دیگها به عنوان یکی از مصرفکننده های عمده انرژی در ساختمان هستند، بطوریکه وضعیت عملکرد آن نقش مهمی در تعیین وضعیت مصرف انرژی ساختمان ایفا می نماید.

 

دیگ یا بویلر چیست؟

دیگ یا بویلر boiler  یک تجهیز تاسیساتی است که وظیفه ی آن گرم کردن یک سیال جهت مصارف مختلف می باشد . سیالات محصول فرآیند دیگ ها دسته بندی های متفاوتی از نظر نوع دیگ و نوع سیال ، جنس دیگ و تعداد پاس اگزاست و …. دارند. مانند دیگ آب گرم ، دیگ بخار و…

عملکرد دیگ ها شبیه عملکرد بدن انسان می باشد بدین معنا که با خوردن غذا ، انرژی تولید می گردد ، که این انرژی توسط شبکه ای از رگ ها به ماهیچه منتقل شده و بخشی از انرژی بصورت گرما از بدن خارج و اتلاف می گردد. اشاره به این نکته خالی از لطف نیست که تا پیش از سال ۱۷۶۲ میلادی یعنی قبل از تولید ماشین های بخار توسط وات اسکاتلندی، غیر از انرژی های طبیعی و پاکی مانند باد و آب ، نیروی محرکه ی تمام فرایند ها عضلات انسانی بود.

دیگ هایی که برای مصارف خانگی و ساختمانی(غیر از بیمارستان ها و برخی صنایع که دیگ بخار استفاده می کنند) مورد استفاده قرار می گیرند از نوع آب گرم می باشد که نسبت به دیگ های بخار از نظر طبقه بندی ظرفیتی،در کلاس پایین تری قرار دارند عموما ازازچند کیلووات (kw) تا حداکثر یک مگاوات(mw) می باشد و ظرفیت آن بیانگر مقدار انرژی حرارتی است که به آب منتقل می شود.اما در دیگ های بخار عدد ظرفیت آن بیانگر مقدار و تناژی تولید بخار آن دیگ می باشد و در رنج ظرفیتی بسیار بالاتری نسبت به دیگ های آب گرم قراردارند.

دسته بندی دیگ های مورد استفاده در ساختمان به طور کلی دیگ های مورد استفاده در تأسیسات ساختمان را به ۲ دسته، تقسیم می شوند:

1.  دیگ های چگالشی condensing boiler
2. دیگ های غیرچگالشی non condensing boiler

با افزایش روز افزون هزینه حامل های انرژی در دنیا، تولیدکنندگان این تجهیزات همواره در جهت بهبود کیفیت کارکرد و بهره گیری از تجهیزات کنترلی مناسب کوشیده اند که در این میان یکی از مهمترین اقدامات صورت گرفته،گسترش استفاده از دیگ های چگالشی می باشد.

در دیگ های غیر چگالشی گازهای حاصل از احتراق پس از گرم نمودن آبِ در گردشِ سیستم، با دمای بالا از طریق دودکش به محیط خارج تخلیه می گردد. تخلیه گازهای حاصل از احتراق با دمای بالای حدود ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد تلفات شدید انرژی را به ساختمان تحمیل می نماید. علاوه بر این، تنظیم نسبت سوخت به هوا در این دیگ ها با مشکلات فراوانی همراه بوده و بر این اساس، گاز مصرفی جهت تامین بار حرارتی ساختمان افزایش می یابد. از دیگر معایب دیگهای غیر چگالشی میتوان به عدم امکان تنظیم ظرفیت عملکرد آن با بار حرارتی مورد نیاز ساختمان، حجم آبگیری بالا، محدودیت در دمای آب برگشتی و محدودیت در دبی آب در گردش سیستم اشاره نمود.

راندمان فوق العاده بالای دیگ های چگالشی (کارآیی حدود۱۱۰ % ) از مهترین مزایای بهره گیری از این تجهیزات می باشد، گازهای حاصل از احتراق با دمای حدود ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتیگراد به محیط تخلیه می گردد که بدین ترتیب حداکثر استفاده از حرارت موجود امکان پذیر می گردد. همچنین دریافت گرمای نهان حاصل از چگالش گازهای احتراقی از دیگر نقاط تامین حرارت مورد نیاز سیستم است.

