کویل هوایی

کویل هوایی یکی از تجهیزات انتقال حرارت است که برای گرمایش یا سرمایش یک سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع تجهیزات معمولا برای دستگاه‌های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرد. ولی تجهیزات مختلف انتقال حرارت در صنایع غذایی یا فرآیندی هم از این تجهیزات بهره می‌برند. در این قسمت به توضیح کاملی در مورد کویل‌های هوایی پرداخته‌ایم. همچنین هر محصول به صورت جداگانه در فروشگاه قابل بررسی است. در ابتدا سعی کرده‌ایم اطلاعاتی در مورد انواع کویل هوایی ارائه دهیم و به صورت مختصر عوامل موثر در بالاتر بردن بازده را نوشته‌ایم.

کویل هوایی چیست و چه کاربردی دارد؟

همانطور که گفتیم، کویل هوایی در واقع یکی از اجزای انتقال حرارت یک سیستم است که در صنایع مختلف کاربرد دارد. کویل هوایی در واقع از جمله مبدل‌های حرارتی است که در یک طرف آن حتما هوا به صورت خنک کننده یا گرم کننده خواهد بود. لذا به آن کویل یا مبدل حرارتی هوایی نیز می‌گویند. ولی چرا استفاده از کویل هوایی در سال‌های اخیر بسیار فراگیر شده است. در گذشته بسیاری از سیستم‌ها با واسطه سیال آب عمل انتقال حرارت را انجام می‌دادند. لذا با کمبود آب و از بین رفتن منابع آبی، استفاده از هوا به جای آب بیشتر از قبل شد. مثلا در چیلرهای آبی که با تبخیر آب عمل کندانسور را انجام می‌دادند، با استفاده از کویل هوایی و عبور هوا از روی آن مایع مبرد را خنک می‌کند. لذا کاربرد کویل هوایی در صنعت بسیار حائز اهمیت است. در ادامه به توضیح این مساله خواهیم پرداخت. همچنین چند نمونه از کویل هوایی را به صورت مختصر توضیح می‌دهیم.

انواع کویل هوایی Air Cooled Condenser و موارد مصرف آن

کویل‌های هوایی یا دستگاه‌های انتقال حرارت که در صنعت کاربرد دارند، معمولا به قصد سرمایش و گرمایش به کار می‌روند. در برخی موارد ممکن است خنک کردن یا گرم کردن هوا باشد و در برخی موارد خنک کردن یا گرم کردن ماده داخل لوله‌های کندانسور باشد. لذا برخی از تجهیزاتی که برای این کاربری‌ها کاربرد دارند را معرفی می‌کنیم. از جمله محصولاتی که در آن کویل‌های هوایی کاربرد دارند عبارتند از:

• کویل کندانسور هوایی
• کویل گرمایشی و کویل سرمایشی هواساز
• کویل DX یا انبساط مستقیم (Direct Expansion)
• کویل هوایی خنک کن روغن داغ
• کویل هوایی فن کویل
• کویل اواپراتور (در داکت اسپیلت)

کویل کندانسور هوایی

کندانسور هوایی یکی از تجهیزاتی است که در سیکل تبرید بعد از کمپرسور به کار می‌رود. در گذشته معمولا با استفاده از آبی که از برج خنک کننده تامین می‌شد سیال مبرد را در فشار ثابت خنک می‌کردند. ولی با استفاده از کویل هوایی کندانسوری، هوای عبوری از روی کندانسور باعث خنک شدن سیال مبرد می‌شود که در نتیجه هزینه‌های راه اندازی و عملکرد شامل برج خنک کننده و آب جبرانی را پایین می‌آورد.

کویل هواساز

هواساز یکی از تجهیزاتی است که برای گرمایش یا سرمایش یک محیط تهویه شده کاربرد دارد. به این شکل که هوا را از سمت یک محیط به سمت داخل هواساز میفرستند و بعد از عبور از کویل‌های هوایی سرمایش و گرمایش هوا را گرم یا خنک می‌کند. لذا از کویل‌های هوایی که به صورت مستقیم یا به صورت مورب روی بر روی آن قرار دارد. از دو نوع کویل شبیه به هم با ظرفیت‌های مختلف در هواساز استفاده می‌شود. که در ادامه توضیح می‌دهیم.

کویل گرمایشی هواساز

در بسیاری از هواسازهای مدرن، کویل‌های سرمایش و گرمایش جدا از یکدیگر هستند. این به خاطر این است که در بسیاری از سیستم‌های مختلف تهویه مطبوع موتورخانه سرمایشی جدا از موتورخانه گرمایشی است. لذا از کویل هوایی گرمایشی در یک هواساز برای توزیع گرمایش موتورخانه گرمایشی استفاده می‌شود. کویل گرمایشی چند ویژگی مختلف دارد. نسبت به کویل سرمایشی تعداد لوله‌ها یعنی سطح حرارتی کمتر است.

