سیکل تبرید تراکمی بخار

سیکل تبرید تراکمی بخار (vapor compression refrigeration cycle) اساس کار بسیاری از سیستم های برودتی و تهویه مطبوع می باشد. حتماً در ابتدای بسیاری از مقالات مربوط به محصولات تهویه نگار، عنوان “ سیکل تبرید تراکمی بخار” نظر شما را به خود جلب کرده است. شاید نحوه عملکرد این سیکل، ویژگی ها و کابردهای فراوانش مورد سؤال بسیاری از شما عزیزان باشد.

تهویه نگار در این مقاله قصد دارد، این سیکل ترمودینامیکی را مورد بررسی قرار دهد.

سیکل تبرید با عنوان پمپ حرارتی نیز شناخته می شود.

کاربردهای سیکل ترمودینامیکی تبرید تراکمی

ابداع سیکل تبرید تراکمی بخار، بیش از 200 سال قدمت دارد و با آنکه عده زیادی آن را برای محیط زیست مضر می دانند، اما همچنان جایگاه ویژه ای در صنایع مختلف دارد. به ویژه در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع مانند:

• کولر گازی (اسپلیت) و انواع مختلف آن از جمله کولر اتومبیل، اسپلیت خانگی و…
• داکت اسپلیت
• سیستم VRF
• چیلر تراکمی (چیلر تراکمی هوایی و چیلر تراکمی آبی)
• روفتاپ پکیج
• یخچال های خانگی وفروشگاهی
• سردخانه ها

تبرید یا سردسازی به چه معناست؟

تبرید عبارت است از گرفتن گرما از محیطى که مى خواهیم سردش کنیم (محیط هدف) و انتقال آن به محیطى بزرگ تر که تغییر محسوسى در دماى آن ایجاد نمى شود.

در واقع منظور از تبرید، کاهش انرژی گرمایی محیط هدف (آب یا هوا) است که شدت آن با شاخصی به نام دما قابل لمس می باشد!

تعریف سیکل تبرید تراکمی بخار

“موتور حرارتی معکوس (Reverse heat engine)” ساده ترین تعریف از سیکل تبرید تراکمی است. به دلیل آنکه این سیکل در واقع همان سیکل کارنو (Carnot cycle) می باشد، با این تفاوت که در جهت معکوس عمل می کند، به همین علت با عنوان موتور معکوس کارنو نیز شناخته می شود و از آنجا که گرما را از محیط و فضای مورد نظر انتقال می دهد به آن پمپ حرارتی (Heat pump) نیز گفته می شود.

اجزای تشکیل دهنده سیکل تبرید تراکمی

مطابق شکل فوق، سیکل تبرید تراکمی از چهار مؤلفه اصلی تشکیل می شود:

• کمپرسور (واحد تراکم)
• کندانسور (واحد چگالش)
• شیر انبساط (واحد اختناق)
• اواپراتور (واحد تبخیر)

مبرد به عنوان سیال کاری سیکل تبرید نقش واسطه را در انتقال گرما ایفا می کند. بنابراین مبرد، سیال حامل انرژی در سیکل تبرید به حساب می آید.

کمپرسور: در سیکل تبرید تراکمی بخار از انواع کمپرسورها، شامل روتاری، اسکرال، پیستونی، اسکرو و سانتریفیوژ، با توجه به میزان ظرفیت برودتی مورد نیاز، نوع مبرد مصرفی و عوامل دیگر استفاده می شود.

کندانسور: در سیکل تبرید تراکمی بخار از انواع کندانسور هوایی (هوا خنک) و کندانسور آبی (آب خنک) جهت دفع حرارت مبرد داغ شده در کمپرسور استفاده می شود. نوع کندانسور با توجه به میزان انتقال گرمای مورد نیاز، هزینه های مصرف انرژی و سرویس و نگهداری دستگاه و عوامل دیگر، تعیین می شود.

به ندرت از کندانسورهای نوع تبخیری نیز در سیکل تبرید تراکمی (برای چیلرهای تراکمی تبخیری) استفاده می شود.

