برجها و ساختمانهای بلند مرتبه به عنوان نماد دنیای پیشرفته امروز شناخته میشوند. ساخت این بناها علاوه با چالشهای فراوانی به ویژه در بخش طراحی سیستمهای تاسیسات و تهویه مطبوع همراه است. با بلندتر شدن ساختمانها و برجها، فشار استاتیک وارد بر تجهیزات تهویه مطبوع و تاسیسات نظیر دیگ، چیلر، پمپها و … بیشتر میشود. از آنجایی که معمولا دیگها و چیلرها در طبقات پایینی و زیرزمین تعبیه میشوند لذا بیشترین فشار را متحمل میشوند. این فشار اگر به درستی مدیریت نشود، می تواند منجر به کاهش عمر تجهیزات، عملکرد ناکارآمد و حتی خرابی سیستم شود. برای جلوگیری از این مشکلات و همچنین عدم نیاز به استفاده از تجهیزات با ریتینگ فشار بالا، معمولا در طبقات میانی برجها از یک یا چند مبدل حرارتی صفحه‌ای به عنوان فشارشکن (Pressure interceptor) استفاده میشود.
مبدل حرارتی صفحه‌ای و نقش آن به عنوان فشارشکن
مبدل حرارتی صفحه‌ای نوعی مبدل حرارتی فشرده است که از تعدادی صفحه نازک شیاردار فلزی، واشرها یا گسکتهای آب بندی لاستیکی و فریم و متعلقات نگه‌دارنده تشکیل شده است. جریان سرد و گرم با عبور از فضای بین این صفحات نازک (کانالها) به طرز موثری با یکدیگر تبادل حرارت میکنند. صفحات در مبدلهای حرارتی صفحه‌ای الگوها و ابعاد متنوعی دارند که هر کدام ویژگیهای خاص خود را داشته و برای کاربردی خاص طراحی شده است. مبدل حرارتی زون بندی معمولا صفحاتی بلند (نسبت طول به عرض زیاد) و با عمق فرمدهی کم دارد. در ادامه به دلیل این نوع طراحی پی خواهید برد.
مبدل حرارتی فشارشکن مورد استفاده در برجها، دو بخش یا زون مجزا در دو سمت خود ایجاد میکند و حرارت را بین این دو زون منتقل میکند؛ لذا به این مبدل حرارتی مبدل زون بندی نیز گفته میشود. مبدلهای زون بندی سرمایشی به دلیل اپروچ پایینتر معمولا اندازه بزرگتری نسبت به مبدلهای زون بندی گرمایشی دارند. اپروچ یا دمای اپروچ، اختلاف دمای بین سیال سرد ورودی با سیال گرم خروجی (یا بالعکس) است که نشانگر میزان نزدیک شدن دماهای سیالات گرم و سرد در مبدل حرارتی است. بیشتر ساختمانهای بلند مرتبه و برجها به یک واحد فشارشکن (دو زون) نیاز دارند اما با افزایش ارتفاع ساختمان این تعداد میتواند بیشتر شود. در بلندترین برجهای جهان (با ارتفاع بیش از ۷۰۰ متر) تا ۳ واحد فشار شکن نیز (چهار زون) مورد استفاده قرار میگیرد.
مبدلهای زون بندی سرمایشی و گرمایشی مورد استفاده در یک برج ۳۰ طبقه در تهران. این مبدلها در طبقه ۱۶ ام این برج نصب شده اند.
هر زون اضافه سبب میشود که بویلرها و چیلرها تحت بار بیشتری قرار بگیرند تا بتوانند اختلاف دمای ذاتی به وجود آمده بین دو زون را جبران کنند. در صورت عدم طراحی مناسب، فن‌کویلهای طبقات بالایی آب با دمای مناسب را دریافت نکرده و نمیتوانند دمای مطلوبی را ایجاد کنند. بنابراین بازدهی مبدل حرارتی صفحه‌ای انتخابی مستقیماً به باری که چیلر یا بویلر تحت آن کار میکند ارتباط دارد. هر چه اپروچ قابل دستیابی نزدیکتر باشد، هزینه‌های انرژی مرتبط با گرمایش و سرمایش کمتر است.
مبدلهای حرارتی صفحه‌ای به دلیل راندمان حرارتی بالا (در صورت طراحی صحیح و انتخاب الگو و نوع مناسب صفحه) امکان دستیابی به اپروچ ۱ درجه سانتیگراد و کمتر را فراهم میکنند. استفاده از مبدل حرارتی صفحه‌ای به عنوان فشارشکن نه تنها هزینه سرمایه‌گذاری اولیه را کاهش میدهد بلکه در مقایسه با مبدلهای پوسته و لوله با صرفه جویی در مصرف انرژی در بلند مدت هزینه‌های عملکردی را نیز کاهش میدهد.
مزایای مبدلهای حرارتی صفحه‌ای در مقایسه با مبدلهای پوسته و لوله
- فشردگی و جمع و جور بودن که سبب جانمایی، حمل و نصب آسان حتی در مواردی که با محدودیت فضا مواجه هستند میشود.
- بدون هیچ گونه لرزش و سر و صدا.
- مقرون به صرفه برای مالکان، چرا که فضای کاربردی را افزایش میدهد و میتوانند بدون مشکل بقیه فضا را به فضای مفید ساختمان اختصاص دهند.
- هزینه اولیه و هزینه عملکردی و راهبری پایینتر.
- راندمان بسیار بالا و اپروچ پایین که باعث کاهش بار متحمل به بویلر و چیلر میشود.
- تعمیر و نگهداری آسان و کم هزینه.
نکات مهم در طراحی، اجرا و راهبری
طراحی موتورخانه میانی و مبدل حرارتی فشارشکن باید توسط مهندسین طراح تاسیسات مکانیکی پروژه و با هماهنگی شرکت سازنده مبدلهای حرارتی انجام شود. در طراحی و ساخت مبدلهای حرارتی صفحه‌ای توجه به نکات زیر ضروری است:
- انتخاب صحیح دمای اپروچ و افت فشار مجاز، چرا که این مقادیر مستقیماً بر روی اندازه مبدل حرارتی تاثیرگذارند.
- انتخاب صحیح جنس، ضخامت، پترن و نوع صفحه و نوع و جنس گسکت برای عملکرد بهینه سیستم و دوام آن.
- انتخاب تعداد مبدلهای حرارتی عملکردی و رزرو، جانمایی و طراحی پایپینگ و نحوه اجرا.
- با توجه به فشار بالای کاری در مبدلهای صفحه‌ای فشار شکن، بازرسی دوره‌ای گسکتها به منظور تعویض آنها در صورت لزوم بایستی انجام شود.
