کندانسور هوایی تجهیزی برای کاهش دمای سیالاتی همچون آب بوده، که از جریان هوای آزاد هوا برای این منظور استفاده می کند.
در این کندانسور تنها از جریان هوا استفاده شده و برخلاف مبدل آبی یا تبخیری، از آب در آن استفاده نمی شود؛ از این رو از این مبدل ها می توان در مکان هایی که دسترسی به آب دشوار است، به راحتی استفاده کرد.
معرفی کندانسور هوایی
کندانسور هوایی یا هوا خنک (Air-cooled condenser) نوعی کندانسور بوده که گرمای سیال یا بخار ورودی به آن را به طور مستقیم به جریان آزاد هوا منتقل می کند.
به همین دلیل این کندانسور یک روش سرمایش خشک به حساب می آید. عدم استفاده از آب در این نوع کندانسور باعث سادگی ساختار آن و جلوگیری از بروز برخی از مشکلات مانند نشتی آب خنک کننده می شود.
بیشتر بخوانید: کندانسور آبی چیست؟ انواع و مهمترین ویژگی آن
همچنین، از آنجا که این کندانسور مستقیماً با هوای آزاد در ارتباط است، لذا چگالش سیال به دمای حباب خشک هوای محیط بستگی دارد. کندانسورهای هوایی معمولاً از اجزایی از جمله مبدل های فین دار، لوله های مسی یا آلومینیومی، و فن های خنک کننده تشکیل شده اند.
در صورتی که ورودی این کندانسورها بخار داغ یا بخار اشباع باشد، ابتدا دمای بخار کاهش یافته، سپس به مایع تبدیل شده، و نهایتا دمای مایع نیز کاهش می یابد.
در صورتی که محاسبات مربوط به طراحی کندانسور از جمله ابعاد و جنس کویل، نوع و توان فن به درستی انجام نشود، فرایند چگالش به خوبی انجام نخواهد گرفت. علاوه بر این موارد لازم است تا کندانسور متناسب با دمای هوای محیط مورد نظر انتخاب شود، تا بتوان بهترین بازدهی را از آن دریافت کرد.
نحوه عملکرد کندانسور هوایی
درکندانسور هوایی ابتدا بخار داغ یا اشباع وارد کویل های کندانسور شده و از درون لوله های مارپیچ کویل عبور می کند. بر روی این لوله ها از سطوحی به نام فین جهت افزایش سطح تبادل حرارتی استفاده می شود.
این فین ها صفحات بسیار نازکی بوده که با فاصله معینی بر روی لوله ها قرار می گیرند. فن های قرار گرفته بر روی کندانسور نیز وظیفه به گردش درآوردن جریان هوا و عبور آن از روی فین های کویل کندانسور را بر عهده دارند.
وجود فن ها باعث ایجاد انتقال حرارت اجباری شده که میزان تبادل حرارت بین سیال درون لوله ها و جریان هوای آزاد را افزایش می دهد. همانطور که اشاره شد، دمای چگالش سیال به دمای خشک هوای محیط بستگی دارد.
به طوری که هر چقدر دمای هوای محیط کمتر باشد دمای چگالش سیال نیز پایین تر خواهد بود، که این موضوع باعث افزایش ظرفیت حرارتی کندانسور خواهد شد.
طراحی و عملکرد کندانسور هوایی
از آنجا که فرایند چگالش سیال توسط کندانسورهای هوایی مستقیماً با هوای محیط در ارتباط است، لذا دمای هوای محیط و پارامتری تحت عنوان اختلاف دمای چگالش یا اختلاف دمای کندانسور از پارامترهای مهم محسوب خواهند شد.
معمولا در صنعت به پارامتر اختلاف دمای چگالش اصطلاحا دلتا نیز گفته می شود. معمولاً دمای چگالش حدود ۷ الی ۱۲ درجه سانتیگراد بیشتر از دمای محیط است.
از این رو، این دمای ۷ الی ۱۲ درجه نیز به عنوان اختلاف دمای مبدل یا دلتای آن شناخته می شود. بنابراین با داشتن دمای هوای محیط و در نظر گرفتن دلتا (با توجه به اقلیم منطقه) می توان دمای چگالش سیال را محاسبه کرد.
برای مثال، اگر دمای هوای خشک محیط ۴۲ درجه سانتیگراد باشد، با در نظر گرفتن دلتای ۸ درجه سانتیگراد، دمای چگالش سیال درون مبدل ۵۰ درجه سانتیگراد خواهد شد.
| اقلیمی منطقه | اختلاف دمای چگالش (دلتا) (درجه سانتی گراد) |
| منطقه گرم | 8 – 5 |
| منطقه معتدل | 12 – 10 |
| منطقه سرد | 15 – 12 |
هنگام طراحی و یا انتخاب مبدل های هوا خنک باید به این نکته توجه کرد که اختلاف دمای مبدل بیش از حد زیاد نشود، چرا که این موضوع باعث کاهش بازدهی آن خواهد شد. (شما میتوانید برای اطلاعات بیشتر مقاله ویژگی های مینی چیلر تراکمی هوا خنک را مطالعه کنید.)
