تهویه مطبوع+
+
+
+
گرمایشی و موتورخانه+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
استخر،سونا،جکوزی+
بسیاری از سیستمهای گرمایشی آبگرم نیاز دارند تا در برابر یخ زدگی محافظت شوند. در جاهایی مثل ساختماهای عمومی، ویلاها، ساختمانهای زراعی، ساختمانهایی که دارای سیستمهای آبگرم خورشیدی هستند و در هر مکانی که به صورت مستمر از سیستمها بهره برداری صورت نگیرد، محافظت از یخ زدگی اهمیت پیدا می کند. در بسیاری از ساختمانها نیز به منظور احتمال وقوع یخ زدگی ناگهانی و ایجاد خرابیهای طولانی مدت برای سیستم ، پیشگیریهای لازم را به عمل می آورند. از آنجاییکه اضافه کردن مواد محافظ باعث ایجاد تغییراتی در داخل سیستم می گردد، لذا قبل از هر چیز بایستی بدانیم که این تغییرات چیست و چگونه می توان آنها را مدیریت کرد. در این مقاله به تشریح این موارد پرداخته می شود.
انواع مواد محافظ در برابر یخ زدگی
در سیستمهای آبی (آب سرد و آبگرم) معمولا از دو ماده که دارای خواص مطلوبی در برابر یخ زدگی هستند، بیشتر استفاده می شود : اتیلن گلایکول و پروپیلن گلایکول. این مواد به علت داشتن نقطه جوش بالا و نقطه انجماد پایین، پایداری در برابر تغییرات دمایی زیاد، مشتعل نبودن، گرمای مخصوص بالا و قابلیت رسانش حرارتی بدون ایجاد خورندگی برای استفاده بسیار مطلوب می باشند. هر دوی این مواد بدون رنگ و تقریبا بدون بو بوده و قابل اختلاط با آب می باشند. اتیلن گلایکول از نظر خاصیت دمایی بهتر از پروپیلن گلایکول می باشد خصوصا در دماهای پایین تر. پروپیلن گلایکول معمولا برای سیستمهایی که برای آنها یخ زدگی سریع اتفاق می افتد به کار میرود مانند یخ زدگی مواد غذایی بسته بندی شده . اگرچه پروپیلن گلایکول یک ماده غیر سمی است اما برای کاربردهایی که نیاز به تماس مستقیم شخص با ماده وجود دارد، جهت استفاده مناسب نیست. بر خلاف آن اتیلن گلایکول یک ماده سمی است. در جدول زیر مقایسه ای بین خواص اتیلن گلایکول و پروپیلن گلایکول انجام شده است:
| درصد حلالیت | اتیلن گلایکول | پروپیلن گلایکول | |
| میزان انتقال حرارت در دمای 180 درجه فارنهایت بدون افزایش دبی (gpm) | 20% | 0.96 | 0.97 |
| 50% | 0.87 | 0.9 | |
| افزایش دبی (gpm) مورد نیاز بر اساس منحنی پمپ در دمای 20 و 180 درجه فارنهایت | --- | 114% | 110% |
| افزایش هد پمپ مورد نیاز بر مبنای افزایش دبی (gpm) در دمای 180 درجه فارنهایت | --- | 123% | 123% |
| جرم مخصوص نسبت به آب | --- | 1.125 -1.135 | 1.045 -1.055 |
| چگالی در 60 درجه فارنهایت (lb/gallon) | --- | 9.42 | 8.77 |
| PH در 50 درصد حجمی | --- | 9.3 | 9.5 |
| نقطه انجماد | 55% | -50 F | -- |
| 50% | -37 F | -28 F | |
| 40% | -14 F | -13 F | |
| 30% | +2 F | +4 F | |
| 20% | 15 F | 17 F | |
|
*کلیه آیتم های فوق با آب مقایسه شده است. (نسبت به آب) water = 8.3453 Pounds/Gallon |
|||
حفاظت در برابر یخ زدگی
نقطه انجماد، دمایی است که در آن اولین کریستال یخ تشکیل می شود نه اینکه کل سیستم یخ بزند. بنابراین تجهیزات بایستی در دمایی زیر نقطه انجماد در برابر یخ زدگی کاملا محافظت شوند و اگر محفظه ای برای انباشت مایع غلیظ شده به مقدار 15 تا 20 درصدی ناشی از انبساط، وجود داشته باشد، سیستم در برابر ترکیدگی نیز محافظت خواهد شد. شاید از دستگاهها و تجهیزات داخل سیستم در دماهای پایین نتوان بهره برداری مطلوب کرد ولی از یخ زدگی و ترکیدگی جلوگیری به عمل خواهد آمد. در عین حال سیستم باید این اجازه را بدهد تا مایع درون آن انبساط یابد، لذا بایستی از منبع انبساط استفاده شود. در هر صورت برای بهره برداری از سیستم در دماهای پایین تر بایستی میزان افزایش حجم آن بدرستی محاسبه شده و منبع انبساط بر اساس آن انتخاب گردد.
