مفهوم تبرید یا سردسازی به این معنا است که برای کاهش دمای یک ماده نسبت به محیط اطراف آن شرایط مناسبی ایجاد شود، به عبارت دیگر تبرید به انتقال گرما از یک محیط با دمای پایینتر به یک محیط با دمای بالاتر گفته میشود. لازمه حفظ سرما در تمامی سیستمهای تبرید این است که حرارت از موادی با درجه حرارت کمتر جذب شود و این حرارت به محیطی با درجه حرارت بالاتر انتقال پیدا کند. اساس کار بسیاری از سیستمهای سرمایشی و دستگاههای تهویه مطبوع بر پایه سیکل تبرید و بر مبنای قوانین ترمودینامیکی انجام میشود.
انواع سیکل تبرید در طراحی و تولید دستگاههای سرمایشی نظیر داکت اسپلیت، چیلر، یخچال، کولر گازی و … به کار برده میشود. اساس طراحی این چرخه تغییر فاز سیال از حالت مایع به گاز و بالعکس بوده و برای انجامپذیر بودن این عمل، لازم است از سیالی که توان سرمایشی و گرمایشی بالایی دارد و قادر است در دستگاههای صنعتی با دماهای مختلف کار کند، استفاده شود.
اسم دیگر سیکل تبرید موتور گرمای معکوس است، چراکه در این سیکل ماشینهای گرمایی برعکس کار میکنند. با توجه به این موضوع، در صورتی که شما هم تمایل دارید با سیکلهای تبریدی بیشتر آشنا شوید و در مورد آنها اطلاعات مفیدی به دستآورید، پیشنهاد میکنیم تا پایان این مطلب از تهویه هورسان با ما همراه باشید تا به شما بگوییم سیکل تبرید چیست، انواع آن کدام است و چه اجزایی در آن به کار رفته است؟
منظور از سیکل تبرید چیست؟
سیکل تبرید در واقع یک چرخه سرمایشی است که به صورت پیوسته و مداوم در حال تکرار بوده تا عمل سردسازی به درستی انجام شود. در فرایند سردسازی که سیکلهای تبرید اتفاق میافتد، یک سیال مثل آب یا هوا با استفاده از سیال دیگری مثل ماده مبرد که معمولاً گاز فریون است، سرد میشود و از آن برای کاربردهای مختلفی نظیر خنک کاری مدار یک دستگاه صنعتی یا سرمایش هوای یک ساختمان استفاده میشود.
در سیکل تبرید، از یک سیال گرما جذب شده و با دفع این گرما به سیال دیگر سرما تولید میشود. برای این کار، ماده مبرد که مایعی سرمازا و خنککننده است، با استفاده از کمپرسور و با فشار زیاد از داخل کندانسور، اواپراتور و کویل انتقال داده میشود. این عملیات سرد کردن به طور متوالی، پیوسته و یکنواخت و به صورت یک سیکل چرخشی انجام میشود و معمولاً تمامی سردکنندهها با توجه به یک چرخه ثابت عمل میکنند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با کمپرسور می توانید به مقاله کمپرسور چیست مراجعه کنید.
ماده سرمازا مهمترین و اصلیترین بخش سیکل تبرید محسوب میشود که لازم است جذب حرارت از محیط صورت گرفته و این حرارت در مکان دیگری دفع شود. در واقع با انجام این کار، کمپرسور گرما را در موقعیتی قرار میدهد تا حرارتی را که در مراحل قبلی از محیط با فشار کمتر جذب کرده بود، پس دهد. در سیستمهای سردکننده معمولاً دو ناحیه وجود دارد و از یک قسمت کم فشار و یک قسمت پرفشار تشکیل شدهاند که در آن گرما از قسمت کم فشار دریافت شده و در قسمت پرفشار دفع میشود.
- قسمت کم فشار سیکل تبرید؛ در سیکل تبرید ماده مبرد به طور پیوسته و مداوم یک چرخه کامل را تکرار میکند، به این صورت که از شیر انبساط یا اکسپشن ولو عبور کرده و به سمت اواپراتور میرود و وارد کمپرسور میشود. قسمت کم فشار سیکل از اکسپشن ولو یا شیر انبساط شروع شده و تا ورودی کمپرسور ادامه خواهد داشت که مقدار فشار آن به عوامل مختلفی نظیر دمای ورودی اواپراتور و نوع سیستم بستگی دارد.
