مبدل‌های حرارتی تجهیزات مهمی هستند که وظیفه انتقال حرارت مؤثر بین سیالات را در سیستم‌های تهویه مطبوع و موتورخانه‌ها به عهده دارند. انواع مبدل‌های حرارتی نظیر مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای و مبدل‌های حرارتی تیوب فین بسته به کاربرد برای گرم کردن و خنک کردن فضا یا سیالات مورد استفاده در این سیستم‌ها به کار گرفته می‌شوند. در ادامه به توضیح مختصر در خصوص کاربردهای مبدل‌های حرارتی در سیستم‌های HVAC و نقش آن‌ها در افزایش راندمان این سیستم‌ها می‌پردازیم.

سیستم‌های گرمایشی و موتورخانه

تأمین آب گرم مصرفی: به منظور گرمایش آب مصرفی در مجتمع‌های مسکونی، تجاری، بیمارستانی، اداری و… از مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود. وظیفه مبدل حرارتی انتقال حرارت از آب گرم دیگ به آب لوله‌کشی جهت تأمین نیاز شستشو، استحمام و… است. منبع کویل‌دار یا منبع دوجداره نوعی مبدل حرارتی هستند که در بسیاری از ساختمان‌های قدیمی به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند. در طراحی‌های جدید موتورخانه‌ها از یک یا چند مبدل حرارتی صفحه‌ای برای گرمایش آب مصرفی استفاده می‌شود؛ از آن‌جایی که آب در مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای به‌صورت لحظه‌ای برای تقاضای موجود گرم می‌شود، به این روش، تأمین آب گرم فوری اطلاق می‌شود. مبدل حرارتی صفحه‌ای نسبت به منابع کویلی و دوجداره فضای کمتری اشغال کرده و با توجه به این‌که فقط در زمان وجود تقاضا انرژی مصرف می‌کند، باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها می‌شود.

گرمایش استخر و جکوزی: به منظور گرمایش آب استخر و جکوزی از دیگ آب گرم و مبدل حرارتی استفاده می‌شود. در یک سمت مبدل حرارتی آب دیگ جریان پیدا کرده و در سمت دیگر آب استخر یا جکوزی گردش پیدا می‌کند. به منظور محاسبه توان مورد نیاز و انتخاب دیگ و مبدل حرارتی مناسب، مواردی از جمله حجم استخر، روباز یا سرپوشیده بودن، زمان پیش‌گرمایش حائز اهمیت هستند. استفاده از مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای برای گرمایش آب استخر و جکوزی نه تنها با افزایش راندمان گرمایش و کاهش مصرف انرژی همراه است، بلکه فضای کمتری از موتورخانه را اشغال کرده و تعمیر و نگهداری آن نیز ساده‌تر است.

گرمایش از کف: گرمایش از کف نوعی گرمایش فضاست که اگر طراحی آن به درستی انجام شود جایگزینی ایده‌آل برای رادیاتورهای رایج است. مدار گرمایش از کف توسط یک مبدل حرارتی گرم می‌شود که در سمت دیگر آن آب دیگ جریان دارد. مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار (GPHE) و مبدل حرارتی صفحه‌ای بریز (BPHE) به دلیل اندازه کوچک و راندمان بالا گزینه‌هایی ایده‌آل برای گرمایش از کف هستند.

