طراحی موتورخانه تاسیسات مکانیکی ساختمان

طراحی موتورخانه تاسیسات مکانیکی ساختمان
انتخاب صحیح سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی، مهمترین قسمت بخش طراحی تاسیسات مکانیکی ساختمان است.

به طوریکه اگر تمامی محاسبات دیگر از قبیل محاسبات بار ساختمان، لوله کشی‌ها و غیره به درستی انجام شده باشند ولی در نهایت دستگاه‌های سرمایشی و گرمایشی به طرز درستی انتخاب نشوند کل تاسیسات مکانیکی ساختمان تحت الشعاع قرار گرفته و نتیجه‌ی مورد نظر بدست نخواهد آمد. به طور کلی منظور از انتخاب صحیح یک سیستم در نظر گرفتن دو جنبه‌ی فنی و اقتصادی آن است.
بدین مفهوم که یک انتخاب صحیح انتخابی خواهد بود که علاوه بر لحاظ کردن جنبه‌های اقتصادی در آن بتواند به جهت فنی و تکنیکی نیز پاسخگوی نیازهای ساختمان باشد. به عنوان مثال سیستم‌های سرمایش تبخیری جهت ایجاد درجه حرارت‌های پایین مناسب نیستند و یا ممکن است دستگاهی از قبیل پکیج هوایی انبساط مستقیم به جهت بار سرمایشی به درستی انتخاب شده باشند ولی به جهت مقدار هوادهی دارای مشکل باشد‌، دراین صورت نخواهد توانست نیازهای ساختمان را برآورد نماید.
بنابراین برای یک انتخاب صحیح باید پارامترهای مختلفی مورد توجه قرار گیرد. دراین قسمت انتخاب صحیح سیستم‌های کمپرسوری تولید برودت نظیر چیلرها و پکیج‌ها بیشتر مورد نظر هستند. برای انتخاب درست این سیستم‌ها باید به دو مفهوم زیر توجه شود:
1- منظور از بار سرمایشی واقعی‌، باری است که از اجزای مختلف ساختمان نظیر جدارهای خارجی، نفوذ هوا، منابع داخلی و غیره ایجاد می شود.
2- منظور از بار سرمایشی اسمی (Nominal)‌؛ ظرفیت اسمی دستگاه است بطوریکه بتواند پاسخگوی مقدار بار واقعی ساختمان باشد.
بنابراین همواره بار اسمی (ظرفیت دستگاه) از بار واقعی (بار ساختمان) بیشتر خواهد بود ولی نکته این است که چه مقدار بیشتر؟

در واقع طراح باید بتواند با محاسبه مقدار بار ساختمان، ظرفیت اسمی دستگاه را به گونه‌ای انتخاب نماید که توانایی پاسخگویی نیاز سرمایشی ساختمان را داشته باشد و از آنجا که بار سرمایشی یک کمیت متغیر با زمان است دستگاه انتخاب شده باید در هر زمان نیاز واقعی ساختمان را برطرف سازد.

انتخاب دستگاه بزرگتر موجب کاهش عمر دستگاه شده و هزینه‌های اولیه و جاری آن را نیز خواهد افزود‌. از طرف دیگر انتخاب دستگاه کوچکتر باعث می‌شود دستگاه هنگامی که ساختمان بیشترین بار سرمایشی را دارد‌؛ توانایی تامین این‌بار را نداشته باشد‌. عواملی که باید در نظر گرفته شوند تا با داشتن بار واقعی ساختمان‌؛ ظرفیت اسمی دستگاه را بدست آورد‌، عبارتند از:

1- افت‌ها و اصطکاک‌هایی که به واسطه‌ی لوله‌کشی انجام شده در دستگاه و یا عایق نامناسب آن ایجاد می‌شود.
2- کیفیت ساخت دستگاه و مواد مصرفی در ساخت آن.
3- مقدار درجه حرارت سوپرهیت مبرد بعد از اوپراتور و در ورود به کمپرسور.
4- مقدار درجه حرارت سابکول مبرد بعد از کندانسور و در ورود به شیر انبساط.

دو عامل آخر در تعیین ظرفیت دستگاه بسیار مهم‌اند. معمولاً روند انتخاب یک دستگاه به این گونه است که طراح پس از محاسبه بار سرمایشی (بار واقعی) به کاتالوگ سازنده‌ی مورد نظر مراجعه نموده و ظرفیت دستگاه را انتخاب می نماید. در کاتالوگ‌های سازندگان برای انتخاب دستگاهها معمولاً سه پارامتر زیر وجود دارد:
1- درجه حرارت طرح خارج که کندانسور هوایی دستگاه باید در آن کار کند.
2- درجه حرارت مورد نظر برای طرح داخل که باید توسط دستگاه تامین شود.
3- ظرفیت دستگاه در شرایط فوق.

