آموزش نرم افزار USA COIL

راهنمای نصب، آشنایی با بخش‌های نرم‌افزار و مثال‌های طراحی کویل آب سرد و گرم، بر اساس متن آموزشی ارائه‌شده.

نحوه نصب نرم افزار

پس از دریافت فایل نصب نرم‌افزار، آن را در مسیر دلخواه قرار دهید. سپس وارد پوشه نرم‌افزار شوید، روی فایل setup راست‌کلیک کنید و گزینه Run as administrator را انتخاب کنید. مراحل نصب را با Next ادامه دهید تا نصب کامل شود و میان‌بُر نرم‌افزار روی دسکتاپ ایجاد شود.

آشنایی با محیط نرم افزار

پس از نصب نرم افزار روی سیستم روی آیکن shortcut واقع در Desktop کلیک کرده و صفحه زیر باز می شود :

همانطور که در بالای صفحه سمت مشاهده می کنید سه آیکن قرار دارد:

New : که برای ایجاد یک پروژه جدید با پسوند USA به کار برده می شود .

Open : که برای باز کردن پروژه هایی که با پسوند USA هستند استفاده می شود .

Print : که برای پرینت گرفتن پروژه های انجام داده شده صورت می گیرد .

قسمت Main Menu

Steam : برای طراحی کویل بخار مورد استفاده قرار می گیرد .

Condensor : برای طراحی کویل های کندانسور هوایی چیلر ها ، پکیج ها ، داکت اسپیلیت ها و ..... مورد استفاده قرار می گیرد .

Water : برای طراحی کویل های آبی گرمایی و سرمایی مورد استفاده قرار می گیرد .

Evaprator : برای طراحی کویل های اواپراتور DX مانند هوارسان ها ، داکتد اسپلیت ها، پکیج یونیت ها و ....................... مورد استفاده قرار می گیرد .

Glycool : برای طراحی کویل های خاص که با اتیلن گلیکل یا همان ضد یخ با فرمول شیمیایی CH2OH2 مورد استفاده قرار می گیرد .

جهت آموزش نرم افزار USACOIL فقط قسمت های Water و Evaporatorمورد بررسی قرار می گیرد .

:Water

پس از کلیک روی آیکن Water و انتخاب این گزینه ، روی آیکن select وارد فضای بسیار ساده نرم افزار می شویم .

همانطور که مشاهده می کنید از دو بخش تشکیل شده است Entering Conditions و Construction .

Construction

Tubing OD: نشان دهنده ی سایز لوله است که پس از کلیک روی سه آیکن سه آیتم 3 و 4 و5 باز می شود که به معنی لو له هایی با قطر های و و هستند .

Wall Thickness : نشان دهنده ضخامت لوله است که با کلیک روی ضخامت یا همان گوشت لوله نمایش داده می شود و واحد آن بر حسب اینچ می باشد .

Fin Material: نشان دهنده نوع Fin است که با کلیک روی دو حرف A و C نمایش داده میشود که مخفف حروف آلومینیوم و یا مس است.

Fin Thickness: نشان دهنده ضخامت Fin است که بر واحد in است.

Fin Treatment: نشان دهنده نوع فین موجدار سینوسی یا اسپیرال است که به دلیل این که کویلها با فین اسپیرال مورد آموزش ما نمیباشد به صورت پیش فرص CR را انتخاب میکنیم که مربوط به فينها موجدار سینوسی است.

Fin Per Inch: تعداد فین در هر اینچ (2.54cm) است که معمولاً بین 8 تا 14 است در اواپراتورهای سردخانهای تعداد فین در هر اینچ معمولاً بین 4 تا 8 است که بستگی به نوع کاربری سردخانه مورد نظر دارد.

Row Deep: نشان دهنده تعداد ردیف کویل است.

Tube Height: نشان دهنده تعداد لوله در ارتفاع در هر ردیف از کویل است.

Finned Length: نشان دهنده طول فین خورده مبدل است که این مقدار حتماً باید براساس واحد «اینچ» در نرم افزار وارد شود.

Circuits: نشان دهنده نوع مداربندی بر اساس Full یا Half است.

Entering Conditions

Altitude: نشان دهنده ارتفاع از سطح دریا است که می بایست با واحد Ft وارد نرم افزار گردد.

