لولههای مویینه به عنوان دستگاههای انبساطی با دهانه ثابت درون سیستمهای HVAC عمل میکنند و کاهش فشار خودکار مایع مبرد را فراهم میکنند. وقتی مبرد تحت فشار بالا وارد این لولههای باریک میشود (معمولاً به ضخامت ۰٫۵ تا ۲ میلیمتر)، مقاومتی که در برابر دیوارههای لوله ایجاد میشود، منجر به کاهش تدریجی فشار میگردد. آنچه در ادامه اتفاق میافتد بسیار جالب است - مایع فشرده و سرد شده به مخلوطی از بخار و مایع با فشار و دمای پایینتر تبدیل میشود، که این امر باعث میگردد تا آماده جذب گرما بهصورت مؤثر در قسمت اواپراتور سیستم شود. یکی از مزایای بزرگ این سیستم این است که هیچ قطعه متحرکی در آن وجود ندارد. این سادگی مکانیکی در طول زمان اثبات کرده است که به خوبی کار میکند، چیزی که بسیاری از تکنسینها در تجربیات میدانی خود با نصبهای مختلف HVAC بهخوبی مشاهده کردهاند.
واحدهای کوچک تهویه هوا به طور کامل به شکل فیزیکی لوله مویینی برای کنترل جریان مبرد متکی هستند. مقدار مبردی که از لوله عبور میکند واقعاً به این بستگی دارد که لوله چقدر طولانی و پهن باشد. اگر کسی لوله را ۲۰٪ طولانیتر کند، معمولاً شاهد کاهشی در حدود یک سومی در مقدار مبرد عبوری خواهد بود، چون اصطکاک داخلی بیشتری ایجاد میشود. وقتی لولهها خیلی باریک شوند، مشکلات مقاومتی مشابهی را ایجاد میکنند که در مورد شیرهای انبساط مکانیکی پیشرفته نیز دیده میشود. چیز جالب در مورد این طراحیهای ساده این است که چگونه به صورت خودکار با تغییر فشارهای داخل سیستم، خود را تطبیق میدهند. به عنوان مثال دمای بالاتر هوای بیرون را در نظر بگیرید. با افزایش گرما، فشار کندانسور بالا میرود و این افزایش فشار به طور خودکار باعث افزایش جریان مبرد از طریق لوله مویینی میشود، بدون اینکه نیاز به الکترونیکهای پیچیده یا سنسورهای کنترلی باشد.
هنگامی که مبرد از لوله مویین عبور میکند، افت فشار قابل توجهی را تجربه میکند، گاهی بیش از 100 psi، در حالی که از حالت مایع به مخلوطی از مایع و بخار که به آن مخلوط دو فازه میگوییم تغییر مییابد. بیشتر این افت فشار در واقع در ابتدای مسیر رخ میدهد، تقریباً 90% افت فشار در یکسوم اولیه لوله رخ میدهد. تا زمانی که به ورودی تبخیرکننده میرسد، فشار معمولاً در محدودهای بین 60 تا 80 psi برای مبردهای استاندارد مانند R-410A یا مبردهای مشابه پایدار میشود. نحوه جریان سیال اساساً از این فرمول پیروی میکند: Q متناسب با دلتا P ضرب در D به توان چهارم تقسیم بر L است. در اینجا، D به قطر داخلی لوله و L به کل طول آن اشاره دارد.
عملکرد لولههای مویینگی واقعاً به تنظیم درست هندسه آنها بستگی دارد. وقتی لولهها طولانیتر میشوند، مقاومت بیشتری ایجاد میکنند و این باعث کاهش مقدار مبردی میشود که از طریق آنها عبور میکند. لولههای با قطر بزرگتر اجازه میدهند مقدار بیشتری ماده از آنها عبور کند. اشتباه در اندازهگیری این ابعاد به هر حال باعث مشکلاتی میشود، چه کاهش فشار خیلی کم باشد و چه مصرف انرژی بسیار زیاد شود. این موضوع برای سیستمهای تهویه هوا با لوله مویینگی کوچک اهمیت زیادی دارد، چون فضای کار بسیار محدود است. حتی تغییرات کوچک در ابعاد وقتی فضا تنگ است، تأثیر بسیار زیادی دارند. برای اینکه همه چیز به خوبی کار کند، تکنسینها باید اندازهگیریها را تا سطح میلیمتری انجام دهند تا همه چیز با نیازهای سیستم از نظر ظرفیت و بهرهوری هماهنگ شود.
