شیرهای برقی کاربردهای HVAC-R

1. سیستم HVAC-R چیست؟
2. سیستم HVAC-R چگونه کار می کند؟
3. شیرهای برقی برای HVAC-R
4. توابع یک سیستم HVAC-R
5. برنامه های کاربردی HVAC-R
6. سوالات متداول

سیستم HVAC-R چیست؟

قبل از بررسی شیر برقی برای سیستم HVAC-R ابتدا در مورد ماهیت کلی این سیستم مطالبی را عنوان می کنیم. سیستم HVAC-R به سیستم های مکانیکی مورد استفاده در گرمایش، تهویه، تهویه مطبوع و تبرید در یک صنعت یا ساختمان اشاره دارد. یک سیستم HVAC-R مجموعه‌ای از شرایط محیطی را فراهم می‌کند که می تواند برای مقاصد خانگی یا صنعتی مانند فرآیند تولیدی باشد. از این رو این سیستم دمای اتاق، رطوبت و کیفیت هوا را تنظیم می کند، بنابراین شرایط کاری مناسب را در یک واحد صنعتی فراهم می کند. 

گرمایش: یک سیستم گرمایشی دمای اتاق را در شرایط آب و هوایی بسیار سرد افزایش می دهد.
تهویه: تهویه فرآیند جایگزینی یا تغییر هوا در هر فضایی برای کنترل دما است. یک مثال طبیعی از تهویه، باز کردن پنجره است که جریان هوا را به داخل ساختمان وارد می کند.

تهویه مطبوع و تبرید: تهویه مطبوع برای خنک کردن و تغییر رطوبت در یک محیط طراحی شده است. تبرید با انجماد و خنک کردن یک فضای بسته با استفاده از یک خنک کننده سروکار دارد و این تکنیک معمولاً برای نگهداری مواد غذایی استفاده می شود.

فرآیند کار سیستم HVAC-R

واحد جابجایی هوا (AHU) هوای بیرون را با هوای برگشتی از فضای داخلی ساختمان، جمع آوری و ترکیب می کند. سپس ترکیب هوا گرم یا سرد می شود و پس از آن از طریق مجاری در محوطه ساختمان توزیع می شود.

تهویه مطبوع و تبرید

یک سیستم تهویه مطبوع (AC) برای سرمایش و گاهی گرمایش بسته به خواص هوا در یک زمان معین، استفاده می شود. خنک سازی با یک سیکل تبرید انجام می شود. بخش های اصلی یک سیستم تهویه مطبوع عبارتند از:

• کمپرسور
• کندانسور
• اواپراتور
• شیر انبساط

در بررسی شیر برقی برای سیستم HVAC-R اصول اولیه تهویه مطبوع، حذف گرما از یک محیط، جایگزینی آن با هوای سرد و بیرون کردن هوای گرم و خشک به داخل جو است. برای این تبادل گرما از سیال خاصی به نام مبرد یا خنک کننده استفاده می شود. مبرد، حامل واقعی یا واسط تبادل حرارت بین محیط خارجی و اجزای داخلی است. مبرد به دلیل نقطه جوش بسیار پایین می تواند به راحتی از حالت مایع به گاز و بالعکس تغییر حالت دهد. به عنوان مثال، نقطه جوش مبرد ۴۸۰C ، R410A –  است. اگر این مبرد درون لوله‌ای قرار بگیرد که در اتاقی با دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد نگهداری می شود، مبرد به راحتی می‌تواند بجوشد و به حالت بخار تبدیل شود. یکی دیگر از مبردهای رایج مورد استفاده فریون (R22) است.

مراحل اصلی یک سیستم تهویه مطبوع

کمپرسور، مبرد را فشرده می‌کند و فشار آن را افزایش می دهد. افزایش فشار گاز باعث افزایش دمای آن و در نتیجه گرم شدن مبرد می شود. دمای مبرد معمولاً بالاتر از دمای بیرون است. گرما به طور طبیعی از نقطه‌ای با دمای بالاتر به نقطه‌ای با دمای پایین‌تر جریان می یابد. بنابراین، برای پخش گرما به بیرون، دمای مبرد باید بیشتر از دمای بیرون باشد.

مبرد که در در دما و فشار بالا است، از لوله‌های اتصال عبور کرده و به کندانسور می رسد. داخل کندانسور، مبرد در همان دما و فشار از حالت گاز به حالت مایع تغییر می‌کند. سیم پیچ کندانسور در واحد تهویه هوای بیرونی قرار دارد و در خارج از ساختمان قرار می گیرد. انرژی گرمایی از مبرد گاز داغ جذب می شود و فن کندانسور این گرما را از محیط خارج می کند و مبرد را به مایع تبدیل می کند.
مبرد مایع با دمای بالا از کندانسور خارج شده و از طریق یک لوله اتصال وارد شیر انبساط می شود. دمای مبرد باید قبل از ورود به اواپراتور خنک شود. شیر انبساط، فشار مبرد را کاهش می‌دهد و در نتیجه دمای آن را کاهش می دهد. این شیر همچنین میزان مبرد ورودی به اواپراتور را کنترل می کند.

