سیستم های لوله کشی برای تأمین حرارت مرکزی

این مقاله به بررسی نحوه لوله کشی سیستم حرارت مرکزی پرداخته است و انواع لوله کشی را مورد بررسی قرار می دهد.

انواع سیستم های لوله کشی با توجه به فضای مورد نیاز:

١- سیستم باز

۲- سیستم بسته

محاسبات لوله کشی

سیستم باز: در این سیستم موتورخانه آب به سوی یک مخزن که به هوای آزاد باز می گردد جریان می یابد. مثل برج های خنک کن.

به این صورت که آب خروجی از کندانسور را از طریق تبخیر جزئی از خودش خنک می نماید و توسط پمپ به کندانسور برگشت می دهد که در دو نوع جریان مخالف و متقاطع می باشد که در جریان مخالف آب از بالا به پائین و هوا از پائین به بالا جریان دارد و در جریان متقاطع آب از بالا به پائین و هوا از پهلو جریان دارد.

سیستم بسته: در این سیستم جریان آب در هیچ نقطه ای در معرض هوای آزاد قرار نمی گیرد. چنین سیستم هایی معمولا شامل یک منبع انبساط می باشند که با هوای آزاد در ارتباط است ولی سطح آبی که در این منبع در معرض هوای آزاد است قابل ملاحظه نمی باشد. در سیستم بسته برگشت آب به صورت معکوس، مستقیم و یک لوله ای است.

نمودار این سیستم لوله کشی (سیستم بسته) بهتر و در این سیستم کمترین میزان لوله مصرف می گردد ولی دارای دو ایراد عمده می باشد

۱- در صورتیکه جریان در یکی از وسایل حرارتی بسته شود کل جریان در سیستم قطع می گردد. برای رفع این اشکال، باید مطابق شکل زیر  از مسیرهای کنار گذری در محل انشعاب وسایل حرارتی استفاده گردد.

۲- دمای جریان آب پس از خروج از هر کدام از وسایل حرارتی به دلیل حرارت با هوای محیط تغییر می کند، لذا میزان انتقال حرارت در آخرین وسیله حرارتی کمتر از اولین وسیله حرارتی است.

سیستم های لوله کشی توزیع آب سرمایش و گرمایش

چنانچه ملاحظه گردید جهت تامین بار حرارتی و برودتی از کویل های سرمایی و گرمایی و یا وسایل حرارتی دیگری مانند رادیاتورها یا فن کویل ها از آب سرد و یا آب گرم برای تأمین بار حرارتی و برودتی استفاده می کنند. آب سرد و گرم جهت تغذیه وسایل حرارتی توسط تأسیسات سرمایی و گرمایی مرکزی تأمین می گردد و بایستی توسط سیستم های لوله کشی به وسایل حرارتی منتقل گردد. وظیفه سیستم لوله کشی، انتقال آب سرمایش و گرمایش از تأسیسات مرکزی به وسایل حرارتی و باز گرداندن آب خروجی از وسایل حرارتی به تاسیسات مرکزی می باشد. بدین منظور می توان از سیستم های لوله کشی متفاوتی استفاده نمود که در ادامه تشریح می گردد:

سیستم یک لوله ای

در این سیستم که ساده ترین سیستم لوله کشی است، آبی که توسط لوله توزیع آب سرمایش یا گرمایش حمل می شود، پس از خروج از تأسیسات مرکزی وارد اولین وسیله حرارتی شده و پس از خروج از آن وارد دومین وسیله حرارتی می گردد و به این ترتیب تا آخرین وسیله حرارتی ادامه می یابد و پس از خروج از آخرین وسیله حرارتی به تأسیسات مرکزی منتقل می گردد. نمودار این سیستم لوله کشی به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. در این سیستم کمترین میزان لوله مصرف می گردد ولی دارای دو ایراد عمده می باشد.

۱- در صورتیکه جریان در یکی از وسایل حرارتی بسته شود کل جریان در سیستم قطع می گردد.

٢- دمای جریان آب پس از خروج از هر کدام از وسایل حرارتی به دلیل انتقال حرارت با هوای محیط تغییر می کند لذا میزان انتقال حرارت در آخرین وسیله حرارتی کمتر از اولین وسیله حرارتی است.

برای رفع اشکال اول از مسیرهای کنار گذری در محل انشعاب وسایل حرارتی استفاده می گردد.

سه راهی های انشعاب مجهز به منحرف کننده هایی است که باعث می گردد بخشی از جريان آب به وسیله حرارتی منتقل گردد و بخش دیگر نیز از مسير کنار گذر عبور کند. بدین ترتیب مشکل اول حل می گردد ولی مشکل دوم کماکان برقرار است.

