کندانسور
کندانسور یک مبدل حرارتی است که با تغییر فاز سیال مبرد از حالت گاز به مایع، گرمای جذب شده در سیستم را به محیط خارجی منتقل می‌کند. این فرآیند برای ادامه چرخه تبرید و حفظ دمای پایین در فضای سردخانه ضروری است. در سیکل تبرید، مبرد پس از جذب حرارت در اواپراتور (مبدل حرارتی که درون فضای سردخانه قرار دارد) به صورت گاز در می‌آید. سپس این گاز توسط کمپرسور فشرده شده و دمای آن به شدت بالا می‌رود. گاز مبرد داغ و پرفشار وارد کندانسور می‌شود.
وظیفه اصلی کندانسور در این مرحله، تقطیر گاز مبرد خروجی از کمپرسور است. این دستگاه با گرفتن حرارت از مبرد داغ، آن را به مایع تبدیل می‌کند. گرمای گرفته شده از مبرد به سیال خنک‌کننده (هوا یا آب) منتقل شده و به محیط خارجی دفع می‌شود. مایع مبرد خنک شده سپس به سمت شیر انبساط (اکسپنشن ولو) و در نهایت به اواپراتور باز می‌گردد تا چرخه سرمازایی تکرار شود. انرژی لازم برای انجام عمل فشرده‌سازی و در نتیجه امکان دفع حرارت در کندانسور، توسط کمپرسور تأمین می‌شود.
انواع کندانسور سردخانه
کندانسورها را می‌توان بر اساس نوع سیال واسطه‌ای که حرارت را از مبرد می‌گیرد، به سه نوع اصلی تقسیم کرد:
- کندانسور آبی (آب خنک)
- کندانسور هوایی (هوا خنک)
- کندانسور تبخیری (ترکیبی)
در صنعت برودت، به ویژه در سردخانه‌ها و چیلرها، بیشتر از دو نوع اول استفاده می‌شود.
۱. کندانسور آبی (آب خنک)
در این نوع کندانسور، آب به عنوان سیال خنک‌کننده، حرارت مبرد داغ را جذب می‌کند. آب خنک‌کاری پس از گرم شدن در کندانسور، معمولاً به برج خنک‌کننده ارسال می‌شود تا مجدداً خنک شده و برای تکرار چرخه به کندانسور بازگردد. کندانسورهای آبی معمولاً در سردخانه‌ها و چیلرهای با ظرفیت متوسط تا بالا کاربرد دارند.
انواع کندانسور آبی از نظر ساختار عبارتند از:
- پوسته و لوله (Shell and Tube): این نوع از یک دسته لوله افقی موازی درون یک پوسته استوانه‌ای تشکیل شده است. سیال داغ (معمولاً مبرد) درون لوله‌ها و آب خنک در فضای اطراف لوله‌ها (درون پوسته) جریان دارد، یا برعکس. انتقال حرارت از طریق دیواره لوله‌ها انجام می‌شود. این نوع کندانسور دارای ساختار ساده، قیمت ارزان‌تر نسبت به برخی انواع دیگر، استحکام و قابلیت تحمل فشارهای بالا است و به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می‌شود. مشکل احتمالی این نوع، رسوب املاح آب در داخل لوله‌ها است که باعث افزایش فشار رانش می‌شود، اما روش‌های مختلفی برای جداسازی این رسوبات وجود دارد.
- صفحه‌ای (Plate Type): در این نوع، چندین ده تا چند صد صفحه در کنار یکدیگر قرار گرفته و نسبت به هم آب‌بندی شده‌اند. سیال سرد (آب) و سیال گرم (مبرد) یکی در میان در فضای بین صفحات جریان یافته و از طریق دیواره صفحات تبادل حرارتی انجام می‌دهند. به دلیل سطح انتقال حرارت بیشتر، ظرفیت انتقال حرارت زیادتری در ابعاد کوچکتر فراهم می‌شود. با این حال، حداکثر تحمل فشار کاری این نوع نسبت به پوسته و لوله کمتر و قیمت آن نیز بیشتر است. در برخی کاربردهای خاص می‌توان از این نوع استفاده کرد.