- قسمت پر فشار سیکل تبرید؛ کمپرسور، لوله خروج گاز از کمپرسور، مخزن مایع مبرد، کندانسور و لوله حامل مایع مبرد، نواحی باقیمانده از سیکل تبرید هستند که به آنها قسمت پر فشار یا فشار زیاد گفته میشود.
نحوه عملکرد سیکل تبرید چگونه است؟
ماده مبرد در سیکل تبرید سرمایشی بین چهار مرحله کلیدی در حرکت است. دما و فشار ماده مبرد زمانی که در این چرخه حرکت میکند، دچار تغییر میشود و این تغییر دما و تغییر فاز به ماده مبرد اجازه میدهد تا از یک مکان گرما را جذب کرده و در مکان دیگری آن را تخلیه کند. برای اینکه سیکل تبرید بتواند عملکرد درستی داشته باشد، به 5 جزء اصلی نیاز است که شامل موارد زیر میشود:
- کندانسور
- کمپرسور
- اواپراتور
- شیر انبساط یا اکسپشن ولو
- و لوله کشی که باعث اتصال کندانسور، کمپرسور، اواپراتور و شیر انبساط به یکدیگر میشود.
کمپرسور در سیکل تبرید چه نقشی دارد؟
برای اینکه یک محیط خنک شود، لازم است گرمای آن را بگیرید و در جای دیگری تخلیه کنید، البته به صورتی که هوای محیط بعدی نسبت به ماده مبرد دمای کمتری داشته باشد تا بتواند گرما را تخلیه کند. برای اینکه مطمئن شوید این کار امکانپذیر است، باید ماده مبرد فشرده شود تا دمای آن افزایش پیدا کند. هنگامی که ماده مبرد به کندانسور میرسد، مبرد داخل لوله نسبت به هوای بیرونی لوله گرمتر میشود، بنابراین میتواند گرما را دفع کند.
در صورتی که دمای لوله با دمای هوا برابر باشد، دیگر نمیتوانید گرما را دفع و محیط را خنک کنید. ماده مبرد به عنوان یک گاز اشباع شده و گرم که فشار کمی دارد، وارد کمپرسور شده و در آنجا فشرده میشود. در طول فشردهسازی، مقدار ماده مبرد ثابت مانده، اما حجم آن کاهش پیدا میکند و این امر باعث افزایش دما و فشار ماده مبرد میشود، سپس ماده مبرد به صورت گاز فشار قوی که گرما و داغی فوقالعاده بالایی دارد از کمپرسور خارج میشود.
کندانسور در سیکل تبرید چه نقشی دارد؟
در ادامه عملکرد سیکل تبرید، گاز فشرده شده و فوقالعاده گرم پس از خروج از کمپرسور وارد کندانسور میشود. کندانسور قطعهای است که به صورت یک سیم پیچ تشکیل شده از لولههای مسی در بین پردههای فلزی قرار دارد. پرههای فلزی با استفاده از عملرسانایی به انتقال گرما از لولهها کمک میکنند. علاوه بر این، هوا در تمام بخشهای موجود پرهها و سیم پیچ به وسیله فن کندانسور دمیده میشود تا گرما با استفاده از جریان همرفت به بیرون انتقال پیدا کند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با کندانسور می توانید به مقاله کندانسور چیست مراجعه کنید.
هنگامی که هوا در لولهها و پردهها جریان پیدا میکند، همزمان از ماده مبرد گرما گرفته شده و به محیط بیرون انتقال پیدا میکند تا ماده مبرد خنک شود. با سرد شدن ماده مبرد، گاز فشار بالا تغییر فاز میدهد و به مایع تبدیل میشود، البته هنوز هم در فشار بالا قرار دارد؛ بنابراین کل اتفاقی که در قسمت کندانسور سیکل تبرید میافتد، این است که ماده مبرد به عنوان یک گاز فشار بالا که بسیار گرم است، وارد کندانسور شده و گرمای خود را توسط هوای دمیده شده با استفاده از فن کندانسور به محیط انتقال میدهد و این کاهش دما باعث متراکم شدن ماده مبرد میشود. ماده مبرد بعد از خروج از کندانسور به عنوان یک مایع با دمای معمولی و اشباع شده با فشار بالا خارج میشود.
