در ساختمان ها از تجهیزات گرمایشی و سرمایشی مختلفی استفاده می کنند که با توجه به نوع کاربری، شرایط محیطی و شرایط اقتصادی، طراحان و مهندسان اقدام به ساخت چنین سیستم هایی می کنند. در این مقاله به بررسی کلی یکی از سیستم های به کار رفته در تأسیسات ساختمان به نام دیگ بخار چگالشی پرداخته شده است.
ديگ بخار یا بویلر جزء اصلی ترين تجهيزات گرمايشی است که امروزه مورد استفاده قرار می گيرد. علاوه بر مصارف مسکونی، استفاده از آن در صنعت هم به طور چشمگیری گسترده شده است. در حقيقت بويلر دستگاه يا محفظه بسته ای است که در آن آب به وسيله حرارت، به بخار پرفشار تبديل می شود. در حال حاضر سیستم های دیگ بخار به نحوی طراحی و مدیریت می شوند تا کارایی را افزایش و هزینه های جاری و مرتبط با بهره برداری را کاهش دهند.
در یک دیگ معمولی، با احتراق سوخت گازهای داغ تولید می‌شود که با گذشتن از مبدل حرارتی بیشتر این انرژی به آب منتقل می‌شود، که باعث بالا رفتن دمای آب می‌شود. بخار آب یکی از گازهای داغ تولید شده در فرایند احتراق است، که نتیجه ترکیب هیدروژن با اکسیژن می‌باشد. در دیگ‌های چگالشی (کندانسینگ)، حرارتی را که توسط خروج گازهایی داغ تلف می‌شود، جذب شده و بخار آب موجود با از دست دادن گرمای نهان تبخیر به آب مایع (یا به اصطلاح به کندانس) تبدیل می‌شود و این گرمای نهان نیز به آب داده می‌شود که این عمل اضافی می‌تواند بازدهی را تا 10- 12% بالا ببرد .
در صنعت تأسیسات و ساختمان، بویلرهای چگالشی یک گزینه مناسب و پرطرفدارند، زیرا توانایی آن را دارند که با بازیابی انرژی هدر رفته در نمونه مشابه بویلر معمولی، بازدهی فوق العاده ای دارند و تقریباً بازده آنها به بیش از ۹۰% می تواند برسد. کاربرد و استفاده های بویلرهای چگالشی نیز به دلیل مزایا و فواید زیادی که دارند و همچنین به علت سهولت ترکیب با سایر سیستم ها زیاد است؛ علی رغم این موضوع، چنین سیستم هایی از نظر کارکرد و طراحی با دیگ های بخار متداول اختلاف های زیادی دارند.
در زمان های نه چندان دور، استاندارد صنعت برای دیگ های بخار آب گرم براساس یک دیگ غیر چگالشی بود. در چنین دیگ هایی، دمای آب گرم برگشتی به بویلر باید از دمای کندانس گازهای تنوره بالاتر باشد تا احیاناً آسیبی به دیگ وارد نشود. این استاندارد در مورد بویلرهای چگالشی صدق نمی کند، چون مبدل های حرارتی مربوط به آنها از موادی ساخته می شوند که می توانند تأثیرات کندانس را متحمل شوند. در واقع، رابطه مستقیمی بین افزایش تشکیل کندانس گاز تنوره و بهره های بازدهی دیگ وجود دارد. بنابراین هدف نهایی باید کاهش حداکثری ممکن دمای آب برگشتی به دیگ برای کندانس کردن گاز تنوره باشد.
به دلیل افزایش وجود کندانس گاز تنوره در یک دیگ بخار چگالشی، مبدل حرارتی باید از جنس مقاومی برخوردار باشد تا خوردگی حاصل از کندانس اسیدی و تجزیه کامل مواد داخل دیگ و تنوره اتفاق نیافتد. این جنس مقاوم در بیشتر موارد فولاد ضد زنگ است، اگرچه بر اساس نظر و صلاحدید سازنده دیگ از مواد مختلفی ممکن است استفاده شود.
نکته دیگری که باید به آن توجه کرد این است که یک دیگ بخار چگالشی باید طراحی مؤثری برای مبدل حرارتی جریان مخالف داشته باشد تا سردترین سطوح گازهای تنوره را نزدیک به خنک ترین آب برگشت قرار دهد و در عین حال مقدار زیادی سطح جانبی گرمایش سمت آتش برای عملیات کندانس نگه دارد.
