمت بالاتری دارند، اما در پروژه‌هایی که کویل در معرض خوردگی (مانند سولفید هیدروژن یا سولفور) قرار دارد، بسیار مفید هستند.
در محیط‌های بسیار خورنده، به‌ویژه در کاربردهای صنعتی، ممکن است به پوشش‌های مخصوص برای حفاظت از فین‌ها نیاز باشد تا از صدمه دیدن آن‌ها جلوگیری شود.
فین‌های آلومینیومی به روش مکانیکی (پروسه انبساطی) به لوله‌های مسی متصل می‌شوند.
فین‌ها و پوشش‌های ضد خوردگی
هدف از نصب فین‌ها، افزایش سطح انتقال حرارت است. جنس فین‌ها معمولاً از آلومینیوم یا مس انتخاب می‌شود. به طور کلی، اگر جنس لوله و فین یکسان باشد، راندمان کویل‌ها افزایش می‌یابد.
فین‌ها دارای سه نوع پوشش ضد خوردگی هستند که با نام‌های بلو فین (Blue Fin)، گلد فین (Gold Fin) و بلک فین (Black Fin) شناخته می‌شوند. این پوشش‌ها از نظر عملکرد کلی مشابه‌اند، اما هرکدام تفاوت‌های جزئی دارند.
برای مناطقی با رطوبت بالا یا وجود آلاینده‌های شیمیایی، می‌توان از فین‌های آلومینیومی با پوشش ضد خوردگی (Coated Fin) استفاده کرد. همچنین، استفاده از فین‌های مسی که مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارند، گزینه مناسبی است.
بلو فین (Blue Fin)
بلوفین یک روکش اپوکسی است که در برابر رطوبت و شرایط آب‌وهوایی بسیار مقاوم و مستحکم است. این پوشش به دلیل رنگ آبی خود با نام بلو فین شناخته می‌شود.
کاربردها: در محیط‌هایی با باران‌های اسیدی یا فضاهای صنعتی که دارای بخارات اسیدی هستند، از بلوفین استفاده می‌شود. این پوشش از زنگ‌زدگی، خوردگی و پوسیدگی جلوگیری کرده و از کویل دستگاه‌ها و تجهیزات تهویه مطبوع محافظت می‌کند. به همین دلیل در شهرهای شمالی و جنوبی کشور نیز کاربرد گسترده‌ای دارد.
ویژگی هیدروفیلیک: پوشش هیدروفیلیک بلوفین خاصیت کشش سطحی بسیار کمی دارد. این ویژگی مانع از تجمع آب روی سطح کویل می‌شود و در نتیجه فرسایش و زنگ‌زدگی به تعویق می‌افتد. قطرات آب ناشی از باران‌های اسیدی مانند شبنم روی سطح فین باقی می‌مانند و به هیچ وجه به آلومینیوم نفوذ نمی‌کنند. فین‌های پوشش داده شده با بلوفین هیدروفیلیک، استحکام بیشتری نسبت به فین‌های آلومینیومی معمولی دارند.
گلد فین (Gold Fin)
گلد فین یا فین طلایی عملکردی مشابه بلو فین دارد؛ با این تفاوت که دارای روکش نانو طلا است که بر روی سطح کویل قرار می‌گیرد. این پوشش با خاصیت هیدروفیلیک از رطوبت، فرسایش و پوسیدگی جلوگیری کرده و اثر باران، رطوبت، نمک و بخارات را خنثی می‌کند.
گلد فین از پوشش PVC طلا تشکیل شده است که در برابر خوردگی ناشی از اسید، نمک، شن و آب مقاوم است. این فین‌ها کاملاً سازگار با محیط زیست بوده، غیرسمی و دوستدار طبیعت هستند.
یکی از تفاوت‌های کاربردی گلد فین با بلو فین این است که گلد فین در حالت گرمایشی عملکرد بهتری دارد. روکش آن موجب افزایش تبادل حرارتی نسبت به بلو فین می‌شود و همین موضوع باعث افزایش راندمان سیستم خواهد شد.
از دیگر مزایای گلد فین، قابلیت عملکرد در دماهای بسیار بالا است. به این ترتیب، کندانسور حتی در شرایط دمایی شدید نیز می‌تواند کارکرد خود را حفظ کند. به طور کلی، گلد فین‌ها نسبت به بلو فین‌ها مقاوم‌تر و بادوام‌تر بوده و نقش حفاظتی را بهتر ایفا می‌کنند.
در طراحی این فین‌ها، باید با توجه ویژه به شرایط سخت کاری مانند دمای ورودی بالا و وجود آلاینده‌های جریان هوا، فاصله مناسب پره‌ها در نظر گرفته شود.
بلک فین (Black Fin)
بلک فین یک پوشش سیاه‌رنگ است که برای محافظت در برابر خوردگی در شرایط مختلف محیطی به کار می‌رود. این پوشش دارای خاصیت هیدروفیلیک است که از تجمع آب بر روی فین کویل جلوگیری کرده و رطوبت سطحی را به حداقل می‌رساند.
پوشش مشکی بلک فین با رزین اپوکسی تقویت‌شده تولید می‌شود و در برابر شرایط خورنده مختلف مانند آلودگی نمک و آلودگی هوا (از جمله دود کارخانه‌ها) مقاومت بسیار بالایی دارد.
یکی از روش‌های معتبر برای سنجش مقاومت پوشش‌ها در برابر خوردگی، تست اسپری نمک (Salt Spray Test – ASTM B117) است. در این آزمایش، کویل‌ها در معرض شرایط خورنده شدید در یک اتاقک اسپری نمک با محلول ۵ درصد نمک قرار می‌گیرند. این تست نوعی آزمایش خوردگی تسریع‌شده است که مقاومت پوشش‌ها را در شرایط طبیعی و آب‌وهوای گرم و مرطوب شبیه‌سازی می‌کند.
آزمایش‌های انجام‌شده نشان داده‌اند که بلک فین در مقایسه با گلد فین، مقاومت بالاتری در برابر خوردگی در بلندمدت دارد.
مداربندی
زمانی که کویل‌ها دارای دو یا چند ردیف لوله در جهت جریان هوا باشند، جریان در لوله‌ها می‌تواند بر اساس دو آرایش مختلف مداربندی شود: جریان موازی یا جریان مخالف.
در آرایش جریان مخالف، هدف به دست آوردن بالاترین میانگین اختلاف دمای ممکن است؛ عاملی که میزان انتقال حرارت کویل را تعیین می‌کند. هر چه این اختلاف دما بیشتر باشد، ظرفیت انتقال حرارتی کویل نیز افزایش خواهد یافت.
در کویل‌های چندردیفه‌ای که به صورت جریان مخالف مداربندی می‌شوند، آب از سمت هوای خروجی کویل وارد اولین ردیف لوله‌ها می‌شود.
کویل‌های سرمایشی برای استفاده با آب سرد یا مبرد مایع (DX) طراحی شده‌اند. این کویل‌ها از نظر تعداد ردیف، فاصله فین‌ها، طراحی فین‌ها، جنس فین‌ها و نوع مداربندی دارای تنوع زیادی هستند.
مداربندی کویل‌ها می‌تواند به صورت‌های مختلف انجام شود که رایج‌ترین آن‌ها عبارتند از:
- نیم (Half)
- فول (Full)
- دوبل (Double)
مداربندی نیم (Half)
در این آرایش، جریان سیال به صورت موازی و خطی حرکت می‌کند. در انتهای هر ردیف، تنها با یک اتصال، به مدار بعدی منتقل می‌شود. به عبارتی، در این روش، ورودی و خروجی کویل برابر با نصف تعداد لوله‌ها در ارتفاع کویل است.
