فرمول روش محاسبه ظرفیت مبدل استخری به دو روش دقیق و سرانگشتی حدودی

فرمول روش محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخری به دو روش دقیق و سریع سرانگشتی حدودی برای انواع مبدل حرارتی استخری

گروه مهندسی ناژو متخصص اجرای انواع استخر بتنی و پیش ساخته فایبرگلاس به منظور تکمیل اطلاعات مشتریان عزیز، توضیحات جامع و تخصصی و بررسی و مقایسه انواع مبدل حرارتی استخر را در ادامه به صورت کامل ارائه می کند. در ادامه با ما همراه باشید.

مبدل حرارتی استخر چیست؟

ابتدا باید بدانیم مبدل حرارتی استخر چیست و چه کاری را در سیستم موتورخانه استخر انجام می دهد. مبدل حرارتی وسیله ای است که وظیفه انتقال حرارت و تبادل گرما و سرما را بین دو سیال با دماهای متفاوت دارد. مبدل استخر با توجه به تعریف بالا وظیفه انتقال حرارت بین آب استخر و آب گرم که از مولد گرما به سمت مبدل می‌آید را برعهده دارد.

در گذشته استخر ها در فصول سرد سال غیر قابل استفاده بودند اما با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی ساخت مبدل ها و تنوع مبدل ها امروزه می‌توان دمای آب را در تمام طول سال در حد مطلوب نگه داشت.

انواع مبدل حرارتی استخر

در ادامه انواع مبدل حرارتی استخر را از نظر ساختار، ظرفیت حرارتی مبدل، جنس مبدل، نوع عملکرد، مزایا و معایب و… مورد بررسی و مقایسه قرار می دهیم.

انواع مبدل حرارتی استخر از نظر جنس

چدنی، فولادهای زنگ نزن (استنلس استیل، فریتی، آلومینیومی، نیکل و آلیاژهای آن)

البته مبدل حرارتی استخر از اجناس دیگری مانند مس هم تولید می شود که استفاده از آن به دلایلی که در ادامه مقاله ذکر می شود، توصیه نمی شود.

انواع مبدل از نظر نوع جریان

جریان موازی، جریان مخالف، جریان متقاطع.

انواع مبدل از نظر ساختار

مبدل حرارتی لوله‌ای، مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell And Tube) و مبدل حرارتی صفحه ای که هر کدام را می توان در تقسیم‌بندی‌های جداگانه بررسی کرد.

در این مقایسه به مبدل استخری پوسته و لوله، مبدل استخر صفحه ای و مبدل های برقی یا همان گرمکن برقی استخر می پردازیم.

عملکرد مبدل استخر

مبدل پوسته و لوله از پر کاربرد ترین نوع مبدل ها در تاسیسات هستند و از ساده ترین روش برای گرم کردن آب استخر استفاده می کنند. این نوع مبدل ها از دو مسیر مجزا در مبدل برای گرم کردن آب استخر استفاده می کنند.

در مسیر اول آب (سیال گرم) از دستگاه های مولد گرما (مثل: دیگ، پکیج، برق، انرژی خورشیدی و …) از یک سمت وارد و از سمت دیگر خارج می شود و سیال دوم که آب استخر است را گرم میکند. مبدل حرارتی پوسته لوله (Shell And Tube) و مبدل های صفحه ای از مبدلهای آب به آب مورد استفاده در استخرها می باشند.

جنس مبدل حرارتی استخر

برای بررسی جنس مبدل باید نوع آن را در نظر بگیریم.

در مبدل حرارتی پوسته و لوله برای پوسته از جنس فولاد زنگ نزن و فولادهای پر استحکام و کم آلیاژ استفاده می‌شود به طوری که حداقل برای ۱۵ سال دوام داشته باشند. (البته در شرایط کاری استاندارد) برای صفحات لوله گیر (Tube Sheet) از جنس های مختلف مثل فولادهای کروم و مولیبدن، دوپلکس و فولاد های کاپرنیکل و فولادهای BMO و آلیاژهای نیکل دار و تیتانیوم دار استفاده می‌شود.