 

بخش های اصلی دیگ های آب گرم:

ساختار دیگ های آب گرم که آب را در محدوده ای بین ۰ تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد گرم می کنند عبارتند از، یک محفظه تحت فشار مشتمل بر مخزن ،لوله های آب، مبدل حرارتی ، مشعل ، دودکش و یک سیستم کنترلی تشکیل شده اند .گرمای حاصل از سوزاندن سوخت توسط مشعل که وظیفه تولید و نگهداشت شعله را برعهده دارد، به روش های متعدد (با توجه به انواع دیگ ها) به آب درون لوله ها یا مبدل انتقال می یابد.

عموما در دیگ های آب گرم متداول ،با کیفیت خوب و راندمان بالا ، در بهترین شرایط حداکثر راندمان آنها۸۰ -۸۲% می باشد چرا که تنها امکان بهتره گیری از گرمای محسوس سوخت را دارد،باتوجه به عدم کنترل پذیری کامل و عدم انطباق و همخوانی در کارکرد دیگ و مشعل (با توجه به این مطلب که دیگ و مشعل بصورت جداگانه و توسط شرکت های متعدد و با کیفیت های متعددی ارایه می شوند) کارایی این دیگ ها با افت راندمان تجمیعی بین ۶ تا ۱۰% موجه خواهند بود و راندمان نهایی بین ۷۰ تا ۷۵ % در بهینه و کیفی ترین شرایط خواهد بود.

 

 

 

دیگ چگالشی چیست؟ و چگالش در دیگ چگونه اتفاق می افتد؟

در یک دیگ معمولی (منظور دیگ آب گرم فایر تیوب می باشد) 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 نیز یکی از گاز های داغ تولید شده در فرآیند احتراق است، که نتیجه ترکیب هیدروژن با اکسیژن می باشد. اما دیگ های چگالشی (کندانسینگ بویلر)، حرارتی ایجاد شده توسط گازهای داغ اگزاست که تلف می شوند را جذب می کند، در ادامه بخار آب موجود در گازهای خروجی محصول احتراق ، 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 بازدهی دیگ را تا ۱۰- ۱۲% بالا می برد. در حقیقت بخار آب یکی از محصولات احتراق است که در دیگ های معمولی در دمای بالا از دودکش خارج می شود. اما در دیگ ها یا پکیج های چگالشی با استفاده ی مجدد از گاز های اگزاست دما بالا جهت پیشگرم کردن هوای ورودی به دیگ ، دمای گاز های اگزاست تا ۶۰ درجه سانتیگراد پایین آورده می شود که این کاهش دما سبب تبدیل بخار آب موجود در دودهای اگزاست به حالت مایع می گردد به این پدیده کندانس گفته می شود. دیگ هایی که از این تکنولوژی استفاده می کنند به دبگ های چگالشی یا کندانس معروف هستند.

 

 

 

 

مزیت های دیگ های چگالشی

راندمان بالای حرارتی و جنبه های مثبت زیست محیطی پکیج های چگالشی، قابلیت تغییر ظرفیت، کنترل پذیری وکاهش میزان فضای اشغال شده در موتورخانه، سهولت در نصب و راه اندازی، تسهیل تعمیر و نگهداری، کاهش هزینه های جاری ساختمان و همچنین کاهش میزان سر و صدا از ویژگیهای مهم پکیجهای چگالشی می باشند.

راندمان بالا

از مهمترین مشخصه های پکیج های چگالشی ،راندمان فوق العاده بالای این سیستم ها نسبت به سیستم های متداول یا سنتی می باشد (۹/۹۸ % در مقایسه با ۷۰ % ) از عمده ترین دلایل پایین بودن کارایی موتور خانه سنتی اختلاط ناقص سوخت و هوا که منجر به احتراق ناقص میگردد. تولید با تکنولوژی قدیمی این موتورخانه ها که موارد مربوط به صرفه جویی انرژی در آنها لحاظ نشده، مناسب نبودن عایق بندی دیگ، وجود رسوب در داخل پره ها و عدم تناسب ظرفیت حرارتی دیگ با مشعل از دیگر عوامل پایین بودن راندمان سیستم سنتی می باشد که در طراحی پکیج های چگالشی مرکزی این موارد اصلاح گردیده است. از دیگر پیامدهای این احتراق ناقص و مکش نامناسب دودکش، تولید دوده و ورود آن به ساختمان میباشد. در پکیج های چگالشی، میزان مصرف سوخت در قیاس با بویلرهای معمولی بسیار کمتر می باشد که سبب کاهش هزینه های پرداختی انرژی ساختمان می گردد. علاوه بر در نظر گرفتن مسائل اقتصادی و حرکت در جهت کاهش مصرف انرژی به عنوان یک حرکت ملی، تاثیر قابل توجه آن بر جنبه های زیست محیطی نیز از دیگر پارامترهای مهم به رهگیری از این تجهیزات است.