بنابراین معمولاً طراح با در دست داشتن ظرفیتی که از دستگاه انتظار دارد و با مشخص بودن درجه حرارت‌های طرح داخل و خارج مدل دستگاه و به عبارتی ظرفیت اسمی آن را مشخص می‌نماید در حالیکه با تغییر درجه حرارت‌های سوپرهیت و سابکول در دستگاه قطعاً ظرفیتی که می‌توان از دستگاه بدست آورد متفاوت خواهد بود.

هدف از سوپرهیت نمودن (فوق گرم کردن) گاز مبرد در خروجی اوپراتور آسیبی است که بخار اشباع مبرد به پره‌های کمپرسور وارد می‌نماید. به عبارت دیگر ظرفیت‌های برودتی که برای یک دستگاه در درجه حرارت‌های طراحی مختلف داخل و خارج در کاتالوگ‌های سازندگان ارایه می‌شود؛ با این فرض است که اولاً حالت ترمودینامیکی گاز مبرد خروجی از اواپراتور دستگاه بخار اشباع بوده و ثانیاً حالت ترمودینامیکی مایع مبرد خروجی از کندانسور دستگاه مایع اشباع است. در حالیکه در عمل اگر گاز خروجی از اوپراتور در حالت بخار اشباع باشد، پس از برخورد این بخار با تیغه‌ها یا جداره‌های کمپرسور که با سرعت بالایی در حال حرکت هستند، رطوبت موجود در بخار اشباع موجب خوردگی کمپرسور شده و در ضمن راندمان کمپرسور را نیز کم خواهد کرد. بنابراین باید مبرد خروجی از اوپراتور به حالت سوپرهیت (فوق گرم) شده و سپس وارد کمپرسور گردد. سوپرهیت کردن گاز مبرد خروجی از اوپراتور را می‌توان با افزایش طول لوله‌های اواپراتور و یا توسط یک مبدل حرارتی که در خط ساکشن قرار دارد انجام داد. به طور کلی هر 10 درجه سوپرهیت نمودن گاز مبرد خروجی از اواپراتور موجب افزایش یک تا سه درصدی ظرفیت کمپرسور می‌شود. همچنین ظرفیت‌های مندرج در کاتالوگ‌های سازندگان بر این اساس است که حالت ترمودینامیکی مبرد خروجی از کندانسور مایع اشباع است؛ در حالیکه در عمل اگر مایع اشباع از کندانسور خارج و وارد شیر انبساط شود ممکن است در نتیجه کاهش فشاری که در شیر انبساط ایجاد می‌شود به طور ناگهانی به بخار تبدیل شود(Flashing) که باعث کاهش راندمان سیکل تبرید و خرابی شیر انبساط می‌شود. بنابراین همواره دستگاه به گونه‌ای طراحی می‌شود که حالت ترمودینامیکی واقعی خروجی مبرد از کندانسور، مایع مادون سرد (سابکول) باشد. مادون سرد کردن مبرد می‌تواند از یکی از دو طریق افزایش طول لوله‌های کندانسور و یا مبدل حرارتی در خط ساکشن دستگاه انجام شود. به طورکلی به ازای هر یک درجه مادون سرد کردن مبرد خروجی از کندانسور؛ ظرفیت کمپرسور پنج درصد افزایش می‌یابد.
علاوه بر عوامل فوق افت فشار و دما در خطوط مکش (ساکشن) و دهش (دیسشارج) نیز موجب تغییر ظرفیت دستگاه می‌شود. معمولاً افت تقریبی مجاز سیستم لوله‌کشی سیکل تبرید معادل دو درجه‌ی فارنهایت می‌باشد.

به طورکلی درجه حرارت‌های تبخیر و کندانس مبرد نیز نقش بسیار مهمی در ظرفیت دستگاه خواهند داشت. درجه حرارت تبخیر؛ درجه حرارتی است که مبرد در آن درجه حرارت در اواپراتور بخار می‌شود.

درجه حرارت کندانس نیز درجه حرارتی است که مبرد در آن درجه حرارت در کندانسور تقطیر شده و گرمایش را به آب (کندانسورهای آبی) یا به هوا (کندانسورهای هوایی) می‌دهد..