برای سرپوش های فلنج مبدل در فشارهای پایین از چدن و در فشارهای بالاتر از جنس فولاد برای بدنه مبدل (پوسته) استفاده می شود. جنس لوله ها (Tube) از مس، استیل و آلیاژهای فولادی استفاده می شود. البته باید لوله ها با صفحات لوله گیر (Tube Sheet) ها هم، هماهنگ باشند. یعنی لوله ها باید برای جلوگیری از خوردگی گالوانیک از صفحات لوله گیر کاتدی‌تر باشند. جنس بافل ها نیز با توجه به پوسته و لوله ها تعیین می گردد تا خاصیت خوردگی ایجاد نشود.

و می تواند از جنس فولاد، برنج و … باشد. به شرطی که از لوله و پوسته، کاتدی‌تر نباشد و در صورت ایجاد خوردگی، بافل ها فدای لوله و پوسته گردند.

و

در مبدل حرارتی صفحه ای نیز از مواد گوناگونی بسته به صورت مصرف مبدل می‌توان استفاده کرد و جنس صفحات از فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای فولادی با تیتانیوم، نیکل، آلومینیوم و آلیاژهای اینکونل، تانتالم، پالادیوم و … می‌توان بهره برد. و برای پر کردن صفحات در مدل های کوچک جوشی از کروم نیکل برای فرآیند جوشکاری و پرکردن فضای درز‌‌ها استفاده می شود.

در مبدل برقی خطی که در خط لوله قرار می‌گیرند از جنس فولاد زنگ نزن تا بدنه UPVC و … کاربرد دارد و در مبدل های برقی مستغرق از المنت های سرامیکی و المنت های میله ای استفاده می شود که روکش‌های فلزی زنگ نزن دارند.

ظرفیت حرارتی مبدل استخر

مبدل حرارتی استخر قلب تاسیسات استخر است و چنانچه ظرفیت آن به درستی انتخاب نشود عملکرد مبدل را تحت الشعاع قرار می دهد و باعث عدم کارکرد مطلوب و رضایت بخش مبدل خواهد شد. چنانچه ظرفیت کم محاسبه شود دستیابی به دمای مطلوب و مدت زمان گرم شدن طولانی خواهد شد و اگر چنانچه مبدل بزرگتر از ظرفیت مورد نیاز باشد علاوه بر تحمیل هزینه اولیه بیشتر مصرف انرژی نیز بیشتر خواهد شد.

چند مورد که در انتخاب مبدل باید مد نظر داشت عبارتند از:

• نوع استخر از نظر روباز یا سرپوشیده بودن.
• راندمان مبدل و رده مصرف انرژی آن (برچسب رده بندی انرژی)
• جنس مبدل و نوع مبدل : مبدل های حرارتی با لوله های مسی و مبدل های حرارتی با لوله های استیل متفاوت بوده و نمی توان ظرفیت را تعمیم داد. همچنین مبدل صفحه ای با مبدل پوسته ولوله
• مقاومت جنس مبدل در مقابل آب استخر (PH ،کلر، خوردگی و …)
• ایجاد کمترین افت فشار با بیشترین بازده که منجر‌‌به راندمان مطلوب مبدل خواهد شد.
• ساختار مناسب و مستحکم و همچنین دسترسی راحت به اجزای مبدل هنگام تعمیرات.

محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی

قبل از آشنایی با فرمول های محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخر باید بدانیم در انتها می خواهیم چه چیزی را محاسبه کنیم.

امروزه برای انتخاب مبدل حرارتی، کارخانه ها معمولا در کاتالوگ های خود مبدل ها را بر حسب دو فاکتور KW و Ft2 معرفی می کنند. بنابراین برای تهیه مبدل حرارتی باید بدانیم برای استخر ما کدام مبدل با چه فاکتور KW و Ft2 کاربرد دارد، این فاکتور ها را محاسبه می کنیم و از روی کاتالوگ مبدل حرارتی که نزدیک ترین مشخصات را دارد انتخاب می کنیم.

