پیشرفته‌ترین راهکارهای کوره هوای گرم در انتقال حرارت Leave a comment

مقدمه

در میان تمام دستگاه‌های گرمایشی که در بازار موجودند، تعداد محدودی از آن‌ها مناسب فضاهای صنعتی و متناسب با متراژ این فضاها طراحی می‌شوند. در بین این تعداد هم، دستگاه‌های کمی هستند که بتوانند یک فضا با متراژ بزرگ را به دمای ایده‌آل از نظر حرارتی برسانند. اما قدرت گرمایش کوره هوای گرم، این قابلیت را برای آن‌ها فراهم کرده است. به همین سبب است که لقب کوره را به این تجهیزات داده‌اند. اجزای کوره هوای گرم که در آن به کار رفته است، اساسی‌ترین عامل تمایز و برتری این دستگاه‌ها با سایر هیترهاست. بسیاری از قطعاتی که در آن‌ها به کار رفته‌اند، در سایر هیترها مشاهده نمی‌شوند.

طراحی بهینه اجزای کوره هوای گرم برای بهبود کارایی حرارتی

اجزای کوره هوای گرم، نقش اساسی را در بهبود عملکرد و کارایی حرارتی ایفا می‌کنند. به همین جهت قصد داریم هر یک از اجزا را بررسی کرده و توضیح دهیم که چگونه یک قطعه می‌تواند در بهبود حرارت محیط و راندمان یک دستگاه تاثیر بگذارد.

در اولین مرحله، به سراغ مشعل به کار گرفته شده در دستگاه‌ می‌رویم؛ وجود مشعل، در افزایش توان حرارتی یک وسیله حرارتی، تاثیر چشمگیرتری نسبت به یک المنت دارد. شاید تفاوت بارز این 2 قطعه را در بخاری‌های برقی و بخاری‌های گازی مشاهده کرده باشید.

از دیگر اجزای کوره هوای گرم که در نحوه انتقال گرمایش دستگاه تاثیر دارد، فن است. البته شاید قبل از انتقال حرارت به بیرون، نحوه هدایت گرما از داخل محفظه احتراق به سمت فن بسیار مهم باشد که این عمل در پاس‌های حرارتی اتفاق می‌افتد. به این صورت که حداکثر گرمای تولیدی، در پاس یا موانع حرارتی دریافت می‌شود و حرارت قابل توجهی به سمت فن هدایت می‌گردد. فن، گرمای دریافتی را به سمت جلو هل می‌دهد و به این ترتیب هوای گرم در محیط دمیده می‌شود. بنابراین، از یک منبع با حرارت بالا، گرمایی به بیرون پرتاب می‌شود که با نحوه انتقال گرما به روش همرفتی و صرف زمانی طولانی تفاوت دارد.

اگر بدنه را از اجزای کوره هوای گرم به شمار آوریم، عامل دیگری در بهبود کارایی این دستگاه محسوب خواهد شد. زیرا اگر بدنه به صورت تمام، عایق‌کاری شود، تبادل حرارتی از داخل با محیط بیرون وجود نخواهد داشت.

اجزای کوره هوای گرم فقط شامل قطعاتی که ذکر شد نمی‌شود، تنوع قطعات به قدری زیاد است که این هیتر را به یک دستگاه پیچیده تبدیل نموده است.

نقش اجزای کوره هوای گرم در بهبود کنترل دما و توزیع حرارت

تا به اینجا، شما کوره هوای گرم را به عنوان یک منبع تولید و انتشار دهنده گرما می‌شناسید که شدت گرمای تولیدی از آن‌ها، متفاوت‌تر از سایر دستگاه‌های گرمایشی است. اما یک کوره هوای گرم، چه تفاوتی با بخاری‌های صنعتی دارد؟ وجود چه اجزایی در داخل آن به بهبود و افزایش شدت گرما کمک کرده است؟ فقط بازده بالا در محفظه احتراق این تجهیزات است که آن‌ها را به دستگاهی متمایز بدل کرده است یا دیگر اجزای کوره هوای گرم هستند که این ویژگی را به وجود آورده‌اند؟