شیر انبساط یا اکسپشن ولو در سیکل تبرید چه نقشی دارد؟
همانطور که قبلاً هم بیان کردیم؛ برای خنک کردن یک محیط، لازم است از آن گرما گرفته شود و این گرما در جای دیگری تخلیه گردد. سیکل تبرید این گرما را با فرستادن ماده مبرد حاوی دما و فشار کم به داخل اواپراتور از محیط میگیرد. ماده مبرد برای خنک شدن از اکسپشن ولو یا شیر انبساط عبور داده میشود، این کار از طریق شیر انبساط و با محدود کردن میزان جریان صورت میگیرد تا فشار مبرد کاهش پیدا کند.
محدودیتی که توسط اکسپشن ولو در سیکل تبرید ایجاد میشود، به این صورت است که میزان ماده مبرد در قسمت دیگر لوله کمتر خواهد بود، بنابراین ماده مبردی که اجازه عبور از لوله را دارد، میتواند کمی منبسط شود. زمانی که ماده مبرد منبسط میشود، کاهش دما رخ میدهد و به منظور جمعآوری گرما مقداری فضای ذخیره برای آن در نظر گرفته میشود. شیر انبساط با استفاده از یک شیر داخلی فنری که به قسمت دیافراگم متصل است، باعث محدود شدن جریان ماده مبرد میشود.
بین لامپ حسگر حرارتی و شیر انبساط یک لوله نازک وجود دارد که به آن لوله موئین گفته میشود. لامپ حسگر حرارتی که در نزدیکی انتهای اواپراتور تعبیه شده است، وظیفه دارد جریان مایع مبرد کافی را برای خنک کردن کل ناحیه اواپراتور تأمین کند، اما نه به اندازهای که مایع مبرد به موقعیت حسگر برسد. لامپ حسگر حرارتی بعد از اواپراتور با لوله در تماس است و مایع یا بخار داخل آن با تغییر دمای ماده مبرد خارج شده از اواپراتور، منبسط یا منقبض میشود. مایع یا بخار داخل اواپراتور با انبساط و انقباض خود، باعث حرکت ناحیه دیافراگم میشوند و این ناحیه وظیفه کنترل شیر فنری را برعهده دارد تا جریان ماده مبرد ورودی به اواپراتور محدود شود.
ماده مبرد به عنوان یک مایع با دمای معمولی و اشباع شده با فشار بالا به شیر انبساط وارد میشود. دریچه انبساط میزان عبور ماده مبرد را در یک زمان محدود میکند که این امر باعث کاهش دما و فشار ماده مبرد میشود. ماده مبرد از اکسپشن ولو به صورت یک مایع سرد و اشباع شده با فشار کم خارج میشود.
اواپراتور در سیکل تبرید چه نقشی دارد؟
قطعهای به نام اواپراتور در آخرین مرحله کلیدی سیکل تبرید قرار دارد که از نظر ساختار به کندانسور شبیه است، اما در داخل آن ماده مبرد رفتار متفاوتی را از خود نشان میدهد. در ناحیه اواپراتور ماده مبرد به صورت مایعی سرد و کم فشار وارد شده و به دلیل اینکه دمای جوش بسیار پایینی دارد، به سرعت شروع به جوشیدن میکند. ماده مبرد در حال جوشیدن، تبخیر هم میشود که این تبخیر باعث گرفتن گرمای محیط شده و این گرما به قسمت کمپرسور فرستاده میشود، قسمتی که دوباره سیکل تبرید را شروع میکند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با اواپراتور، می توانید به مقاله اواپراتور چیست مراجعه کنید.
ماده مبرد که به صورت مایعی سرد و کم فشار است به قسمت اواپراتور وارده شده و شروع به جوشیدن و تبخیر میکند که این تبخیر، میتواند اثر خنک کنندگی را در محیط ایجاد کرده و گرما را به بیرون منتقل کند تا بعد از کمپرسور در کندانسور ریخته شود. ماده مبرد از اواپراتور به عنوان یک گاز گرم و اشباع شده کم فشار خارج میشود.