قطر داخلی همراه با طول لوله نقش مهمی در تعیین میزان افت فشار بین قطعات کندانسور و اواپوریتور دارد. با توجه به اعداد واقعی از گزارش فاندامنتال 2022 ASHRAE، مشاهده میشود که افزایش قطر تنها 0.5 میلیمتری منجر به بهبود تقریباً 40 درصدی ظرفیت جریان میشود. از سوی دیگر، افزودن یک متر دیگر به طول لوله عموماً منجر به افزایش افت فشار در محدوده 15 تا 22 درصد میشود. بیشتر مهندسانی که روی این سیستمها کار میکنند، در هنگام ایجاد تغییرات گسترده در جریان، ابتدا قطرها را تنظیم میکنند و سپس با ریز تنظیم کردن طولها به جزئیات ظریفتر میپردازند. این رویکرد به آنها کمک میکند تا اثرات بهتر سابکولینگ (زیرسرمایش) را به دست آورند و در عین حال کل سیستم بهخوبی و بدون نوسانات غیرمنتظره کار کند.
لولههای خیلی بلند فشار اواپراتور را کاهش داده و کار کمپرسور را افزایش میدهند، در حالی که قطرهای بزرگتر به دلیل ایجاد شوک مایع خطر بازگشت مایع به کمپرسور را بالا میبرند. حداکثر ضریب عملکرد (COP) سیستم زمانی حاصل میشود که افت فشار در محدوده 8/1 تا 5/2 مگاپاسکال حفظ شود و با تفاوت دمای اشباع مناسب هماهنگ شود.
مهندسین از دو روش اصلی استفاده میکنند: نمودارهای تجربی که جریان مبرد را با تفاوت فشار مرتبط میکنند و مدلهای تحلیلی که اعداد بیبعد مانند رینولدز و ماخ را در بر میگیرند. طراحی مدرن به طور فزایندهای به دینامیک سیالات محاسبهگری (CFD) متکی است که دقتی در حد 97% در پیشبینی دبی جرمی را نسبت به روشهای سایزبندی سنتی فراهم میکند.
نرخ جریان جرمی در واحدهای کوچکتر تهویه مطبوع به عوامل متعددی بستگی دارد که شامل شکل و اندازه لولهها، نوع گاز مبرد مورد استفاده و تفاوت فشار درون سیستم میشود. اگر بهطور خاص به سیستمهای R134a نگاه کنیم، در صورت افزایش تنها ۱ باری در فشار ورودی، میزان جریان کلی را در حدود ۱۸ تا ۲۲ درصد افزایش میدهد، مطابق با دستههای ASHRAE از سال ۲۰۰۶. هنگامی که از شرایط جریان گرفتگی صحبت میکنیم، این اتفاق میافتد که فشار خروجی به حدود ۳۵ تا ۴۰ درصد فشار ورودی کاهش یابد، که در این حالت دیگر امکان افزایش جریان وجود ندارد. برای ارائه اعداد و ارقام مشخص، یک سیستم معمولی را در نظر بگیرید که فردی لولهای به قطر ۱ میلیمتر و طولی در حدود ۳/۳ متر را نصب کند. تحت شرایط عادی کارکرد و با اعمال فشار ۱۵ باری، چنین پیکربندیای تقریباً ۱۶ کیلوگرم در ساعت گاز مبرد را از طریق سیستم عبور میدهد. تکنسینهایی که روی این سیستمها کار میکنند باید تمام این روابط را در زمان نصب و نگهداری به خوبی در نظر داشته باشند.
فاز ورودی به طور قابل توجهی عملکرد را تحت تأثیر قرار میدهد. ورودی مایع زیرسرد شده دبی جریان را تا 35% نسبت به مخلوطهای دو فازی افزایش میدهد، زیرا تشکیل بخار و اتلافهای مرتبط با آن کاهش مییابد. به عنوان مثال:
تبخیر زودرس درون لوله باعث نوسانات فشار (2–3 بار) شده و ثبات سیستم را کاهش میدهد. مطالعات مدلسازی جریان تأیید میکنند که حفظ حداقل 8 کلوین زیر سرمایش از تبخیر زودرس در 89% از کاربردهای کوچک تهویه مطبوع جلوگیری میکند.
پس از یک فاز مایع اولیه متاپایدار، انبساط در یکسوم پایانی لوله به سرعت افزایش مییابد، جایی که گرادیانهای دما میتوانند از 50 درجه سانتیگراد بر متر فراتر روند. این موضوع اهمیت شارژ دقیق مبرد و طراحی سیستم را برجسته میکند.
