طراحی و ساخت کوئل

کوئل چیست و چه نقشی در اتاق تمیز دارد؟

کویل هواساز، بخشی از سیستم تهویه‌مطبوع به‌حساب می‌آید که برای سرمایش یا گرمایش محیط کاربرد دارد. کویل‌ها از لوله‌هایی تشکیل شده‌اند که آب سرد یا گرم را از خود عبور می‌دهند. این لوله‌ها با کمک پره‌هایی که از جنس مس، آلومینیوم یا فولاد گالوانیزه هستند، کار می‌کنند. درواقع، پره‌ها به بهبود تبادل حرارت و کارایی کویل کمک می‌کنند.
در نهایت، دما و رطوبت هوا، با عبور از کویل تغییر می‌کند و تهویه صورت می‌گیرد. کویل‌ها معمولاً در فن کویل‌ها و هواسازها قرار می‌گیرند و بر تنظیم دما و بالابردن کیفیت هوای محیط تأثیر می‌گذارند. این وسیله نقش مهمی در صنایع مختلف از جمله اتاق تمیز (cleanroom) دارد. اتاق‌های تمیز به شرایط کنترل شده و خاصی نیاز دارند. رطوبت، دما و کیفیت هوا در اتاق تمیز باید از استانداردهای خاصی برخوردار باشند. بنابراین، وجود کویل‌ها در اتاق تمیز، ضرورت بالایی دارد. 

نقش‌های کلیدی کویل هواساز در اتاق تمیز

در ادامه به نقش‌های مهم و کلیدی کویل در اتاق تمیز اشاره کرده‌ایم:
•    کنترل دما: فرایندهای حساس در اتاق تمیز به دمای تنظیم‎شده نیاز دارند و کویل این شرایط را به‌خوبی ایجاد می‌کند.
•    کنترل رطوبت هوا: طراحی خاص کوئل باعث می‎شود رطوبت هوا را به طور نسبی کنترل کند و این برای حفظ کیفیت محصولات و جلوگیری از ایجاد الکتریسیته ساکن بسیار مهم است. 
•    فیلترینگ ذرات معلق: معمولا برای جلوگیری از ورود آلودگی، فیلترهای HEPA و ULPA در طراحی کوئل به‌کار می‌روند. این فیلترها سطح بالایی از آلودگی‌ها و ذرات معلق را از هوا حذف می‌کنند.
•    ایجاد تهویه مناسب: کویل‌ها بخش مهمی از سیستم تهویه‌مطبوع هستند و هوای تمیز و تازه را به درون اتاق تمیز منتقل می‌کنند. این وسایل کاربردی، از تجمع آلودگی در فضای اتاق جلوگیری می‎نمایند.
•    مصرف بهینه انرژی: کویل‌های هواساز مدرن و پیشرفت می‌توانند مصرف انرژی را تا حد زیادی کاهش دهند  و عملکرد سیستم تهویه را بهبود بخشند.
•    ایجاد شرایط کنترل‎شده برای صنایع حساس: در برخی از صنایع مثل داروسازی، ایجاد شرایط کنترل‎شده بسیار ضروری است و این موضوع مهم از طریق کویل هواساز عملی می‌شود. در واقع، با کمک کویل‌های هواساز، موفقیت فرایندهای تولید در صنایع حساس امکان‌پذیر است.

انواع کوئل‌های مورداستفاده در کلین روم

کویل‌های مورداستفاده در اتاق تمیز باید توانایی کنترل دقیق شرایط محیطی را داشته باشند. در ادامه به انواع کوئل‌های پرکاربرد در تجهیزات تهویه کلین روم پرداخته‌ایم:

کوئل‌های آب گرم

کوئل آب گرم (hot water coil)، یک دستگاه حرارتی با لوله‌های مارپیچ مسی است که وظیفه گرم‌کردن هوا را بر عهده دارد. آب گرم از طریق لوله‌های مارپیچ عبور می‌کند  و منجر به تنظیم دمای محیط می‌شود. اگر بخواهیم در مورد نحوه کارکرد کوئل آب گرم دقیق‌تر بگوییم باید از مرحله ابتدایی، یعنی ورود آب گرم شروع کنیم.
ابتدا آب گرم از یک منبع گرمایی مثل بویلر وارد کویل می‌شود. این آب، دمایی بین 60 تا 90 درجه سانتی‎گراد دارد. در چنین شرایطی، وقتی هوا از روی کویل هواساز عبور می‎کند، گرمای موجود در لوله‎ها را جذب می‎‎نماید و در نهایت گرم می‎شود.
دریچه‌ها و کانال‌هایی که در طراحی کوئل وجود دارند، هوای گرم‎شده را به فضای داخل اتاق منتقل می‌کنند. شاید بپرسید دمای آب چگونه کنترل می‌شود؟ در پاسخ باید به وجود سنسورهای دما و ترموستات‌ها اشاره کنیم. دمای آب با کمک این سیستم‌ها به طور خودکار تنظیم می‌شود و به حد مطلوب می‌رسد.