با انواع سیکل تبرید بیشتر آشنا شوید
سیکل تبرید دارای انواع مختلفی است که به صورت زیر تقسیمبندی میشود:
سیکل تبرید تراکمی
سیکل تبرید تراکمی یکی از بهترین و پرطرفدارترین انواع سیکل تبرید محسوب میشود که در حال حاضر در تمامی دستگاههای تهویه مدرن مورد استفاده قرار میگیرد. در دستگاههای تهویه تراکم به وسیله کمپرسور ایجاد میشود و دستگاه تهویه هوا به کمک سیکل تبرید تراکمی انرژی مورد نیاز خود را برای گردش سیال در این چرخه تأمین میکند.
سیکل تبرید تراکمی که به آن سیکل تبرید ترمودینامیک هم گفته میشود، در طراحی دستگاههایی مثل یخچالها، داکت اسپلیت و کولر گازی به کار گرفته میشود. سیکل تبرید تراکمی نوعی سیکل برعکس شده است که به وسیله گرمای ماشینها استفاده میشود.
سیکل تبرید یخچال نیز به همین صورت انجام میشود. یخچال و فریزر برای گرفتن گرما از هوا از اصول سردسازی یا سیکل تبرید تراکمی استفاده میکنند. نحوه عملکرد سیکل تبرید یخچال در این وسایل به این صورت است که برای گرفتن گرما از هوا، قسمت کمپرسور از طریق لولههای مسی که بین کندانسور و کویل اواپراتور وجود دارد، با فشار مبرد جابهجا میشود.
سیکل تبرید جذبی
سیکل تبرید جذبی به وسیله منابع گرمایشی که معمولاً بخارهای داغ یا شعله مستقیم گاز است، آب را خنک میکند و بعد از این مرجله آن را به واحدهای صنعتی یا واحدهای ساختمانی مثل هواساز برای خنک کردن ارسال میشود. در بیشتر سیکلهای تبرید جذبی، یک مکانیزم متفاوت برای ایجاد سرمایش به کار برده میشود و دیگر از کمپرسور و سایر اجزای اصلی که در سیکل تبرید ترمودینامیک مورد استفاده قرار میگیرد، خبری نیست.
در داخل سیکل تبرید جذبی یک منبع حرارتی وجود دارد که قادر است از چرخه منظمی استفاده کند و میتواند شعله مستقیم را برای منبع گرمایشی داخل یک کوره به کار ببرد. ضریب عملکرد سیکل تبرید جذبی پایینتری نسبت به سیکل تبرید تراکمی دارد.
سیکل تبرید ترموالکتریک
در سیکل تبرید ترموالکتریک، انرژی الکتریکی بدون هیچگونه پیچیدگی و به صورت مستقیم در سیستمهای سرماساز و تهویه هوا استفاده میشود. دو کاربرد اصلی سیکل تبرید ترموالکتریکی در سیستمهای هواساز شامل اندازهگیری دما و تولید توان است. (در صورتی که تمایل دارید در مورد دستگاههای هواساز اطلاعات بیشتری به دستآورید، میتوانید به مقاله هواساز چیست؟ تهویه هورسان مراجعه کنید. )
سیکل تبرید مغناطیسی
یکی دیگر از انواع سیکل تبرید، سیستم تبرید مغناطیسی است که با توجه به اثر مگنتو کالریک عمل میکند. سیکل تبرید مغناطیسی بر اساس تغییرات آنتروپی با استفاده اثر یک میدان مغناطیسی بر یک ماده مغناطیسی تولید میشود. امروزه از سیکل تبرید مغناطیسی در هیچ کدام از دستگاههای سرمایشی استفاده نمیشود.
سیکل تبرید تراکمی چگونه کار میکند؟
سیکل تبرید سرمایشی از نوع تراکمی در کولر گازی (اسپلیت)، سیستم وی ار آف (VRF )، سیستمهای تهویه مطبوع مثل داکت اسپلیت، چیلر تراکمی هوا خنک، چیلر تراکمی آب خنک و غیره کاربرد دارد. عملکرد سیکل تبرید تراکمی به این صورت است؛ یک ماده مبرد که حالت گازی شکل دارد، با استفاده از کمپرسور که معمولاً از نوع اسکرال، اسکرو یا رفت و برگشتی است، در مرحله اول متراکم شده و به شکل بخار داغ یا گاز داغ با فشار بالا به کویل پرپیچ و خمی که کندانسور نام دارد، وارد میشود.
ماده مبرد بعد از اینکه از مسیر پرپیچ و خم عبور میکند، حرارت خود را به محیط اطراف میدهد و کم، کم به یک مایع داغ با فشار بالا تبدیل شده و سپس ماده مبرد به شیر انبساط وارد میشود. بعد از اینکه از شیر انبساط عبور کرد، فشار از روی ماده مبرد برداشته میشود و تغییر فاز از مایع به گاز صورت میگیرد.
اکنون مبرد مایع با فشار پایین، به یک کویل پرپیچ و خم که اواپراتور نام دارد، وارد میشود. سپس مایع فشار پایین حرارت محیط اطراف خود را گرفته و به شکل مبرد گازی شکل یا بخار در میآید. این مبرد گازی شکل با فشار پایین دوباره به کمپرسور وارد میشود تا سیکل تبرید تراکمی ادامه پیدا کند و دائم در حال تکرار باشد تا عمل سردسازی هوا یا آب در اواپراتور انجام شود.
در سیکل تبرید تراکمی تجهیزات مختلفی استفاده میشود که شامل موارد زیر است:
ترموستات ضد یخ
این تجهیز نوعی کنترل حد است که برای ایمنی اجزا و قطعات سیستمهای سرمایشی و دستگاههای تهویه مطبوع استفاده میشود، بنابراین در عملکرد معمول دستگاه نقشی ندارد، بلکه تنها زمانی که دمای سیستم پایینتر از حد تنظیم شده قرار داشته باشد، وارد عمل میشود.
به عنوان مثال، ترموستات ضد یخ در هواساز باعث بسته شدن دمپر هوای تازه و خاموش شدن فن دمنده میشود تا آب داخل کویل یخ نزند، همچنین در انواع چیلر ترموستات ضد یخ حد پایین دمای آب را کنترل میکند و در صورت کاهش بیش از اندازه دما، فرمان قطعی کل دستگاه را صادر میکند. به همین دلیل خط فرمان تجهیزات ابتدا از مسیر ترموستات عبور میکند. (در صورتی که تمایل دارید درباره هواساز و انواع آن اطلاعات بیشتری کسب کنید، میتوانید به مقاله هواساز چیست؟ تهویه هورسان مراجعه نمایید. )
کنترلکنندههای فشار
در سیکل تبرید سرمایشی نوع تراکمی انواع کنترلکنندههای فشار نظیر کنترلکننده فشار بالا، کنترلکننده فشار پایین و کنترلکننده فشار روغن به کار برده میشود. کنترلکنندههای فشار سیکل تبرید ترمودینامیکی مثل کنترلکنندههای دما در دو نوع الکترونیکی و الکترومکانیکی وجود دارند.
کنترلکننده رطوبت و دما
در سیکل تبرید به ویژه نوع تراکمی ترموستاتها به عنوان کلیدهای حساس به دما در انواع مختلف پرکاربردترین کنترلکنندههای تجهیزات تهویه مطبوع به شمار میآیند. ترموستاتها با توجه به نوع حسگر، محل نصب، نحوه عملکرد، مراحل قطع و وصل مدار، نوع کاربری در سیستمهای مختلف، شکل ظاهری و دامنه تنظیم در انواع متنوعی تولید و به کار برده میشوند.
- شیر برقی
- مبدلهای فشار به جریان
- فلو سوئیچ
سیکل تبرید جذبی چگونه کار میکند؟
سیکل تبرید سرمایشی نوع جذبی معمولاً در سردخانهها و مراکز صنعتی استفاده میشود و طراحی آن بر مبنای جاذبهای شیمیایی صورت میگیرد و در این چرخه بیشتر از لیتیوم بروماید استفاده میشود. نحوه عملکرد سیکل تبرید جذبی به این صورت است که ابتدا آب مقطر با فشار و دمای پایین در تماس با محیط بیرون قرار میگیرد. این تماس با محیط بیرون میتواند در مجاورت با جریان هوا یا یک خط لوله آب باشد. در نتیجه این تماس، آب مقطر موجود در سیکل تبرید جذبی، گرمای بیرون را جذب و به شکل بخار تبدیل میکند.
سپس این بخار آب با استفاده از مولکولهای لیتیوم بروماید جذب میشود تا جایی که به صورت اشباع در آید. در مرحله بعدی لیتیوم بروماید اشباع شده به کمک یک پمپ جاذب به قسمت ژنراتور هدایت میشود. در این مرحله به لیتیوم بروماید اشباع شده گرما میدهند که طبق آن آب موجود در لیتیوم بروماید جدا شده و لیتیوم بروماید دوباره آماده استفاده میگردد. در روند سیکل تبرید جذبی به منظور بهبود شرایط لازم است بر روی ویژگیهای مواد جاذب کار شود. البته سیستمهای جذبی به روشهای مختلفی طراحی میشوند که هر کدان از آنها دارای ویژگیهای مثبت و منفی هستند. سیکلهای تبرید جذبی انواع مختلفی دارد از جمله تک اثره، دو اثره، با آب گرم یا بخار و …
تفاوت بین سیکل تبرید جذبی و سیکل تبرید تراکمی چیست؟
سیکل تبرید جذبی با سیکل تبرید تراکمی تفاوتهای بسیاری دارند که در ادامه برخی از آنها را برای شما بیان میکنیم:
- در سیکل تبرید جذبی قطعاتی نظیر ژنراتور، جاذب کندانسور، یکسوکننده و اواپراتور وجود دارد، اما در سیکل تبرید تراکمی قطعاتی نظیر کمپرسور، کندانسور، اواپراتور، دستگاه کنترل ماده مبرد و رسیور به کار برده میشود.
- انجام مراحل مختلف سیکل تبرید جذبی با سروصدای کمتری همراه است، اما سیکل تبرید تراکمی در حال عملکرد خود، سروصدای بیشتری تولید میکند.
- ماده مبرد استفاده شده در سیکل تبرید جذبی معمولاً آب یا مبرد آمونیاک است، اما در سیکل تبرید تراکمی هیدروکربنها، هیدرو کلرو فلوئوروکربنها و کلرو فلوئوروکربنها به عنوان ماده مبرد استفاده میشود.
- در سیکل تبرید جذبی شارژ کردن ماده مبرد بسیار دشوار است، اما در سیکل تبرید تراکمی شارژ کردن ماده مبرد بسیار آسان است.
- سیکل تبرید جذبی نیاز به تأمین انرژی زیادی دارد، اما سیکل تبرید تراکمی نیاز به تأمین انرژی کمتری دارد.
- سیکل تبرید جذبی برای کارهایی با ظرفیت بالا استفاده میشود، اما سیکل تبرید تراکمی برای کارهایی با ظرفیت پایین به کار برده میشود، به این دلیل که محدود است.
- در سیکل تبرید جذبی تجهیزات و قطعات موجود فضای کمتری اشغال میکنند و کارآمد هستند، اما تجهیزات و قطعات موجود در سیکل تبرید تراکمی فضای بیشتری اشغال میکنند و از کارایی کمتری برخوردار هستند.
- احتمال سایش و پارگی در سیکل تبرید جذبی کمتر است؛ چون سیستم جذبی قسمت متحرک ندارد، اما ممکن است در سیکل تبرید تراکمی سایش و پارگی رخ دهد، به این دلیل که سیستم فشردهسازی از قطعات متحرک زیادی تشکیل شده است.
- در سیکل تبرید تراکمی برای عملکرد سیستم نیاز به موتورهایی نظیر موتور الکتریکی، موتور بنزینی و موتور دیزل وجود دارد، اما جریان گاز در سیکل تبرید جذبی به عوامل مختلفی نظیر نیروی گرانش و کار ژنراتور وابسته است.
سلام
مرسی از مقاله خوبتون یه سوال داشتم
از کجا بفهمیم یک پروژه به سیکل تبرید جذبی نیاز داره یا سیکل تبرید تراکمی؟