- پوسته و کویل مارپیچ (Shell and Coil): این نوع شبیه به پوسته و لوله است، اما کویل داخل پوسته به شکل حلزونی یا مارپیچ است. مبرد درون کویل و آب در پوسته جریان دارد (یا برعکس). این نوع در ظرفیت‌های کم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- دو لوله‌ای (Double Pipe): در این نوع، یک لوله با قطر کمتر درون یک لوله با قطر بیشتر قرار می‌گیرد. سیال آب در لوله داخلی و مبرد داغ در فضای بین دو لوله جریان دارد (یا برعکس). آب و مبرد به صورت خلاف جهت یکدیگر حرکت می‌کنند. این نوع ساختار ساده‌ای دارد اما مانند نوع پوسته و کویل مارپیچ، در ظرفیت‌های کم کاربرد دارد.
۲. کندانسور هوایی (هوا خنک)
در کندانسور هوایی، هوا به عنوان سیال خنک‌کننده استفاده می‌شود. فن‌ها هوا را از روی کویل‌های پره‌دار (Fin Tube) عبور می‌دهند تا حرارت مبرد درون لوله‌ها به هوا منتقل شود. هوای گرم شده سپس به اتمسفر منتقل می‌گردد. برخلاف نوع آبی، نیازی به تجهیزاتی مانند برج خنک‌کننده ندارد.
کندانسور هوایی بر اساس نحوه حرکت هوا به دو دسته تقسیم می‌شود:
- جریان طبیعی: در این نوع، هوا به صورت طبیعی از روی کویل‌ها عبور کرده و مبرد را خنک می‌کند. این نوع ظرفیت انتقال حرارت کمتری دارد و برای سردخانه‌های کوچک یا یخچال‌های خانگی و مغازه‌ای با ظرفیت پایین استفاده می‌شود. معمولاً به صورت عمودی قرار می‌گیرد.
- جریان اجباری (مصنوعی): در این نوع، از یک یا چند فن برای ایجاد جریان اجباری هوا بر روی کویل‌ها استفاده می‌شود. فن‌ها هوا را از روی لوله‌ها می‌مکند. این نوع برای سردخانه‌های با ظرفیت بالاتر استفاده می‌شود. ورودی گاز مبرد معمولاً از بالا و خروجی از پایین است. کنترل ظرفیت با تنظیم دبی هوا، کنترل دور فن یا خاموش و روشن کردن فن‌ها انجام می‌شود.
مزیت اصلی کندانسور هوایی عدم وجود خطر رسوب املاح آب و زنگ‌زدگی تجهیزات مرتبط با آب است. کویل‌ها معمولاً از لوله‌های مسی یا استیل با پره‌های آلومینیومی تشکیل شده‌اند. فاصله بین فین‌ها معمولاً برای جلوگیری از گرفتگی زیاد در نظر گرفته می‌شود. انواع مختلفی از کندانسورهای هوایی بر اساس شکل ظاهری تولید می‌شوند، مانند نوع V شکل. کندانسورهای V شکل نسبت به ابعاد خود ظرفیت بالایی دارند و در سردخانه‌های زیر صفر و بالای صفر، سیستم‌های تهویه مطبوع، یخ‌سازها و آیس بانک‌ها کاربرد وسیعی دارند.
۳. کندانسور تبخیری (ترکیبی)
این نوع کندانسور، ترکیبی از کندانسور آبی و هوایی و بخشی از برج خنک‌کننده است. مبرد داغ درون لوله‌های کندانسور جریان دارد و خنک‌کاری با پاشش آب بر روی لوله‌ها و عبور همزمان جریان هوا توسط فن‌ها انجام می‌شود. تبخیر آب از سطح لوله‌ها حرارت را جذب کرده و به خنک شدن مبرد کمک می‌کند. بخشی از آبی که گرم شده، توسط فن در همان مجموعه خنک می‌گردد.
