محاسبه ظرفیت سرمایشی فن‌کویل با دبی آب و اختلاف دما

فن‌کویل یکی از تجهیزات پرکاربرد در سیستم‌های تهویه مطبوع است که با گردش آب سرد درون کویل و عبور هوا از روی سطح آن، گرمای فضای داخلی را جذب می‌کند. برای بررسی عملکرد این دستگاه، فقط دانستن ظرفیت درج‌شده در کاتالوگ کافی نیست؛ در بسیاری از مواقع لازم است ظرفیت واقعی انتقال حرارت در زمان کارکرد نیز ارزیابی شود. یکی از روش‌های کاربردی برای این کار، محاسبه ظرفیت سرمایشی با استفاده از دبی آب و اختلاف دمای آب ورودی و خروجی کویل است. این روش در راه‌اندازی، سرویس، عیب‌یابی و بالانس مدار آب سرد کاربرد زیادی دارد.

وقتی آب سرد وارد کویل فن‌کویل می‌شود، به دلیل پایین‌تر بودن دمای آن نسبت به هوای عبوری، گرما را از هوا دریافت می‌کند. آب پس از عبور از لوله‌های کویل گرم‌تر می‌شود و از خروجی دستگاه به مدار برگشت می‌رود. مقدار گرمایی که آب در واحد زمان دریافت می‌کند، ظرفیت انتقال حرارت از سمت آب نامیده می‌شود. این مقدار به دبی جرمی آب، ظرفیت گرمایی ویژه سیال و اختلاف دمای ورودی و خروجی وابسته است.

 

در محاسبه متداول، اگر دبی حجمی آب بر حسب مترمکعب بر ساعت بیان شود و سیال، آب معمولی با خواص نزدیک به شرایط متعارف مدار سرمایش باشد، ظرفیت تقریبی بر حسب کیلووات از حاصل‌ضرب دبی در اختلاف دمای آب و ضریب ۱٫۱۶۳ به دست می‌آید. این ضریب، تبدیل واحدها و خواص حرارتی معمول آب را در خود دارد. بنابراین برای محاسبه سریع در محل پروژه، نیازی به انجام محاسبات پیچیده نیست؛ کافی است دبی واقعی و دو دمای معتبر در اختیار باشد.

 

باید توجه داشت که این رابطه برای آب خالص و شرایط متعارف تقریب مناسبی است. اگر در مدار از محلول آب و گلیکول استفاده شود، چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه سیال با آب تفاوت خواهد داشت و استفاده مستقیم از ضریب آب می‌تواند خطا ایجاد کند. در چنین شرایطی باید خواص واقعی محلول در دمای کارکرد از اطلاعات سازنده یا داده‌های مهندسی استخراج شود.

دبی آب نشان می‌دهد در مدت مشخص چه حجمی از سیال از داخل کویل عبور می‌کند. اگر دبی کمتر از مقدار طراحی باشد، آب کمتری برای دریافت گرمای هوا در اختیار کویل قرار می‌گیرد و ممکن است ظرفیت قابل دستیابی کاهش یابد. کاهش دبی می‌تواند در اثر گرفتگی صافی، بسته بودن نسبی شیر، تنظیم نادرست شیر بالانس، وجود هوا در کویل، رسوب داخلی یا عملکرد نامناسب پمپ رخ دهد.

 

از طرف دیگر، افزایش دبی همیشه به معنی افزایش متناسب ظرفیت نیست. با زیاد شدن جریان آب، زمان تماس مؤثر و اختلاف دمای آب ممکن است تغییر کند و ظرفیت انتقال حرارت به محدودیت سطح کویل و شرایط جریان هوا وابسته شود. اگر دبی بسیار بیشتر از مقدار طراحی باشد، علاوه بر افزایش مصرف انرژی پمپاژ، ممکن است کنترل دما دشوار شود یا افت فشار مدار بالا برود. بنابراین هدف، رساندن دبی به مقدار طراحی و حفظ توزیع مناسب آب است، نه افزایش بی‌رویه جریان.

در حالت سرمایش، آب هنگام عبور از کویل گرما جذب می‌کند؛ به همین دلیل دمای آب خروجی معمولاً از دمای آب ورودی بالاتر است. اختلاف دمای آب از مقایسه این دو مقدار به دست می‌آید. برای مثال، اگر آب با دمای هفت درجه سانتی‌گراد وارد کویل شود و با دمای دوازده درجه خارج شود، اختلاف دمای آب پنج درجه خواهد بود.

 

این اختلاف دما به تنهایی شاخص قطعی کیفیت عملکرد نیست. اگر اختلاف دما کم باشد، ممکن است دبی بیش از حد زیاد باشد، بار سرمایشی فضا پایین باشد، فن‌کویل هنوز به شرایط پایدار نرسیده باشد یا شیر کنترل جریان را تغییر داده باشد. اگر اختلاف دما زیاد باشد، ممکن است دبی پایین باشد یا بار حرارتی بالایی به کویل تحمیل شود. بنابراین تفسیر درس

فرض کنید دبی واقعی آب عبوری از یک فن‌کویل ۰٫۸ مترمکعب بر ساعت اندازه‌گیری شده است. دمای آب ورودی هفت درجه و دمای آب خروجی دوازده درجه سانتی‌گراد است. اختلاف دمای آب در این وضعیت پنج درجه خواهد بود. با استفاده از ضریب تقریبی آب، ظرفیت انتقال حرارت سمت آب حدود ۴٫۶۵ کیلووات محاسبه می‌شود. این مقدار تقریباً معادل چهار هزار کیلوکالری بر ساعت است.

