دیگ های چگالشی
دیگ چگالشی چگونه کار می کند؟
در یک دیگ معمولی، با احتراق سوخت گاز های داغ تولید می شود که با گذشتن از مبدل حرارتی بیشتر این انرژی به آب منتقل می شود، که باعث بالا رفتن دمای آب می شود. بخار آب یکی از گاز های داغ تولید شده در فرایند احتراق است، که نتیجه ترکیب هیدروژن با اکسیژن می باشد. در دیگ های چگالشی (کندانسینگ)، حرارتی را که توسط خروج گازهایی داغ تلف می شود، جذب شده و بخار آب موجود با از دست دادن گرمای نهان تبخیر به آب مایع (یا به اصطلاح به کندانس ) تبدیل می شود و این گرمای نهان نیز به آب داده می شود که این عمل اضافی می تواند بازدهی را تا 10- 12% بالا ببرد. البته بازدهی فرایند های کندانس متفاوت است و بستگی به دمای آب برگشتی به دیگ دارد اما در شرایط برابر همیشه بازدهی دیگ های چگالشی اگر بیشتر از دیگ های غیر چگالشی نباشد دست کم با آنها برابر است. ویژگی کندانس تولید شده کمی اسیدی است (5-3)ph، بنابراین انتخاب مواد برای قسمت های در معرض خوردگی باید مناسب باشد. در دماهای بالا معمولاً از آلیاژ های آلومینیوم و استیل ضد زنگ استفاده می شود، در قسمت هایی با دمای پایین تر از پلاستیک هایی همچون uPVC و پلی پروپیلن استفاده می شود که باعث تاثیر در قیمت نهایی می شوند. کندانس تولید شده در مبدل چگالش گر باید به فاضلاب تخلیه شود. در حالت کلی برای نصب، این تنها تفاوتی است که بین دیگ های چگالشی و غیر چگالشی وجود دارد.
برای اینکه تولید دیگ های چگالشی اقتصادی و قابل مدیریت در نصب باشند، مبدل های داخلی در کوچک ترین سایز های فنی ممکن ساخته می شوند. این امر باعث تولید مبدل هایی با مقاومت بالا در طرف محفظه احتراق شده است و از فن برای به حرکت در آوردن محصولات احتراق در مجراهای باریک استفاده شده است که استفاده از فن بخاطر خارج کردن گازهای خروجی الزامی می باشد چون گاز ها معمولاً تا دماهای زیر 100 درجه سانتی گراد خنک می شوند و دیگر نیروی شناوری را برای خروج طبیعی از دودکش ندارد.
استفاده
امروزه در اروپا و امریکای شمالی دیگ های معمولی در سیستم های حرارت مرکزی خانگی در حال جایگزینی با دیگ های چگالشی می باشند. و هلند احتمالاً اولین کشوری بود که این جایگزینی را در مقیاس بزرگ انجام داد. در اروپا نصب دیگ های چگالشی توسط گروه های حامی کاهش مصرف سوخت و دولت ها حمایت می شود. برای مثال در انگلستان از سال 2005 همه دیگ های حرارت مرکزی باید از نوع دیگ های چگالشی با بازدهی بالا باشند مگر در شرایط خاص، این آیین نامه ها برای دیگ هایی با سوخت مایع نیز باید اجرا شود.در ایالات متحده نیز در بعضی از ایالت ها دولت فدرال با نصب دیگ های چگالشی در مالیات ها تخفیف می دهند و در غرب کانادا بعضی از شرکت های تامین سوخت با نصب این گونه دیگ ها در مجتمع های مسکونی در قیمت سوخت تخفیف نیز می دهند که همین عوامل باعث سرعت گرفتن جایگزینی دیگ های قدیمی با دیگ های چگالشی شده است.
بازدهی
تولید کنندگان دیگ‌های چگالشی ادعا می‌کنند که به بازده حرارتی ۹۸ درصدی می‌توان دست یافت که این درمقابل بازده ۷۰ تا ۸۰ درصدی دیگ‌ها با طراحی متداول می‌باشد. (البته بازدهی به ارزش حرارتی سوخت نیز بستگی دارد) مدل‌های معمولی از دیگ‌های چگالشی راندمانی حدود ۹۰٪ دارند که این موضوع بالاترین رتبه‌های درجه‌بندی را برای این گونه دیگ‌ها به همراه دارد.
