در مقاله
مبدل های حرارتی صفحه ای در بهینه سازی مصرف انرژی - بخش اول
به بررسی اهمیت این مبدل ها در مصرف انرژی پرداختیم. در این مقاله به ادامه این بحث و مزایای مبدل های گرمایی خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.
مزایای استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای نسبت به مبدل پوسته و لوله
جریان سیال در مبدل حرارتی صفحه ای به علت موج دار بودن صفحات در اعداد رینولدز کم (100 تا 400 ) از حالت آرام به آشفته تبدیل می شود و با توجه به قطر هیدرولیکی کوچک، ضرایب انتقال حرارت در آنها افزایش یافته و لذا این نوع از مبدل ها از راندمان بالایی برخوردار می باشند. این در حالی است که در مبدل های پوسته و لوله غالبا به سختی می توان ضریب انتقال حرارت زیادی در طرف پوسته بدست آورد.
2- مبدل حرارتی صفحه ای سبب صرفه جویی تا حدود 80% در فضای نصب می شود که دلیل آن فشرده و کوچک بودن این نوع از مبدل ها می باشد؛ به عنوان مثال به ازای سطح مؤثر حرارتی یکسان، وزن و حجم مبدل های صفحه ای به ترتیب 30% و 20% وزن و حجم مبدل های پوسته و لوله است.
3- صفحات نازک، مقاومت دیواره فلزی را به حداقل کاهش داده به طوری که مبدل های صفحه ای دارای دمای اپروچ تا 1 درجه سانتی گراد را دارند در حالی که مبدل های پوسته و لوله فقط دمای اپروچ حداقل 5 درجه سانتی گراد دارند. بنابراین به کمک این نوع از مبدل ها با اختلاف بسیار کم دماهای خروجی سیال سرد و گرم، بازیابی گرما تا بیش از 90% امکان پذیر است و مصرف انرژی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
4- با توجه به نوع طراحی واشر در مبدل حرارتی صفحه ای، خطر نشتی به داخل حداقل بوده و مخلوط شدن دو سیال رخ نمی دهد؛ هر گونه خرابی واشر منجر به نشتی به محیط می شود که به سادگی در سطح خارجی مبدل، قابل ردیابی است.
5- مبدل حرارتی صفحه ای در مقایسه با لوله ای معادل، مساحت کمی برای اتلاف حرارت دارند؛ تنها لبه های صفحات در تماس با محیط خارج می باشند و از سوی دیگر ارقام داده شده نشان می دهد که افت حرارتی حاصل از تابش در مبدل های صفحه ای در حدود 20% مبدل های لوله ای است.
6- برخلاف مبدل های لوله ای، مبدل های صفحه ای از انعطاف پذیری بالایی در طراحی برخوردار هستند که به واسطه تنوع در اندازه صفحات، نوع مواد، آرایش گذرها و تعداد صفحات بوجود می آید.
7- با مکانیزم خاصی (صفحات واسط)، می توان بیش از دو سیال را در یک مبدل حرارتی صفحه ای خاص استفاده نمود.
8- در مبدل های صفحه ای واشردار با برداشتن فشار وارده بر صفحات به آسانی می توان آنها را از هم جدا کرده و تمیز نمود.
مزایای استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای در سیستم های HVAC و حذف مخازن دوجداره
با استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای آب گرم با هر دما و به صورت دائمی در اختیار مصرف کننده قرار می گیرد.
- در سیستمهای تولید آب گرم با مخازن دو جداره ای، دمای آب گرم تا C60 بالا برده می شود، و در زمان استفاده با آب سرد مخلوط شده و در دمای مطلوب C43 استفاده می شود. اما در سیستم تولید آبگرم فوری می توان آب را با دمای C43 تولید و در همان دما مصرف نمود. که سبب صرفه جویی در انرژی و در مصرف آب می شود.
تشکیل رسوب رابطه مستقیم با افزایش دمای آب دارد، لذا هر چه دما بالاتر رود رسوب بیشتری ایجاد می شود. در سیستم فوری به دلیل تولید و استفاده آب گرم در دمایC 43 رسوب بسیار کمتری ایجاد می گردد.
با توجه به راندمان بالای مبدلها و نگهداری آسان آنها می توان از مبدل حرارتی صفحه ای درحد فاصل برج خنک کن و سایر قسمتهای سیستم تهویه مطبوع استفاده نمود و از این سیستمها در برابر ذرات آلوده کننده محیطی محافظت کرد.