 سیستم دو لوله ای مستقیم

در این سیستم به جای اینکه مانند سیستم یک لوله ای، وسایل حرارتی با یکدیگر سری شوند، آنها را مانند با یکدیگر موازی می کنند.

بدین ترتیب دمای آب ورودی و خروجی تمام وسایل حرارتی برابر است و با قطع شدن جریان در یکی از وسایل حرارتی جریان در کل سیستم قطع نمی شود. در این سیستم مقدار مصرف لوله نسبتا کم است ولی این سیستم دارای یک مشکل عمده است. چنانچه در شكل بالا مشاهده می شود، کل مسیر رفت و برگشت آب در اولین مصرف کننده کمتر از دومین مصرف کننده می باشد و به همین ترتیب آخرین مصرف کننده بیشترین طول مسیر رفت و برگشت را داراست. با توجه به اینکه افت فشار متناسب با طول مسیر است و جریان نیز به نسبت افت فشار تنظیم می گردد؛ میزان جریان آب به نسبت در اولین مصرف کننده بیشترین مقدار و در آخرین مصرف کننده کمترین مقدار را داراست. به عبارت دیگر سیستم نامتعادل است. برای متعادل کردن سیستم از شیرهای متعادل کننده در هر انشعاب استفاده می شود. در شیرهای متعادل کننده میزان تغییرات فشار بر حسب تغییر جریان مشخص گردیده است که به آن، ضریب جریان می گویند و با Kv نشان داده می شود:

با داشتن Kv و تنظیم میزان باز بودن شیر می توان میزان افت فشار در تمام شاخه ها را برابر کرده و جریان در سیستم را متعادل نمود.

سیستم لوله کشی معکوس (Reverse)

در این سیستم لوله کشی برای متعادل کردن، جریان در شبکه لوله کشی سیستم را به گونه ای طرح می کنند که مسیر لوله رفت و برگشت برای تمام مصرف کننده ها برابر باشد. در شکل زیر دیاگرام ساده یک سیستم معکوس نشان داده شده است:

چنانچه ملاحظه می گردد، طول لوله رفت و برگشت یکسان و در نتیجه افت فشار ناشی از مسیر لوله کشی در کلیه مسیرها برابر است ولی به دلیل اینکه افت فشار داخلی در تمام وسایل حرارتی یکسان نیست، سیستم کاملاً متعادل نیست، جهت متعادل کردن کامل سیستم بایستی از شیرهای متعادل کننده استفاده نمود ولی افت فشاری که شیرهای متعادل کننده در این حالت بایستی ایجاد کنند بسیار کمتر از افت فشاری است که بایستی در سیستم دو لوله ای ایجاد کنند، لذا در صورتیکه افت فشار داخلی وسایل حرارتی، اختلاف زیادی با یکدیگر نداشته باشد می توان از شیرهای متعادل کننده صرفنظر نمود. در این سیستم لوله کشی، میزان مصرف لوله به دلیل استفاده از سه مسیر لوله، بیشتر از سیستم دو لوله می باشد.

– سیستم های اولیه ثانویه (Secondary – Primery) سیستم لوله کشی آب سرد کننده و یا گرم کننده یک سیستم بسته است که سیستم پمپاژ وظیفه به گردش در آوردن آب در سیستم بسته را دارد. در سیستم های اولیه ثانویه، علاوه بر یک سیستم بسته مجهز به سیستم پمپاژ، مطابق شکل زیر، از شبکه های بسته مجهز به سیستم پمپاژ ثانویه ای نیز استفاده می گردد:

در این سیستم، پمپ اصلی وظیفه تأمین جریان آب کل سیستم و تأمین افت فشار شبکه اصلی لوله کشی را به عهده دارد و هر پمپ در شبکه های ثانویه افت فشار و میزان جریان شبکه مربوط به خود را تأمین می نماید.

در صورتیکه از یک یا چند وسیله حرارتی استفاده نشود و یا در صورتیکه دمای فضایی که از وسیله حرارتی استفاده می کند به حد مطلوب رسیده باشد، پمپ مربوطه از مدار خارج می گردد و جریانی از آن شبکه عبور نمی کند. لذا میزان جریان آب در لوله های InterFace (که بین شبکه اولیه و ثانویه مشترک است) بایستی بسیار ناچیز و قابل صرفنظر باشد لذا این لوله نبایستی از ۲ فوت تجاوز نماید.