اصول اولیه کندانسور آبی و اواپراتور آبی چیلر

اصول اولیه کندانسورهای آبی و اواپراتور آبی چیلر

کندانسورهای آب سرد و اواپراتورهای آبی مبدل های حرارتی تخصصی هستند. آنها با حذف گرما از یک سیال و انتقال آن به سیال دیگر ، حرارت را مبادله می کنند.

کندانسور آبی ، یک مبدل حرارتی است که گرما را از بخار مبرد خارج کرده و آن را به آبی که از آن عبور می کند منتقل می کند. متراکم شدن بخار مبرد در خارج لوله این کار را انجام می دهد. با انجام این کار ، بخار متراکم شده و گرما را به آب جاری در داخل لوله می دهد.

اواپراتورآبی درست برعکس عمل می کند.در واقع یک تبخیر کننده انبساط مستقیم است. اواپراتورآبی مبرد درون لوله را تبخیر می کند. گرما از آب جاری در پوسته بیرونی لوله ها خارج می شود.

کندانسورآبی یک جزء مهم در قسمت بالای یک سیستم تهویه مطبوع/تبرید است. اواپراتورآبی جزء مهمی در قسمت پایین یک سیستم است.

برای پیش بینی نحوه عملکرد مبدل حرارتی ، دانستن چهار مورد اساسی ضروری است:

1. اختلاف دما (▲T)
2. کاهش سرعت و فشار (V و ▲P)
3. رسوب گذاری
4. نوع سیال
5. برای کندانسورها ، T▲ دمای تراکم منهای دمای آب ورودی است. برای چیلرها ، T▲ دمای آب ورودی منهای دمای مکش است. هرچه T▲ بیشتر باشد ، نرخ تبادل حرارت در یک بازه زمانی معین بیشتر است که معمولاً در BTU/Hr بیان می شود.
6. سرعت (V) :سرعتی است که سیال در آن جریان می یابد. میزان ایده آل جریان از طریق مبدل حرارتی برای هر سیال وجود دارد. در این دبی ایده آل ، سیال به گونه ای با خود مخلوط می شود که حداکثر جذب گرما را ایجاد می کند. جریان آشفته باعث می شود که مایع سردتر دائماً در تماس با سطح گرما حرکت کند. اگر جریان بیش از حد کند باشد ، ممکن است یک وضعیت آرام ایجاد شود. این وضعیتی است که در آن فقط سیال در کنار دیوار تبادل حرارت گرم می شود ، اما فراتر از این لایه بسیار نازک ، گرما نمی تواند به بقیه سیال نفوذ کند. اما – سرعت باید با شرایط دیگری ، افت فشار (▲P) محدود شود. ▲P با سرعت افزایش می یابد. پس از یک نقطه مشخص ، مقدار انرژی صرف شده برای غلبه بر▲P بیشتر از هر بازدهی است که با افزایش سرعت به دست می آید.فشار بالا و سرعت زیاد نیز مشکلاتی را ایجاد می کند که عمر مبدل حرارتی را بسیار کوتاه می کند. در صورت خرابی ، خوردگی و فرسایش پیشگیرانه عمر را به چند ماه کوتاه می کند.
7. رسوب گذاری به این دلیل اتفاق می افتد که بیشتر آب خالص نیست. مواد زیادی در آب حل شده یا معلق هستند. این مواد سطح لوله ها را می پوشانند و مانع انتقال حرارت می شوند. حتی در سمت مبرد ، روغن می تواند سطوح را بپوشاند و به عنوان یک عایق بین مبرد و آب عمل کند. جلوگیری از همه رسوب ها غیرممکن است ، بنابراین هنگام اندازه گیری مبدل حرارتی باید یک عامل رسوب گذاری در آن لحاظ شود.
8. عامل چهارم ، نوع مایع ، باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال در بسیاری از چیلرها ، گلیکول ها یا محلول های آب نمک در برنامه های دمای پایین استفاده می شود. به دلیل کاهش ضرایب انتقال حرارت ، رتبه بندی بر اساس آب دیگر معتبر نیست.

اندازه کندانسورهای آبی

برای اندازه گیری کندانسور آب سرد ، ابتدا باید کل حرارت رد سیستم را بیابیم. برای سیستم های تهویه مطبوع یا فشار بالا ، اندازه چگالنده بر اساس اسب بخار اسمی یا تن بار تبرید ایمن است.  1200BTU/Hرقم عادی یک تن یا اسب بخار است. به این مقدار ، H/BTU  3000حرارت فشرده سازی را در مجموع H/BTU 15000در تن اضافه کنید.

برای سیستم های با دمای متوسط و پایین ، بار واقعی را برداشته و 3000 اسب بخار بر ساعت بر اسب بخار اضافه کنید.