ملاحظات طراحی
تفاوتهایی بین خواص آب و زمانیکه درصدی از اتیلن گلایکول در آب حل شود، وجود دارد و باید این تفاوتها در طراحی یک سیستم لحاظ گردد. جهت جبران این تفاوت در چگالی، میزان دبی و جریان بایستی تا 14 درصد برای دماهای بین 180 تا 220 درجه فارنهایت افزایش یابد. (جدول 1)
با توجه به افزایش دبی سیستم ، گرمای خروجی از پایانه های توزیع کننده گرما (رادیاتورها) تاثیر قابل ملاحظه ای از نظر کاهش راندمان نخواهند داشت. طراح بایستی در زمان انتخاب پمپ ، این افزایش جریان و اختلاف اتلاف اصطکاک را به حساب آورد. در دماهای طراحی بین 180 تا 220 درجه فارنهایت، هد مورد نیاز پمپ بایستی تا 23 درصد افزایش یابد. (جدول 1) صافی، تراپ (لوله U شکل) رسوب گیری یا سایر تجهیزات تمیزکاری سیستم لوله کشی باید فراهم گردد. محل نصب صافی بایستی در مسیر برگشت در ورودی بویلر و پمپ یا مبدل حرارتی باشد. این تجهیزات بایستی در طی راه اندازیهای اولیه جهت تمیزکاری سیستم از هر گونه لجن و مواد زائد داخل سیستم، بر روی سیستم نصب و مورد استفاده قرار گیرد.
محلول گلایکول گران است و به همین خاطر نشتی های سیستم بایستی بخوبی گرفته شود و بهتر است تا آنجایی که ممکن است از اتصالات جوشی و لحیم کاری استفاده شود و در جاهایی که اتصالات پیچی وجود دارد بایستی به دقت مواظبت شود. حلال ضدیخ بایستی حداقل سالی یکبار طبق روش پیشنهادی شرکت سازنده آن، کنترل شود. چون این محلول شامل مواد بازدارنده خوردگی است و این مواد بازدارنده در سیستم مصرف و به پایان می رسد ، لذا عدم کنترل بموقع آن، موجب می شود که محلول، خورنده شود. پس مهم خواهد بود که این محلول بموقع کنترل شده و در صورت نیاز ، مواد بازدارنده مجددا به سیستم اضافه شود و یا اینکه سیستم با محلول گلایکول تازه پر شود.
منبع انبساط
فاکتورهای زیادی وجود دارند که برای انتخاب منبع انبساط سیستمی که حاوی محلول ضدیخ است؛ بایستی مورد توجه قرار گیرند. باید از انتخاب منبع انبساط بزرگتر و یا کوچکتر از اندازه مناسب، جلوگیری شود. در اختیار داشتن اطلاعات ذیل در انتخاب بهتر منبع انبساط به طراح کمک شایانی می کند :
در سیستمهای گرمایش مسکونی، انبساط حجمی ناشی از تزریق ضدیخ به سیستم ، در حدود 1.2 برابر نسبت به انبساط آب به تنهایی می باشد. بنابراین منبع انتخاب شده برای چنین سیستمهایی بایستی حداقل 1.2 برابر بزرگتر از سایز معمولی باشد.
نکات ضروری
مراحل اضافه کردن ضدیخ به سیستم
پایین آوردن نقطه انجماد سیستمهای دارای حجم ثابت
برای پایین تر آوردن نقطه انجماد سیستم، لازم است تا میزان غلظت ضدیخ در سیستم افزایش یابد. برای این کار ابتدا بایستی میزان حلالیت گلایکول را در سیستم با هیدرومتر تست کرد تا میزان حلالیت گلایکول در محلول بدست آید. (Pt) با اطلاع از حجم کل سیستم (Vs) و درصد حلالیت مطلوب (Pd) ، می توان مقدارحجمی گلایکول لازم را که بایستی به سیستم اضافه شود را از رابطه به دست آورد:
Qa = Vs (Pd - Pt)/ (100 - Pt)
Qa : مقدارحجمی گلایکول لازم که بایستی به سیستم اضافه شود (گالن)
Vs : حجم کل سیستم
Pd : درصد محلول مطلوب
Pt : درصد حلالیت اندازه گیری شده
به عنوان مثال :
در یک سیستم، حجم کل برابر 120 گالن می باشد. برای رسیدن به نقطه انجماد 34- درجه فارنهایت، چه مقدار گلایکول بایستی به سیستم اضافه شود با دانستن اینکه مقدار گلایکول موجود در سیستم 30 درصد می باشد؟
پاسخ- با رجوع به جدول 3 مشخص می شود که ، برای رسیدن به نقطه انجماد 34- درجه فارنهایت میزان حلالیت گلایکول در آب بایستی حدود 50 درصد حجمی باشد و نقطه انجماد محلول فعلی (یعنی 30 درصد گلایکول) طبق جدول، 4 درجه فارنهایت می باشد. با این اطلاعات خواهیم داشت :
Qa = Vs (Pd - Pt)/ (100 - Pt)
= 120 (50-30)/ (100-30) = 34.3 gallon
یعنی به میزان 34.3 گالن محلول داخل سیستم بایستی تخلیه شده و همین مقدار گلایکول وارد سیستم شود تا بتوان دمای انجماد سیستم را تا 34- درجه فارنهایت پایین آورد.