مایع خنک شده با فشار کم وارد لوله‌های مسی داخل اواپراتور می شود. هنگامی که هوای داخل روی سیم پیچ سرد می دمد، گرمای داخل اتاق توسط مبرد جذب می شود. این امر باعث تبخیر مبرد به بخار می شود. در نتیجه، محیط اتاق گرما را از دست می دهد و خنک می شود. فن داخل اواپراتور هوای سرد را از سطح سیم پیچ به جهت اثر خنک سازی به گردش در می آورد. مبرد گازی داغ به کمپرسور منتقل می شود و این فرآیند در یک چرخه تکرار می شود.

تهویه مطبوع و مبردها هر دو بر اساس اصل سینک‌های حرارتی کار می کنند. هر دو دستگاه دمای یک ناحیه بسته را با انتقال گرما از یک منبع (معمولاً منطقه بسته) به ناحیه دیگر به نام سینک، خنک می‌کنند. اصل اساسی تبرید شبیه به سیستم تهویه مطبوع است. برخلاف یونیت AC، یک سیستم تبرید به گونه ای طراحی شده است که هوا را داخل واحد نگه می دارد، بدون اینکه هوا را از دستگاه خارج کند. همچنین هیچ فنی در مبرد وجود ندارد. تبرید معمولاً برای خنک کردن یا منجمد کردن مواد غذایی در خانه و در صنایع مختلف استفاده می شود، در حالی که یک AC برای خنک کردن یک اتاق یا ساختمان برای حفظ رطوبت کار می کند.

گرمایش

فرآیند گرمایش با احتراق گازهای طبیعی و پروپان در یک محفظه به دست می آید.

شیرهای برقی برای کاربرد HVAC-R

حال به بررسی شیر برقی برای سیستم HVAC-R می پردازیم که شیر برقی معمولاً برای خاموش کردن، منتشر کردن، توزیع، دوز بندی یا مخلوط کردن سیالات مختلف استفاده می شود. یک شیر برقی یک شیر کنترل شده الکتریکی با زمان پاسخ سریع و مصرف انرژی کم است که می‌تواند به طور موثر در مناطق مختلف یک سیستم HVAC-R استفاده شود.

شیرهای برقی برای AC و واحدهای تبرید

شیرهای برقی با کنترل جریان مبردها نقش مهمی در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع دارند. عملکرد پایه این شیرها روشن و خاموش کردن جریان مبرد و در نتیجه اطمینان از عملکرد سیستم است. هنگام انتخاب شیر برقی برای واحدهای AC و تبرید، باید این عوامل را در نظر بگیریم:

مواد شیر برقی: مواد انتخاب شده برای شیر برقی باید با مبردهایی مانند R22 (فریون)، R404A، R410A و R290 سازگار باشد. فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) را می توان برای بدنه شیر و NBR را برای مواد آب بندی انتخاب کرد. مقاومت شیمیایی و سازگاری مواد مختلف با سیالات مختلف را باید بررسی کرد.

عملکرد مستقیم و سروو (Direct-operated and servo-operated): شیرهای برقی می‌توانند عملکرد مستقیم یا سروو داشته باشند. شیرهای برقی با عملکرد سروو به طور کلی در سیستم‌های بزرگتر استفاده می شوند. در شیرهای برقی که با سروو کار می‌کنند، اختلاف فشار باید همراه با حداکثر افت فشار در نظر گرفته شود. اختلاف فشار تحت بار جزئی باید همیشه بالاتر از حداقل اختلاف فشار شیر برای عملکرد مطمئن باشد. این حداقل اختلاف فشار در برگه اطلاعات شیر مشخص شده است.

موقعیت یابی شیر برقی: شیرهای برقی عمدتاً در مسیر سیال نزدیک به شیر انبساط یا اکسپنشن ولو (expansion valve) قرار می‌گیرند. قرار دادن شیرها نزدیک به هم خطر اثرات «چکش آبی» (Water Hammer) را کاهش می دهد.

Normally closed/Normally open: شیرهای برقی در دو نوع موجود هستند: normally closed (در صورت قطع برق، شیر بسته می‌شود) و normally open (در صورت قطع برق، شیر باز می‌شود). در اغلب موارد، اگر شیر در مسیر سیال نصب شده باشد، از شیر برقی normally closed استفاده می شود. این امر تضمین می‌کند که شیر زمانی که سیستم کار نمی‌کند و زمانی که شیر برقی خاموش می‌شود، بسته باقی بماند که در نهایت به جلوگیری از حرکت مبرد کمک می‌کند (مبرد زمانی که تجهیز خاموش است به سمت کمپرسور می‌رود). بنابراین قطع برق منجر به هیچ مشکلی در سیستم تبرید نمی‌شود. در مقابل، در صورتی که شیر فقط برای فواصل کوتاه بسته شود، استفاده از یک شیر normally open می تواند مفید باشد.

