دانلود مقاله آشنایی با سیستم تأسیسات سرمایشی و گرمایشی

آشنایی با سیستم تأسیسات سرمایشی  و گرمایشی

با توجه به اینکه این پروژه در باره کنترل تأسیسات مکانیکی و به صورت خاص کنترل تأسیسات HAC است پس لازم دانستیم که نخست توضیحی درباره این سیستم ها بدهیم و سپس به نحوه ‌ کنترل این سیستم‌ها در فصول آینده بپردازیم.

هدف سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی برآورده‌ کردن نیازهای گرمایشی و سرمایشی کاربران یک ساختمان است

سیستم‌ها عبارتند از:

سیستم حرارت مرکزی (شامل: بویلر (Boiler) ، منبع انبساط و . . . . )

سیستم سختی گیری از آب

سیستم کدی اپرتور

سیستم تولید آب سرد (شامل چیلر، پمپها و برج خنک کننده و . . . . )‌

سیستم تولید هوای گرم و سرد برای مصرف کننده (هوا سازها)

این سیستم‌ها به تفصیل در همین فصل مورد بررسی قرار می‌گیرد.

در انتهای این فصل نیز نحوه ارتباط این سیستم ها با یکدیگر توضیح داده می‌شود.

سیستم سختی‌گیری از آب

سیکل مورد استفاده در تأسیسات سرمایشی و گرمایشی یک سیکل بسته است بدین معنا که سیالی که در این سیستم وجود دارد، مورد مصرف قرار نمی‌گیرد بلکه فقط نقش مبادله کننده ‌گرما و سرما را بر عهده دارد سیال مورد استفاده  در این سیستم آب است که نقش تبادل کننده گرما و سرما را بر عهده دارد علت استفاده از سیکل بسته این است تا با عملیاتی که بر روی آب انجام می‌شود میزان مواد رسوبی و اکسیژن آب را گرفته شود در نتیجه عمر دستگاه‌ها افزایش یابد.

برای رسوب گیری از دستگاهی به نام سختی‌گیر آب استفاده می‌کنند.

اغلب رسوبی که از آب تشکیل می‌شود ماده    است که با استفاده از دستگاه سختیگیر  از آب زدوده می‌شود آبی که سختی گیری شده است فقط برای سیستم‌ها جسته مورد استفاده قرار می‌گیرد و مناسب برای مصرف در ساختمان نیست زیرا اولاً املاح آن از آب حذف شده است و ثانیاً دیگر برای مصارفی مانند شست‌و شو مناسب نیست زیرا صابون در آب سختی‌گیری شده کف نمی کند.

این دستگاه برای سختی‌گیری از مواد رزینی استفاده می‌کند بدین شکل که آب را از فیلترهای رزینی عبور می‌دهند و آب در عبور از فیلترهای رزین سختی خود را از دست می‌دهد و همچنین نهایت از شش سیلسی با دانه‌بندی های مختلف عبور می‌دهند  در عبور از شش سلیس نیز از آب جدا می‌گردد و بدین ترتیب سختی آب گرفته می‌شود.

بعد از مدتی دستگاه‌های سختی گیر به علت رسوب ‌هایی که در روی فیلتر رزینی آن تشکیل شده است کارایی خود را دست می‌دهد و برای رسوب زدایی از آن محلول آب نمک که با فشار به فیلتر رزینی می‌پاشند استفاده می‌کنند که البته این کار با استفاده سیستم تزریق مواد شیمیایی صورت می‌پذیرد.

دستگاه دی ایرتور

همان‌طور که در بخش پیشین توضیح داده شد سیکل تأسیسات یک سیکل بسته است و سیالی در آن استفاده می‌شود آب است و همچنین دستگاه‌های مورد استفاده در تأسیسات مکانیکی اغلب از آهن ساخته شده‌اند.

برای جلوگیری از رنگ‌زدگی و خوردگی دستگاه ها از آب بدون اکسیژن و گازکربنیک برای سیستم‌های تأسیسات استفاده می‌کنند بدین معنی که توسط دستگاه‌های دی ایوتور DE-AERATOR اکسیژن و گازکربنیک محلول در آب را جدا می‌کنند و آب بدون اکسیژن و گاز کربنیک را به طرف دستگاه‌های تأسیساتی می‌فرستند.