کوئل‌های آب سرد

کوئل‌های آب سرد مانند کوئل‌های آب گرم عمل می‌کنند و فقط ورودی این دو کوئل یکدیگر متفاوت است. به عبارتی، در کوئل آب سرد، همان‌طور که از اسم آن مشخص است، آب سرد از یک منبع سرمایشی مثل چیلر وارد کوئل می‌شود. دمای این آب باید چیزی بین 5 تا 15 درجه سانتی‎گراد باشد. 

کوئل‌های الکتریکی

کوئل‌های الکتریکی در سیستم‌های گرمایشی و تهویه‌مطبوع کاربرد دارند و برای تولید گرما از انرژی الکتریکی بهره می‌گیرند. این کوئل‌ها از سیم‌های هادی که از جنس مس یا نیکل هستند، تشکیل شده‌اند. سیم‌ها به برق متصل هستند و با کمک انرژی الکتریکی، باعث تولید گرما می‌شوند. 

زمانی که کوئل به برق وصل می‌شود، جریان الکتریکی از طریق سیم‌های موجود در کویل عبور می‌کند. همان‌طور که قانون ژول می‌گوید، وقتی جریان الکتریکی از یک مقاومت عبور می‌کند، گرما تولید می‎شود. این گرما در سیم‌های کویل هواساز ایجاد می‌گردد و به سمت محیط اطراف هدایت می‎شود. 
انتقال حرارت از کوئل به محیط اطراف، از طریق هوا، آب و سایر مایعات انجام می‌شود. در برخی از کویل‌ها، فن‌هایی تعبیه شده‌اند که به توزیع بهتر گرما کمک می‌کنند. در نهایت، کنترل دما با کمک ترموستات صورت می‌گیرد و عملکرد کوئل تنظیم می‌شود. کوئل‌های الکتریکی با جریان متناوب 3 فاز و 200 ولت فعالیت می‎کنند و به همین دلیل در محیط‎های صنعتی مثل اتاق تمیز کاربرد زیادی دارند.

راهنمای ساخت و طراحی کوئل با بازدهی بالا

محاسبات و طراحی کوئل هواساز مرحله‌ای مهم در ساخت این وسیله است. این کار به دانش فنی بالایی نیاز دارد و هرگونه اهمال‌کاری می‌تواند راندمان کویل را پایین بیاورد. همان‌طور که می‌دانید، کویل‌ها معمولاً برای سرمایش و گرمایش محیط کاربرد دارند. برخی از طراحان، هر دو کویل هواساز را در یک مبدل قرار می‌دهند تا هزینه‎ها را پایین بیاورند. این کار بر خروجی کویل اثر منفی می‌گذارد و عملکرد آن را کاهش می‌دهد.
افت فشار در کویل، موضوع مهمی است که باید به آن توجه کرد و ارتباط مستقیمی با ظرفیت کویل دارد. عدم محاسبات دقیق در این زمینه، 10 الی 15 درصد ظرفیت هواساز را کاهش می‎دهد. برای اینکه محاسبه افت فشار به‎طور دقیق انجام شود، باید پارمترهای مختلفی مثل حجم هوا، طول کانال، درصد هوای تازه و دریچه‎های خروجی را در نظر گرفت. 