کندانسور تبخیری برای کاهش مصرف آب طراحی شده و جهت استفاده در مناطق کم آب مناسب است. این نوع بیشتر در سیستم‌های با ظرفیت بالا و شرایط محیطی گرم استفاده می‌شود. همچنین، در مواردی که مبرد آمونیاک باشد و دمای خروجی مبرد از کمپرسور بالا باشد، ممکن است از این نوع استفاده شود. با این حال، نسبت به دو نوع هوایی و آبی کاربرد کمتری دارد. استفاده از آن در ظرفیت‌های پایین مقرون به صرفه نیست.
یونیت کندانس یا کندانسینگ یونیت سردخانه
یونیت کندانس که با نام واحد تقطیر نیز شناخته می‌شود، مجموعه‌ای شامل کمپرسور، کندانسور و تجهیزات کنترلی مربوط به آن‌ها است که همگی بر روی یک شاسی قرار گرفته‌اند. این مجموعه وظیفه فشرده‌سازی و تقطیر گاز مبرد را بر عهده دارد. در این یونیت، کمپرسور مبرد را فشرده کرده، سپس مبرد به کندانسور رفته، خنک و به مایع تبدیل شده و آماده رفتن به اواپراتور می‌شود. اواپراتور معمولاً در داخل اتاقک سردخانه نصب می‌شود، در حالی که یونیت کندانس در بیرون از سردخانه قرار می‌گیرد.
انتخاب کندانسور مناسب برای سردخانه
- بار برودتی سیستم (ظرفیت اواپراتور): میزان حرارتی که از فضای سردخانه جذب می‌شود.
- توان مصرفی کمپرسور: حرارتی که در اثر فشرده‌سازی توسط کمپرسور به مبرد اضافه می‌شود. ظرفیت مورد نیاز کندانسور از مجموع بار برودتی و توان مصرفی کمپرسور به دست می‌آید.
- دمای تقطیر (Condensing Temperature): دمایی که مبرد در آن از گاز به مایع تبدیل می‌شود.
- اختلاف دمای کندانسور (ΔT): تفاضل دمای تقطیر مبرد در کندانسور و دمای سیال خنک‌کننده ورودی به کندانسور (هوا در کندانسور هوایی). این اختلاف دما به شرایط اقلیمی منطقه بستگی دارد. هرچه این اختلاف بیشتر باشد، سطح مورد نیاز برای کندانسور کمتر می‌شود.
- در مناطق گرمسیر: ۵ تا ۸ درجه سانتی‌گراد.
- در مناطق معتدل: ۱۰ تا ۱۲ درجه سانتی‌گراد.
- در مناطق سردسیر: ۱۲ تا ۱۵ درجه سانتی‌گراد. دمای هوای ورودی به کندانسور بر اساس گرم‌ترین روز سال در منطقه مشخص می‌شود.
- نوع مبرد: مبردهای مختلف، ضرایب اصلاحی متفاوتی در انتخاب کندانسور دارند.
- شرایط کاری و آب و هوایی منطقه: دمای محیط، رطوبت و ارتفاع از سطح دریا بر عملکرد و انتخاب کندانسور تأثیرگذار است. به عنوان مثال، در آب و هوای گرم و مرطوب، راندمان برج خنک‌کننده مورد نیاز کندانسور آبی به شدت کاهش می‌یابد و کندانسور هوا خنک ممکن است گزینه مناسب‌تری باشد. کندانسورهای آب خنک و تبخیری در دماهای محیطی بالا کارآمدتر هستند، در حالی که کندانسورهای هوا خنک در دماهای پایین محیطی بهتر عمل می‌کنند.