قابلیت تغییر ظرفیت و کنترل پذیری

می توان در ساعات عدم استفاده از ساختمان با کم کردن بار حرارتی سیستم موتورخانه، به میزان قابل توجهی در مصرف انرژی صرفه جویی نمود.

پکیج های چگالشی ،با قابلیت تغییر ظرفیت از ۱۷ %تا ۱۰۰ % توان کارکردی وبا توجه به نوع مشعل خود که از جنس الیاف فلزی هستند و بصورت تشعشعی کار می کنند،(شکل زیر) ، می توانند مطابق با نیاز حرارتی ساختمان تنظیم شوند و دارای فن دور متغییر. جهت افزایش کارایی و امکان مدولاسیون بیشتر و همچنین کاهش صدا و آلودگی های صوتی دیگ ها خواهد شد درحالیکه در بویلرهای متداول مورد استقاده قابلیت تغییر ظرفیت کارکرد را نداشته و بدین ترتیب استهلاک دستگاه و مصرف بالای انرژی به وقوع می پیوندد. باتوجه به معرفی تکنولوژی پکیج های مرکزی چگالشی گازسوز سیستم کنترلی پیشرفته پکیج های چگالشی، این فرآیند به صورت کاملا اتوماتیک انجام می گردد.

 

مشعل با کارکرد تشعشعی:

مشعل تشعشعی از جنس الیاف فلزی با قابلیت پخش یکنواخت شعله و افزایش امکان مدولاسیون (کازکزد مدولار ۱۷ تا ۱۰۰ درصد) افزایش کارایی و کاهش NOX از مشعل های پرمیکس استوانه ای استفاده می شود.

 

سیستم کنترلی پیشرفته و هوشمند دیگ های چگالشی:

این فرآیند به صورت کاملا اتوماتیک انجام می گردد. درحالی که در بویلرهای متداول مورد استقاده قابلیت تغییر ظرفیت کارکرد را نداشته و بدین ترتیب استهلاک دستگاه و مصرف بالای انرژی به وقوع می پیوندد. باتوجه به سیستم کنترلی پیشرفته دیگ های چگالشی، این فرآیند به صورت کاملا اتوماتیک انجام می شود.

مجهز بودن دیگ های چگالشی به سیستم کنترل هوشمند محیطی براساس اندازه گیری دمای هوای بیرون و با قابلیت برنامه ریزی ساعتی، روزانه، هفتگی، ماهانه و ساالنه می باشند و بدینوسیله با برنامه ریزی کامل این سیستم، میتوان صرفه جویی مضاعفی در مصرف انرژی ساختمان، علاوه بر راندمان بالای آن داشت. با توجه به اینکه ماهیت کارکرد این پکیج ها بصورت چگالشی می باشد، بنابراین محدودیت های بویلرهای رایج در رعایت حداقل دمای برگشت برای جریان آبگرم ورودی به بویلر و یا حداقل برقراری جریان آب در بویلر را نداشته و درنتیجه کنترل پذیری بیشتری دارند.

در استفاده از موتورخانه مرکزی به منظور گرمایش فضا و تأمین آب گرم مصرفی، آب در گردش به دماهایی در حدود ۸۰ درجه سانتیگراد و یا ۵۰ درجه سانتیگراد نیاز دارد و دمای آب برگشتی در سیستم چگالشی برای این کاربردها به ترتیب حدود۶۰ درجه سانتیگراد و ۳۰ درجه سانتیگراد می باشد. از اینرو در مولدهای بخار چگالشی از اثرات استهلاک موجود در سیستم های معمولی، مربوط به تعداد دفعات بالای خاموش و روشن شدن و اثرات انبساط حرارتی ناشی از گرم شدن شدید جلوگیری به عمل آمده است.

بویلرهای چگالشی راندمان بالای برای اختلاف دماهای ۶۰/۸۰ درجه سانتیگراد و ۳۰/۵۰ درجه سانتیگراد طراحی و توان سیستم در هر یک از این حالات در جداول و کاتالوگ های شرکت سازنده ارایه شده است.