لولههای مویین نقش کلیدی در سیستمهای فشردهسازی بخار را ایفا میکنند، زیرا به عنوان دستگاههای انبساطی با دهانه ثابت عمل میکنند که بخش کندانسور با فشار بالا را به بخش تبخیرکننده با فشار پایین سیستم متصل میکنند. وقتی مبرد وارد این لولههای باریک میشود، افت فشار ناگهانی رخ میدهد که منجر به تبخیر زودهنگام میشود. آنچه در اینجا اتفاق میافتد در واقع بسیار جالب است: مایع زیرسرد شده با فشار بالا به مخلوط سبکی اشباع شده و خنکتر تبدیل میشود که میتواند به طور مؤثر گرما را در داخل قطعه تبخیرکننده جذب کند. یکی از تفاوتهای بزرگ بین لولههای مویین و شیرهای انبساطی ترموستاتیک این است که این لولهها به هیچ گونه سنسور یا قطعات متحرکی نیاز ندارند. این ویژگی باعث میشود که آنها به ویژه برای کاربردهایی که در آنها نیاز به نگهداری بسیار کم است و سیستمها کاملاً در برابر دخالت خارجی در بسته بودن هستند، مناسب باشند.
لولههای مویینه بهدلیل قابلیت اطمینان و سادگیشان در کاربردهای حساس از نظر هزینه و با بار ثابت بهطور گستردهای استفاده میشوند. سیستمهای رایج عبارتند از:
این لوله مویینه کوچک ac طراحی بهویژه در نصبهای کوچک که فضا و قابلیت اطمینان اصلیترین عوامل هستند، بسیار مؤثر است. این سیستمها معمولاً در زیر ۵ تن کار میکنند و در شرایط محیطی ثابت عملکرد بهتری دارند. ماهیت خودجبرانکنندهشان امکان تطبیق با تغییرات کوچک بار را بدون نیاز به کنترلهای الکترونیکی فراهم میکند و این امر باعث افزایش دوام در سیستمهای دربسته دائمی میشود.
لولههای مویینگی در مورد سیستمهای کوچک HVAC مزایای واقعیای به همراه دارند. از آنجا که هیچ قطعه متحرکی در آنها وجود ندارد، این امر باعث میشود که سایش مکانیکی در طول زمان اتفاق نیفتد و در نتیجه نیاز به تعمیر و نگهداری و خرابیها کاهش یابد. این واقعیت که این لولهها فضای بسیار کمی اشغال میکنند، باعث میشود نصب آنها در مکانهای تنگ راحتتر باشد. علاوه بر این، توانایی آنها در کنترل دقیق جریان سیال به حفظ عملکرد پایدار سیستم در شرایط مختلف کمک میکند. یک گزارش اخیر از سال 2024 که به بررسی قابلیت اطمینان HVAC پرداخته بود یافته جالبی را نشان داد - سیستمهایی که از لولههای مویینگی استفاده میکردند، حدود 32 درصد کمتر از سیستمهایی که از نسخههای الکترونیکی استفاده میکردند، با مشکلات مربوط به دستگاههای انبساط مواجه شدند.
لولههای مویینی جریان مبرد را بهصورت خودکار در مواقعی که بار سیستم تغییر میکند، تنظیم میکنند. وقتی بار تبخیرکننده افزایش مییابد، اختلاف فشار نیز افزایش یافته و مبرد بیشتری را از طریق لوله هل میدهد. بهطور معکوس، وقتی بار کاهش مییابد، جریان بهصورت طبیعی کاهش مییابد و هیچ دخالت خارجی لازم نیست. چیزی که این لولهها را بسیار مفید میکند این است که عملکرد پایداری را بدون نیاز به سنسورهای پیشرفته یا سیستمهای کنترلی در تمام این فرآیندها حفظ میکنند. با این حال یک مشکل وجود دارد. چون لولههای مویینی دارای ابعاد ثابتی هستند، در شرایطی که تغییرات بار از حدود ۴۰٪ بیشتر یا کمتر از آنچه برای آن طراحی شدهاند، عملکرد ضعیفی دارند. این محدودیت به این معنی است که اپراتورها باید در هماهنگی الزامات کاربردی با مشخصات لوله دقت لازم را داشته باشند.
انتخاب لوله مویینی مناسب شامل تعادل بین سه عامل کلیدی است:
امروزه انتخاب ترکیبات مناسب از مواد بسیار مهم است، به خصوص وقتی با مبردهای جدیدتر مانند R-454B یا R-32 کار میکنیم. لولههای مسی استاندارد برای بسیاری از مبردهای معمولی مناسب هستند، هرچند گاهی اوقات در صورت استفاده از محلولهای پایه آمونیاکی، نیاز به یک لایه روکش نیکلی دارند. وقتی مواد با یکدیگر سازگار نیستند، به مرور زمان خرابیها هم درون خود لولهها و هم در ترکیب مبرد رخ میدهد. بر اساس تحقیقات ASHRAE انجام شده در سال 2023، این عدم تطابق میتواند بهرهوری سیستم را تا حدود 19 درصد کاهش دهد. بنابراین انتخاب مواد سازگار تنها یک روش خوب نیست، بلکه این امر است که باعث میشود سیستمها سالها بهطور مطمئن کار کنند و همچنان قابلیتهای عملکرد حرارتی خود را حفظ کنند.
EN
اخبار داغ