با توجه به رشد سالانه 11 تا 12 درصدی تقاضای گاز در سطح کشور و مصرف روزانه 540،000،000 متر مکعب گاز در فصل سرد در بخش خانگی و حداکثر تولید 570،000،000 متر مکعب گاز طبیعی در کل پالایشگاه های کشور، لزوم جلوگیری از هدر رفت انرژی و بکارگیری تجهیزات گازسوز پر بازده در کشور امری ضروری به نظر می رسد.

یکی از مهمترین وسایل گازسوز تولید گرما در بخش خانگی و تجاری، پکیج های گرمایشی است که مقدار قابل توجهی انرژی از طریق گازهای خروجی از دودکش آن ها وارد محیط شده و تلف می شوند. برای جلوگیری از تلفات در این بخش از سال 1970 میلادی ساخت بویلرهای چگالشی آغاز گردید. در پکیج های ساده غیر چگالشی فقط از گرمای محسوس سوخت استفاده می شود؛ در حالیکه حدود 20 درصد انرژی سوخت بصورت گرمای نهان بخار آب در محصولات احتراق می باشد.

به طور کلی در بویلرها با احتراق سوخت، گازهای داغ تولید می شود که با گذر دادن این گازها از مبدل حرارتی می توان مقدار قابل توجهی از انرژی این گازهای داغ را به آب منتقل شده و باعث افزایش دمای آب می گردد. در واقع این پیش گرمایش عامل اصلی افزایش راندمان حرارتی بویلرهای چگالشی است. افزایش راندمان حرارتی، کاهش انتشار آلاینده ها و صرفه اقتصادی پارامترهای مهم مورد بررسی و مبنای مقایسه بین بویلرهای معمولی با بویلرهای چگالشی می باشند.

دیگ های چگالشی چگونه كارمی کنند ؟

در یك دیگ معمولی، با احتراق سوخت گاز های داغ تولید می شود كه با گذشتن از مبدل حرارتی بیشتر این انرژی به آب منتقل شده و باعث بالا رفتن دمای آب می شود.

در محصولات احتراق که از دودکش دیگ خارج می شود حجم قابل توجهی بخار آب وجود دارد كه نتیجه تركیب هیدروژن با اكسیژن می باشد. دیگ های چگالشی (كندانسینگ)، حرارتی را كه توسط خروج گازهای داغ تلف می شود، جذب شده و بخار آب موجود با از دست دادن گرمای نهان تبخیر به آب مایع (یا به اصطلاح به كندانس) تبدیل می شود و این گرمای نهان نیز به آب داده می شود كه این عمل اضافی می تواند بازدهی را تا 10- 12% بالا ببرد. البته بازدهی فرآیند كندانس متفاوت است و بستگی به دمای آب برگشتی به دیگ دارد اما در شرایط برابر همیشه بازدهی دیگ های چگالشی اگر بیشتر از دیگ های غیر چگالشی نباشد دست كم با آن ها برابر است.

برای کاهش تلفات مسیر دودکش و بازیافت حرارت نهان، بویلرهای چگالشی علاوه بر اجزای کلی یک بویلر مجهز به مبدل حرارتی چگالشی در مسیر دودکش می باشند. در یک سمت مبدل، گازهای داغ خروجی از محفظه احتراق بویلر و در سمت دیگر آن آب سرد برگشتی به پکیج در جریان است. انتقال حرارت از سمت گاز به آب از یک سو موجب کاهش دمای گازهای ورودی به اتمسفر و در نتیجه بازیافت گرمای محسوس شده و از سوی دیگر با چگالش بخار آب موجود در آن موجب بازیافت گرمای نهان می گردد.

ویژگی آب کندانس در دیگ های چگالشی

آب كندانس تولید شده كمی اسیدی است (3-5 ph)، بنابراین انتخاب مواد برای قسمت های در معرض خوردگی باید مناسب باشد. در دماهای بالا معمولا از آلیاژهای آلومینیوم و استیل ضد زنگ استفاده می شود، در قسمت هایی با دمای پایین تر، از پلاستیك هایی همچون uPVC و پلی پروپیلن استفاده می شود كه باعث تاثیر در قیمت نهایی می شوند. آب كندانس تولید شده در مبدل چگالش گر باید به فاضلاب تخلیه شود. در حالت كلی این تنها تفاوتی است كه بین دیگ های چگالشی و غیر چگالشی وجود دارد. در دیگ های مدرن امروزی حدودا یك لیتر بر ساعت كندانس تولید می شود.