- با قرار دادن مبدل های گرمایی در مدارهای HVAC این امکان فراهم می شود تا در فصلهایی از سال چیلر از مدار خارج شده و از مبدل صفحه ای به تنهایی استفاده شود و مصرف انرژی سیستم تا حد زیادی کاهش یابد.
- با به کارگیری این مبدلها می توان از هر منبع آبی مانند دریا و رودخانه استفاده نمود و برج خنک کن را از سیستم تهویه مطبوع حذف کرد.
- حجم کم اشغال شده توسط مبدلها این امکان را فراهم می کند تا آنها را در طبقات مختلف ساختمانهای بلند به کار گرفت و از ایجاد فشار زیاد در طبقات پایین اجتناب نمود.
- به کار گیری گرمای ایجاد شده در کندانسور با استفاده از این مبدلها مانع از هدر رفتن انرژی در سیستم می شود.
- با توجه به فضای کمی که این مبدل های حرارتی صفحه ای اشغال میکنند می توان حرارت را به صورت منطقه ای ایجاد نمود و از ایجاد حرارت مرکزی و توزیع آن در محل های مورد نظر اجتناب کرد و از تلف شدن انرژی جلوگیری شده و بدین صورت راندمان سیستم را تا حد چشمگیری بالا برد.
و بسیاری موارد استفاده دیگر که با توجه به حجم کم اشغال شده، بازده بالا و تعمیر و نگهداری آسان این مبدل ها مقرون به صرفه می باشند و مبدل حرارتی صفحه ای را به عنوان سیستم کارا در هر جایی که نیاز به انتقال حرارت بین دو سیال دارید معرفی می کند.
كاربرد مبدل حرارتی صفحه ای در صنعت تاسیسات ساختمان
با توجه به پیشرفتهای اخیری كه در تكنولوژی تولید و ساخت مبدلهای صفحه ای بوجود آمده كه منجر به كاهش هزینه های تولید آن شده، در سالهای اخیر شاهد رشد روز افزون كاربرد این نوع از مبدلهای حرارتی در صنعت تاسیسات می باشیم. امروزه برای گرمایش آب مصرفی، گرمایش آب استخر ها و گرمایش آب جكوزی بطور وسیعی از مبدلهای صفحه ای استفاده می شود.
در سیستم گرمایش آب مصرفی آب گرم با هر دما و هر میزان ( بسته به دبی ورودی ) بصورت دائمی در اختیار مصرف كننده قرار می گیرد. همچنین به دلیل بازده بالای مبدل حرارتی صفحه ای، از آنجایی كه اختلاف دمای سیال گرم كننده و سیال گرم شونده می تواند به یك درجه سانتیگراد برسد، می توان از این مبدلها در حد فاصل برج خنك كن و سایر بخش های سیستم تهویه مطبوع استفاده نمود. بدین ترتیب سیستم های تاسیساتی را می توان با این روش در برابر ذرات آلوده كننده محیطی محافظت نمود. علاوه بر موارد ذكر شده، مبدلهای حرارتی دارای كاربردهای متنوع دیگری در صنعت تاسیسات می باشند كه در ادامه به آنها اشاره خواهد شد .
مبدل حرارتی صفحه ای و گرمایش آبگرم مصرفی
از مبدل صفحه ای می توان برای گرمایش آبگرم مصرفی استفاده كرد. در این سیستم آبگرم با هر دما و هر مقدار كه نیاز داشته باشیم بصورت دائمی در اختیار مصرف كننده قرار می گیرد و به عبارت دیگر تمام نشدنی است. در سیستم های سنتی تولید آبگرم مصرفی كه آبگرم بصورت ذخیره در منابع كویلی یا دو جداره تهیه می شوند، دمای آبگرم تا oC60 بالا برده می شود و در زمان استفاده با آب سرد مخلوط شده و در دمای مطلوب oC43 استفاده می شود. اما در سیستم تولید آبگرم فوری كه با استفاده از مبدل های صفحه ای صورت می گیرد می توان آب را با دمای oC43 تولید و در همان دما مصرف نمود؛ كه سبب صرفه جویی زیادی در انرژی و مصرف آب می شود.