امروزه، در بیشتر دیگ های بخار آب گرم از گاز طبیعی به عنوان منبع سوخت برای فرآیند احتراق استفاده می کنند. در این روند، گاز طبیعی با هوای احتراق تلفیق می شود تا آب و سایر محصولات جانبی را تولید کند. در یک دیگ بخار غیر چگالشی، این آب در یک حالت بخار باقی می ماند و در گاز تنوره از سیستم حذف می شود، در حالی که در یک دیگ چگالشی بخار آب به محض سردشدن تا زیر نقطه شبنم خود کندانس می شود. ایجاد کندانس از گاز تنوره امکان بازیابی ۹۷۰ (Btu/lb) انرژی نهان را فراهم می سازد و سبب افزایش بازدهی بویلر می شود. نقطه شبنم آب بر اساس پارامترهای زیادی فرق می کند اما به طور کلی گازهای تنوره وقتی شروع به کندانس شدن می کنند که دمای آب گرم برگشتی بین ۱۲۰ تا ۱۳۰ درجه فارنهایت (۴۹ تا ۵۴ درجه سانتی گراد) باشد.
با پیشرفت علم و تکنولوژی در گذر زمان، طراحی سیستم دیگ های بخار هم رشد کرده است. اولین فرق مهم در طراحی سیستم به دماهای برگشت و رفت آب گرم ارتباط دارد. قبلاً، با این گمان که دمای بالاتر آب گرم، همواره بهتر و مطلوب تر است، از دیدگاه مهندسان و طراحان، طراحی سیستم هایی با دمای رفت آب گرم در محدوده ۱۸۰ تا ۲۰۰ درجه فارنهایت (۸۲ تا ۹۳ درجه سانتی گراد) بیشتر مورد توجه بود. اما واقعیت این است که تا حدی و در واقع تا یک نقطه دمایی، دمای آب گرم بیشتر قابل توجیه و مطلوب است، اما راندمان سیستم هم محدود خواهد شد. به علاوه، دمای آب گرم بیشتر می تواند روند کنترل دمای فضا در دوره های کم باری که ظرفیت کامل برای ساختمان نیاز نیست را سخت تر کند.
در سیستم های گرمایشی که از بویلرهای چگالشی استفاده می شود طراحی باید به گونه ای باشد که کمترین دمای ممکن برای رفت و برگشت آب گرم انجام گیرد و در همزمان بتوانند فضا را به اندازه کافی گرم کنند. دقت داشته باشید که دمای آب گرم برگشتی عامل اصلی تعیین کننده بازدهی یک بویلر است، لذا با توجه به این مسأله، بهینه سازی دمای برگشت آب گرم باید هدف اصلی باشد.
این نکته را دقت داشته باشید که دمای رفت آب گرم استاندارد برای یک بویلر چگالشی باید در حداقل ۱۴۰ درجه فارنهایت (۶۰ درجه سانتی گراد) شروع شود و با توجه به اینکه ظرفیت گرمایش کافی با هزینه معقول از کویل های گرمایش و ترمینال یونیت ها وجود دارد، پتانسیل این را داشته باشد که از این دما پایین تر برود. اگرچه امکان دمای آب پایین تر وجود دارد، نقطه ای هست که هزینه اولیه بیشتر برای سطوح انتقال حرارت اضافی از مزیت بازدهی دیگ بخار بیشتر است.
دبی های سیستم، متغیر و متناسب با دماهای سیستم آب گرم هستند. در سیستم های قدیمی تر، دبی ها معمولاً برای یک اختلاف دمای ۲۰ درجه فارنهایت (۱۱ درجه سانتی گراد) بین دماهای آب گرم رفت و برگشت در ترمینال یونیت ها طراحی می شدند که بالای دمای کندانس بودند و همین امر سبب دبی های بالاتر بود. نکته دیگر اینکه، اختلاف دمای بین دماهای رفت و برگشت آب گرم برای بویلرهای کندانس باید بین ۳۰ و ۵۰ درجه فارنهایت (۱۷ تا ۲۸ درجه سانتی گراد) باشد که باعث کاهش دبی ها است، همچنین باعث کاهش افت فشار درون کویل های گرمایش و ترمینال یونیت ها و کاهش توان پمپ کردن در شرایط بار کامل و میان باری می شود. با توجه به اینکه، کنترل سیستم آب گرم برای دمای رفت آب گرم رایج است، یک اختلاف دمایی بالاتر سبب دمای برگشت آب گرم کمتر برای دیگ بخار می شود و سبب تشکیل کندانس بیشتر با راندمان بالاتر بویلر می شود.
منبع: مجله ونداد تجهیز