خورندگی اکسیژن بر روی فلزات، اغلب به صورت موضعی با ایجاد حفره بر سطوح فلزی دیگ بخار حد فاصل فاز مایع و فاز بخار و خورندگی گاز کربنیک به صورت یکنواخت و تدریجی بر سطوح فلزی صورت می‌پذیرد.

در زیر بررسی یک نوع دی ایرتور از نوع حرارتی می‌پردازیم:

در روش دی ایرشن حرارتی (Thermel Deaeration) بر اساس کاهش حلالیت اکسیژن و گازکربنیک با افزایش دمای آب استوار است و حذف گاز توسط یکی از مکانیزم‌های زیر صورت می‌پذیرد:

تولید حبابهای گاز در آب و انتقال مکانیکی این حبابها از فاز مایع به فاز بخار

دیفیوژه قسمتی از گاز محلول در آب به فاز بخار در سطوح مجاور این دو فاز.

ایجاد حبابهای گاز نسبت مستقیم‌ با ضخامت قلم مایع و نیروی کششی سطحی مایع دارد. فاز بخار و فاز مایع بایستی دارای سطح تماس کافی باشند.

اندازه‌گیری مقدار گاز محلول در آب نشان داده است که در اثر حرارت مقدار زیادی اکسیژن محلول (85 تا 95 درصد) به سهولت از فاز مایع جدا شده و حذف اکسیژن محلول باقیمانده با استفاده از پدیده دیفیوژن صورت می‌پذیرد.

بخار آب در سیستم‌های دی ایرتور حرارتی دارای نقش حمایتی بوده و سبب انجام عملیات زیر می‌گردد:

انتقال اکسیژن جدا شده از فاز مایع

اختلاط آب و بخار آب

افزایش حرارت به بالاتر از نقطه جوش

نتیجه نهایی دی ایرش حرارتی، آب عاری از گازهای انیدرید کربنیک و اکسیژن بوده و میزان بخار آبی که اکسیژن را به خارج از راکتور منتقل می‌نماید 5/0 تا 2 درصد آب ورودی به دستگاه است .

سیستم حرارت مرکزی

معرفی انواع سیستم‌های حرارت مرکزی

سیستم‌های حرارت مرکزی بر اساس نوع ناقل حرارت و درجه ‌حرارت و چگونگی گردش آب به صورتهای زیر تقسیم می‌شوند.

حرارت مرکزی با آب گرم

فشار این سیستم در حدود فشار جو است و معمولاً درجه حرارت آب به صورتهای زیر تقسیم می‌شوند.

2- حرارت مرکزی با آب داغ

در این سیستم که بیشتر در تأسیسات بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد، دمای آب از حد نقطه جوش آن در فشار جو فراتر رفته تا حداکثر 400 F   می‌رسد. بدیهی است که در چنین صورتی دیگر سیستم نمی‌تواند تحت فشار آتمسفر کارکند بلکه باید به ترتیب فشار سیستم را بالا برد تا حدی که آب در دماهای بالا به بخار تبدیل نشود. در این سیستم از منبع انبساط تسمه استفاده می‌شود. این منبع علاوه بر وظیفه جبران نوسانات حجمی آب سیستم که ناشی از تغییرات دمای آب می‌باشد، مسئولیت ایجاد فشار مناسب را توسط بالشتکی از هوا با بخار یا یک گازی اثر مانند ازت که نیمی از حجم منبع را اشغال می کند، به عهده دارند.

3- سیستم حرارت مرکزی با بخار

در این سیستم سیال ناقل حرارت بخار است مقدار حرارتی که توسط بخار حمل می‌شود نسبت به آب گرم یا آب داغ بسیار قابل ملاحظه‌ است، بطوریکه با یک پاوند آب گرم با افت دمای  می‌توان 20 Btu گرما به محل مورد نظر منتقل کرد، در حالیکه در اثر تقطیر یک پاوند بخار در فشار وجود در کنوکتور حدود Loco Bta گرما حاصل می‌گردد.

بدین دلیل برای مناطق بسیار سر، حرارت مرکزی منطقه‌ای، آسانفراشها، کارخانجات بزرگ از این سیستم استفاده می‌شود.

در این پروژه هم سیستم حرارت مرکزی بخار مورد استفاده قرار گرفته شده است.