عملکرد دیگ به راندمان انتقال حرارت به مصرف کننده و خروجی وسایل دفع حرارت نیز وابسته است. طراحی سیستم و اجرا نیز بسیار مهم است. در طراحی باید در نظر داشت که مقدار تولید و پخش حرارت همخوانی داشته باشد و دمای طراحی وسایل پخش حرارت باید در نظر گرفته شود که مجموع این عوامل بازدهی کلی سیستم حرارت مرکزی را مشخص می‌کند.
در دیگ‌های چگالشی دمای آب برگشتی از سیستم حرارت مرکزی باید کمتر از ۵۵ درجه سانتی گراد باشد و این امر بخاطر این است که تنها در این دما هاست که چگالش به بهترین نحو انجام می‌گیرد. دماهای بالاتر عدد ذکر شده می‌توانند عملاً مبدل کندانس را از جریان خارج کنند و تنها به شکل دیگ‌های معمولی کار کنند. از مطالب بالا بر می‌آید که تنها با تغییراتی در سیستم کنترلی می‌توان دیگ‌های غیر چگالشی را به دیگ‌های چگالشی تبدیل کرد ولی باید این نکته را در نظر گرفت که کندانس تولید شده به سرعت قسمت‌هایی که دارای فولاد نرم و یا چدن هستند را دچار خوردگی خواهد کرد و این همان دلیلی است که در مبدل دیگ‌ها چگالشی از فولاد ضدزنگ و یا آلیاژهای آلومینیوم و سیلیکون استفاده می‌کنند.
هرچه که دمای برگشتی پایین‌تر باشد عمل چگالش بیشتر انجام می‌گیرد. دمای پایین در سیستم‌هایی که در ذات دما پایین هستند مثل گرمایش از کف یا رادیاتورهای چدنی قدیمی بیشتر دیده میشود که این سیستم‌ها را بهترین گزینه برای داشتن یک سیستم حرارت مرکزی با دیگ‌های چگالشی می‌سازد. اما اگر سیستم گرمایش از نوع‌های ذکر شده نباشد، بیشتر تولید کننده‌های دیگ‌های چگالشی خانگی سیستم‌های کنترلی را طوری طراحی می‌کنند که تنها در زمان راه‌اندازی اولیه عمل چگالش را داشته باشیم و مشخص است که بعد از آن افت بازدهی را خواهیم داشت ولی باز هم از بازدهی دیگ‌های قدیمی کمی بیشتر خواهد بود. اما با یک طراحی مناسب مثلاً با بزرگتر انتخاب کردن رادیاتور و یا اضافه کردن حلقه به سیستم گرمایش از کف می‌توان دمای آب برگشتی به دیگ را برای هر چه بهتر شدن عمل چگالش پایین آورد و مناسب ساخت.
کنترل
مطمئن شدن از کارکرد در بهترین و اقتصادی ترین شرایط کمی دشوار است. تقریباً همه دیگ ها و بخصوص مشعل ها دارای سیستم کنترل منطقی هستند که میزان بار را با میزان خروجی مشعل تنظیم می کند تا بهترین عملکرد بدست آید.
قابلیت اعتماد
در ابتدا ادعا می شد که دیگ های چگالشی دارای قابلیت اعتماد کمی هستند و نیاز به نصاب حرفه ای و سرویس های مرتب دارند و اگر توسط افراد ناآشنا نصب شود موجب ضعف در عملکرد خواهد شد ولی طبق بررسی هایی که سازمان تحقیقات ساختمان انگلستان به انجام رساند مشخص شد که این گفته نادرست است و نتایج تحقیقات خود را در چند نکته زیر بیان کرد:
- امروزه هیچ تفاوتی در قابلیت اعتماد بین دیگ های چگالشی و غیر چگالشی وجود ندارد.
