چرا از لوله مسی در سیستم گرمایش و سرمایش استفاده می‌شود؟

کاربرد لوله های مسی در سیستم های خنک کننده

لوله های مسی نقش محوری در سیستم های خنک کننده (تبرید) ایفا می کنند که به دلیل هدایت حرارتی استثنایی، مقاومت در برابر خوردگی و دوام انتخاب شده اند. در حوزه تهویه مطبوع (گرمایش،سیستم های سرمایشی و تهویه مطبوع)، کاربرد لوله ‌مسی بر اساس توانایی آن در انتقال مؤثر گرما، یک عملکرد مهم در فرآیند خنک‌سازی، است.کاربرد لوله های مسی در سیستم های خنک کننده مقاومت ذاتی مس در برابر خوردگی، قابلیت اطمینان و طول عمر لوله را تضمین می کند و از نشت و سایر خرابی های احتمالی محافظت می کند.

کاربرد لوله های مسی در سیستم های خنک کننده فراتر از استحکام، سازگاری مس با مبردهای مختلف، سهولت ساخت و سطح داخلی صاف به کارایی کلی سیستم های تبرید کمک می کند. علاوه بر این، قابلیت بازیافت مس با ملاحظات زیست ‌محیطی مطابقت دارد و آن را نه تنها یک انتخاب عملی، بلکه یک انتخاب آگاهانه از نظر زیست ‌محیطی به عنوان لوله مسی کولر گازی و برای لوله‌های تبرید در صنعت HVAC می‌سازد.

علت استفاده گسترده لوله مسی در صنایع حرارتی و برودتی و سیستم های تهویه مطبوع

صنایع تهویه مطبوع و صنایع برودتی همواره سعی در به حداقل رساندن اثرات نشت ماده مبرد، جلوگیری از پدیده  گرم شدن کره زمین وهمچنین از بین رفتن  لایه اوزن، که به طور فزاینده ای در ارتباط با فعالیت انسانی می باشد، دارند. بسیاری از مواد مبرد که قبلا مورد استفاده قرار می گرفتند،  برای جلوگیری از تاثیر مخرب بر محیط زیست محدود شده و در برخی موارد به طور کامل استفاده از آن ها ممنوع شده اند. مواد مبرد بوسیله معیار افزایش گرمای کره زمین  ویا GWP سنجیده می شود.

این معیار GWP  پتانسیل ایجاد گرمایش جهانی را مقایسه می کند. معیار این مقایسه تولید دی اکسید کربن توسط ماده مبرد می باشد. هر چه عدد GWP بیشتر باشد، ماده مبرد خطر بیشتری برای گرمایش کره زمین ایجاد می کند. برای مثال،R-22، یک مبرد متداول قدیمی با GPW 2400 می باشد.ماده مبرد R-134a مبرد به عنوان یک جایگزین برای R-22، با GPW 1300 مورد استفاده قرار می گیرد وR-410a، یکی دیگر از مبرد  با پایین GWP، دارای GWP 1725 می باشد. در حالی که این مبرد ها از نظر GWP بسیار بهتر و پایین تر از مواد مبردی هستند که قبلا مورد استفاده قرار می گرفتند، با این حال اثرات مخربی بر روی گرمایش کره زمین دارد.

سیستم های خنک کننده اولیه از دو ماده آمونیاک و دی اکسید کربن به عنوان مبرد استفاده می گردند. هر دو این مبرد ها، اثرات زیست محیطی بسیار مخربی داشتند. آمونیاک ماده ای بسیار سمی است به همین علت نگرانی های بسیار زیادی در مورد بخطر انداختن سلامت انسان ایجاد می کرد. از طرف دیگر دی اکسید کربن تحت فشار بسیار زیاد عمل می کند.

لوله های مسی استاندارد برای لوله کشی و استفاده از آمونیاک به عنوان ماده مبرد به علت تمایل بالا به خوردگی مناسب نیست، واستحکام لازم جهت تحمل فشار و دمای مورد نیاز کربن دی اکسید به عنوان ماده مبرد را  ندارد. تولید  آلیاژ مس (UNS C19400)که حاوی درصد کمی از آهن (۹۷٪مس، کمتر ۲٫۱٪ – ۲٫۶٪ آهن) سبب ایجاد یک تحول بزرگ در سیستم های تبرید فشاربالا از جمله سیستم هایی که از  از دی اکسید کربن (CO2 ) استفاده می کردند بوجود آورد.

در طراحی یک سیستم، تمامی لوله ها و اتصالات باید در مجموع  در نظر گرفته شود، چراکه نصب و اجرای هر یک از آن ها تضمین کننده تحمل فشار توسط سیستم می باشد. لوله و اتصالات مسی در ابعاد O.D  به ۳  O.D قابل عرضه می باشند. داخل این لوله ها تمیز و عاری از هرگونه آلودگی می باشد، همچنین هر دو انتهای آن ها بر طبق استاندارد  ASTM  بسته می باشد.

در زیر به چند نمونه از ویژگی های منحصر بفرد لوله ها مسی که سبب استفاده ی گسترده از آن ها در صنعت تهویه مطبوع می شود اشاده شده است:

لوله مسی داخل شیاردار (Inner Grooved)

لوله های مسی داخل شیاردار یکی از محصولات تولیدی شرکت های تولید کننده لوله مسی است. جهت افزایش هدایت حرارتی لوله ها، سطح داخلی لوله به صورت شیارهای دواری تولید می شود که با افزایش سطح مؤثر و ایجاد جریان گردابی در سیال خنک کننده و همچنین توزیع یکسان آن در فضای داخلی لوله، قدرت و راندمان خنک کنندگی را افزایش می دهد. ضریب هدایت حرارتی این لوله ها ۱٫۸ تا ۲ برابر لوله های بدون شیار است. مصرف عمده این محصول در صنایع برودتی و حرارتی است که نیاز روزافزون به افزایش راندمان و کاهش مصرف انرژی حس می شود.