در ادامه به شما یاد می دهیم که این فاکتور ها را چگونه :

• به صورت دقیق
  و
• به صورت سرانگشتی و تقریبی
  محاسبه کنید.

فرمول روش محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخری به دو روش دقیق و سریع سرانگشتی

فرمول محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخر به روش دقیق

حال با توجه به شرایط فوق می‌توان بار گرمایی آب استخر را با توجه به فرمول زیر بدست آورد. فرمول محاسبه به قرار زیر است.

برای محاسبه حجم آب استخر به لیتر به این صورت عمل می کنیم: (لیتر)حجم =(متر) طول x (متر)عرض x (متر)ارتفاع1000x

همچنین در فرمول بالا 4.18 ظرفیت گرمایی ویژه آب می باشد.

ذکر چند نکته ضروری است: مدت زمان پیش راه اندازی منظور زمانی است که از زمان شروع بکار سیستم تا زمان رسیدن دمای آب به دمای دلخواه می‌باشد. و بسته به نوع استخر می‌تواند بین 12 تا 72 ساعت باشد و هرچه زمان کمتر باشد انرژی بیشتری لازم است. مثلا در استخرهای خانگی اگر ۱۲ ساعت مد نظر باشد مبدل بزرگتری نیاز است.

Δt تغییرات دما : هرچه دمای آب پایین تر باشد تا رسیدن به دمای مطلوب استخر که ۲۸ الی ۳۰ درجه است انرژی بیشتری مصرف خواهد کرد. استخر روباز ۱.۵ الی ۲ برابر استخر سرپوشیده ظرفیت حرارتی نیاز دارد.

با فرمول بالا بار حرارتی استخر را با واحد (BTU/hr) محاسبه کنید. بعد از بدست آوردن بار حرارتی استخرها باید مبدل مناسب انتخاب شود که با تبدیل کردن واحد بی تی یو بر ساعت (BTU/hr) به کیلووات KW این امر انجام می شود.

همچنین میتوانید مقدار به دست آمده پس از تبدیل واحد را تقسیم به ۲ کنید تا فوت مبدل حرارتی با تقریب مناسبی محاسبه شود.

هر کیلووات برابر با 3412.1 بی تی یو بر ساعت (BTU/hr) می باشد بنابراین پس از محاسبه بار حرارتی استخر آن را تقسیم بر این مقدار کنید تا KW به دست آید.

محاسبه فوت مبدل حرارتی استخر به روش دقیق

امروزه انتخاب میدل های حرارتی مخصوصا استخر براساس فوت حرارتی، صورت می گیرد. البته که این روش انتخاب تقریبا سرانگشتی می باشد. ولی به طور کلی روند انتخاب و حل مسئله مبدل حرارتی، به دست آوردن بار حرارتی استخر ها می باشد. استفاده از فرمول زیر و به دست آوردن فوت حرارتی معمولا برای مبدل های حرارتی پوسته لوله مسی صورت می گیرد. برای انتخاب مبدل حرارتی استیل میتوان به کیلوات درج شده در کاتالوگ شرکت سازنده مبدل استیل استناد کرد.

فرمول محاسبه مبدل حرارتی استخر به روش سریع

روش محاسبه ظرفیت مبدل استخر به صورت سرانگشتی به این صورت است که به ازای هر متر مکعب استخر سرپوشیده ۱۱۰۰ کیلوکالری و برای هر متر مکعب استخر روباز بین ۱۶۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلوکالری در نظر بگیرید. مثلا استخری با ابعاد ۱.۵×۸×۶ را در نظر بگیرید که حجم استخر معادل ۷۲ متر مکعب خواهد شد.