استانداردهای ایمنی: شیرهای برقی مورد استفاده برای مبردها باید با چندین تاییدیه از ATEX، LVD و PED مطابقت داشته باشند. 

شیر برقی برای تجهیز تولید گرما

در شیر برقی برای سیستم HVAC-R شیرهای برقی برای کنترل جریان سوخت درون یک تجهیز تولید گرما استفاده می‌شود. شیر زمانی باز می‌شود که دما به زیر یک نقطه تنظیم شده خاص کاهش یابد تا گاز به شعله برسد و آن را روشن کند. هنگامی که گرمایش مورد نیاز انجام شد و ترموستات به نقطه تنظیم مشخص شده رسید، شیر برقی را راه اندازی می کند تا گاز شعله را قطع کند.

هنگامی که دما خیلی پایین است، شیر گاز را باز می‌کند و شعله روشن می شود. شیرهای برقی هنگامی که در محیط‌های سخت و برای سیالات خورنده نصب می شوند، بسیار قابل اعتماد هستند و نگهداری کمی لازم دارند که در نتیجه هزینه‌‌ها کم می‌شود. هنگام انتخاب شیر برقی برای تجهیز تولید گرما باید به عوامل زیر توجه کنیم:

انتخاب مواد شیر برقی: منابع گرمایشی معمولاً از سوخت‌هایی مانند گاز طبیعی یا پروپان برای تولید گرما هنگام سوختن استفاده می‌کنند. گاز طبیعی و پروپان با برنج، آلومینیوم، چدن یا فولاد برای بدنه و لاستیک نیتریل برای مواد آب بندی شیر، سازگار است. برای اطلاعات بیشتر باید سازگاری مواد مختلف با سیالات مختلف و مقاومت شیمیایی مواد را بررسی کنیم.

دما و فشار کاری: شیر برقی برای سیالات در بازه وسیعی از فشار خیلی کم تا خیلی زیاد (معمولاً ۳۰ psi یا بالاتر) کار می‌کند. اگر دمای بسیار بالا در عملکرد شیر مشاهده می‌شود، باید شیر را مطابق با آن درجه بندی کنیم. دمای بسیار پایین محیط (مانند ۴۰ درجه سانتیگراد) برای آب بندی بدون نشتی نیاز به الاستومرهای تخصصی دارد.

گواهی‌های ضد انفجار: از آنجا که سیال سوخت مورد استفاده در شیر برقی بسیار قابل احتراق است، باید مراقبت کافی برای جلوگیری از ایجاد جرقه در سیم پیچ یا محفظه انجام شود. سیم پیچ یا محفظه شیر باید کاملا مشخص شود تا هرگونه انفجاری که از شیر نشأت می‌گیرد مهار شود.

چندین استاندارد برای طبقه‌بندی تجهیزات برای محیط‌های خطرناک مانند NEMA ، ATEX و IEC Ex وجود دارد. هنگام خرید شیر برای کار با سوخت‌های انفجاری، حتماً باید علائم یکی از این استانداردها را روی شیر بررسی کنیم.

درجه IP: باید اطمینان حاصل کنیم که شیر دارای درجه IP مناسب برای محافظت در برابر گرد و غبار، سیال، رطوبت و برخورد است. این مسئله به ویژه هنگامی که شیر در محیط های صنعتی خشن برای کار از راه دور نصب می شود، بسیار مهم است. باید در مورد ویژگی‌های طراحی و معیارهای انتخاب شیرهای برقی برای سوخت، اطلاعات داشته باشیم.

کارکردهای یک سیستم HVAC-R

• گرمایش و سرمایش
• مرطوب کننده و رطوبت زدا
• تمیز کردن هوا
• تنظیم جریان هوا

 کاربردهای HVAC-R

سیستم‌های HVAC-R معمولاً در موارد زیر استفاده می شوند:

• امکانات بهداشتی و درمانی
• آزمایشگاه ها
• هتل ها
• تاسیسات هسته ای
• امکانات بهداشتی و درمانی
• آپارتمان های مسکونی
• ساختمان های تجاری و عمومی

اگر قصد تجهیز سیستم تاسیساتی و یا گرمایشی و سرمایشی در ساختمان و یا واحد صنعتی دارید حتما شیر برقی برای سیستم HVAC-R را بر اساس الزامات عنوان شده در این مقاله و موارد مهم در خرید شیر برقی آن را انتخاب نمایید. در ادامه اگر نیاز به مشاوره فنی دارید کارشناسان فنی و فروش ما آماده پاسخگویی به همکاران عزیز می باشد.

منبع:

https://tameson.com/pages/hvac-solenoid-valve