کویل سرمایشی هواساز

کویل‌های سرمایشی هواساز مانند کویل‌های گرمایشی هستند با این تفاوت که تعداد ردیف‌های لوله در این قسمت بیشتر از تعداد لوله‌های کویل گرمایشی است. دلیل این عمل این است که انتقال حرارت در دماهای پایین‌تر سخت‌تر اتفاق می‌افتد. لذا از سطح حرارتی بیشتری برای انتقال حرارتی از آب خنک به هوای تهویه شده استفاده می‌شود.

کویل هوایی خنک کن روغن داغ

کویل هوایی خنک کن روغ داغ برای خنک کردن روغن‌های مختلف که در دستگاه‌ها به کار می‌روند کاربرد دارند. دستگاه‌های هیدرولیک، پرس،تزریق پلاستیک و از این قبیل از روغن برای انتقال قدرت استفاده می‌کنند. به خاطر انتقال قدرت توسط این سیال معمولا روغن داغ می‌شود. برای همین برای خنک کاری روغن از مبدل حرارتی روغن داغ یا از کویل هوایی خنک کن روغن داغ استفاده می‌شود. کویل‌های هوایی روغن داغ علاوه بر اینکه در جنس لوله به جای لوله مسی از لوله فولادی استفاده می‌شود، نحوه مونتاژ و فین بندی آنها نیز کمی متفاوت است. دلیل این امر این است که امنیت برای سیستم روغن داغ باید بسیار بالاتر باشد. یا مثلا مثلا به خاطر اینکه فین صفحه‌ای در لوله فولادی وجود ندارد، از فین اسپیرال استفاده می‌کنند. چون در سیستم روغن داغ احتمال آتش سوزی می‌تواند بسیار خطر آفرین باشد. شکل زیر یک نمونه از مبدل حرارتی هوایی برای خنک کردن روغن داغ را نشان می‌دهد.

کویل هوایی فن کویل

یکی دیگر از انواع کویل هوایی که در صنعت تهویه مطبوع کاربرد دارد، کویل فن کویل است که بسیار آشناتر از انواع دیگر است. چرا که مصرف کننده نهایی این نوع تجهیزات معمولا افراد عادی هستند. کویل فن کویل به این صورت کار می‌کند که با عبور هوا از روی کویل دارای آب سرد (Chilled Water) یا آب گرم موتورخانه فضای محیط را خنک‌تر یا گرم‌تر می‌کند. فن در داخل فن کوی باعث ایجاد یک جریان همرفت اجباری (Forced Convection) بر روی کویل‌های هوایی می‌شود. که در نهایت باعث انتقال حرارت یا برودت از سمت داخل کویل به سمت هوا می‌شود.

اواپراتور اسپیلت

اسپیلت یکی دیگر از اجزایی است که این روز‌ها در ساختمان‌های مختلف مسکونی و تجاری بسیار کاربرد دارد. مزیت اسپیلت نسبت به سیکل‌های تهویه مطبوع با چیلر مرکزی این است که اواپراتور مستقیما در داخل منازل قرار دارد. لذا دیگر نیازی به استفاده از آب و به چرخش در آوردن آب در سیستم برودت نیست. یعنی لوله کشی و تجهیزات کمتر! کویل‌های اواپراتور هم مانند کندانسور معمولا از لوله‌های ۳/۸ اینچ استفاده می‌شود. شکل زیر یک نمونه از اسپیلت را نشان می‌دهد که بسیار شبیه به فن کویل است با این تفاوت که در داخل لوله‌ها به جای آب مبرد قرار داد.

کویل هوایی از چه اجزایی تشکیل می‌شود؟

به طور کلی هر گونه انتقال حرارت که به صورت طبیعی صورت گیرد، چند عامل مختلف دارد. این عوامل شامل مقدار سطح حرارتی، اختلاف دما و ضریب نهایی انتقال حرارت است. در این قسمت توضیحاتی در مورد اینکه چگونه این موارد را بهبود ببخشیم اضافه کرده‌ایم که در تمامی کویل‌های هوایی کاربرد دارد. بسته به اینکه مقدار گرما یا برودت مورد نظر (Duty) که مبدل حرارتی می‌خواهد انجام دهد چقدر باشد، به انتخاب اجزای مختلف سیستم می‌پردازیم.