اگر این استخر سر پوشیده باشد. kcal 79200 = 1100 × 72

اگر استخر رو باز باشد. kcal 115200= 1600 × 72

حال برای تبدیل واحد کیلو کالری به کیلووات عدد به دست آمده را بر ۸۶۰ تقسیم کرده تا ظرفیت به کیلووات به دست آید.

حال برای بدست آوردن فوت مبدل استخر عدد حاصل را کافی است تقسیم بر 2 کنیم.

فوت مبدل 46 = 2 ÷ Kw 92

فوت مبدل 76 = 2 ÷ 134 Kw

حال با توجه به اعداد بدست آمده نزدیکترین فوت مبدل موجود در بازار و بالاتر از این عدد ترجیحا انتخاب می شود. مبدل های استخر از ۹ تا ۹۰ فوت برای مبدل های استیل و مبدل های مسی U شکل تا ظرفیت ۱۸۰ فوت هم موجود میباشد.

نکته مهم در این قسمت استفاده از مبدل های برندهای معروف در صنعت استخر و جکوزی می باشد و توصیه می شود از مبدل های دست‌ساز تا حد ممکن استفاده نکنید.

مبدل استیل استخری به صورت دو سر فلنج و پوسته لوله یکپارچه (جوشی) در بازار موجود هستند. نوع یکپارچه جوشی بهتر است به صورت عمودی نصب شود.

فرمول روش محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخری به دو روش دقیق و سریع سرانگشتی

انواع مبدل حرارتی استخر

در ادامه به برخی از خصوصیات مبدل های مسی و استیل در استخر ها خواهیم پرداخت.

مبدل استخر مسی

به صورت کلی استفاده از مبدل پوسته لوله مسی برای استخر بدلیل وجود کلر در آب استخر مناسب نیست.

این مبدل های پوسته و لوله به صورت مستقیم و U شکل (یک سر فلنج) تولید میشوند. و گاه منظور از فوت مبدل در این نوع مبدل ها فوت مربع مس مصرف شده می باشد. که البته به صورت سرانگشتی و دقیق محاسبات خاص خودش را دارد. که به دلیل اینکه این نوع مبدل کاربرد کمتری دارد از پرداختن به آنها خودداری می‌کنیم. اما برخی از مزیت های مبدل پوسته لوله مسی به شرح زیر است.

معمولاً برای استخرهای بزرگ و مجموعه های تفریحی آبی گزینه مناسب تری هستند. به علت اینکه می‌توان از ظرفیت ۱۰ فوت تا ظرفیت ۷۵۰ فوت در یک مبدل مسی در بازار یافت و خریداری کرد. و با توجه به اینکه تعداد مبدل ها در این حالت می شود که کمتر باشد اتصالات لوله کشی و پمپ و سایر تجهیزات کمتری می توان نصب کرد.

ضریب هدایت مس از استیل بهتر است و قاعدتاً انتقال حرارت در مبدل های مسی بیشتر است.
چون به خاطر u بودن لوله های مسی و دو بار گذر بودن آب از سطح آنها بازده بیشتری به دست می‌آید.

مبدل استخر استیل

این نوع مبدل های پوسته و لوله که امروزه در ظرفیت های کوچک برای استخرهای ویلایی و آپارتمانی و استخرهای کوچک پرکاربردترند. برخلاف لوله های مسی که u شکل بوده به صورت مستقیم و یکبار گذر هستند. در بیشتر این نوع مبدل ها سطح لوله مارپیچ است و از داخل نیز لوله‌ها فین دارند تا باعث اغتشاش جریان شوند و سطح تبادل حرارت را بیشتر کنند.

مزایای مبدل استخری استیل

قیمت ارزان‌تر نسبت به مبدل های مسی و تکنولوژی ساخت قوی‌تر که باعث حجم کمتر این مبدل ها در مقایسه با مبدل های مسی با ظرفیت مشابه می شود و حجم اشغال توسط مبدل کاهش می‌یابد و صرفه جویی در فضای موتورخانه نیز یکی دیگر از مزایای آن هاست.
مبدل استیل استخری نسبت به مبدل‌های مسی رسوب پذیری کمتری داشته و میزان خورندگی آنها در اسید شویی به مراتب کمتر از نوع مسی است و از نظر وزن هم سبک تر هستند. به همین دلیل می توان با ساپورت گذاری سبک تری آنها را مهار کرد.