برای اینكه تولید دیگ های چگالشی اقتصادی و قابل مدیریت در نصب باشند، مبدل های داخلی در كوچك ترین سایزهای فنی ممكن ساخته می شوند. این امر باعث تولید مبدل هایی با مقاومت بالا در طرف محفظه احتراق شده است و از فن برای به حركت در آوردن محصولات احتراق در مجراهای باریك استفاده شده است. استفاده از فن بخاطر خارج كردن گازهای خروجی الزامی می باشد زیرا گازها معمولا تا دماهای زیر 100 درجه سانتی گراد خنك می شوند و دیگر نیروی شناوری را برای خروج طبیعی از دودكش ندارد.

اجزای اصلی دیگ های چگالشی

1. 1.مبدل حرارتی

بویلرهای چگالشی دارای مبدل حرارتی از جنس استیل ضدزنگ و یا آلیاژ آلومینیوم–سیلیکون با مقاومت و اطمینان بالا طراحی شده است. کیفیت بالای این مبدل ها باعث محافظت از خوردگی ناشی ازمیعان شده و طول عمر دستگاه را افزایش می دهد. سطح انتقال حرارت با طراحی خاص مبدل حرارتی و بکاربردن تعداد زیادی فن افزایش پیدا کرده است. مسیر عبور گاز و آب عکس یکدیگرند و این عامل سبب انتقال حرارت بهتری می گردد. مسیر خروجی گازهای احتراق در پایین ترین قسمت دیگ می باشد تا با نیروی اجباری فن مشعل حداکثر حرارت صورت می گیرد. آب ورودی به بویلر نیز در تماس با حرارت خروجی از اگزاست قرار می گیرد و پیش گرم می شود. نهایتا حرارت خروجی با دمای 30 -65 از دودکش خارج می گردد.

1. 2.مشعل های پرمیکس

مشعل های پرمیکس بصورت استوانه و با الیاف فلزی جهت افزایش توان تشعشعی ساخته می شوند و مکانیزم انتقال حرارت به سیال بصورت تشععی و جابجایی صورت می گیرد. در این نوع مشعل ها امکان مخلوط شدن گاز وهوا قبل از عمل احتراق فراهم می شود

بازدهی دیگ های چگالشی:

تولید كنندگان دیگ های چگالشی ادعا می كنند كه به بازده حرارتی 98 درصدی می توان دست یافت كه این درمقابل بازده 70 تا 80 درصدی دیگ هایی با طراحی متداول می باشد. (البته بازدهی به ارزش حرارتی سوخت نیز بستگی دارد.) مدل های معمولی از دیگ های چگالشی راندمانی حدود 90% دارند كه این موضوع بالاترین رتبه های درجه بندی را برای این گونه دیگ ها به همراه دارد.

عملكرد دیگ به راندمان انتقال حرارت به مصرف كننده و خروجی وسایل دفع حرارت نیز وابسته است. طراحی و اجرای سیستم نیز بسیار مهم است. در طراحی باید در نظر داشت كه مقدار تولید و پخش حرارت همخوانی داشته باشد و دمای طراحی وسایل پخش حرارت باید در نظر گرفته شود كه مجموع این عوامل بازدهی كلی سیستم حرارت مركزی را مشخص می كند.

در دیگ های چگالشی دمای آب برگشتی از سیستم حرارت مركزی باید كمتر از 55 درجه سانتی گراد باشد و این امر بخاطر این است كه تنها در این دما هاست كه چگالش به بهترین نحو انجام می گیرد. دماهای بالاتر عدد ذكر شده می توانند عملا مبدل كندانس را از جریان خارج كنند و تنها به شكل دیگ های معمولی كار كنند.