CFM: نشان دهنده میزان دبی هوای ورودی به مبدل است.

Ent air db: نشان دهنده دمای Dry Bulb ورودی به کویل است که براساس واحد فارنهایت وارد نرم افزار میگردد.

Ent air wb: نشان دهنده دمای Wet Bulb ورودی به کویل است که براساس واحد فارنهایت وارد نرم افزار میگردد.

Ent Fluid: نشان دهنده دمای سیال ورودی به کویل است که براساس فارنهایت وارد نرم افزار میگردد.

GPM: نشان دهنده دبی سیال ورودی به مبدل و مخفف Gallon Per Minutes است.

اواپراتور

پس از آشنایی با قسمت Water نرم افزار را بسته و مجدداً باز کنید و روی دایره سفید رنگ Evaperator کلیک کرده و بعد از آن روی Select کلیک کنید. همان طور که در شکل زیر مشاهده میکنید قسمت Construction هیچ تغییری نکرده است ولی در قسمت Entering Condition تغییراتی مشاهده میشود که در ادامه شرح داده میشود.

Evap Temp: نشان دهنده دمای اواپراتور است که بستگی به طراحی دستگاه دارد و بر واحد فارنهایت وارد نرم افزار میشود.

Refrigerant: پس از کلیک روی علامت دو عدد 12 و 22 نشان داده میشود که گویای مبرد R12 و R22 هستند. قابل ذکر است در صورت استفاده از گاز R134a میتوان آن را روی نرم افزار تایپ نمود.

حال پس از آشنایی با آیکن های نرم افزار با ارائه چندین مثال کاربردی محاسبات کویل را انجام میدهیم و خروجی نرم افزار را به صورت PDF و پرینت تحت بررسی قرار میدهیم.

حل چند پروژه کاربردی

طراحی کویل آب سرد

در این مرحله میخواهیم یک کویل آب سرد (Chiller Water) را طراحی کنیم. با فرض این که این کویل مربوط به پروژهای واقع در شهر تهران با دبی هوای ورودی 5000CFM که به صورت 100% هوای تازه میباشد در مرحله اول وارد صفحه نرم افزار شده و روی آیکن Water کلیک کرده و کلمه Select را اجرا میکنیم.

Construction

Tubing OD

برای انتخاب سایز لوله مناسب یعنی و و این مطلب را باید در نظر گرفت که برای ظرفیتهای بالا مانند این مثال بهترین سایز لوله و است. برای سایز لوله به جهت نادر بودن تجهیزات تولید کویل، بهتر است سایز انتخاب شود. پس از انتخاب عدد 5 مشاهده میکنید نرم افزار تا Fin Treatment انتخاب پیش فرض انجام میدهد که در این مرحله شما میتوانید با توجه به لوله مسی و فین مورد استفاده تغییرات لازم را انجام دهید در این مثال پیش فرض نرم افزار مورد تایید میباشد.

Fin Per Inch: میزان FPI در کویل مربوطه را به صورت پیش فرض 8 در نظر میگیریم.

Rows Deep: معمولاً تعداد ردیفه در کویلهای سرمایی آبی از 4 ردیف به بالا پیش بینی میگردد و ما 4 را به صورت پیش فرض در نظر میگیریم.

Tube Height: به صورت پیش فرض 15 در نظر میگیریم.

Finned Length: به صورت پیش فرض 50in در نظر میگیریم.

Circuit: همان طور که در قبل در خصوص نحوه مداربندی توضیحات ارائه شده است در این پروژه Full در نظر گرفته می شود.

در 3 بخش آخر (عکس شماره 4) گویای ابعاد اصلی کویل (ابعاد فین خورده) هستند که میتوان در هوارسان یا به صورت جدا از دستگاه (بیرون از دستگاه قرارداد) در مثال های بعدی طراحی کویل بدون در نظر گرفتن ابعاد پیش فرض و با توجه به ابعاد واقعی هوارسان صورت میگیرد.

Entering Condition

Altitude: همان طور که در مطالب قبلی نیز به آن اشاره شد میزان ارتفاع از سطح دریا در تهران 4000ft است.