طراحی کوئل سرمایشی و گرمایشی

در ادامه به اصول طراحی کویل‌های سرمایشی و گرمایشی می‌پردازیم. موارد مهمی که برای طراحی کویل گرمایشی باید در نظر بگیرید، دما، مساحت و حجم دبی هوا هستند. کویل‌های گرمایشی آبی، معمولاً از 2 تا 4 ردیف تشکیل می‏شوند و در صورت  استفاده از بخار داغ، تعداد ردیف ها تا 8 عدد نیز افزایش پیدا می‎کند. به این نکته دقت داشته باشید که افزایش ردیف‎ها لزوما افزایش راندمان را به دنبال ندارد؛ بلکه باید محاسبات دقیقی در این زمینه صورت گیرد.
کویل‌های سرمایشی در دو گروه آبی و گازی قرار می‌گیرند. اوپراتور گازی نسبت به مبدل آبی، راندمان بیشتری دارد؛ ولی نیازمند تجهیزاتی مثل کندانسور و کمپرسور است. تراکم فین استاندارد برای کویل‌های سرمایشی باید بین 8 الی 16 فین در اینچ باشد و تعداد ردیف‌های کویل آبی نیز بین 4 تا 12 عدد منطقی است.
یک قانون کلی برای طراحی کوئل و تعداد لوله‌ها در هر ردیف وجود دارد؛ اینکه تعداد لوله‌های موجود در هر ردیف باتوجه‌به سایز لوله انتخابی مشخص می‌شود. دراین‌رابطه، با مفهوم گام مواجه می‌شویم که به فاصله بین هر مداربندی یا U اطلاق می‌شود. برای محاسبه تعداد لوله‌ها، باید ارتفاع کویل هواساز را در بر عدد گام تقسیم نمایید. رعایت این نکات می‌تواند به طراحی کارآمد و مؤثر کویل کمک کند.

مواد سازنده کوئل و تأثیر آن بر عملکرد اتاق تمیز 

مواد سازنده کویل تأثیر زیادی بر عملکرد این دستگاه و کیفیت هوای اتاق تمیز دارند. ما در ادامه مواد سازنده کویل را بررسی کرده‌ایم و سپس به تأثیرات آنها پرداخته‌ایم:

• مس: مسی که در ساخت کویل به‌کاررفته است، به‌عنوان یک رسانای قوی عمل می‌کند و حرارت را به‌خوبی منتقل می‌نماید. علاوه بر این، مس خاصیت ضدباکتریایی قوی دارد و مانع از رشد باکتری‌ها می‌شود. البته قیمت این فلز نسبت به مواد دیگر بالاتر است و خطر زنگ‌زدگی دارد.
• آلومینیوم: ماده دیگری که در کویل استفاده می‌شود، آلومینیوم است که وزن سبک‌تری نسبت به مس دارد و ارزان‌تر است. انتقال حرارت با کمک این فلز به‌خوبی صورت می‌گیرد.
• فولاد گالوانیزه: این ماده برای ساخت بدنه کویل استفاده می‌شود و مقاومت بالایی در برابر زنگ‌زدگی دارد

ارتباط موادسازنده و طراحی کوئل با کیفیت هوای کلین روم 

تا اینجا با مواد سازنده کویل آشنا شدید. در ادامه مطلب به تأثیرات این مواد در اتاق تمیز می‌پردازیم:

• انتقال حرارت مؤثر: وجود مواد باکیفیتی مثل مس و آلومینیوم، باعث می‌شود انتقال حرارت به شکل مؤثرتری انجام گردد. این موضوع به کنترل دما و رطوبت در اتاق تمیز کمک می‌کند.
• کنترل آلودگی محیط: کاربرد مس در طراحی کوئل، خاصیت ضدمیکروبی را برای این دستگاه ایجاد می‌کند که به کاهش آلودگی در اتاق تمیز منجر می‌شود.
• مقاومت بالا و کاهش هزینه‌ها: فولاد گالوانیزه یکی از مواد به کاررفته در کویل است که مقاومت زیادی در برابر زنگ‌زدگی از خود نشان می‌دهد. این ماده، عمر مفیدی طولانی دارد و نگهداری از آن کار سختی نیست. این ویژگی‌ها باعث می‌شود هزینه‌های عملیاتی در اتاق تمیز تا حد زیادی کاهش پیدا کند.
• جلوگیری از افت فشار: همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، افت فشار در کویل، موضوعی مهم است. استفاده از مواد سنگین در طراحی کویل هواساز، باعث افت بالای فشار هوا می‌شود. این اتفاق می‌تواند بر عملکرد سیستم تهویه در اتاق تمیز اثر منفی بگذارد. باتوجه‌به آنچه که گفته شد، انتخاب مواد مناسب برای طراحی کویل می‌تواند تأثیر بزرگی به را کیفیت هوای اتاق تمیز بگذارد.