- نوع کمپرسور: نوع کمپرسور (مانند پیستونی یا اسکرو) در انتخاب کندانسور بی‌تأثیر نیست.
- کیفیت قطعات: جنس مواد به کار رفته در ساخت کویل (مس، آلومینیوم)، ورق بدنه (گالوانیزه با رنگ الکترواستاتیک) و کیفیت فن‌ها اهمیت زیادی دارند.
پس از مشخص شدن این عوامل، با مراجعه به کاتالوگ سازنده کندانسور و استفاده از جداول و ضرایب اصلاحی (مانند ضرایب اصلاح اختلاف دما، نوع مبرد، ارتفاع، دمای محیط) می‌توان مدل مناسب را انتخاب نمود.
با توجه به پیچیدگی محاسبات و تنوع مدل‌ها و برندها، اکیداً توصیه می‌شود برای انتخاب کندانسور مناسب با مهندسین مشاور یا کارشناسان متخصص سردخانه سازان مشورت نمایید.
نصب کندانسور سردخانه
محل نصب کندانسور برای عملکرد صحیح دفع حرارت بسیار مهم است. نکات زیر باید در نظر گرفته شوند:
- دسترسی هوای تازه: هوای تازه باید به راحتی به کندانسور برسد.
- تخلیه هوای گرم: هوای گرم خروجی از کندانسور باید به آسانی تخلیه شود.
- جلوگیری از گردش مجدد هوا: محل نصب باید به گونه‌ای باشد که هوای گرم خروجی مجدداً به کندانسور بازنگردد.
- محافظت در برابر باد: محل نصب باید طوری باشد که جریان شدید باد نتواند پره‌های فن را بچرخاند و آسیب بزند.
- فاصله از دیوار: فاصله دیوار از پشت کندانسور باید حداقل به اندازه ارتفاع کندانسور باشد.
معمولاً کندانسورهای سردخانه صنعتی در جایی قرار می‌گیرند که حرارت به راحتی به محیط خارجی منتقل شود، مانند روی سقف سردخانه یا در فضای باز نزدیک ساختمان.
مشکلات رایج کندانسور و نشانه‌های آن‌ها
- فشار بالا: می‌تواند ناشی از کثیفی کویل‌ها، جریان ناکافی هوا یا آب، یا شارژ بیش از حد مبرد باشد.
- خنک‌کنندگی ناکافی: ممکن است به دلیل کویل‌های کثیف، خرابی فن‌ها یا کمپرسور معیوب رخ دهد.
- صدای غیرعادی یا لرزش: این نشانه می‌تواند به مشکل در فن‌ها، موتورها یا اتصالات شل مربوط باشد.
رسوب املاح آب در کندانسورهای آبی از مشکلات شناخته شده است. در صورت مشاهده هر یک از این نشانه‌ها، باید توسط متخصص بررسی و رفع عیب شوند.
برای اطمینان از انتخاب بهینه که منجر به بالاترین بازدهی با کمترین مصرف انرژی و هزینه شود، مشاوره با کارشناسان مجرب و متخصص در زمینه تجهیزات سردخانه ضروری است.
پرسش و پاسخ در رابطه با کمپرسور سردخانه
در کندانسور هوایی، هوا (که می‌تواند به صورت طبیعی یا اجباری توسط فن جریان داشته باشد) از روی کویل‌هایی که معمولاً دارای پره‌هایی برای افزایش سطح تماس هستند، عبور می‌کند. مبرد داغ گازی در داخل این کویل‌ها جریان دارد. با عبور هوا، حرارت از مبرد به هوا منتقل شده و مبرد خنک شده و به مایع تبدیل می‌شود. هوای گرم شده به اتمسفر منتقل می‌گردد. مزیت اصلی این نوع عدم نیاز به تجهیزاتی مانند برج خنک کننده و عدم خطر رسوب و زنگ‌زدگی است.