CFM: میزان دبی هوای عبوری از کویل که برابر 5000CFM است.

Ent air db: میزان دمای هوای Dry Bulb ورودی به کویل در این مثال به دلیل این که هوای ورودی 100% هوای تازه است دمای هوای تهران برابر 100oF است.

Ent air wb: میزان دمای هوای Wet Bulb ورودی به کویل در این مثال به دلیل این که هوای ورودی 100% هوای تازه است. دمای هوای تهران که با توجه به مدارک تهیه شده توسط اداره هواشناسی این عدد در تهران بین 70 تا 75 است که در این مثال 75 درجه فارنهایت در نظر میگیریم.

Ent Fluid: دمای سیال (آب) ورودی به کویل یا همان Chilled Water در اکثر پروژه 44 و 45 درجه فارنهایت در نظر گرفته می شود.

GPM: دبی سیال ورودی به کویل به صورشه پیش فرض 30 در نظر میگیریم.

(محاسبات سریع)

مقدار CFM را توسط یک فرمول ساده به GPM تبدیل میکنیم:

برای خروجی گرفتن از نرم افزار روی آیکن Calculate چند بار کلیک کرده تا تمامی اعداد تغییر نکند.

Calculations

Btu (Total): بار سرمایی کل

Btu (Sens): بار سرمایی محسوس

Air PD: افت فشار هوای روی کویل بر واحد in wg

SCFM: میزان دبی هوا در ارتفاع 4000ft از سطح دریا همان طور که مشاهده میکنید این عدد از میزان دبی ورودی 5000 کمتر است که به دلیل رقیق شدن هوا در ارتفاع بالاتر از سطح دریا طبیعی است.

Air Velocity : سرعت هوای روی کویل می بایست بین 450FPM تا 550FPM باشد که در بهترین انتخاب 500FPM است.

LAT DB: دمای هوای خروجی Dry Bulb بعد از عبور مبدل.

LAT WB: دمای هوای خروجی Wet Bulb بعد از عبور مبدل.

Lvg FI Temp: دمای سیال خروجی (Child Water) از کویل در صورتی که Ent Fluid را 45 وارد کردیم این مقدار می بایست 55 باشد. (10 درجه فارنهایت اختلاف دما در سیال Chilled Water).

Water PD: افت فشار سیال در کویل بر واحد فوت آب است.

Water Vel: سرعت سیال (آب سرد) به واحد فوت بر ثانیه است که میبایست بین fps8≥1 باشد.

Fin Height: ارتفاع فين.

پس از بررسی و مشاهده محاسبات می بایست به اعداد پیش فرض تغییراتی انجام دهیم. در تحت Air Velocity سرعت در حالت حداکثر است و می بایست با تغییر در ابعاد کویل این مشکل را برطرف نماییم. پسTube Height را به عدد 18 تغییر میدهیم و پس از آن به دلیل آن که مبدل به صورت Full طراحی گردیده است Circuit را نیز به عدد 18 تغییر میدهیم و مجدد Calculate را چند مرتبه اجرا میکنیم.

پس از آن اگر Finned Length را نیز به عدد 52 تغییر دهیم مشاهده میکنیم در سرعت هوای روی کویل نزدیک به حالت استاندارد 500 تغییر مییابد.

همان طور که مشاهده کردید، پس از آن که سرعت هوای روی مبدل را به حالت استاندارد تغییر دادیم دمای آب خروجی میبایست به حدود 55 درجه فارنهایت تغییر یابد. حال با زیاد کردن GPM میتوان خروجی مطلوبی از محاسبات دریافت کرد این کار را مکرر می بایست ادامه داد تا دمای آب خروجی اصلاح شود.

حال با مقایسه قرار دادن بار Total و محسوس ارائه شده در نرم افزار و بار برودتی مورد نیاز فضای میتوان تشخیص داد که این مبدل 4R/8FPI/18T مورد نیاز هست یا خیر. در صورتی که بار برودتی مورد نیاز، فاصله اندکی تا بار کویل داشته باشد، فقط با تغيير در آیتم Fin Per Inch ( بین 8 تا 14) میتوان این بار را تامین کرد. پس از تغيير FPI و آیکن Calculate را کلیک میکنید مشاهده میکنید که محاسبات جدیدی پیش روی شما قرار میگیرد پس از تغيير FPI در صورتی که دمای سیال خروجی از عدد مناسب (10 درجه اختلاف با دمای ورودی) تغییر کرد آیتم GPM را مجدداً افزایش دهید.