معایب مبدل استخری استیل

محدود بودن ظرفیت آنها که در حال حاضر تا ظرفیت ۹۰ فوت در بازار موجود است و برای داشتن ظرفیت بیشتر باید چند مبدل را به صورت موازی با هم به کار برد.
در مدل یکپارچه (جوشی) بازرسی لوله ها و تمیز کردن آنها به نسبت فلنجی‌ها سخت‌تر و پیچیده‌تر است. قطر اتصالات ورودی و خروجی این مبدل ها نهایتاً تا سایز ۲ اینچ در بازار موجود است.

مبدل حرارتی صفحه ای استخر (گسکتی و جوشی)

استفاده از مبدل صفحه ای برای گرمایش استخر بدلیل ایجاد افت فشار بالا و وجود مس در مبدل صفحه ای پیشنهاد نمیشود.

در استخرها برای استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای باید ملاحظاتی را در نظر گرفت و اولین و مهمترین آنها رسوب گذاری بیشتر در این مبدل ها می باشد که نیاز به مراقبت و نگهداری بیشتری دارند. البته مقاومت در برابر خوردگی توسط آب و کلر و حالت اسیدی ایجاد شد هم حائز اهمیت است که از این منظر مبدل های صفحه ای نمره قابل قبولی را کسب می‌کنند.

آنچه در نهایت در انتخاب مبدل مهم است نظافت خودکار، مقاومت در برابر خوردگی، طول عمر بالا، نصب آسان، رسوب گذاری کم در سطح مبدل، رده مصرف انرژی و راندمان و بازدهی بالا می باشد.
در مورد نصب مبدل ها نیز همواره باید از دستورالعمل شرکت سازنده پیروی چند تا بهترین بازدهی را به دست آورد.

مبدل برقی استخر یا گرمکن برقی

این مبدل ها که به صورت تک فاز و سه فاز موجود می باشند برای مکان هایی که دسترسی به گاز طبیعی و سایر سوخت ها سخت بوده و امکان پذیر نیست مناسب هستند منتها باید در استفاده از آنها مطالب زیر را به دقت در نظر گرفت.

برخی از این گرمکن ها با المنت مستقیم کار میکنند و برخی بصورت هیت پمپ با استفاده از سیستم کمپرسور و کندانسور آب را گرم میکنند.

بیشتر این مبدل ها در ظرفیت های تکفاز نهایتاً قادر به گرم کردن ۵۰۰۰ لیتر (m3۵ متر مکعب) آب هستند. لذا برای استخرهای بسیار کوچک خانگی و ویلایی و استخر های برزنتی پیش ساخته مناسب هستند.
آمپر مصرفی آنها را باید در نظر گرفت مثلا برای تامین دمای آب با حجم ۱۵۰۰۰ لیتر (m3۱۵ متر مکعب) نیاز به سه مبدل تکفاز می باشد که باید آمپر کل این گرمکن ها را بتوان تامین کرد.

محدودیت این مبدل ها که بیشترین حجم آبی که با در نظر گرفتن تمام تمهیدات الکتریکی و داشتن برق سه فاز ۳۸۰ ولت می توان گرم کرد. برابر ۱۵۰۰۰ گالن (حدود ۶۰ متر مکعب) است.
این مبدل ها بیشتر در مناطقی که دسترسی به گاز و گازوییل نیست و در استخرهای کوچک و متوسط و بزرگ کاربرد دارد.
این مبدل ها در سه نوع خطی و مستغرق و مخزن دارتولید می‌شوند که نوع خطی با اتصالات به پمپ و سیکل آب استخر متصل می‌گردد. نوع مستغرق شامل دو گونه میله‌ای و سرامیکی هستند که به صورت مستغرق داخل آب استخر قرار می‌گیرند و بهتر است هنگام استفاده از استخر از آب خارج شوند. بیشتر برای استخرهای کوچک که پیش‌بینی گرمایش و تهویه مناسب ندارند کاربرد دارد.