شیر انبساط: عضو مهمی از سیکل تبرید تراکمی بخار که جهت کنترل دما و مقدار جریان مبرد ورودی به اواپراتور، نقش اصلی را در تعیین دمای محیط هدف ایفا می کند. اساساً دو نوع شیر انبساط وجود دارد:  

پیشنهاد مطالعه : بررسی فنی شیر انبساط الکترونیکی و ترموستاتیک و عملکرد آن ها

وجود شیر انبساط باعث می شود که سیکا تبرید به دو ناحیه فشار بالا و فشار پایین تقسیم شود که در شکل زیر می توانید مشاهده کنید

اواپراتور: مبرد به عنوان ماده سرمازا در دمایی پاىین تر از دمای محیط هدف (آب یا هوا) وارد اواپراتور شده و بواسطه جذب گرما تبخیر و باعث سرمایش آب یا هوا می شود. اواپراتور می تواند برای سرد کردن آب، هوا یا هر نوع مایع و گاز دیگری به کاربرده شود.

اواپراتور را می توان در دو نوع هوایی (خنک کننده هوا) و یا آبی (خنک کننده آب) تعریف نمود.

فرآیندهای سیکل تبرید تراکمی بخار (چرخه سردسازی)

فرایند اول: متراکم سازی (Compression)

سیال مبرد با فشار و دمایی پایین وارد کمپرسور می شود. در این فرایند مبرد در حالت گازی قرار دارد. از طریق افزایش تراکم به وسیله کمپرسور، فشار و دمای ماده مبرد افزایش پیدا می کند. سپس مبرد، کمپرسور را ترک کرده و وارد کندانسور می شود. به دلیل آنکه عملیات متراکم نمودن ماده مبرد توسط کمپرسور به کار (انرژی) نیاز دارد، باید از یک الکتروموتور (منبع انرژی خارجی) جهت به حرکت درآوردن  آن استفاده کنیم.

فرایند دوم: چگالش (Condensation)

کندانسور به عنوان واحد چگالش سیکل تبرید، در واقع یک مبدل حرارتی است که در آن گرما به واسطه آب (در کندانسور آبی) و یا هوا (در کندانسور هوایی) از ماده مبرد گرفته می شود و این انتقال گرما سبب می گردد مبرد از حالت گازی به مایع تبدیل شود. در این فرایند، فشار مبرد تقریباً ثابت است. کنترل فشار کندانسور یکی از نکات مهم ایمنی در سیستم های تبرید است که با گیج های اندازه گیری فشار، این پارامتر قابل کنترل می باشد.

فرایند سوم: اختناق و انبساط (Throttling and Expansion)

اختناق (کاهش ناگهانی فشار) منجر به افت فشار (انبساط) مبرد ورودی به اواپراتور می گردد. فرایندی که توسط شیر انبساط اتفاق می افتد. با عبور ماده مبرد از شیر انبساط و افت فشار زیادی که ایجاد می شود، ضمن کاهش دمای مبرد، مقداری از آن تبخیر شده و ماده مبرد در حالت دوفازی (مخلوطی از مایع و گاز) قرار می گیرد.

فرایند چهارم: تبخیر (Evaporation)

در این فرایند از سیکل تبرید تراکمی بخار، ماده سرمازا دمایی پایین تر از محیط هدف (آب یا هوا) دارد. در نتیجه، به علت وجود اختلاف دما، مبرد گرما جذب کرده و شروع به تبخیر شدن می کند و این چنین فرایند سرمایش در فشاری تقریباً ثابت اتفاق می افتد.

معکوس کردن سیکل تبرید تراکمی

یکی از روش های رایج در سیستم های مبنتی بر سیکل تبرید تراکمی بخار، این است که با معکوس کردن جهت جریان مبرد می توانیم همزمان گرمایش و سرمایش ساختمان یا هر فضای مورد نظر را انجام دهیم و به همین دلیل به بعضی سیستم های برودتی و تهویه مطبوع عنوان دستگاه سرمایشی گرمایشی داده می سود.

البته باید توجه داشته باشید که گرمایش ناشی از سیکل تبرید تراکمی مربوط به پمپ های حرارتی در برخی مناطق سرد و کوهستانی کافی نیست و حتما باید از سیستم گرمایشی جداگانه استفاده نمود و به منظور بررسی دقیق تر این موضوع، حتما یک کارشناس یا متخصص تاسیات برودتی و حرارتی باید محاسبات لازم را انجام دهد

معکوس نمودن جریان مبرد در داخل سیکل به وسیله شیر معکوس (Reverse valve) صورت می گیرد که به طور معمول یک شیر چهار راهه است. در شکل زیر می توانید یک شیر معکوس را ملاحظه کنید.

راندمان سیکل تبرید تراکمی و عوامل کاهش آن

ضریب عملکرد (Coefficient Of Performance = COP) معیار سنجش کارکرد سیستم های برودتی است؛ لذا می توان آن را راندمان سیکل تبرید نیز نامید که به این ترتیب تعریف می شود: نسبت حرارت جذب شده در اواپراتور به کار مصرفی در کمپرسور

کارآیی سیکل تبرید تراکمی بخار تحت تاثیرعوامل مختلفی است از جمله:

نشتی در کمپرسور یا معیوب بودن آن

کمپرسور در سیستم های برودتی و تهویه مطبوع در واقع به عنوان قلب سیستم شناخته می شود و قیمت بالای دستگاه هایی نظیر چیلر تراکمی به دلیل گران بودن این مکانیزم حیاتی است. خرابی کمپرسور می تواند برند و جایگاه هر شرکت تولیدکننده ای را در ذهن مخاطب تهدید کند؛ به همین علت، اکثر شرکت های معتبر سعی دارند از کمپرسورهای مرغوب و با کیفیت در دستگاه های خود استفاده کنند.

با این وجود، طی سال های گذاشته علت اکثر خرابی کمپرسورها در دستگاه های برودتی شامل موارد زیر بوده اند:

• مشکل روان کاری و نشتی روغن
• گرم شدن بیش از حد کمپرسور
• ایجاد ضربه و کوبش در کمپرسور
• برگشت مایع مبرد به داخل کمپرسور (Fluid back)
• آلودگی محیط اطراف کمپرسور و عدم کارکرد صحیح آن

رسوب در اواپراتور و کندانسور

وجود آلودگی و هر گونه رسوب روی لوله های اواپراتور و کندانسور که مانع تبادل حرارتی صحیح آن ها در طی کارکردشان می شوند، به شدت بر روی کارآیی سیکل تبرید تأثیر خواهند داشت. در چنین شرایطی چون فشار هِد (Head pressure) در کل سیستم افزایش می یابد، می تواند منجر به افزایش مصرف انرژی در کمپرسور شود. بنابراین، همیشه بایستی سطوح لوله ها در اواپراتور و کندانسور را تمیز نگه داشت.

خنک کاری الکتروموتور

الکتروموتور کمپرسور بیشترین انرژی را درسیکل تبرید تراکمی مصرف می کند؛ چراکه کار مورد نیاز کمپرسور در سیکل را تأمین می کند. در خیلی از مواقع پایین آمدن راندمان سیکل تبرید تراکمی بخار به دلیل مشکل خنک کاری الکتروموتور می باشد. از این رو توصیه می شود، همواره تکنسین ها به طور مرتب و در فواصل زمانی معین، ولتاژ و آمپر الکتروموتور کمپرسور را با هم مقایسه کنند.

طراحی سیستم های مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی

شرکت مهندسی تهویه نگار با بیش از یک دهه فعالیت در زمینه طراحی تاسیسات مکانیکی ساختمان های مسکونی، اداری و تجاری، آمادگی دارد تا سیستم برودتی یا حرارتی پروژه شما را با توجه به شرایط اقلیمی شهر مورد نظر کارفرمایان و متناسب با نیاز واقعی شما تامین کند.

تهویه نگار دستگاه های متععدی از جمله انواع چیلر تراکمی آب خنک، چیلر تراکمی هوا خنک، روفتاپ پکیج، انواع هواساز، داکت اسپلیت، انواع کندانسور هوایی و آبی، درای کولر و … را در شهرهای مختلف از جمله تهران، قم، مشهد، شیراز، کرمان، هرمزگان، اصفهان، کرج، و سایر نقاط ایران اجرا نموده و تاکنون در سلامت فنی کامل در حال کار می باشند و در صورت نیاز پشتیبانی تعمیراتی و تامین قطعات نیز شده اند.

کارشناس فروش (عمادی) : 09904494274

مطالعه و بررسی سایر محصولات برودتی ما :

بررسی عملکرد انواع چیلر تراکمی هوا خنک

بررسی فنی و کاربرد چیلر تراکمی آب خنک

بررسی عملکرد و کاربرد روفتاپ پکیج

بررسی فنی درای کولر

ساختار و کاربرد مینی چیلر

انواع دستگاه هواساز و ساختار فنی هواسازها