به عنوان مثال دمای پایین 3 تن باربا کمپرسر10 اسب به شکل زیرمحاسبه میشود :

 3 tons = 36,000 BTU

3,000 x 10 = 30,000 BTU

Total = 66,000 BTU’s.

• توجه: در کاربردهای دمای متوسط و پایین ، مطمئن تر است که 10٪ به بار محاسبه شده برای شرایط خاص و پیش بینی نشده اضافه شود. نتیجتا 6،600 BTU اضافه می شود. بنابراین ، نیاز به کندانسور 72،600 BTU در ساعت است.

بسیاری از کاتالوگ ها بر اساس استاندارد ARI  – 20 درجه سانتیگراد بین دمای آب ورودی و دمای تراکم ساخته می شوند. زیرا دمای 105 درجه فارنهایت بعنوان دمای فشرده سازی کندانسورآبی استفاده می شود. دمای آب برج خنک کننده در کندانسور 85 درجه فارنهایت فرض می شود.

 اگر▲T به طور قابل توجهی بیشتر از 20 درجه فارنهایت باشد ، ما می توانیم قانون 8/10 را اعمال کنیم. به ازای هر 10 درصد افزایش درT▲ ، 8 درصد در ظرفیت افزایش می یابد.

اگرT▲ اولیه کمتر از20  فارنهایت باشد ، می توان از قانون 9/10 استفاده کرد. به ازای هر 10 درصد کاهش در دمای اولیه ، 9 درصد در ظرفیت کاهش می یابد.

به عنوان مثال ، دمای تراکم تا 101 درجه فارنهایت کاهش می یابد. در حال حاضر 20 decrease کاهش T▲ داریم. این یک کاهش 18 درصدی در ظرفیت است ، دربرابر سرعت جریان مشابه ، منجر به انتخاب یک کندانسور بزرگتر و گرانتر شود.

اعمال این قوانین محدودیت هایی دارد که یکی از آنها مربوط به سرعت آب است. سرعت آب در کندانسورهای پوسته و لوله (معروف ترین طرح) باید کمتر از 8 فوت در ثانیه ((2.5 m/s  نگه داشته شود. سرعت تابعی از طراحی و میزان جریان آب است. کاتالوگ های تولیدکننده ممکن است نمودارهای عملکردی را نشان دهند که حداکثر GPM را که یک کندانسور خاص می تواند تحمل کند لیست می کند. در غیر اینصورت ، آن امتیاز باید کمتر از 8 فوت در ثانیه باشد.

اکثر رتبه بندی های کندانسور چاپ شده در کاتالوگ های سازنده یک “عامل رسوب” را در نظر می گیرند. معمولاً به عنوان “عامل رسوب 0.005” بیان می شود. “رسوب” پوشش دیوارهای لوله با جرم و خاک است. این باعث افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت و کاهش کارایی کندانسور می شود. جلوگیری از رسوب به طور کامل غیرممکن است بنابراین در برخی از رسوب ها در درجه بندی کندانسور هزینه ای در نظر گرفته می شود. شرایط آب بسیار متفاوت است ، بنابراین وظیفه کاربر تمیز نگه داشتن کندانسور است. به طور کلی ، اگر آب خروجی از کندانسور بیش از 10 درجه بیشتر از دمای تراکم مبرد باشد ، کندانسور باید تمیز شود .

اواپراتورچیلر

اواپراتور چیلر درست برعکس کندانسور عمل می کنند. به جای استفاده از مایع برای خنک کردن مبرد ، از مبرد برای خنک کردن مایع استفاده می کند مایع درون لوله ها تبخیر می شود آب با جریان پیچ دار در خارج لوله ها عبور می کند .

اندازه اواپراتور چیلر بستگی به عوامل اساسی مشابه کندانسورها دارد: T▲ ، سرعت P▲، رسوب و نوع سیال ، دامنه دما ، دمای مبدل و سوپرحرارت . دامنه دما ، محدوده تفاوت بین دمای آب ورودی و دمای آب خروجی است. دمای تغییرمبدل ، تفاوت دما بین دمای آب خروجی و دمای مبرد است. سوپرهیت ، تفاوت بین دمای مایع اشباع مبرد و دمای سنجش است. بهترین روش برای اندازه گیری اواپراتورچیلر ، محدوده دما و سرعت جریان دبی است.  دبی باید با ضرب در 500 به پوند آب در ساعت تبدیل شود (1 گالن آب 8.3 پوند است. 8.3 *60 = 498 ، گرد شده تا 500).

مثال: دمای آب ورودی 55 درجه فارنهایت ، دمای آب خروجی 45 درجه فارنهایت است. بنابراین ، محدوده 10 درجه فارنهایت است.