در جواب تمام این سوالات باید گفت که نمی‌توان از توان حرارتی بسیار بالای آن‌ها چشم‌پوشی کرد. در واقع محفظه احتراق این دستگاه‌های صنعتی به گونه‌ای طراحی شده است که جذب سوخت و به دنبال آن شدت گرمایی که نشر می‌دهند، نسبت به مدل‌های خانگی بیشتر است. حتی توان گرمایشی این مدل از گرمازاها، قابل مقایسه با سایر هیترهای صنعتی نیز نیست. اما فقط قدرت حرارتی نیست که شاخصه تمایز این گرمازاها با سایر هیترهاست. وجود فن، تغییر اساسی در نوع انتشار گرما به وجود آورده است. فن کمک می‌کند که گرما به جای جریان همرفتی به صورت دمندگی منتشر شود که هم موجب گرم شدن سریع‌تر محیط می‌شود و هم راندمان حرارتی را افزایش می‌دهد.

کنترل دمای محیط با استفاده از کوره هوای گرم، بسیار حائز اهمیت است. چرا که در برخی از مکان‌های مورد استفاده کوره هوای گرم مانند گلخانه‌های با تنوع محصولی زیاد، نیاز به کنترل دمایی است. این هیترها، قابلیت اتصال به ترموستات محیطی دارند. بدین ترتیب امکان تنظیم دما در قسمت‌های مختلف این سالن‌ها وجود دارد.

نوآوری‌های راهبردی در اجزای کوره هوای گرم و افزایش کارایی انرژی

در تعریفی جداگانه از کوره هوای گرم صنعتی، می‌توان آن را دستگاهی در نظر گرفت که با امکان پخش حرارتی با بار گرمایشی بالا، قابلیت گرم کردن فضاهای بزرگ و چند واحده را فراهم می‌کند. شاید با توضیحاتی که تا به اینجای متن ارائه شد، قسمت اول این تعریف، یعنی گرم کردن فضاهای بزرگ را به خوبی درک کرده باشید. اما چطور امکان دارد یک دستگاه به تنهایی بتواند چندین واحد مستقل را گرم کند؟ این قابلیتی است که اجزای کوره هوای گرم آن را امکان‌پذیر کرده است. تنها کافی است که فقط یکی از این دستگاه‌ها در جای مناسبی مستقر شده و گرما از طریق کانال‌کشی به بخش مربوطه هدایت شود.

پس امکان کانال‌کشی، به عنوان یکی از اجزای کوره هوای گرم صنعتی، یک قابلیت جدید در هیترهاست که فرد را از خرید چندین دستگاه گرمایشی مصون می‌دارد. در واقع وجود یک کوره هوای گرم با قابلیت کانال‌کشی، نوعی صرفه‌جویی در هزینه‌ها محسوب می‌شود.

اگر حتما باید کانال کشی انجام شود، نوع فن به کار رفته از اجزای کوره هوای گرم هم تغییر می‌کند و برای دمندگی هر چه بهتر در طول کانال، از فن سانتریفیوژی باید استفاده کرد. قدرت پرتاب هوای گرم این فن‌ها بسیار بالاست و علاوه بر زمانی که برای کانال‌کشی استفاده می‌شود، در کوره هوای گرم با ظرفیت‌های بالاتر نیز می‌توان استفاده کرد تا گرمای تولیدی را با قدرت بیشتری به بیرون بدمند.

تأثیر اجزای کوره هوای گرم بر انتقال حرارت مستقیم و غیرمستقیم

کانال‌کشی یا عدم کانال‌کشی، 2 ویژگی کاملا متفاوت را در شیوه انتقال حرارت با کوره هوای گرم به وجود می‌آورد که به ترتیب، انتقال حرارت غیر مستقیم و انتقال حرارت مستقیم نامیده می‌شود.

• انتقال حرارت مستقیم

معمولا کوره‌های هوای گرم با ظرفیت کم، مدل‌هایی هستند که در آن‌ها کانال‌کشی انجام نمی‌شود. در این دستگاه‌ها، گرمای تولیدی به سمت فن آکسیال هدایت شده و بدون ورود به کانال یا بخشی دیگر، مستقیما به محیط دمیده خواهد شد. در واقع فن آکسیال، از اصلی‌ترین اجزای کوره هوای گرم با ظرفیت کمتر است که حرارت را به صورت مستقیم و بدون واسطه، وارد محیط می‌کند.