پس از کلیک روی آیکن Print صفحه جدید برای شما باز میشود که در آن میتوان زمان نام مشتری اسم پروژه را وارد نمود. همانگونه که در تصویر مربوطه مشاهده میکنید خروجی نرم افزار به چهار قسمت به شرح ذیل تقسیم شده است: مشخصات مشتری (Customer)، نام پروژه (Project)، تاریخ (Date) و توضیحات (Item).

با کلیک کردن روی دکمه Finish میتوانید آن را چاپ گرفته یا به صورت فایل PDF ذخیره نمایید.

Coil Construction

نوع کویل Type Of Coil

ارتفاع در طول فین خورده Fin Length × Fin Height

ضخامت لوله و سایز لوله Tube OD And Thickness

ضخامت فین و متریال

سطح جبهه = مساحت قسمت فین خورده که بر واحد ft2 است.

Air Side Performance

ظرفیت هوای عبوری از روی کویل CFM

دمای هوای خشک ورودی Entering Air Dry Bulb

دمای هوای تر ورودی Entering Air Wet Bulb

دمای هوای خشک خروجی Leaving Air Dry Bulb

دمای هوای تر خروجی Leaving Air

سرعت هوای عبوری از روی سطح کویل Face Velocity

افت فشار هوا پس از عبور از کویل Air Side Pressure Drop

Liquid Side Performance

دمای سیال (آب) ورودی Entering Water Temp

دمای (آب) خروجی Leaving Water Temp

در قسمت Number Of Circuits اگر عدد مقابل آن نصف تعداد لوله در ارتفاع بود یعنی لوله کشی به صورت Half انجام شده است و اگر مقدار برابر تعداد لوله در ارتفاع بود یعنی لولهکشی به صورت Full صورت گرفته است. در صورتی که تعداد لوله در ارتفاع را فراموش کنید به روش زیر میتوان پی برد که لولهکشی به چه شکل انجام گرفته است.

Fin Height را بر mm تبدیل میکنیم:

چون لوله کشی سایز است و گام فین ای لوله ها برابر 38 میلی متر است داریم:

یعنی تعداد لوله در تفاع برابر 18 بوده است پس سیستم لوله کشی به صورت Full اجرا گردیده است.

دبی سیال (آب) GPM

افت فشار (آب) در کویل Water Pressure Drop

سرعت سیال (آب) در کویل Liquid Velocity

بار کل Total Btu/h

بار محسوس Sensible Btu/h

محاسبه قطر لوله ورودی و خروجی به کویل

با استفاده از نمودار لوله های فولادی و GPM به دست آمده با افت 3 فوت به ازای هر 100 فوت طول لوله سایز لوله های ورودی و خروجی برابر 2u میشود و سایز کلکتورها از روی نمودار لوله مسی نوع L می توان سایز در نظر گرفت.

طراحی کویل آب گرم

در این مثال نمونه می خواهیم با بخشهای مختلف نرم افزار برای طراحی کویل آب گرم آشنا شویم با فرض این که این کویل مربوط به پروژه مسکونی واقع در اصفهان با دبی هوای ورودی 2000CFM که 30% هوای تازه و 70% هوای برگشت استفاده میشود. پس از باز کردن صفحه اصلی نرم افزار در قسمت Main Menu قسمت Water را انتخاب کرده و روی آیکن Select کلیک میکنیم.

Construction

Tubing OD: در این ظرفیت هوای ورودی هم میتوان از سایز لوله و استفاده نمود. این مطلب را در خاطر داشته باشید برای هر ظرفیت ورودی مبدل با سایز (به دلیل بار حرارتی کم) معمولاً بزرگتر و با تعداد ردیف بیشتر از خواهد بود. در این مثال به دلیل CFM پایین از سایز لوله استفاده مینماییم.

Fins Per Inch: به صورت پیش فرض 8 در نظر میگیریم.