موارد استفاده از دیگ های چگالشی:

امروزه در اروپا و آمریكای شمالی دیگ های معمولی در سیستم های حرارت مركزی خانگی در حال جایگزینی با دیگ های چگالشی می باشند. هلند احتمالا اولین كشوری بود كه این جایگزینی را در مقیاس بزرگ انجام داد. در اروپا نصب دیگ های چگالشی توسط گروه های حامی كاهش مصرف سوخت و دولت ها پشتیبانی می شود.

هرچه كه دمای برگشتی پایین تر باشد عمل چگالش بیشتر انجام می گیرد. دمای پایین در سیستم هایی كه ذاتا دما پایین هستند، مثل گرمایش از كف یا رادیاتور های چدنی قدیمی دیده می شود، كه این سیستم ها را بهترین گزینه برای داشتن یك سیستم حرارت مركزی با دیگ های چگالشی می سازد. اما اگر سیستم گرمایش از نوع های ذكر شده نباشد، بیشتر تولید كننده های دیگ های چگالشی خانگی سیستم های كنترلی را طوری طراحی می كنند كه تنها در زمان راه اندازی اولیه عمل چگالش را داشته باشیم و مشخص است كه بعد از آن افت بازدهی را خواهیم داشت ولی باز هم از بازدهی دیگ های قدیمی بیشتر خواهد بود.

كنترل و نکات ایمنی دیگ های چگالشی:

مطمئن شدن از كاركرد در بهترین و اقتصادی ترین شرایط كمی دشوار است. تقریبا همه دیگ ها و بخصوص مشعل ها دارای سیستم كنترل منطقی هستند كه میزان بار را با میزان خروجی مشعل تنظیم می كند تا بهترین عملكرد بدست آید.

همانطور كه گفته شد كندانس خروجی كمی حالت اسیدی دارد و اسیدیته آن شبیه به آب پرتغال می باشد. برای دفع کندانس تنها نیاز به یك تكه شیلنگ پلیمری و یك تله بخار است تا از ورود گاز ها به محیط جلوگیری گردد. اما باید توجه داشت كه كندانس ممكن است باعث خوردگی سیستم های فاضلاب چدنی قدیمی شود كه در این حالت نیز تنها با نصب یك خنثی كننده می توان این مشكل را نیز حل كرد. خنثی كننده یك مخزن پلاستیكی است كه از دانه های سنگ آهك یا مرمر پر می شود و باعث بالا آوردن pH كندانس می شود و بعد به فاضلاب تخلیه می شود.

بخاطر دمای پایین گازهای نهایی خروجی (تا 38 درجه سانتی گراد در مقابل 200 درجه سانتی گراد در غیز چگالشی ها)، فن همیشه مورد نیاز می باشد كه البته در بعضی از مدل های هرمتیك غیر چگالشی فعلی نیز فن یك جزء سازنده می باشد و همچنین بخاطر دمای پایین نیازی به دودكش های سنتی قدیمی یا داكت های گالوانیزه مخصوص نیست و تنها می توان با یك لوله PVC (در كاربرد های خانگی) دود را به خارج هدایت كرد. در حقیقت استفاده از موادی كه در مقابل خوردگی مقاومتی ندارند در ساخت دودكش ها ممنوع شده است.

قیمت دیگ های چگالشی:

قیمت یك دیگ چگالشی نسبت به نوع معمولی آن حدود 50% گرانتر می باشد كه این موضوع بسته به نوع و قیمت سوخت و كشوری كه در آن نصب شده می تواند از 2-5 سال از طریق صرفه جویی در قیمت سوخت جبران شود. البته این موضوع بستگی به چگونگی نصب، مقدار كاركرد و به طور كل بازدهی كلی سیستم دارد.

عموما شركت های تولید كننده دیگ های چگالشی دلایل زیر را برای این افزایش قیمت بیان می كنند:

• نیاز به مبدل بزرگتر در بعضی مدل ها و نیاز به دو مدل در برخی دیگر كه باید با مواد مقاوم در برابر اسید ساخته شوند.
• نیاز اجباری به فن برای خروج
• نیاز به سیستم تخلیه كندانسه كه شامل تله بخار و در بعضی مدل ها پمپ