این نوع مداربندی به دلیل اینکه بار گرمایش و سرمایش آن (به سبب نوع آرایش) بیشتر از مداربندی فول است، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سوی دیگر، مداربندی نیم بیشترین سرعت سیال، بیشترین افت فشار داخل لوله و بالاترین ظرفیت حرارتی را در میان سه روش مداربندی دارد.
مداربندی فول (Full)
در این روش، تمام لوله‌های رفت و برگشتی کویل به کلکتور متصل می‌شوند و سیال به صورت مدار به مدار وارد و خارج می‌گردد.
مطابق شکل، لوله‌ها توسط یو (U-Bend) به یکدیگر متصل شده و سیال را به ردیف بعدی هدایت می‌کنند. در این نوع مداربندی، کویل معمولاً به صورت ردیف‌های فرد (۳، ۵ یا ۷ ردیف) طراحی می‌شود.
به دلیل آنکه کلکتورهای ورود و خروج در دو سمت مخالف کویل قرار می‌گیرند، طراحی این روش در تمام شرایط امکان‌پذیر نیست.
مداربندی دوبل (Double)
در مداربندی دوبل، کویل به صورت ردیف‌های فرد (یعنی ۳، ۵ یا ۷ ردیفه) طراحی می‌شود. در این حالت، کلکتورهای ورود و خروج در دو سمت مخالف کویل قرار می‌گیرند. ورودی و خروجی کویل در این روش معادل دو برابر تعداد لوله‌ها در ارتفاع کویل است.
مداربندی دوبل نسبت به سایر روش‌ها، کمترین سرعت سیال، کمترین افت فشار داخل لوله و پایین‌ترین ظرفیت حرارتی را دارد.
طراحی کویل‌ها
استاندارد AHRI-410 به الزامات طراحی و آزمایش کویل‌های آبی حرارتی و برودتی می‌پردازد. برآورد ظرفیت کویل‌ها باید براساس همین استاندارد و در شرایط جریان مخالف (Counter Flow) آب، مبرد یا بخار نسبت به هوا انجام گیرد.
پارامترهای مؤثر در طراحی و محاسبات عبارت‌اند از:
- میزان هوای تازه، هوای برگشتی و مشخصات ترمودینامیکی آن‌ها
- موقعیت جغرافیایی محل استفاده از نظر دمای طرح خارج، ارتفاع از سطح دریا، میزان رطوبت شهر مورد نظر و مقدار گرد و غبار موجود در هوا
- محدودیت‌های ابعادی فضای نصب
- نوع کاربری کویل (برای تعیین سرعت عبور هوا از سطح کویل)، جنس کلکتور، لوله‌ها و فین‌ها
- نوع سیال یا مبرد مورد استفاده
- ملاحظات مربوط به سرعت نسبی سیال در داخل لوله‌ها
براساس استاندارد AHRI-410، بازه‌ی مجاز سرعت آب یا مخلوط آب و اتیلن‌گلیکول در کویل‌های حرارتی و برودتی باید رعایت شود. سرعت پایین آب در لوله‌ها موجب رسوب‌گذاری، حبس هوا، توزیع نامناسب جریان و خطر یخ‌زدگی می‌شود. در مقابل، سرعت بیش از حد نیز باعث فرسایش لوله‌ها، افت فشار زیاد و افزایش سر و صدا خواهد شد.
مطابق استاندارد ASHRAE Systems، سرعت بهینه برای آب سرد بین ۲ تا ۴ فوت بر ثانیه و برای آب گرم بین ۴ تا ۶ فوت بر ثانیه است.
ملاحظات سرعت هوا بر روی کویل
اهمیت سرعت هوا بر روی کویل به اندازه‌ی سرعت آب در داخل لوله‌ها است. طبق استاندارد AHRI-410، بازه‌ی مجاز سرعت هوا بر روی کویل‌های حرارتی و برودتی مشخص شده است.