 

 

کاهش میزان فضای اشغال شده در موتورخانه:

کوچک بودن ابعاد و پایین بودن وزن دیگ چگالشی از جمله مزایای این سیستم می باشد که سبب کاهش هزینه های حمل و نقل و نصب می گردد. این سیستم در زمان نصب به فونداسیون نیازی نداشته و قابلیت جانمایی درمجاورت دیوار را دارد.

 

 

سهولت در نصب و راه اندازی:

باتوجه به اینکه تمامی اتصالات دیگ های چگالشی در بالای تجهیز واقع شده اند، فرآیند لوله کشی واتصال آن به پکیج با سهولت انجام می گیرد.

و) تسهیل تعمیر و نگهداری

دیگ های چگالشی اصطلاحا MAINTENANCE FREE  هستند یا بعبارت دیگر نیاز چندانی به تعمیر و نگهداری ندارند. اما در صورت نیاز ، به دلیل دسترسی ساده و آسان به تمام اجزای پکیج چگالشی از طریق پانل جلویی سیستم، تعمیر و نگهداری سیستم با سرعت بالا و کمترین هزینه ممکن می باشد.

فوق کم صدا و کاهش میزان سر و صدا:

پایین بودن صدای تولیدی دیگ های چگالشی حتی در ظرفیت های بسیار بالا در زمان کارکرد ازجمله مزایای این تجهیز نسبت به بویلرهای متداول می باشد. از آنجائی که هر ساختمان به فضایی با آرامش متناسب با کاربری آن نیازمند می باشد،

بنابراین کاهش سر و صدای ناشی از تجهیزات موتورخانه از جمله نکات قابل توجه میباشد. این دیگ ها کاملا بی صدا و بدون لرزه و ارتعاش می باشند و نیازی به اجرای فونداسیون و زیرسازی برای کاهش ارتعاش ندارند.

 

قابلیت برنامه ریزی برای مدت زمان طولانی:

قابلیت برنامه ریزی ساعات کارکرد و مجهز به سیستم کنترل هوشمند محیطی تغییرات دمای هوا در طول روز موجب افزایش یا کاهش دمای داخل ساختمان شده که نتیجه آن انحراف دمای داخل ساختمان از محدوده آسایش و مصرف بیهوده سوخت و انرژی می باشد. عدم نصب سیستم کنترل محیطی هوشمند در موتورخانه سنتی باعث خروج عملکرد دیگ و مشعل از حالت بهینه خود و کاهش بازده آنها شده وعدم تنظیمات فصلی در موتورخانه ها موجب افت شدید راندمان و افزایش مصرف سوخت می گردد. پکیج های مرکزی چگالشی راندمان بالا دارای سیستم کنترل هوشمند محیطی براساس اندازه گیری دمای هوای بیرون و با قابلیت برنامه ریزی ساعتی، روزانه، هفتگی، ماهانه و سالانه می باشند. بدینوسیله با برنامه ریزی کامل این سیستم، علاوه بر راندمان بالای آن، میتوان صرفه جویی مضاعفی در مصرف انرژی تا ۶۰ درصد در ساختمان های اداری و تجاری و ۵۰ درصد در ساختمان های مسکونی داشت.

با توجه به اینکه ماهیت کارکرد این پکیجها بصورت چگالشی میباشد، بنابراین محدودیتهای سیستمهای سنتی در رعایت حداقل دمای برگشت برای جریان آبگرم ورودی به بویلر و یا حداقل برقراری جریان آب در بویلر را نداشته و درنتیجه کنترل پذیری بیشتری دارند.

 

مقایسه تکنولوژی تکنولوژی کارکرد سیستم دیگ چگالشی مرکزی با دیگ های رایج

بویلرهای رایج (غیر چگالشی)

بطور کلی در بویلرهای متداول غیر چگالشی چنانچه دارای کیفیت مطلوب باشند و تمامی پارامترهای لازم را در ساخت و اجرا را رعایت نمایند، فقط امکان بهره گیری از گرمای محسوس سوخت برای انتقال به آب وجود دارد .

در این بویلرها با توجه به راندمان مبدل حرارتی، بخشی از گرمای محسوس سوخت به آب منتقل می شود که این مقدار در بویلرهای مختلف متفاوت خواهد بود و قسمتی از گرمای محسوس که به آب منتقل نشده به همراه تمام گرمای نهان از طریق دودکش به محیط بیرون تخلیه می شود.