Row Deep: به صورت پیش فرض 2 در نظر میگیرم (برای کویلهای گرمایش به ندرت 3 دریفه یا 4 ردیفه میباشد).

Tube Height: به صورت پیش فرض 12 در نظر میگیرم.

Fine Length: به صورت پیش فرض 35 اینچ در نظر میگیرم.

Circuits: در این مثال می خواهیم هر دو حالت Full و Half در نظر بگیریم تا اختلاف بار حرارتی کویل را مقایسه کنیم پس در مرحله اول می بایست 6 در نظر بگیریم (در مداربندی Half نصف Tube Height را در نظر میگیریم).

Entering conditions

Altitude: ارتفاع از سطح دریای اصفهان برابر 2520ft است.

CFM: برابر با 2000CFM است.

Ent air db: برای به دست آوردن دمای هوای ورود به کویل می بایست از فرمول زیر استفاده کرد:

T db out = دمای هوای Dry Bulb بیرون (استخراج از نشریه 271 سازمان مدیریت و برنامه ریزی)

T db return = دمای هوای Dry Bulb طرح داخل پروژه که در این پروژه به دلیل این که مسکونی است دمای طرح داخل را 75oF در نظر میگیریم:

پس دمای هوای ورودی به کویل بعد از مخلوط شدن دو هوا در Mix Box مقدار 56/25oF شد که در نرم افزار قرار میدهیم.

نکته: از فرمول بالا برای به دست آوردن Twbmix نیز می توان استفاده کرد.

Ent air wb: در طراحی کویل گرمایش با توجه به نمودار سایکرومتریک این مورد را صفر وارد میکنیم.

Ent Fluid: دمای سیال (آب گرم) ورود به کویل معمولاً در تمامی طراحیها 180oF قرار داده می شود و در برخی پروژهها و Data Sheetهای شرکتهای مشاور این عدد 170oF نیز ارائه شده است.

GPM: به صورت پیش فرض از روش زیر محاسبه میکنیم:

حال روی آیکن Calculate چند بار کلیک میکنیم تا اعداد در قسمت ثابت شوند. همان طور که مشاهده میکنید در مرحله اول نرم افزار شما Error می دهد در قسمت Ent Air db می بایست اعداد را بدون اعشار وارد کنیم پس به صورت زیر تغییر میدهیم:

همان طور که مشاهده میکنیم سرعت روی کویل تقريباً بالاست که با تغییر ابعاد کویل سرعت را به 500 فوت بر دقیقه نزدیک میکنیم.

پس از اضافه کردن تعداد لوله در ارتفاع از 12 به 14 میزان Circuts را به دلیل این که در این مثال برای افزایش بار حرارتی مداربندی Half در نظر میگیرم، آن را عدد 7 (نصف مقدار Tube Height) قرار میدهیم. قابل ذکر است اگر تعداد لوله در ارتفاع اعداد فرد مثل 11 بود نیز می توان عدد 5 یا 6 را در نرم افزار قرار داد.

با توجه به قسمت دمای سیال خروجی (Lvg FI Temp) که هم اکنون 153 می باشد، باید GPM را افزایش داد تا به عدد 160oF برسد (20 درجه فارنهایت اختلاف ورودی و خروجی در دمای سیال آب گرم باید باشد).

حال با کلیک روی آیکن پرینت اطلاعات دلخواه را پر می کنیم و از نرم افزار خروجی می گیریم :

برای مقایسه بار حرارتی با سیستم لوله کشی Full کافی است در قسمت Circuits عدد 14 را وارد نمایید و پس از بررسی آیتم دمای سیال خروجی و GPM آیکن Calculate را چند بار کلیک کنید و پس از Print و خروجی نرم افزار داریم :

قابل ذکر است پس از این تغییر اگر دمای خروجی سیال از 160oF شده بود می بایست مجددا با تغییر GPM این عدد را به 160oF رساند .

بار حرارتی در قسمت Half برابراست با 82229 Btu/h و با طراحی به شکل Full برابر است با

79195 Btu/h و در این صورت نتیجه می گیریم با آرایش مدار بندی Half در کویل های حرارتی و برودتی با همان ابعاد مورد نظر می توان بار حرارتی و یا برودتی بیشتری را از مبدل دریافت نمود .