نصب و نگهداری کوئل‌های اتاق تمیز: نکات کلیدی

نکات مهمی دررابطه با نصب و نگهداری کویل‌ها در اتاق تمیز وجود دارد که در این قسمت به آنها می‌پردازیم.

نکات کلیدی برای نصب و طراحی کوئل در اتاق تمیز

• بررسی ابعاد و شرایط اتاق تمیز: قبل از نصب کوئل در اتاق تمیز حتماً باید ابعاد اتاق را در نظر بگیرید. کویل انتخابی باید کاملاً متناسب با نیازهای اتاق موردنظر باشد. برای انتخاب بهترین و مناسب‌ترین کویل، بار حرارتی و رطوبتی اتاق را اندازه‌گیری کنید.
• انتخاب مکان مناسب برای نصب کوئل: نصب کوئل‌ها باید در مناطقی باشد که نگهداری و تعمیر آنها با کمترین سختی صورت گیرد. دقت داشته باشید که کویل‌ها به‌هیچ‌وجه نباید در نزدیکی پنجره و درب نصب شوند، چراکه این مناطق در معرض آلودگی زیادی هستند.
• نصب دقیق لوله‌ها: اتصال لوله‌های ورودی و خروجی آب سرد و گرم، باید بادقت بالا و متناسب با طراحی کوئل صورت گیرد تا از نشتی آب جلوگیری شود. لوله‌ها باید بدون انحراف و به‌صورت افقی نصب شوند.
• نصب فیلترهای مناسب: فیلترهایی که بر روی کویل نصب می‌شوند، باید از کیفیت بالایی برخوردار باشند تا به کیفیت هوای اتاق تمیز خدشه‌ای وارد نکنند. مکان نصب فیلترها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است؛ چراکه نصب فیلتر در مکان نامناسب، باعث ورود آلودگی و ذرات معلق می‌شود.
• تست عملکرد کویل: بعد از نصب سیستم، مواردی مثل دما، رطوبت و جریان هوا باید تست شوند تا از عملکرد صحیح کویل در بین تجهیزات اتاق تمیز مطمئن شوید.

نکات کلیدی برای نگهداری از کوئل اتاق تمیز

برای نگهداری صحیح از کویل‌های هواساز، نکات زیر را در نظر داشته باشید:

• بازرسی دوره‌ای: برای اینکه بتوانید هرگونه خرابی یا آسیب را در کویل تشخیص دهید، نیاز است این دستگاه را به‌صورت منظم بررسی کنید. فیلترهای کویل باید مرتباً چک شوند و در صورت لزوم تعویض گردند.
• نظافت کویل‌ها: کویل را در بازه زمانی مشخص، تمیز کنید تا مانع از تجمع آلودگی شوید. برای نظافت کویل‌ها از مواد شوینده مناسب و غیر خورنده استفاده کنید.
• کنترل تنظیمات کویل: ازآنجایی‌که ممکن است شرایط محیطی در اتاق تمیز تغییر کند، تنظیمات کویل مثل میزان دما و رطوبت نیز باید مرتباً پایش شوند. تنظیمات سیستم را بر اساس نیازهای اتاق تمیز تغییر دهید.
• مراقبت از لوله‌ها: سیستم لوله‌کشی و اتصالات را در کویل بررسی کنید تا هیچ‌گونه نشتی نداشته باشند. عایق‌بندی این بخش از کویل باید بادقت انجام شود تا با اتلاف انرژی روبه‌رو نشوید.
• ارائه دستورالعمل‌های نگهداری از کویل برای پرسنل: پرسنل اتاق تمیز باید با جزئیات طراحی کوئل و مراقبت از آن آشنا شوند تا بتوانند اقدامات اضطراری را انجام دهند.

جمع‌بندی در مورد طراحی کوئل

در این مقاله با انواع کویل‌های هواساز آشنا شدیم و اصول طراحی و ساخت این دستگاه را نیز مرور کردیم. همچنین به نکات کلیدی برای نصب و نگهداری از کویل در اتاق تمیز پرداختیم. کویل‎ها نقش مهمی در صنایع مختلف از جمله اتاق تمیز دارند و می‌توانند دما و رطوبت را به‌خوبی در محیط‌های حساس کنترل کنند. اگر سؤالی در این زمینه دارید، در قسمت کامنت‌ها از ما بپرسید.