• انتقال حرارت غیر مستقیم

حرارت غیر مستقیم یعنی چه؟ در دسته دیگری از تجهیزات حرارتی، هوای گرم بلافاصله پس از تولید، از محفظه خروج بیرون نمی‌آید. بلکه وارد کانالی می‌شود که به یک سالن یا اتاق دیگر منتهی شده است. گرما از این کانال به سمت همان بخش هدایت شده و موجب گرم شدن آن می‌شود. به این سبک از انتقال حرارت از طریق کانال، غیر مستقیم گفته می‌شود.

به این نوع هیتر که از کانال استفاده می‌کند، “کوره هوای گرم کانالی” نیز گفته می‌شود. معمولا ظرفیت و توان گرمایش این نوع از دستگاه‌ها بالاست و برای انتشار و هدایت گرما به سمت کانال، از فن‌های پرقدرت‌تر سانتریفیوژی به عنوان یکی از اجزای کوره هوای گرم استفاده می‌شود.

سوال

برتری انتقال حرارت مستقیم و غیرمستقیم با استفاده از کوره هوای گرم چیست؟ آیا تنها تفاوت این دو روش، استفاده یا عدم استفاده از کانال برای انتقال حرارت است یا تفاوت‌های فاحش دیگری نیز بین آن‌ها وجود دارد؟

مواد پیشرفته در ساخت اجزای کوره هوای گرم و تأثیر آن‌ها بر کارایی

هر قطعه یا متریالی که در معرض گرمای شدید و مستقیم باشد، عمر کوتاه‌تری از همان وسیله در دمای متعادل دارد. بر اساس این گفته، قطعات و اجزای کوره هوای گرم صنعتی باید در کوتاه‌ترین زمان ممکن از بین بروند و تعویض شوند که این امر عملکرد خود دستگاه حرارتی را با مشکل مواجه می‌کند. پس باید قطعاتی با مواد اولیه بادوام به کار برده شود که بتواند دماهای بسیار بالا را تحمل نماید. در غیر این صورت، با آسیبی که به اجزای کوره هوای گرم از طریق حرارت شدید وارد می‌شود، دستگاه معیوب شده و هیچ کاربردی نخواهد داشت.

محفظه اشتعال، صفحات پاس حرارتی، فن و کانال از اجزای کوره هوای گرم هستند که به طور مستقیم با شعله و یا گرمای تولید شده از آن در ارتباط هستند. بقیه قطعات نیز گرما را به طور غیر مستقیم دریافت می‌کنند. برای اینکه هیچ کدام از اجزا آسیبی در برابر گرما نبینند، از مواد اولیه ضد حرارت تولید شده‌اند. با وارد آمدن حرارت به این نوع قطعات، هیچ تغییری در بافت و ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها به وجود نمی‌آید و از طول عمر آن‌ها کاسته نمی‌شود. بنابراین نوع ماده‌ای که در کوره هوای گرم یا هر نوع دستگاه گرمازا به کار می‌رود، باید متفاوت از سایر دستگاه‌ها باشد که عملیات خود را در دمای متعادل انجام می‌دهند.

بهینه‌سازی جریان هوا و انتقال حرارت از طریق اجزای کوره هوای گرم

در یک محیط صنعتی، به خصوص اگر انسان‌ها یا جانداران دیگر در آن فضا حضور داشته باشند، به همان میزان که وجود دستگاه گرمایشی برای تامین حرارت لازم است، سیستم تهویه نیز اهمیت دارد. این دستگاه تهویه هم می‌تواند مختص کل سالن باشد و هم روی دستگاه گرمایشی نصب شود. در ایده‌آل‌ترین شرایط، سیستم تهویه در هر دو مورد وجود دارد. سیستم تهویه کوره هوای گرم، دودکش آن است که گازهای آلاینده را به بیرون هدایت می‌کند. اما سیستم تهویه ای که در محیط نصب می‌شود، علاوه بر خارج کردن دودهای مانده، اکسیژن کافی برای تنفس را نیز تامین می‌کند.