از طرفی تشكیل رسوب رابطه مستقیم با افزایش دمای آب دارد، لذا هرچه دما بالاتر رود رسوب بیشتری ایجاد می شود. بنابراین در سیستم فوری با استفاده از مبدل صفحه ای به دلیل تولید و استفاده آبگرم در دمای oC43 رسوب بسیار كمتری در سیستم لوله كشی و مبدل حرارتی صفحه ای نسبت به منابع كویلی ایجاد می شود.
مبدل حرارتی صفحه ای و گرمایش فضاها
از مبدل های صفحه ای می توان برای گرم كردن آب رادیاتورها یا فن كویل ها با استفاده از بخار یا آب داغ استفاده نمود. در این سیستم در یكطرف مبدل، بخار یا آب داغ جریان دارد و در طرف دیگر آب كه با جذب گرما و هدایت به داخل رادیاتورها یا فن كویل ها فضا ها را گرم می كنند.
مبدل حرارتی صفحه ای و محافظت كندانسور از رسوب
با توجه به آنكه مدار برج خنك كن یك مدار باز می باشد، گردر و خاك و آلودگی های موجود در هوا به داخل آب جریان یافته در برج خنك كن وارد شده و سبب می شود كه در مدت زمان كوتاهی رسوب فراوانی در كندانسور چیلرها تشكیل شود لذا با توجه به اینكه فقط در مبدلهای صفحه ای می توان به نزدیكی دما در حد یك درجه سانتیگراد بین سیال گرم شونده و گرم كننده دست یافت. با نصب یك دستگاه مبدل صفحه ای بین برج خنك كن و كندانسور به سادگی می توان از ورود آلودگی ها به داخل كندانسور جلوگیری بعمل آورد.
مبدل حرارتی صفحه ای و استفاده از آب دریا برای خنك كاری كندانسور
می توان از آب دریا برای خنك كردن كندانسور چیلرها و یا كندانسور توربین نیروگاه ها استفاده كرد. پس از ورود اب دریا به داخل كندانسور بعلت وجود یون كلر در آن، سریعاً خوردگی ایجاد شده و در اثر آن كندانسور سوراخ می گردد. بنابراین با توجه به راندمان بالای مبدلهای صفحه ای و نزدیكی دما در حد یك درجه سانتیگراد كه در مبدلهای صفحه ای وجود دارد می توان جهت جلوگیری از خوردگی از این نوع مبدلها استفاده كرد، شایان ذكر است كه جنس ورقها بدلیل وضعیت آب دریا بایستی حتماً از تیتانیوم باشد چون استنلس استیل در مقابل یون كلر مقاومتی از خود نشان نمی دهد.
مبدل حرارتی صفحه ای و گرمایش منطقه ای
از مبدلهای صفحه ای می توان برای گرمایش ساختمانهای متعددی كه در یك مركز گرما و حرارت تولید می شود استفاده كرد. با نصب یك دستگاه مبدل صفحه ای در هر ساختمان
می توان گرمایش آن فضا و ساختمان را بطور مجزا كنترل كرد.
مبدل حرارتی صفحه ای و زون بندی تاسیسات در ساختمان های مرتفع
از مبدلهای صفحه ای می توان برای زون بندی ساختمان های مرتفع استفاده كرد و بدین وسیله از تولید فشار زیاد در طبقات پائینی جلوگیری نمود. لازم به ذکر است با توجه به نیاز به دمای اپروچ پایین در زون بندی تاسیسات در ساختمان های مرتفع فقط می توان از مبدلهای صفحه ای استفاده كرد و مبدلهای پوسته لوله برای این امر دارای راندمان پائینی هستند.
نتیجه گیری
در این مقاله پس از شناخت کامل مبدل های حرارتی صفحه ای، انواع متفاوت این نوع از مبدل ها و قطعات سازنده، عملکرد مناسب مبدل های صفحه ای در جهت کاهش مصرف انرژی بررسی شد. با انجام مقایسه ای بین خصوصیات مبدل های حرارتی صفحه ای و مبدل های پوسته و لوله سنتی، مشخص شد که این نوع از مبدل ها قادر به بازیابی 90% گرما می باشند، این در حالی است که مبدل های صفحه ای حدود 80% فضای کمتری نسبت به مبدل های پوسته و لوله اشغال می کنند. با توجه به مطالب مذکور استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای سبب صرفه جویی قابل توجهی در مصرف سوخت و هزینه خواهد شد.