از طرفی کاهش این مقدار منجر به بزرگتر شدن ابعاد کندانسور و کویل های مربوط به آن می شود، که این موضوع نیز باعث تحمیل شدن هزینه های زیادی خواهد شد.
بنابراین محدوده مناسب چگالش حدود ۲۰ الی ۵۵ درجه سانتیگراد است. از این رو توصیه می شود، در مناطقی که دمای هوای محیط بیش از ۴۲ درجه سانتیگراد است از این نوع کندانسور استفاده نشود.
عملکرد کندانسور هوایی نیز بدین صورت است که ابتدا بخار داغ یا اشباع وارد کویل های کندانسور شده و از درون لوله های مارپیچ کویل عبور می کند. بر روی این لوله ها از سطوحی به نام فین جهت افزایش سطح تبادل حرارتی استفاده می شود.
این فین ها صفحات بسیار نازکی بوده که با فاصله معینی بر روی لوله ها قرار می گیرند. فن های قرار گرفته بر روی کندانسور نیز وظیفه به گردش درآوردن جریان هوا و عبور آن از روی فین های کویل کندانسور را بر عهده دارند.
وجود فن ها باعث ایجاد انتقال حرارت اجباری شده که میزان تبادل حرارت بین سیال درون لوله ها و جریان هوای آزاد را افزایش می دهد. همانطور که اشاره شد، دمای چگالش سیال به دمای خشک هوای محیط بستگی دارد.
به طوری که هر چقدر دمای هوای محیط کمتر باشد دمای چگالش سیال نیز پایین تر خواهد بود، که این موضوع باعث افزایش ظرفیت حرارتی کندانسور خواهد شد.
بخوانید: آشنایی با انواع ظرفیت کمپرسور و روش محاسبه آن
از دیگر راه های افزایش ظرفیت حرارتی کندانسور، استفاده از سطوح حرارتی بزرگتر، افزایش سرعت جریان هوا به واسطه فن های بیشتر یا پرقدرت تر، و استفاده از متریال هایی با ضریب انتفال حرارت بالاتر است.
ویژگی های کندانسور هوایی
کندانسورهای هوا خنک بر خلاف نوع آب خنک و تبخیری نیازی به آب نداشته و تنها با کمک جریان هوا کار می کنند. این ویژگی باعث می شود تا پیچیدگی و هزینه اولیه این تجهیز کمتر باشد.
کندانسورهای هوایی را می توان در محل های مختلف از جمله پشت بام نصب کرد؛ همچنین نصب آن ها ساده بوده و نیاز به فضای کمی دارد.
یکی از مهمترین ویژگی های این کندانسورها طول عمر بالای آن ها بوده، و از آنجا که این کندانسورها از آب برای خنک کنندگی استفاده نمی کنند، لذا نیازی به رسوب گیری و سختی گیری نداشته، و پدیده هایی همچون خوردگی و زنگ زدگی در آن ها رخ نمی دهد.
از مزایای این کندانسور می توان به موارد زیر اشاره کرد
۱. بی نیاز از آب، و مناسب برای مناطق دور از منابع آبی
- هزینه بهره برداری مقرون به صرفه
- نصب و استفاده آسان، و بی نیاز از تجهیزات جانبی
- قابلیت استفاده مداوم
- عدم آلودگی محیط زیست
معایب این کندانسور نیز عبارت است از:
- دمای چگالش بالاتر، باعث کاهش بازدهی کندانسور شده و برای مناطق گرمسیر مناسب نخواهد بود.
- با توجه به ساختار پره ای مبدل، برای مناطقی با هوای آلوده و دارای گرد و غبار مناسب نیست.
- ظرفیت آن ها نسبت به نوع آبی کمتر است.
انواع کندانسور هوایی
کندانسرهای هوایی از نظر ساختار ظاهری و عملکرد دارای تفاوت هایی با یکدیگر هستند. این تفاوت ها باعث شده تا بتوان از هر یک از آن ها در کاربردهای متفاوت و با مقدار دلتای مختلفی استفاده کرد.
به طور کلی می توان این کندانسورها را به سه نوع افقی یا تخت، عمودی، مورب یا وی شکل (V-شکل) تقسیم بندی کرد:
کندانسور هوایی افقی یا تخت (Flat)
کندانسور هوایی افقی یا تخت دارای ساختار ساده ای بوده و کویل های خنک کننده در کنار یکدیگر و به صورت تخت قرار می گیرند. این نوع کندانسورها قابلیت افزایش مدار گردشی را داشته و می توان چندین مدار مجزا را با دماهای مختلف خنک کاری کرد. (شما میتوانید درباره کویل کندانسور چیست؟ به صورت کامل بخوانید.)