از آنجایی که کوره هوای گرم، یک سیستم اشتعال‌زا با سوخت فسیلی است، دودهای آلاینده‌ای هم تولید می‌کند که باید از محیط خارج شود؛ در غیر این صورت مشکلات عدیده‌ای ایجاد می‌کند. به همین سبب، دودکش از اصلی‌ترین اجزای کوره هوای گرم محسوب می‌شود که گازهای آلاینده را به بیرون انتقال می‌دهد. اگر این دستگاه حرارتی را در یک سالن پرورشی، مثل گلخانه، مرغداری و یا گاوداری استفاده می‌کنید، بهتر است برای افزایش بازده و حفظ سلامت جانداران، سیستم‌های تهویه دیگری نیز برای کل سالن نصب نمایید.

مقایسه اجزای کوره هوای گرم سنتی و نوآوری‌های مدرن در انتقال حرارت

با وجود اینکه کوره هوای گرم یک سیستم جدید الورود به فضاهای صنعتی است، اما تفاوت بارزی با مدل‌های جدید و قدیمی‌ آن‌ها وجود دارد. هر دستگاهی با هدف رفع مشکل و ایرادات سیستم مرتبط قبلی وارد بازار می‌شود. اما امکان دارد ایراداتی نیز بر آن‌ها وارد باشد که پس از استفاده مشخص می‌شود. پس در مدل‌های جدید تولیدی از همان دستگاه، سعی می‌شود که این معایب برطرف شده و امکانات پیشرفته‌تری روی آن‌ها نصب شود. اجزای کوره هوای گرم هم به این صورت هستند که در مدل‌های جدید تولیدی از آن‌ها، قطعات و امکانات بهتری تعبیه شده است تا دستگاه بیشترین و بهترین کارایی را داشته باشد.

• ترموستات

در مدل‌های جدید کوره هوای گرم، برای مصرف سوخت کمتر و افزایش طول عمر دستگاه، ترموستات تعبیه شده است تا هنگامی که دمای محیط به حد نیاز رسید، خاموش شود و همزمان با کاهش دمای محیط از حد انتظار، روشن شده و به فعالیت خود ادامه دهد.

• فن

بخاری‌های قدیمی یا هیترهایی که با سوخت فسیلی کار می‌کنند، عملکردی مشابه کوره هوای گرم دارند. اما بزرگترین برتری این کوره‌ها نسبت به مدل‌های قدیمی، داشتن فن به عنوان یکی از اجزای کوره هوای گرم است. وجود فن کمک می‌کند که حرارت یک گرمازا، به صورت دمنده وارد محیط شود.

• بخش کنترلی

وجود تابلو برق از مهمترین اجزای کوره هوای گرم است که هیترهای سابق فاقد این قابلیت بودند. از طریق این پنل بسیاری از پارامترها تعیین و تنظیم می‌شوند. در واقع با استفاده از این بخش می‌توان عملکرد کوره هوای گرم را مدیریت کرد.

• عایق بندی

در مدل‌های جدید کوره هوای گرم، عایق بندی قطعات و بدنه، بهینه سازی شده است تا پرت و هدر رفت دمایی به کمترین میزان ممکن برسد.

• صرفه جویی در مصرف سوخت

وجود ترموستات به عنوان یکی از اجزای ترموستاتیک کوره هوای گرم در مدل‌های جدید، به کاهش مصرف سوخت و صرفه‌جویی در هزینه‌ها کمک کرده است.

راهکار پیشنهادی

داخل متن اشاره شد که یکی از مکان‌های مورد استفاده کوره هوای گرم در مرغداری‌هاست. اما کدامیک از روش‌های انتقال حرارت مستقیم و یا غیر مستقیم مناسب این مراکز است؟ قرار دادن این دستگاه داخل سالن و در محل نزدیک به پرندگان پرورشی، توام با بلند شدن ذرات گردوغبار (بدلیل عملکرد فن) و ایجاد سروصداست. همین دو عامل باعث می‌شود که ما برای این مکان‌ها نسخه کانالی کوره هوای گرم را پیشنهاد کنیم. با قرار دادن کوره هوای گرم کانالی در بیرون از مرغداری و از طریق کشیدن کانال، می‌توان ضمن ایجاد حرارت بدون هیچگونه آلایندگی، به عملکرد سیستم تهویه این سالن‌ها در فصول زمستان هم کمک کرد.