- سرویس دوره ای این گونه دیگ ها به همان اندازه نوع غیر چگالشی است.
- تنها مورد اضافه شده به سرویس دوره ای تست عملکرد سیستم دفع کندانس می باشد.
- نصب اینگونه دیگ ها مشکل خاصی نداردو تنها کافی است برای دفع کندانس تولید شده تمهیدات لازم به انجام برسد.(در بعضی از مدل ها نیاز به پمپ تخلیه کندانس وجود دارد(
- تحت هر گونه شرایطی بازدهی بالاتری نسبت به نسل های قبل از خود دارند.
خروجی
همانطور که گفته شد کندانس خروجی کمی حالت اسیدی دارد و اسیدیته آن شبیه به آب پرتغال می باشد. و برای دفع تنها نیاز به یک تکه شیلنگ پلیمری و یک تله بخار دارد تا از ورود گاز ها به محیط جلوگیری کند اما باید توجه داشت که کندانسه ممکن است باعث خوردگی سیستم های فاضلاب چدنی قدیمی شود که در این حالت نیز تنها با نصب یک خنثی کننده می توان این مشکل را نیز حل کرد. خنثی کننده یک مخزن پلاستیکی است که از دانه های سنگ آهک یا مرمر پر می شود و باعث بالا آوردن pH کندانس می شود و بعد به فاضلاب تخلیه می شود. بخاطر دمای پایین گاز های نهایی خروجی گاز ها که ممکن است تا 38 درجه سانتی گراد(در مقابل 200 درجه سانتی گراد در انواع غیر چگالشی) نیز برسد فن همیشه مورد نیاز می باشد که البته در بعضی از مدل های هرمتیک غیر چگالشی فعلی نیز فن یک جزء سازنده می باشد و همچنین بخاطر دمای پایین نیازی به دودکش های سنتی قدیمی یا داکت های گالوانیزه مخصوص نیست و تنها می توان با یک لوله (PVCدر کاربرد های خانگی) دود را به خارج هدایت کرد. در حقیقت استفاده از موادی که در مقابل خوردگی مقاومتی ندارند در ساخت دودکش ها ممنوع شده است.
البته به تازگی مدل هایی در انگلستان توسط شرکت گرمایشی اتمز(Atoms) ساخته شده‌اند که حتی نیازی به دودکش نیز ندارند.
شرح عملکرد دیگ های چگالشی :
به طور کلی عملکرد بویلرهای چگالشی براساس چگالش بخارات آب و بازیافت گرمای خروجی از دودکش و استفاده حداکثر از حرارت تولیدی بواسطه مکانیزم منحصر به فرد بویلر می باشد.
اجزاء اصلی بویلرهای چگالشی :
مبدل حرارتی : بویلرهای چگالشی دارای مبدل حرارتی از جنس استیل ضد زنگ و یا آلیاژ آلومینیوم – سیلیکون با مقاومت و اطمینان بالا طراحی گردیده است . کیفیت بالای این مبدل ها باعث محافظت از خوردگی ناشی از میعان شده و طول عمر دستگاه را افزایش می دهد . سطح انتقال حرارت با طراحی خاص مبدل حرارتی و بکار بردن تعداد زیادی فین در مسیر عبور گاز افزایش پیدا کرده است .مسیر عبور گاز و آب عکس یکدیگر می باشد و این عامل سبب انتقال حرارت بهتری می گردد .مسیر خروجی گازهای احتراق در پایین ترین قسمت دیگ می باشد تا با نیروی اجباری فن مشعل ، حداکثر انتقال حرارت به آب صورت گیرد . آب ورودی به بویلر نیز در تماس با حرارت خروجی از اگزاست قرار می گیرد و پیش گرم میشود . نهایتاً حرارت خروجی با دمای Cͦ ۶۵ – ۳۰ از دودکش خارج می گردد . استفاده از فن برای خارج کردن محصولات احتراق الزامی می باشد به دلیل اینکه گازها معمولاً تا دمای زیر c° ۱۰۰ خنک می شوند و دیگر نیروی شناوری برای خروج طبیعی از دودکش را ندارند.