4- سیستم حرارت مرکزی با هوای گرم

در این سیستم سیال ناقل حرارت، هواست. گرم کردن هوا ممکن است بطور مستقیم در کوره هوای گرم و یا به صورت  غیر مستقیم توسط آب گرم یا بخار ارسالی از دیگ در وسایلی مانند هواساز و فن کویل انجام پذیرد.

اجزاء مختلف سیستم حرارت مرکزی :

1- دیگ:

دیگ وظیفه سوار کردن حرارت بر ماده ‌ ناقل گرما را به عهده دارد.

برای انتخاب دیگ باید بار حرارتی کلی ساختمان  که مرکب است از تلفات حرارتی اتاق‌ها  باضافه بار حرارتی آب گرم مصرفی  ، معین باشد. با در در دست داشتن  بر حسب اینکه بخواهیم ماده ‌ ناقل گرما بخار یا آب گرم باشد می توان نوع دیگ را مشخص کرد.

در ساختمانهای بزرگ، زمانی که  (شامل  به اضافه ضریب اطمینان) از حدود  400/000 تجاوز نماید، بهتر است به جای یک دیگ از چند دیگ استفاده کرد.

به صورت کلی دو نوع دیگ وجود دار د:

الف) دیگ‌های چدنی:

این دیگ‌ها از قطعات چدنی تشکیل شده‌اند که به صورت قطعاتی که کنار هم چیده می‌شوند بسته می‌شوند.

از این دیگ‌ ها می توان برای سیستم‌های حرارت مرکزی با آب گرم، آب داغ و بخار فشار ضعیف استفاده نمود.

ب) دیگ فولادی

این دیگها در دو نوع، با لوله‌های آتش و با فوله‌های آب ساخته می‌شود.

دیگ‌‌فولادی با لوله‌های آتش:

در این دیگ آتش حاصل از احتراق سوخت از میان لوله‌هایی که توسط آب در گردش احاطه شده‌اند. عبور می‌نماید.

دیگ‌ فولادی با لوله‌های آب:

در این دیگ برعکس نوع اول آب در لوله‌ها گردش نموده آتش بر لوله‌ها محیط‌ است. ظرفیت این نوع دیگ از دیگ نوع قبل بیشتر است.

محاسبه و انتخاب مشکل

هر چند که تمام قسمت‌های سیستم حرارت مرکزی برای گرمایش مطلوب ساختمان واجد ارزش و اهمیت خاص خود می‌باشند، ولی بی تردید قلب سیستم حرارت مرکزی مشعل است. انتخاب مشعل پس از تعیین وزن سوختی که در ساعت مصرف می‌کند با استفاده از کاتالوگ انجام می‌گیرد.

در زیر به قسمت‌های مختلف یک مشعل گازوئیلی راه اشاره شده‌است.

1- الکترود موتور

2- بادبزن

3- دریچه قابل تنظیم هوا ورودی جهت کنترل مقدار هوای وروده به مشعل

4- شعله پخش کن

5- ترانسفورماتور فشار قوی (برای تولید جرقه)

6- لوله‌های سوخت

7- پمپ سوخت

8- نازل

9- رله کنترل:

که در حکم مغز مشعل بوده و فرمان بندی شروع و اختتام عملیات قسمتهای مختلف مشعل توسط آن صورت می‌گیرد.

10- فتومل:

که به آن سلول فتوالکتریک نیز گفته می‌شود و کارش کنترل کیفیت احتراق از طریق رنگ شعله می‌باشد.

منبع انبساط  (Expontion tank)

به منظور تثبیت فشار سیستم و فراهم آوردن امکان انبساط حجمی آب در اثر افزایش دما در سیستم های بسته، لازم است از ظرفی به نام منبع انبساط استفاده شود. منبع انبساط ممکن است به صورت باز یا بسته باشد:

1- منبع انبساط باز:

این منبع که با هوای آزاد در ارتباط است در خط مکش پمپ و برفراز بالاترین مدبل حرارتی ساختمان (حداقل 7 فوت بالاتر) نصب می شود، اتصال منبع انبساط به خط مکش پمپ سبب می‌گردد که سمت مکش تحت فشار آتمسفر قرار داشته هوا نتواند به داخل سیستم نفوذ کند.