مقاومت بالا

عملکرد لوله های مسی به منظور کارکرد در فشار و دمای بالا برطبق استانداردهای جهانی مورد بررسی قرار می گیرد. بنابراین، خواص فیزیکی وابعاد لوله به جز قطر خارجی، از تنوع بالایی برخوردار است. لوله های مسی کشیده شده به علت استحکام بالایی که دارند، برای لوله کشی در صنایع تهویه مطبوع استفاده می شوند. در لوله کشی تأسیسات گرمایشی و سرمایشی، لوله ها نیاز به تقویت خطوط افقی را در فواصل حدود ۸ فوت برای اندازه های ۱ اینچ و کوچکتر و در فاصله حدود ۱۰ فوت برای اندازه های بزرگتر دارند.

لوله های عمودی معمولا در هر قسمت و یا حدود هر ۱۰ فوت نیاز به تقویت دارند، اما برای لوله کشی های طولانی که ممکن است چند قسمت جدا از هم وجود داشته باشد، مقررات معمول برای انبساط وانقباض لوله ها بدین گونه است که باید وسیله ای جهت مهار کردن حرکات جانبی وجود داشته باشد. لوله های آنیل شده مسی به صورت کویل امکان لوله کشی های بلند صنایع تهویه مطبوع بدون استفاده ازاتصالات را فراهم می کند. در لوله کشی صنایع تبرید و تهویه مطبوع عمودی، لوله ها باید حداقل هر ۱۰فوت تقویت شوند ولوله های افقی هر ۸ فوت نیاز به تقویت دارند.

مقاومت بالا در برابر خرد شدن

برای اندازه گیری استحکام لوله های مسی مورد استفاده درصنایع تهویه مطبوع آزمایش مشخصی با قرار دادن یک نوار فولادی  اینچی که برسطح یک لوله آنیل شده ۱ اینچی قرار داده شده انجام می شود و سپس فشاری عمودی به آن وارد می گردد.  حتی با وجود اعمال این فشار متمرکز، فشاری معادل ۷۰۰ پوند برای خرد کردن قطر اصلی لوله های مسی مورد نیاز است. لوله ای با قطر خارجی دو اینچ به علت ضخامت دیواره های بزرگتر،فشار بیشتری را قبل از خرد شدن تحمل می کند.

تحمل ضربه قوچ (چکش آبی)

ضربه قوچ و یا چکش آب، اصطلاح مورد استفاده برای توصیف نیروهای مخرب، سر و صدا و ارتعاشاتی است که در یک سیستم  لوله کشی آب ایجاد می شود، زمانی که جریان سیال داخل لوله به طور ناگهانی توسط بستن شیر متوقف می شود. یک ضربه قوچ  هنگامی اتفاق می افتد، یک موج با فشار بالا در سیستم لوله کشی برگشت می کند و این ضربه تا زمانی ادامه میابد که انرژی موج در تلفات اصطکاکی صرف شود. می توان صدای ناشی از چنین فشارهای شدیدی را با افزودن یک محفظه هوا و یا دستگاه بازدارنده موج کنترل کرد. لوله های مسی مورد استفاده در صنایع تهویه مطبوع، مقاومت مناسبی در برابر ضربه قوچ از خود نشان می دهند.

جریان خوب سیال

سرعت حرکت سیال وترکیب شیمیایی آن که گاه خورنده می باشد از مهمترین فاکتور ها در جریان سیال در لوله هستند. خوردگی و فرسایش لوله های مسی می تواند با عملکرد ویا نصب نادرست تشدید شود. به عنوان مثال، بر آمدگی هایی که در انتهای لوله های بریده شده ایجاد می شوند، می تواند باعث ایجاد تلاطم موضعی سیال درلوله ها و بالا رفتن سرعت سیال شود که نتیجه آن خوردگی و فرسایش لوله ها در دراز مدت را بهمراه دارد.

لوله های مسی که در سیستم های تهویه مطبوع بکار می رود بندرت دچار زنگ زدگی می شوند، مگر در هنگامی که در طراحی یا نصب تاسیسات گرمایشی و سرمایشی اشتباه صورت گیرد. یک شیب افقی نامناسب می تواند باعث شود مایع داخل لوله ساکن و بدون جریان در آن جمع شود و سبب خوردگی لوله مسی شود. اگر گاز سولفید هیدروژن در حجم زیاد در داخل لوله جریان یابد باعث خوردگی لوله های مسی می شود.

مقاومت در برابر ارتعاش

هنگامی که توجه دقیقی به طراحی سیستم شود، لوله های مسی می توانند مقاومت بسیار بالایی در برابرارتعاش از خود نشان دهند. هنگام نصب سیستم های تهویه مطبوعی که لرزش و ارتعاش دارند بایستی اطمینان حاصل شود که لوله ها دارای تنش باقی مانده نباشند که سبب خم شدن یا عدم تقارن در لوله کشی شود. تنش های باقی مانده همراه با ارتعاش می تواند موجب ایجاد خستگی در خم ها واتصالات مسی بکار رفته در صنایع گرمایشی و سرمایشی و در نتیجه شکسته شدن لوله ها شود.