این نوع کندانسورها را می توان به راحتی گسترش داده تا بتوان اختلاف دمای چگالش مناسبی را ایجاد کرد. از دیگر ویژگی های این نوع کندانسور می توان به تحمل فشار و دمای بالا اشاره داشت.
کندانسور هوایی عمودی یا ایستاده (Standing)
از کندانسورهای عمودی یا ایستاده می توان در فضای در دسترس کوچک استفاده نمود. هنگام نصب و استفاده از این نوع کندانسورها باید دقت داشت تا جریان هوای آزاد باعث اختلال در عملکرد فن های کندانسور نشود؛ بنابراین باید توجه داشت که جریان باد با محور فن ها هم راستا نباشد.
معمولاً از این نوع کندانسورها در صنعت تهویه مطبوع و یونیت خارجی کولرهای گازی به وفور استفاده می شود.
کندانسور هوایی مورب یا وی شکل (V-شکل)
کندانسور هوایی وی شکل یکی از محبوب ترین کندانسورها است. در این نوع کندانسورها از دو کویله زاویه دار استفاده می شود. جریان هوا به واسطه فن ها از روی صفحات این کویل ها عبور کرده، و به دلیل مورب بودن کویل ها، زمان تماس جریان هوای عبوری از روی صفحات کندانسور افزایش پیدا می کند؛ این موضوع باعث افزایش تبادل حرارتی و ظرفیت کندانسور می شود.
کندانسورهای وی شکل را می توان به دو صورت Full circuit و Half circuit طراحی نمود.
کاربرد کندانسور هوایی
همونطور که گفته شد از کندانسور برای چگالش سیال درون کویل استفاده می شود. در کندانسورهای هوایی جریان هوا مستقیماً با لوله های کویل در ارتباط بوده و دارای تبادل حرارتی است.
این نوع کندانسورها به دلیل ساختار ساده خود دارای کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف می باشند. این موارد شامل صنعت تهویه مطبوع، تبرید خانگی، و تبرید صنعتی است.
- تهویه مطبوع: در تهویه مطبوع و برای ایجاد سرمایش در تابستان اغلب از چیلرها و کولرهای گازی استفاده می شود. با توجه به عملکرد این تجهیزات، نیاز به استفاده از کندانسور جهت خنک سازی سیال وارد شونده به اوپراتور است. به همین منظور در بسیاری از سیستم های تهویه مطبوع ساختمانی از جمله کولر گازی، داکت اسپیلت، و چیلر از کندانسور هوایی برای دفع حرارت سیال سرد کننده استفاده می شود.
- تبرید خانگی: در تبرید خانگی نیز می توان از کندانسورهای هوایی استفاده نمود؛ از جمله این موارد می توان به آبسردکن ها و یخچال های خانگی و تجاری اشاره کرد. از آنجا که ظرفیت برودتی این سیستم ها اندک است، لذا انتخاب کندانسور هوایی به دلیل بازدهی خوب خود و همچنین هزینه بهره برداری و تعمیر و نگهداری اندک ، از جمله بهترین گزینه ها محسوب می شود.
- تبرید صنعتی: در تبرید صنعتی و در صنایعی مانند مواد شیمیایی، پتروشیمی، سردخانه های صنعتی و غیره می توان از کندانسور هوایی استفاده نمود. هرچند که ظرفیت کندانسورهای هوایی نسبت به نوع آبی کمتر است، اما در برخی موارد به دلایلی همچون دسترسی دشوار به منابع آبی، کمبود فضا، و رطوبت بالای محیط استفاده از کندانسورهای هوایی توصیه می شود.
جمع بندی
کندانسورهای هوایی یکی از انواع کندانسورهای مورد استفاده در صنایع تهویه مطبوع و تبرید است. این نوع کندانسور به طور مستقیم با هوا تبادل حرارتی انجام داده و باعث خنک شدن سیال درون لوله های کویل می شود.
همچنین برای افزایش انتقال حرارت از پره هایی به نام فین استفاده شده، که باعث افزایش سطح تبادل حرارتی می شود. این کندانسورها دارای انواع مختلفی بوده، که از نظر ظاهری و ساختاری می توان آن ها را به سه دسته افقی، عمودی، و وی-شکل تقسیم بندی کرد.
از کندانسورهای هوایی اغلب در سیستم های تهویه مطبوع و تبرید مانند کولر گازی، چیلر، و داکت اسپلیت استفاده می شود. همچنین در برخی موارد می توان از این نوع کندانسورها در تبرید صنعتی نیز استفاده نمود.