لوله در کویل‌های هوایی

سیال مایع یا مبرد در داخل لوله‌های کویل هوایی جاری می‌شود. برای اینکه لوله‌ها در کویل به خوبی انتقال حرارت داشته باشد بهترین متریال مناسب لوله مسی یا آلومینیومی انتخاب می‌کنند. در سیستم‌هایی که فشار سیستم زیاد نیست و یا نشتی در آنها باعث ایجاد مشکلات اساسی نمی‌شود از لوله مسی یا لوله آلومینومی استفاده می‌کنیم. ولی در کارهایی که در حال حاضر برای هواساز یا کندانسور انجام می‌شود از لوله‌های مسی استفاده می‌کنند. در برخی موارد سیال داخل لوله‌ها خورندگی بیشتری دارند. در صورتی که سیال داخل لوله‌ها از نوع خورنده یا برای مواد غذایی باشد، باید از لوله‌های استیل ۳۰۴ یا استیل ۳۱۶ به کار می‌بریم. این نوع متریال برای مواد غذایی یا مواد شیمیایی کاربرد بیشتری دارد و طبق استانداردها باید از این نوع لوله استفاده کرد. در مواردی هم از لوله فولادی برای انتقال حرارت استفاده می‌کنیم. مانند سیستم خنک کن برای روغن داغ که چون خورنده نیست استفاده از لوله‌های فولادی بدون درز پیشنهاد می‌شود.

فین در کویل‌های هوایی

یکی از روش‌های بالابردن انتقال حرارت، بیشتر کردن مساحت مورد نیاز جهت افزایش ضریب انتقال حرارت کلی است. همچنین یکی دیگر از روش‌ها ایجاد اغتشاش یا جریان Turbulent است که باعث بیشتر شدن اختلاط برای افزایش انتقال حرارت در لایه‌های مرزی می‌شود. برای اینکه این اعمال در کویل هوایی ایجاد شود، معمولا از فین استفاده می‌کنند. فین در واقع یک صفحه یا یک سری از زبانه‌های اضافه است که بر روی لوله ایجاد می‌کنند تا مقدار مساحت و مقدار جریان توربولانت را در یک کویل هوایی بیشتر کنند. شکل زیر را مشاهده کنید!

هدر یا کلکتور انتهایی

یکی از اجزای مهم در ساخت کویل‌های هوایی قسمت هدر یا کلکتور انتهایی است. معمولا کلکتور را از جنس‌های مختلف فولادی، استیل یا مسی می‌سازند. نکته مهم در کلکتورهای مختلف این است که معمولا کلکتور از جنس آهن یا استیل است. در این صورت از جوشکاری Brazing برای اتصال لوله‌های مسی به هدر مسی یا فولادی (استیل) به کار می‌برند. ولی در مواردی که لوله‌ها و هدر استیل اشد از جوشکاری آرگون برای اتصال هدر به لوله‌ها استفاده می‌کنند. شکل بالا یک هدر استنلس استیل را نشان می‌دهد.

قاب یا بدنه نگهدارنده کویل هوایی

برای اینکه مجموعه فین، لوله و هدر با یکدیگر به صورت یکپارچه قرار بگیرند از یک قاب فلزی استفاده می‌کنند. معمولا قاب را به روش جوشکاری و ورق کاری از ورق‌های گالوانیزه یا استیل می‌سازند. به این صورت که ورق‌های ۱ یا ۲ میلیمتر را به صورت ناودانی، نبشی یا کانال چند خم در کنار هم پیچ و مهره یا جوشکاری می‌کنند و تجهیزات نهایی رو روی آنها سوار می‌کنند. به این قسمت از کویل هوایی reinforcement هم گفته می‌شود.

لوله مناسب در کندانسور و در کویل هواساز چیست؟

یکی از موارد مهم در کویل‌های هوایی انتخاب لوله است. انتخاب لوله در عملکرد و طول عمر سیستم بسیار تاثیرگذار است. این موارد در کندانسور و کویل هواساز کاملا مشخص است. در کندانسور هوایی به دلیل اینکه در داخل لوله‌های مبرد جریان دارد، برای کاهش مقدار مبرد مصرفی (به خاطر قیمت) از لوله ۳/۸ استفاده می‌شود. همچنین تراکم لوله با لوله سایز ۳/۸ بیشتر از لوله ۵/۸ است. در هواساز ولی برعکس است. سیال داخل لوله‌ها معمولا آب است. برای همین برای جلوگیری از ایجاد رسوب از لوله‌های ۵/۸ اینچ استفاده می‌شود. همچنین به دلیل اینکه آب بیشتر خاصیت بهتری برای ذخیره حرارت یا برودت دارد، استفاده از سایز بالاتر لوله هم پیشنهاد می‌شود.