کندانسور تبخیری ترکیبی از عملکرد کندانسورهای آبی و هوایی و بخشی از برج خنک کننده است. در این نوع، مبرد با درجه حرارت بالا درون لوله‌های کندانسور جریان دارد و همزمان آب توسط پمپ روی لوله‌ها پاشیده می‌شود. سپس یک فن در همان مجموعه هوا را روی لوله‌ها جریان می‌دهد. ترکیب پاشش آب و جریان هوا باعث تبخیر آب و جذب حرارت از مبرد شده و مبرد به مایع تبدیل می‌شود. این نوع به دلیل صرفه‌جویی در مصرف آب، در مناطق کم آب و در سیستم‌هایی با ظرفیت بالا (مانند سیستم‌های آمونیاکی) مورد استفاده قرار می‌گیرد، اگرچه کاربرد آن نسبت به دو نوع هوایی و آبی کمتر است.
- کندانسور چیلر: این کندانسورها در چیلرهای تراکمی (هوا خنک و آب خنک) استفاده می‌شوند و وظیفه دفع حرارت از مبرد داغ و تبدیل آن از گاز به مایع را بر عهده دارند. در چیلرهای هوا خنک از هوای دمیده شده توسط فن و در چیلرهای آب خنک از آب برگشتی از برج خنک کننده استفاده می‌شود.
- کندانسور سردخانه: در سیستم‌های سردخانه مورد استفاده قرار می‌گیرند و بخشی از یونیت کندانسینگ (شامل کمپرسور و کندانسور) هستند که در خارج از اتاقک سردخانه نصب می‌شود. وظیفه آن دفع حرارت از مبرد و تبدیل آن به مایع برای خنک کردن فضای داخلی سردخانه است.
- کندانسور صنعتی: به انواع مختلف کندانسورها (مانند پوسته و لوله، هوا خنک و غیره) گفته می‌شود که در فرآیندها و ماشین‌آلات مختلف صنعتی برای انجام عمل تقطیر (تبدیل گاز به مایع) به طور گسترده استفاده می‌شوند.
- بار برودتی سیستم و توان کمپرسور: ظرفیت کندانسور باید متناسب با میزان حرارتی باشد که سیستم نیاز به دفع آن دارد، که شامل بار برودتی اواپراتور و حرارت اضافه شده توسط کمپرسور است.
- شرایط آب و هوایی منطقه: دمای هوای محیط (برای کندانسورهای هوایی و تبخیری) و دمای آب موجود (برای کندانسورهای آبی و تبخیری) نقش مهمی در تعیین راندمان و اندازه مورد نیاز کندانسور دارد. اختلاف دمای تقطیر مبرد و سیال خنک کننده نیز بر عملکرد کندانسور تاثیر می‌گذارد.
- نوع مبرد مورد استفاده: انواع مختلف مبردها خواص ترمودینامیکی متفاوتی دارند که باید در انتخاب کندانسور مناسب لحاظ شود.
- نوع کمپرسور: مشخصات فنی کمپرسور (مانند ظرفیت و توان مصرفی) در تعیین بار حرارتی کندانسور و انتخاب مدل مناسب آن موثر است.
- محدودیت‌های فضایی و الزامات نصب: فضایی که برای نصب کندانسور در دسترس است نیز باید در نظر گرفته شود، به خصوص برای کندانسورهای بزرگتر. محل نصب باید به گونه‌ای باشد که جریان هوای تازه به راحتی تامین و هوای گرم خروجی به سادگی تخلیه شود و بازگشت هوای گرم به کندانسور اتفاق نیفتد.
- مسائل اقتصادی و کیفیت ساخت: قیمت، برند، کیفیت مواد به کار رفته و خدمات پس از فروش نیز از جمله فاکتورهایی هستند که در فرآیند انتخاب و خرید باید مورد توجه قرار گیرند.