ایزولاتور بویلر (دیگ): در ساختمان‌های نسبتاً بلند، بالا بودن هد استاتیک ستون آب می‌تواند سبب کاهش طول عمر بویلر (دیگ آب گرم) شود. لذا از یک مبدل حرارتی به منظور ایزوله کردن مدار گرمایش (فن کویل یا رادیاتور) از بویلر استفاده می‌شود. به این ترتیب فشار ستون آب به دیگ وارد نشده و توسط مبدل حرارتی تحمل می‌شود. همچنین از مبدل حرارتی ایزولاتور در دیگ‌های چگالشی نیز استفاده می‌شود، چرا که به دلیل حساسیت کارکرد این نوع دیگ‌ها، کوچک‌ترین ناخالصی در آب می‌تواند سبب آسیب جبران‌ناپذیر به دیگ شود. مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار گزینه مناسبی برای این کاربرد بوده چرا که فضای کمی را از موتورخانه اشغال کرده و با راندمان عملکردی بالا و اپروچ پایین باعث می‌شود که با کمترین هزینه دمای خروجی از مبدل حرارتی به دمای دیگ نزدیک بوده و نیازی به فن کویل و رادیاتور بزرگ نباشد.

استیم هیتر در دیگ‌های بخار: در موتورخانه‌های با دیگ بخار، از یک مبدل حرارتی برای گرمایش آب مدار فن‌کویل‌ها و همچنین یک مبدل حرارتی دیگر برای گرمایش آب مصرفی با استفاده از بخار استفاده می‌شود. به این مبدل‌ها اصطلاح استیم هیتر (Steam Heater) گفته می‌شود. مبدل استیم هیتر می‌تواند یک مبدل حرارتی پوسته و لوله و یا یک مبدل حرارتی صفحه‌ای باشد. در صورتی که دمای بخار بیش از ۱۵۰ درجه باشد، مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار گزینه مناسبی نبوده و بهتر است از مبدل حرارتی صفحه‌ای بریز یا مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده شود.

سیستم‌های سرمایشی

چیلر: چیلرهای تهویه مطبوع با خنک کردن آب فن‌کویل‌ها با استفاده از سیکل تبرید، نقش خنک کردن فضا را در مجتمع‌های مسکونی، تجاری و… به عهده دارند. مبدل‌های حرارتی نقش‌های مهمی در چیلرها بازی می‌کنند، از جمله اواپراتور، کندانسور و اکونومایزر. اواپراتور در چیلرهای تهویه مطبوع معمولاً از نوع مبدل حرارتی صفحه‌ای بریز یا مبدل حرارتی پوسته و لوله است. کندانسور معمولاً به صورت هواخنک (تیوب فین) بوده و در صورتی که آب خنک باشد، از مبدل حرارتی بریز یا مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده می‌شود.

زون‌بندی (فشارشکن): در برج‌ها و ساختمان‌های بلندمرتبه به منظور شکستن فشار استاتیک ستون آب و جلوگیری از آسیب به تجهیزات موتورخانه از یک مبدل حرارتی در طبقات میانی استفاده می‌شود. این مبدل حرارتی معمولاً از نوع مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار (GPHE) است.

آیس بانک (Ice bank): آیس بانک یک باتری ذخیره برودت چیلر است. به این صورت که در زمان کم‌باری با تولید یخ انرژی برودتی را ذخیره می‌کند و در زمان اوج مصرف با ذوب کردن یخ از برودت ذخیره‌شده استفاده می‌کند. خود آیس‌بانک می‌تواند یک مبدل حرارتی پیلوپلیت باشد که درون یک مخزن آب قرار گرفته و با عبور سیال سرد از داخل پیلوپلیت‌ها بر روی صفحات آن یخ تشکیل می‌شود. همچنین برای انتقال برودت یخ به مدار فن‌کویل‌ها از یک مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار استفاده می‌شود.

مبدل‌های حرارتی نقش بسزایی در سیستم‌های تهویه مطبوع و تأسیسات ساختمان‌ها ایفا می‌کنند. به‌کارگیری تکنولوژی‌های نوین، انتخاب نوع مبدل حرارتی مناسب و طراحی مبدل حرارتی صحیح و بهینه با توجه به شرایط هر ساختمان می‌تواند به طرز چشم‌گیری سبب افزایش راندمان مصرف انرژی در سیستم‌های HVAC شده و هزینه اولیه و هزینه‌های جاری این سیستم‌ها را کاهش دهد.