سرعت پایین هوا باعث ایجاد دمای غیر یکنواخت در هوای خروجی و کاهش ظرفیت کویل نسبت به مقدار پیش‌بینی‌شده می‌شود.
سرعت بالای هوا مشکلاتی مانند افزایش سطح صدا، افت فشار زیاد در سمت هوا و همچنین خطر خروج قطرات و رطوبت (Carryover) را به همراه دارد.
یکی از مشکلات رایج در سرعت‌های بالای هوا بر روی کویل‌های سرمایشی (مانند کویل آب چیلر یا کویل‌های DX) پدیده‌ی Moisture Carryover یا همان افزایش رطوبت موجود در هوا هنگام رطوبت‌گیری است. در این حالت، بخشی از قطرات آب تقطیرشده پس از کویل، وارد جریان هوا و در نهایت وارد کانال می‌شوند.
معمولاً در فرآیند رطوبت‌گیری، هوای ورودی تا نقطه‌ی شبنم سرد شده و رطوبت آن جدا می‌شود. بنابراین هنگامی که کویل سرمایشی وظیفه‌ی رطوبت‌گیری را نیز بر عهده دارد، باید دقت شود که شرایط کارکرد کویل به‌گونه‌ای باشد که Moisture Carryover اتفاق نیفتد.
برای جلوگیری از این مشکل، سرعت هوا بر روی کویل سرمایشی باید کمتر یا مساوی 500 فوت بر دقیقه در نظر گرفته شود.
عوامل موثر بر ایجاد Moisture Carryover عبارت‌اند از:
- سرعت هوا
- شکل و جنس فین‌ها
- تعداد فین‌ها
- ترشوندگی سطح فین‌ها
برای جلوگیری از یخ‌زدگی و ترکیدگی کویل‌ها، باید آنتی‌فریز با حجم مناسب و بر اساس دمای سیال در گردش داخل سیستم تزریق شود.
تست کویل‌ها
پس از نصب گیج کالیبره‌شده نمایشگر فشار بر روی کویل، شارژ گاز ازت یا هوای فشرده با فشار مناسب به داخل کویل انجام می‌شود. برای اطمینان بیشتر، کویل هم‌زمان در وان آب مستغرق می‌گردد.
در صورتی که نشتی بصری مشاهده نشود یا کاهش فشار روی گیج طی مدت ۲ ساعت رخ ندهد، آزمایش موفقیت‌آمیز محسوب می‌شود.
شایان ذکر است که فشار تست معمولاً ۱.۵ برابر فشار کاری مبدل‌ها در نظر گرفته می‌شود، اما فشار تست دقیق طبق جدول زیر انجام می‌گیرد.
شرکت مهندسی و مشاوره صنایع مبتکران گلدیران با برند Gplus (جی‌پلاس)، به‌عنوان نماد تولید داخلی در زمینه محصولات تهویه مطبوع و نماینده برندهای معتبر جهانی همچون LG (ال‌جی)، Midea (مایدیا)، Clint (کلینت) و Rhoss (راس)، به شما این امکان را می‌دهد تا کیفیت هوای داخل منزل یا محل کار خود را به بهترین نحو بهبود بخشید. متخصصین تهویه مطبوع مبتکران گلدیران، با تعهد به کیفیت و ایمنی، در تمام مراحل انتخاب، نصب و نگهداری همراه شما هستند. فرقی نمی‌کند که به دنبال یک تصفیه‌کننده هوا باشید یا یک سیستم پیشرفته تهویه مطبوع؛ ما اینجا هستیم تا با ارائه راهکارهای مؤثر، محیطی راحت و ایمن برای خانواده شما فراهم کنیم.
با تکمیل فرم مشاوره خرید آنلاین یا تماس با شرکت مهندسی و مشاوره صنایع مبتکران گلدیران می‌توانید از خدمات مشاوره رایگان ما بهره‌مند شوید.
بدون دیدگاه