 

بویلر های چگالشی گازسوز

راندمان بویلرهای رایج را با اضافه کردن برخی تجهیزات جانبی و سیستمهای کنترل می توان افزایش داد، البته در بیشتر حالت ها، بهبود راندمان بویلر با کاهش دمای گازهای خروجی از دودکش و در نتیجه امکان بروز میعان، همراه است و بروز میعان موجب خوردگی در سطح دودکش و مبدلهای حرارتی میگردد. براین اساس نسل جدیدی از بویلرها جهت کارکرد در این شرایط طراحی گردیدند که بدلیل بروز میعان در آنها، اصطلاحا بویلر چگالشی نامیدهمی شوند. قابل ذکر است این بویلرها از موادی ساخته شده اند که در برابر خوردگی حاصل از مایع تولید شده که خاصیت اسیدی دارد، مقاوم می باشند.

میتوان گفت بویلرهای چگالشی، بویلرهای جدید و راندمان بالایی هستند که دارای مبدل حرارتی مکملی می باشند که گرمای گازهای خروجی از دودکش را برای پیشگرم کردن آب مورد استفاده قرار میدهند و با توجه به گرفتن گرمای گازهای خروجی، این گازها خنک شده و بخار آب موجود در آنها به آب تبدیل می شود و این آب از طریق مجرای مناسب به خارج از بویلر تخلیه میگردد. البته باید توجه داشت که این مایع تولید شده بدلیل وجود اکسیدهای گوگرد و نیتروژن، مقدار خیلی کمی خاصیت اسیدی دارد، بنابراین در این بویلرها با توجه به دمای پایین گازهای خروجی کمتر از ۷۰ درجه سانتیگراد، از دودکش و سیستم تخلیه آب پلاستیکی استفاده می شود.

پکیج های چگالشی دارای یک مبدل حرارتی با راندمان بسیار بالا جهت استحصال تمامی گرمای محسوس سوخت و همچنین گرمای نهان موجود در بخار آب میباشند و تلفات حرارتی و تشعشعی از بدنه این پکیج ها بسیار ناچیز است، تمامی این ویژگیها موجب میشود که دستیابی به راندمان ۱۱۰ % در این پکیج ها میسر گردد. جنس و آلیاژ مبدل حرارتی راندمان بالا از آلیاژ آلومنیوم – سیلیکون، با طول عمر باال، بدون رسوبگیری و نیاز به تعمیر و نگهداری می باشند. لازم به ذکر است که علاوه بر آلیاژهای آلو مینیوم سیلیکون از آلیاژهای استنلس استیل جهت مبدل دیگ های چگالشی نیز استفاده می شود و دلیل انتخاب این فلزات و آلیاژها مقاومت در برابر خوردگی و شوک های حرارتی بسیار زیاد و بعبارتی تنشهای حرارتی بالا می باشد.

نتیجه گیری کلی

محاسبات اقتصادی بیانگر این مساله می باشد که با بکارگیری موتورخانه مرکزی چگالشی راندمان بالا و همچنین استفاده از سیستم کنترل هوشمند و امکان تنظیم دما در ایام مختلف شبانه روز و در روزهای مختلف کاری، میزان مصرف انرژی به کمتر از نصف کاهش می یابد. علاوه بر این، با جبران سرمایه گذاری انجام شده با اعمال هزینه استفاده از فضای موتورخانه، فونداسیون و صرفه جویی در مصرف سایر انرژی ها شامل آب و برق ( به دلیل استفاده از سیستم هوشمند کنترل پذیر) میتوان در طول عمر عملیاتی ساختمان از صرفه جویی انجام شده بهرهمند گردید. سیستمهای نوین پکیج های مرکزی چگالشی و طراحی مهندسی باعث صرفه جویی حداقل ۵۰ % درصدی سالانه در مصرف انرژی، افزایش کارآیی تا ۱۱۰% درصد و حذف تجهیزات اضافی می شود. از آنجا که در

حال حاضر مسائل مربوط به کاهش مصرف سوخت و واقعی شدن قیمت انرژی در کشور مطرح می باشد، استفاده از پکیج های چگالشی گازسوز راندمان بالا مقرون به صرفه بوده و اجرای آن پیشنهاد می گردد. همچنین در استفاده ازاین پکیج ها علاوه بر کاهش مصرف سوخت، بایستی به سایر مزایای این سیستم از جمله کاهش آلودگی صوتی ومحیطی و همچنین کم حجم بودن فضای اشغال شده توسط سیستم جدید نیز اشاره نمود.