منبع انبساط باز برای سیستم‌های حرارت مرکزی با فشار کم و دمای حداکثر 180F مناسب است.

2- منبع انبساط بسته:

این منبع در سیستم ‌های گرمایشی با دمای آب زیاد (بیش از دمای جوشش آب در فشار جو و نیز در مواردی که به علت محدودیت ارتفاع موتور خانه یا هر دلیل دیگری نتوانیم از منبع انبساط باز استفاده نماییم. به کار می‌رود. این منبع که در هر جای ساختمان می‌تواند قرار گیرد،  با هوای آزاد ارتباط ندارد و فشار سیستم توسط بالشتک هوا، بخار و یا یک گاز بی اثر مانند ازت کد نیمی از حجم منبع را اشغال می کند تأمین می‌گردد.

حداکثر فشار بستگی به مقتضیات طرح دارد و جهت کنترل آن از شیر اطمینان استفاده می‌گردد.

حداقل فشار در منبع انبساط باید به اندازه‌ای باشد که موقع سر بودن سیستم بالاترین رادیاتور از آب پر باشد.

در سیستم منبع انبساط به کار نمی‌رود و یک سیستم کاملاً بسته است ولی برای مبدل‌های گرمایی جایی که بخار آب را گرم می‌کند و آب گرم را برای مصرف کننده‌های فرستد منبع انبساط در مسیر آب گرم قرار دارد که از نوع منبع انبساط باز است.

حرارت مرکزی با بخار

در این سیستم سیال ناقل حرارت بخار می‌باشد. که خود بر دو نوع می باشد:

1- سیستم غیر مستقیم

که در آن بخار تهیه شده در دیگ را وارد یک مبدل حرارتی نموده آب را تا درجه حرارت مناسب برای گرمایش با آب گرم یا آب داغ، گرم می‌نمایند. بدین ترتیب، منهای دیگ و مبدل حرارتی که آب گرم را تهیه می‌کنند بقیه سیستم مانند سیستم حرارت مرزی با آب گرم یا آب داغ می‌باشد.

2- سیستم مستقیم

که در آن بخار مستقیماً وارد واحدهای حرارتی از قبیل کنوکتور شده پس از تقطیر به دیگ باز می‌گردد.

چیلر             Chiller

چیلر یک مبدل حرارتی است که آب سرد جریانی در کویل هوا ساز یا فن کویل را تهیه می‌کند، چیلر ها از نظر سیستم تبدیل به دو دست تراکمی و جذبی تقسیم می‌شوند.

که در این قسمت فقط به شرح چیلر جذبی پرداخته می‌شود.

چیلرهای جذبی: (Absorption Liquid chiller)

اجزاء متشکله این چیلرها عبارتند از اواپراتور (evaporator) جذب کننده (absovber) ، ژنراتور کندانسور (condenser. Generator) مبدل حرارتی (tleat ex changer) و پمپ و وسایل کمکی  دیگر. (شکل ص 2 کاتالوگ رهکش) بخار مبرد که در او اپراتور تولید شده است توسط مایع جذب کننده (لیتیم بر ماید Lithium Bromide) جذب شده محلول رقیق را می سازد. این محلول توسط پمپ به مبدل حرارتی ارسال گردیده دمایش افزایش می‌یابد و سپس راهی ژنراتور شده دمایش باز هم بالاتر می‌رود تا جایی که مایع مبرد موجود در محلول تبخیر شده از محلول جدا می‌گردد. به این ترتیب، با جدا شدن مقدار زیادی از مایع سرد، محلول غلیظ شده از طریق مبدل حرارتی به جذب کننده باز می گردد. بخار مبردی که در ژنراتور تولید شده است را  کنوانسور می‌شود و در آنجا تقطیر گردیده به اواپراتور می‌رود. در داخل اواپراتور، مایع مسرد حرارت نهان تبخیرش را از آب جاری در لوله‌ها گرفته آن را خنک می‌کند بخار مبرد بار دیگر توسط لیتیم بر سایر جذب شده پروسه فوق تکرار می گرددت. جهت افزایش کارایی مبدل حرارتی، در جذب کننده و اواپراتور به ترتیب مایع لیتیم برومایر و مبرد روی لوله‌ها اسپری می شوند.