  میزان جریان 20 :

GPM 20 * 500 = 10000

  x 10 = 100.000 BTU 10000

اندازه گیری برای تهویه مطبوع از همه ساده تر است. اندازه اواپراتور می تواند بر اساس تن های اسمی باشد. رتبه بندی ARI برای تهویه مطبوع بر اساس محدوده 10 درجه ، 9 درجه ، 7 درجه فوق گرم و ضریب رسوب 0.005 است.

اندازه اواپراتورهای چیلر برای سیستم های تهویه مطبوع استاندارد نیاز به انتخاب دقیق دارد.

دیفرانسیل دما از دو جزء مختلف تشکیل شده است:

1. محدوده T▲ بین آب ورودی و خروجی.
2. اختلاف بین آب خروجی و دمای مبرد به T▲ نزدیک شود.

اینها موضوعات مهمی هستند. تغییر دمای عملکردی می تواند نتایج چشمگیری را در پی داشته باشد. یک درجه تغییر در عملکرد به معنی تغییر 15 درصدی ظرفیت اواپراتورچیلراست .

اختلاف پنج درجه می تواند تا 300 درصد تغییر کند! اواپراتورچیلردر محدوده 10 درجه فارنهایت و عملکرد 4 درجه فارنهایت با امتیازBTU 36000 با عملکرد 12 درجه فارنهایت  BTU 164000 بی تی یو خواهد بود. اما هیچ کس چیزی را بی نتیجه نمی گیرد. عملکرد محدودیت هایی دارد با کاهش دمای مکش اواپراتور ، ظرفیت کمپرسور کاهش می یابد. یکی دیگر از خطرات در دماهای وسیع ، انجماد است. هر درجه حرارت اواپراتور در زیر انجماد در معرض یخ زدگی قرار دارد که باعث از بین رفتن اواپراتورچیلر می شود. سیستم هایی که با مخلوط های گلیکول زیر یخ زدگی هستند باید با دست تغذیه شوند تا در صورت وجود نشتی از رقیق شدن مخلوط جلوگیری شود ، بنابراین نقطه انجماد پایین باقی می ماند.

همچنین ، به سادگی محدودیتی در میزان انتقال حرارت وجود دارد که می تواند در هر مبدل حرارتی ایجاد شود. فقط سطح بسیار زیادی برای کار وجود دارد.

3 درجه فارنهایت گرمای بیش از حد برابر با یک درجه نزدیک شدن است و اگرچه این به معنی افزایش 15 درصدی ظرفیت است ، اما گرمای بیش از حد پایین ممکن است به کمپرسور آسیب برساند.( پایین آمدن دما بیش از 5 درجه فارنهایت )

سرعت جریان در اواپراتور باید کمتر از 4.5 فوت در ثانیه باشد. سرعت بیش از حد به لوله اواپراتور آسیب می رساند. کاتالوگهای اکثر تولیدکنندگان نرخ جریان دبی را با استفاده از 4.5 F.P.S. لیست می کنند.

کاهش فشارنسبی از psig 8 (1.5 بار) یا کمتر قابل قبول است. اگرP▲ بالاتر از 8 psig است ، اواپراتور مدل دیگری را انتخاب کنید که 8=P▲ یا کمتر از 8 psig باشد .

باید از آنتی فریز مناسب در تمام چیلرهای آبی استفاده کرد. همیشه باید از وضعیت انجماد که روی خروجی اواپراتورروی 34 درجه فارنهایت تنظیم شده است استفاده شود. یخ زدگی عامل اصلی خرابی مجموعه است. البته ، اگر اواپراتور در خارج از محل بسته قرار دارد ، جایی که ممکن است دمای انجماد محیطی رخ دهد ، باید از حرارت مانند المنت حرارتی استفاده شود تا از انجماد جلوگیری شود.

اواپراتور دارای مشخصات زیر است:

1. باید بار 900000 BTU/ساعت را تحمل کند
2. دارای افت فشار psig 10 موجود است (1.7) بار
3. دمای آب ورودی: 55 درجه فارنهایت
4. دمای آب خروجی: 45 درجه فارنهایت
5. کمپرسور در دمای مکش 34 درجه فارنهایت کار می کند

Range =          10F (55F Water In – 45F Water Out)

Approach =     11F (45F Water Out – 34 Suction Temperature)

اواپراتورها می توانند بیش از یک مدار باشند یا دو مدارو دارای دو ورودی و خروجی تبرید . هر مدار را می توان برای بارهای جداگانه ، اما مشابه استفاده کرد. مدارهای چهارگانه برای چهار بار جداگانه و مشابه طراحی شده اند .