فرمول روش محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخری به دو روش دقیق و سریع سرانگشتی

محل نصب مبدل گرمایش استخر

بهترین محل برای نصب انواع مبدل حرارتی استخر (مبدل پوسته و لوله، مبدل صفحه ای، گرمکن برقی) بعد از پمپ و فیلتراسیون و قبل از دستگاه کلرزن می باشد. البته در استخرهای ویلایی و کوچک بعضاً خط گرمایش از خط تصفیه جداست که در این حالت بعد از پمپ مبدل نصب میشود و آب استخر توسط پمپ درون مبدل، سیرکوله می گردد تا به دمای مطلوب برسد.

در پایان ذکر این نکته اهمیت دارد که بعد از انتخاب مبدل دبی گذرنده از آن جهت انتخاب سیستم مولد گرما (دیگ یا پکیج) بسیار مهم است. چرا که علاوه بر ظرفیت مبدل دبی گذرنده از آن نیز در انتخاب پمپ و مولد حائز اهمیت می‌باشد. پمپ سیرکوله خطی آب گرم باید توانایی تامین دبی را داشته باشد و از طرفی مولد گرما هم باید با این دبی و ظرفیت توانایی تامین گرمای مورد نیاز مبدل را داشته باشد.

و

حال سوالی که مطرح می‌شود این است که می توان با پکیج دیواری آب استخر را گرم کرد؟ جواب بله است. اما چند شرط حتماً باید لحاظ شود.

توان پکیج زمینی یا دیواری باید بیشتر از ظرفیت مبدل باشد. مثلاً مبدل ۹ تا ۱۸ فوت توسط پکیج‌دیواری قابلیت تامین دارد. البته بعضا مبدل های بزرگتر نیز با پکیج دیواری ۳۶ تامین می شوند، البته زمان پیش گرمایش طولانی می شود و اصطحلاک پکیج قاعدتاً خیلی بالا می گردد.

پکیج های زمینی می توانند گزینه مناسبی باشند به شرط اینکه مبدل مصرفی مثلا استیل باشد. و ظرفیت دبی پمپ گرمایش پکیج با دبی گذرنده از مبدل همخوانی داشته باشد.

دیگ با پمپ مناسب و ظرفیت مناسب همواره سیستم مطمئن‌تر و کارآمدتری نسبت به پکیج خواهد بود و عمر تاسیسات موتورخانه ای با دیگ پمپ سیرکوله خیلی بیشتر از پکیج خواهد بود. اگرچه هزینه اولیه موتورخانه بیشتر باشد.

استفاده از پکیج زمینی و دیواری با توجه به حجم آب استخر قابل بررسی است. و استخرهایی که بیشتر از ۴۰ مترمکعب باشند قطعاً با پکیج دیواری گرم نخواهند شد. و پکیج زمینی با ظرفیت بالا نیاز دارند و از ۷۰-۶۰ متر مکعب حتماً نیاز به موتورخانه مناسب است.

راهنمای خرید مبدل حرارتی استخر

فروشگاه گروه مهندسی ناژو ، اطلاعات فنی، مشخصات و قیمت مبدل حرارتی استخر در انواع مدل ها، ظرفیت ها و برندهای مختلف را جهت مقایسه و خریدی مطمئن در اختیار مشتریان محترم قرار داده است.

همچنین می توانید جهت دریافت مشاوره رایگان و خرید مبدل استخر با کارشناسان گروه مهندسی ناژو تماس حاصل نمایید.

فرمول روش محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استخری به دو روش دقیق و سریع سرانگشتی