این عدد بیان می‌کند که آب در شرایط اندازه‌گیری‌شده چه میزان گرما از کویل دریافت می‌کند. نتیجه را باید ظرفیت سمت آب دانست، نه الزاماً ظرفیت نامی یا ظرفیت سرمایشی قابل تحویل به اتاق. برای مقایسه دقیق با کاتالوگ، لازم است شرایط آزمون سازنده از نظر دمای آب ورودی، دبی آب، دبی هوا و دمای خشک و تر هوای ورودی نیز بررسی شود.

 

برای محاسبه قابل اعتماد، دبی باید در شاخه همان فن‌کویل اندازه‌گیری شود. در پروژه‌های دارای فلومتر، مقدار جریان را می‌توان پس از پایدار شدن مدار از روی نمایشگر خواند. در برخی شیرهای بالانس نیز دو نقطه تست فشار وجود دارد و با اندازه‌گیری اختلاف فشار و استفاده از نمودار یا ضریب جریان اعلام‌شده توسط سازنده، دبی تخمین زده می‌شود. این روش به مشخصات شیر و دستورالعمل سازنده وابسته است. تخمین دبی صرفاً از روی صدای عبور آب یا دور پمپ، روش دقیقی نیست.

 

پیش از ثبت مقدار، باید از باز بودن مسیرهای لازم، تمیز بودن صافی و وضعیت صحیح شیرهای قطع و کنترل اطمینان حاصل شود. وجود هوا در کویل یا لوله‌ها می‌تواند جریان را مختل کند و باعث نوسان عدد اندازه‌گیری شود. در مدارهای دارای شیر دو راهه، لازم است وضعیت شیر در لحظه آزمون مشخص باشد؛ زیرا تغییر فرمان ترموستات ممکن است جریان را کم یا زیاد کند. اگر دستگاه در بخشی از آزمون خاموش یا شیر آن بسته شود، عدد به‌دست‌آمده نماینده شرایط کارکرد عادی نخواهد بود.

برای اندازه‌گیری اختلاف دما، از دو حسگر هم‌نوع و ترجیحاً کالیبره‌شده استفاده کنید. حسگرها باید در نقاطی نصب شوند که دمای واقعی آب داخل لوله را نشان دهند. نصب حسگر روی سطح لوله بدون تماس مناسب، خمیر حرارتی یا عایق‌کاری می‌تواند باعث اثرپذیری از دمای محیط شود. بهتر است محل اندازه‌گیری روی لوله تمیز و نزدیک به اتصال ورودی و خروجی کویل انتخاب شود و هر دو حسگر به شیوه مشابه نصب شوند.

 

پس از روشن شدن دستگاه، فوراً عددها را ثبت نکنید. ابتدا اجازه دهید جریان آب، سرعت فن و بار سرمایشی تا حد امکان پایدار شوند. سپس دمای رفت و برگشت و دبی را در یک بازه زمانی کوتاه و در شرایط ثابت ثبت کنید. اگر دماها مرتب تغییر می‌کنند، میانگین چند قرائت از یک عدد لحظه‌ای قابل اعتمادتر است. ثبت دور فن، وضعیت شیر و دمای اتاق نیز به تکرارپذیری آزمون کمک می‌کند.

ظرفیت اعلام‌شده در کاتالوگ معمولاً در شرایط آزمون مشخصی اندازه‌گیری می‌شود. دمای آب ورودی، دبی آب، دمای خشک و تر هوای ورودی، سرعت فن و فشار استاتیکی خارجی در ظرفیت دستگاه اثر دارند. اگر شرایط محل نصب با شرایط کاتالوگ متفاوت باشد، انتظار برابری کامل دو عدد منطقی نیست. برای مقایسه، نقطه کاری دستگاه را با جدول عملکرد سازنده تطبیق دهید.

 

نکته مهم دیگر تفاوت ظرفیت محسوس و ظرفیت کل است. ظرفیت محسوس مربوط به کاهش دمای هواست؛ اما وقتی سطح کویل از نقطه شبنم هوای عبوری سردتر باشد، بخار آب نیز روی کویل تقطیر می‌شود و بار نهان به وجود می‌آید. محاسبه از سمت آب، مجموع گرمای منتقل‌شده به آب را نشان می‌دهد و به‌تنهایی سهم سرمایش محسوس و نهان را جدا نمی‌کند. برای بررسی دقیق رطوبت‌گیری، باید دمای خشک و رطوبت نسبی یا دمای تر هوای ورودی و خروجی نیز اندازه‌گیری شود.

محاسبه سمت آب بدون بررسی سمت هوا کامل نیست. فیلتر کثیف، کویل پوشیده از گردوغبار، فن معیوب، دور نامناسب موتور یا مسدود بودن مسیر مکش و دهش می‌تواند دبی هوای عبوری را کاهش دهد. در نتیجه، گرمای کمتری از اتاق به کویل می‌رسد و ظرفیت انتقال حرارت نیز افت می‌کند. گاهی دبی آب مناسب است، اما به دلیل ضعف جریان هوا، فن‌کویل سرمایش کافی ایجاد نمی‌کند. پس فیلتر، کویل، فن و مسیر هوا را هم‌زمان کنترل کنید.