محاسبه ظرفیت حجمی لوله ها
جدول 2- مقدار ظرفیت حجمی آب داخل لوله ها (گالن) بر اساس طول لوله (فوت)
| Ft Of Pipe Or Tube | Steel Pipe - IPS | Copper Tube -Nom | ||||||||
| "3/4 | "1 | "1/4 1 | "1/2 1 | "2 | "3/4 | "1 | "1 1/4 | "1 1/2 | "2 | |
| 1 | 0.027 | 0.044 | 0.077 | 0.105 | 0.173 | 0.025 | 0.044 | 0.068 | 0.095 | 0.16 |
| 5 | 0.1 | 0.2 | 0.4 | 0.5 | 0.9 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.8 |
| 10 | 0.3 | 0.4 | 0.8 | 1.1 | 1.7 | 0.3 | 0.4 | 0.7 | 1.0 | 1.6 |
| 50 | 1.4 | 2.2 | 3.9 | 5.3 | 8.7 | 1.3 | 2.2 | 3.4 | 4.8 | 8.2 |
| 100 | 2.7 | 4.4 | 7.7 | 10.5 | 17.3 | 2.5 | 4.4 | 6.8 | 9.5 | 16.4 |
| جدول 3- نقطه جوش و انجماد محلول آبی اتیلن گلایکول (Ethylene Glycol) |
|||
| نقطه جوش در فشار اتمسفر | نقطه انجماد | درصد اتیلن گلایکول | |
| درصد حجمی | درصد جرمی | ||
| 212 | 32.0 | 0.0 | 0.0 |
| 213 | 29.4 | 4.4 | 5.0 |
| 214 | 26. 2 | 8.9 | 10.0 |
| 215 | 22.2 | 13.6 | 15.0 |
| 216 | 17.9 | 18.1 | 20.0 |
| 216 | 16.8 | 19.2 | 21.0 |
| 216 | 15.9 | 20.1 | 22.0 |
| 217 | 14.9 | 21.0 | 23.0 |
| 217 | 13.7 | 22.0 | 24.0 |
| 218 | 12.7 | 22.9 | 25.0 |
| 218 | 11.4 | 23.9 | 26.0 |
| 218 | 10.4 | 24.8 | 27.0 |
| 219 | 9.2 | 25.8 | 28.0 |
| 219 | 8.0 | 26.7 | 29.0 |
| 220 | 6.7 | 27.7 | 30.0 |
| 220 | 5.4 | 28.7 | 31.0 |
| 220 | 4.2 | 29.6 | 32.0 |
| 220 | 2.9 | 30.6 | 33.0 |
| 220 | 1.4 | 31.6 | 34.0 |
| 221 | –0.2 | 32.6 | 35.0 |
| 221 | –1.5 | 33.5 | 36.0 |
| 221 | –3.0 | 34.5 | 37.0 |
| 221 | –4.5 | 35.5 | 38.0 |
| 221 | –6.4 | 36.5 | 39.0 |
| 222 | –8.1 | 37.5 | 40.0 |
| 222 | –9.8 | 38.5 | 41.0 |
| 222 | –11.7 | 39.5 | 42.0 |
| 223 | –13.5 | 40.5 | 43.0 |
| 223 | –15.5 | 41.5 | 44.0 |
| 224 | –17.5 | 42.5 | 45.0 |
| 224 | –19.8 | 43.5 | 46.0 |
| 224 | –21.6 | 44.5 | 47.0 |
| 224 | –23.9 | 45.5 | 48.0 |
| 224 | –26.7 | 46.6 | 49.0 |
| 225 | –28.9 | 47.6 | 50.0 |
| 225 | –31.2 | 48.6 | 51.0 |
| 225 | –33.6 | 49.6 | 52.0 |
| 226 | –36.2 | 50.6 | 53.0 |
| 226 | –38.8 | 51.6 | 54.0 |
| 227 | –42.0 | 52.7 | 55.0 |
| 227 | –44.7 | 53.7 | 56.0 |
| 228 | –50.0 | 54.7 | 57.0 |
| 228 | –52.7 | 55.7 | 58.0 |
| 229 | –52.7 | 56.8 | 59.0 |
| 229 | –54.9 | 57.8 | 60.0 |
| 235 | * | 62.8 | 65.0 |
| 242 | * | 68.3 | 70.0 |
| 248 | * | 73.6 | 75.0 |
| 255 | –52.2 | 78.9 | 80.0 |
| 273 | –34.5 | 84.3 | 85.0 |
| 285 | –21.6 | 89.7 | 90.0 |
| 317 | –3.0 | 95.0 | 95.0 |
Refrence:
