سیکل تبرید (چرخه تبرید)

در این مقاله ابتدا به پرسش مهم سیکل تبرید چیست پاسخ می دهیم و در ادامه، انواع آن و طرز کار و اجزای چرخه تراکمی و جذبی را با نقشه های شماتیک و تصاویری گویا تشریح می کنیم. سیکل تبرید چیلر و کولر گازی و یخچال و غیره بسیار شبیه یکدیگر بوده که در ادامه همه این سیستم ها را بررسی می کنیم.

سیکل تبرید چیست ؟

سیکل تبرید یا همان چرخه تبرید به فرآیند سردسازی گفته می شود که در آن یک سیال مانند هوا یا آب به وسیله سیالی دیگر مانند مبرد (گاز فریون) سرد شده و برای کاربردهایی چون سرمایش هوای یک ساختمان یا خنک کاری مدار یک دستگاه صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. بنابرین کلمه سیکل تبرید چیست به معنای چرخه ای سرمایشی است که دائما تکرار می شود تا عمل سردسازی را انجام دهد.

برای مثال در شکل زیر نحوه سرد کردن آب در یک اواپراتور نوع شل اند تیوب (Shell and Tube) که جزئی از اجزای سیکل سرمایشی چیلر تراکمی است، نشان داده شده است. همه این دستگاه ها (چیلر تراکمی ، اسپلیت ، VRF ، داکت اسپلیت و …) تقریبا با یک مکانیزم یکسان کار می کنند.

آشنایی با انواع و طرز کار سیکل های تبرید و مهمترین اجزای آنها

سیکل تبرید در کل به دو نوع سیکل تبرید تراکمی و سیکل تبرید جذبی تقسیم بندی می شود که در این متن ما بیشتر به تشریح اجزا و عملکرد سیکل تبرید تراکمی که بیشترین کاربرد را در صنعت دارد می پردازیم. در ادامه نیز طرز کار و اجزای سیستم تبرید جذبی را بررسی می کنیم.

1 . سیکل تبرید تراکمی

ساختار سيستم‌های برودتی تراكمی (سیکل تبرید تراکمی) دارای 4 عنصر اساسی است که عبارتند از :

1 . كمپرسور كه توسط يک محرک (الکتروموتور یا موتور احتراق داخلی و …) به گردش در می آيد. کمپرسور اصلی ترین قسمت سیکل تبرید تراکمی محسوب می شود زیرا که وظیفه تراکم و افزایش فشار گاز مبرد (گاز فریون مانند R22 یا R134) را بر عهده دارد. کمپرسورهای سیکل تبرید تراکمی انواع و اقسام بسیار مختلفی دارند که از جمله مهمترین آنها می توان به نوع رفت و برگشتی (پیستونی) ، اسکرو ، اسکرال و سانتریفیوژ اشاره کرد.

2 .  شير انبساط كه فشار را از روی مایع مبرد بر می دارد. این شیر جهت ایجاد افت فشار در مایع مبرد در مسیر سیکل تبرید تراکمی به کار می رود. در برخی سیستم ها از شیر انبساط و در برخی از یک لوله مویین استفاده می شود. در واقع مبرد وقتی از کندانسور خارج می شود و به سمت اواپراتور حرکت می کند ، قبل از ورود به اواپراتور از شیر انبساط عبور داده می شود تا فشارش کم شده و بتواند در اواپراتور با جذب گرمای محیط مجددا به حالت گازی شکل در بیاید.

3 .  مبدل حرارتی به نام كندانسور كه گاز متراكم شده در كمپرسور را خنک می كند و گرمای آن را به محيط اطراف انتقال می دهد تا مبرد از حالت گازی به حالت مایع تغییر فاز دهد. انواع کندانسور معمولا در دو نوع هوا خنک (خنک شونده توسط فن و هوا) و آب خنک (خنک شونده توسط آب) ساخته می شود.

در شکل زیر یک نوع هوا خنک که دارای فن است را مشاهده می کنید. در تصویر زیر منظور از ورود گاز داغ به کویل کندانسور این است که مبرد خارج شده از کمپرسور به شکل گازی بوده و بسیار داغ است که باید در کندانسور، حرارت خود را به محیط دهد و خنک شود تا بتواند به حالت مایع تغییر فاز دهد.

مطالعه بیشتر درباره انواع کندانسورها ⇐ انواع کندانسور

4 .  مبدل حرارتی به نام اواپراتور كه برعکس کندانسور عمل می کند و موجب انتقال گرما از هوا یا آب به مبرد می شود تا مبرد این بار از حالت مایع به گاز تغییر فاز دهد. وقتی این تبادل حرارتی صورت می گیرد آب یا هوا و یا هر سیال ثانویه دیگری سرد شده و این همان مرحله تبرید یا سردسازی یک سیال با سیکل تبرید تراکمی یا همان چرخه تبرید تراکمی است. برای مثال در یک اسپلیت (کولر گازی) یا یک داکت اسپلیت ، کویل اواپراتور درون یونیت دیواری یا سقفی داخل ساختمان جاسازی می شود تا مبرد بتواند گرمای هوا را گرفته و هوا را سرد کند و یا در مثالی دیگر و در یک دستگاه چیلر ، کویل اواپراتور (لوله های مسی) درون یک مبدل حرارتی پوسته و لوله (شل اند تیوب) جاسازی می شود تا مبرد بتواند گرمای آب را گرفته و آب را سرد کند تا این آب سرد شده بتواند جهت خنک کاری مورد استفاده قرار بگیرد.

اواپراتور نوع هوا خنک (برای مثال کاربرد در یونیت دیواری اسپلیت یا یونیت سقفی داکت اسپلیت) :

اواپراتور نوع پوسته و لوله (برای مثال کاربرد در چیلر) :

بنابرین اواپراتور نیز در دو نوع هوا خنک (مثل اواپراتور جاسازی شده در پنل دیواری کولر گازی که منجر به کاهش دمای هوا و سرد شدن آن در یک ساختمان می شود) و آب خنک (مثل اواپراتور چیلر که منجر به سرد شدن آب و ارسال آن به فن کویل یا هواساز یا یک دستگاه صنعتی می شود) طراحی و تولید می گردد.

مطالعه بیشتر درباره انواع اواپراتورها ⇐ انواع اواپراتور

اين اجزا ساختار اساسی يک سیستم تبريد (چرخه تبرید) را تشكيل می دهند و طبق توضيحاتی كه در ادامه بيان می شود خواهيد ديد كه به اين ترتيب گرما از يک محدوده گرفته شده و به محدوده ديگری كه همان هوای آزاد است، منتقل می شود.

تشریح عملکرد و طرز کار سیکل تبرید یا چرخه تبرید نوع تراکمی

در شکل بالا کاربرد تبرید در یک کولر گازی (اسپلیت) آورده شده است. این سیکل یا چرخه تبرید تراکمی در بقیه سیستم ها مانند چیلر تراکمی آب خنک ، چیلر تراکمی هوا خنک ، مینی چیلر ، داکت اسپلیت ، VRF ، GHP و … نیز با همین اصول کار می کند. مطابق شکل بالا ، در ابتدا مبرد گازی شکل (برای مثال مبرد R407C یا R134A) توسط کمپرسور (نوع رفت و برگشتی، اسکرو، اسکرال یا …) متراکم شده و تحت عنوان بخار داغ (گاز داغ) با فشار بالا وارد کویل پر پیچ و خمی که به آن کندانسور (که در یونیت خارج از ساختمان جاسازی شده) گفته می شود، می گردد. بعد از عبور از مسیری پر پیچ و خم و دادن حرارت خود به محیط اطراف، کم کم به مایع داغ با فشار بالا تبدیل می شود. سپس این مایع مبرد وارد شیر انبساط می شود. پس از عبور از شیر انبساط، فشار از روی مایع مبرد برداشته شده و به بخار شدن (تغییر فاز از مایع به گاز) تمایل پیدا می کند. مبرد مایع با فشار پایین وارد یک کویل پر پیچ و خم دیگر با نام اواپراتور (که در یونیت داخل ساختمان جاسازی شده) می گردد. مایع با فشار پایین حرارت محیط اطراف خود را گرفته (با گرفته شدن حرارت، هوای محیط خنک می شود) و به شکل بخار یا همان مبرد گازی شکل در می آید. این مبرد گازی شکل یا همان بخار گرم با فشار پایین مجدد وارد کمپرسور شده و این سیکل ادامه می یابد و دائم تکرار می شود تا در اواپراتور عمل سردسازی هوا یا آب صورت بگیرد.

برای آشنایی بیشتر با ساختار و طرز کار مهمترین دستگاه هایی که بر پایه سیکل تبرید تراکمی کار می کنند ، متن های زیر را مطالعه کنید.

مطالعه بیشتر درباره طرز کار و کاربردهای چیلر در این مقاله ⇐ چیلر چیست ؟

آشنایی با دستگاه GHP و ویژگی ها و مزایای آن در این مقاله ⇐ GHP

آشنایی با سیستم VRF و طرز کار آن در این مقاله ⇐ VRF

بررسی مزایا و معایب اسپلیت کانالی (داکت اسپلیت) در این مقاله ⇐ اسپلیت کانالی

آشنايی با سایر تجهیزات آن (نوع تراکمی)

1 . ترموستات ضد يخ

ترموستات ضد يخ به عنوان نوعی كنترل حد و برای ايمنی تجهيزات سرمايشی و تهويه مطبوع به كار می رود. بنابراين در روند كاركرد معمول دستگاه موثر نيست بلكه تنها وقتی وارد عمل می شود كه دمای سيستم پايين تر از حد تنظيم شده، قرار بگیرد. به عنوان مثال در هواساز ها موجب بسته شدن دمپر هوای تازه و خاموش شدن فن می شود تا آب داخل كويل يخ نزند و يا در انواع چيلر ، حد پايين دمای آب را كنترل می كند و در صورت كاهش بيش از اندازه دما، فرمان قطع كلی دستگاه را صادر می كند. بر همين اساس خط فرمان تجهيزات ابتدا از مسير ترموستات عبور می كند.

2 . كنترل كنندهای فشار

انواع كنترل كننده های فشار عبارتند از :

• كنترل كننده فشار بالا
• كنترل كننده فشار پايين
• كنترل كننده فشار روغن

كنترل كننده های فشار در سیکل تبرید نيز همچون كنترل كننده های دما، در دو نوع الكترومكانيكی و الكترونيكی وجود دارند.

3 . كنترل كننده های دما و رطوبت

ترموستات‌ ها در سیکل تبرید به عنوان كليدهای حساس به دما در انواع مختلف، پركاربردترين كنترل‌ كننده های تجهيزات تهويه مطبوع محسوب می شوند. ترموستات‌ ها بر اساس محل نصب، نوع حسگر، مراحل قطع و وصل مدار، نحوه عملكرد، نوع كاربری در سيستم‌ های مختلف، دامنه تنظيم و شكل ظاهری در انواع گوناگونی توليد و مورد استفاده قرار می گيرند.

4 . شير برقی

5 . مبدل های فشار به جريان (ترانس ديوسر)

6 . فلوسوئيچ و سایر تجهیزات

2 . اجزای سیکل تبرید جذبی و انواع آن

مهمترین دستگاهی که بر اساس سیکل تبرید جذبی کار می کند چیلر جذبی است و بنابرین ما به بررسی ساختار چیلرهای جذبی، انواع و طرز کار آنها و نیز اجزای سیکل این دستگاه می پردازیم.

چیلرهای جذبی معمولا به سه شکل و در انواع تک اثره ، دو اثره و شعله مستقیم طراحی و ساخته می شوند. تفاوت نوع تک اثره (یا دو اثره) با نوع شعله مستقیم این است که انرژی محرک (مولد) چرخه چیلر جذبی تک اثره ، یک منبع گرمایی ثانویه (مثلا گاز داغ خروجی از یک دستگاه یا کوره و …) و انرژی مولد چرخه چیلر جذبی نوع شعله مستقیم همانطور که از نامش پیداست از طریق شعله مستقیم آتش تامین می شود. مهمترین اجزا یا قسمت های چرخه چیلر جذبی عبارتند از :

1 . اواپراتور (تبخیر کننده)

2 . ابزوربر (جذب کننده)

3 . کولینگ تاور (برج خنک کننده)

4 . ژنراتور (مولد حرارتی)

5 . کندانسور

نحوه کار چرخه چیلر جذبی به این شکل است که در محفظه ای بسته و کم فشار به نام اواپراتور ، آب مقطر توسط انژکتورهایی (افشانک) بر روی یک دسته از لوله ها (لوله های مسی) تزریق یا افشانده می شود. درون لوله ها جریان آبی وجود دارد که حرارت خود را از جداره لوله ها به آب مقطر افشانده شده می دهد و بدین ترتیب آب مقطر به بخار تبدیل و آب جاری درون لوله هم سرد می شود و همین آب سرد شده برای مصارف سرمایشی مورد استفاده قرار می گیرد. علت تبدیل سریع آب مقطر به بخار آب این است که فشار محفظه اواپراتور بسیار پایین است و باید این فشار همواره پایین نگه داشته شود. خب برای کاهش فشار باید به طریقی این بخار از محفظه خارج شود که برای این کار یک قسمت به نام ابزوربر (جذب کننده یا جاذب) درون محفظه جاسازی می شود که شامل یک دسته لوله مسی و نیز انژکتور می شود. درون لوله های مسی قسمت ابزوربر ، آب جریان دارد که اینبار آب درون لوله ها ، حرارت را از بخار آب گرفته و همزمان با آن ، ماده جاذب که همان لیتیوم بروماید است توسط انژکتورهایی بر روی بخار آب تزریق می شود. آب درون لوله ها در قسمت ابزوربر که حرارت را به خود گرفته توسط پمپی به برج خنک کننده منتقل می شود تا در برج حرارت خود را به هوای اتمسفر داده و مجددا برگردد. علت اینکه حرارت در قسمت ابزوربر از بخار آب گرفته می شود این است که لیتیوم بروماید با راندمان بالایی بتواند بخار آب را به خود جذب کند. لیتیوم بروماید ماده ای است که بخار آب را به خوبی به خود جذب می کند و بدین ترتیب فشار محفظه اواپراتور کم می شود. سپس لیتیوم بروماید که با جذب بخار به شکل رقیق درآمده توسط پمپی به قسمت ژنراتور پمپاژ می شود. در قسمت ژنراتور ، حرارت مستقیم یک شعله یا حرارت غیر مستقیم یک کوره یا … باعث می شود که بخار آب از لیتیوم بروماید جدا شود. سپس بخار آب در قسمتی به نام کندانسور به آب مایع مقطر تبدیل و دوباره با پمپی به اواپراتور انتقال داده می شود تا مجددا در اواپراتور افشانده شود. همزمان با آن نیز ، ماده لیتیوم بروماید با پمپی به قسمت ابزوربر انتقال داده می شود تا مجددا در ابزوربر افشانده شود و این چرخه دائما تکرار می شود.

مطالعه بیشتر درباره چیلرهای جذبی تک اثره در این متن ⇐ چیلر جذبی تک اثره

البته نوع دیگری از چیلرهای جذبی وجود دارد که در آن به جای لیتیوم بروماید و آب از آمونیاک و آب استفاده می شود که به انواع آمونیاکی معروف هستند و ویژگی های جالب و منحصر به فردی دارند که برای آشنایی با طرز کار و ویژگی های آن ، متن چیلر جذبی آمونیاکی را مطالعه کنید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره نحوه کار سیکل تبرید جذبی می توانید این متن ⇐ چیلر جذبی را مطالعه کنید.

چند نکته مهم درباره چرخه جذبی و تراکمی

1 . امروزه از مبردهایی که کمترین آسیب را به لایه ازن وارد می کنند در چرخه تبرید استفاده می شود. برخی از این مبردها تقریبا هیچ آسیبی به لایه ازن وارد نمی کنند.

مهمترین آنها عبارتند از :

• HFC-134a
• R-410A
• R-407C

هر کدام از این مبردها دارای ویژگی ها ، مزایا و معایب خاص خود بوده که متناسب با نوع کاربرد و عوامل دیگر انتخاب می گردد.

2 . گرما (حرارت) در شرایط عادی و طبق قانون دوم ترمودینامیک همواره از یک منبع دما بالا به سوی منبع دما پایین منتقل می شود تا تعادل حرارتی صورت بگیرد ولی یک سیکل تبرید تراکمی با انجام کار ، جهت انتقال گرما در شرایط عادی را معکوس کرده و حرارت را از منبعی دما پایین به منبع دما بالا منتقل می کند. به این خاطر از کلمه “تراکمی” استفاده می شود که این سیکل بر پایه تراکم گاز مبرد و در نتیجه تغییر فشار ، دما و فاز آن شکل گرفته است. امروزه در بیش از 90 درصد موارد از سیکل تبرید تراکمی که قدمتی تقریبا 200 ساله دارد برای کاربردهای گوناگون از جمله سیستم تهویه خودروها ، سیستم تهویه منازل و هر نوع مکان سرپوشیده ، نگهداری بلند مدت مواد و محصولات غذایی ، پزشکی ، صنعتی و … استفاده می شود.

3 . در سیکل تبرید جذبی به جای کمپرسور و سایر اجزای اصلی که به آنها اشاره شد از یک مکانیزم دیگر برای ایجاد سرمایش استفاده می شود. اول و مهمتر از همه یک منبع حرارتی باید وجود داشته باشد که بتوان از این چرخه استفاده کرد. این منبع حرارتی می تواند شعله مستقیم یک مشعل گازسوز یا حرارت در حال اتلاف یک منبع گرمایشی مانند حرارت یک کوره صنعتی باشد. چون سیکل تبرید جذبی (همه انواع آن از تک اثره گرفته تا شعله مستقیم) ضریب عملکرد (COP) پایینی دارد نسبت به نوع تراکمی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. بیشتر زمانی که یک منبع حرارتی در حال اتلاف داشته باشیم و بخواهیم آن را به کار مفید تبدیل کنیم، بهتر است که از سیکل تبرید جذبی استفاده کنیم که مهمترین دستگاهی که بر اساس این چرخه کار می کند، چیلر جذبی است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد ویژگی ها و قیمت انواع سیستم های تهویه مطبوع (داکت اسپلیت ، چیلر ، هواساز ، GHP ، VRF و …) و نیز انتخاب مناسب ترین سیستم برای ساختمان خود با مهندسان ما تماس بگیرید.

مهندس احمدی : 09127675117 – 09194427470

مهندس خورانی : 09191639363

ما در این مقاله سعی کردیم تا به سوال مهم سیکل تبرید چیست پاسخ دهیم و انواع و طرز کار و همچنین اجزای چرخه جذبی و تراکمی را با تصاویر و نقشه های شماتیک تشریح کنیم. سیکل تبرید کولر گازی و چیلر و غیره بسیار شبیه یکدیگر است که برای آشنایی با انواع سیستم ها و مزایا و کاربردهای هر یک، پیشنهاد می کنیم تا مقاله زیر را مطالعه بفرمایید.

مطالعه بیشتر درباره سیستم های تهویه مطبوع و معرفی 7 دستگاه تهویه مدرن در این مقاله ⇐ تهویه مطبوع