سیکل تبرید تراکمی
آیا به این موضوع فکر کرده اید که سیستم های خنک کننده به چه صورت الکتریسیته را به سرما تبدیل می کنند؟ برای پاسخ به این سوال کافیست با سیکل تبرید تراکمی آشنا شوید. در ادامه همراه ما باشید…
سیکل تبرید تراکمی چیست؟
سیکل تبرید تراکمی یک فرآیند ترمودینامیکی است که از آن در طراحی سیستم های سرمایشی مانند چیلر ها، اسپلیت ها، سردخانه ها، یخچال ها و سیستم های برودتی استفاده می شود. عمر این سیکل نزدیک به 200 سال است و بر مبنای تغییر حالت فیزیکی یک سیال طراحی می شود. برای اینکه بیشتر با این سیکل آشنا شوید بهتر است مفهوم تک تک این کلمات را بشناسید.
سیکل چیست؟
منظور از سیکل، طی کردن یک چرخۀ ی کامل و تکرار پیاپی آن است. در واقع در یک سیکل، سیال داخل یک خط جریان به صورت پیاپی رفت و آمد و گرما را از محیطی به محیط دیگر منتقل می کند.
تبرید چیست؟
معنی لغوی تبرید یعنی سرد سازی و بدلیل اینکه در سیکل تبرید تراکمی هدف ما سرمایش یک محیط است از کلمه تبرید استفاده می شود. این محیط می تواند محفظه داخل یخچال، یک اتاق یا داخل یه سردخانه باشد.
کلمه آخر: تراکم
منظور از تراکم، تراکم سیال مبرد است. تراکم یا همان فشرده سازی، به کمک کمپرسور اتفاق می افتد و در حقیقت به کمک همین تراکم است که انرژی جنبشی لازم برای گردش سیال مبرد داخل سیکل تأمین می شود.
چرا سیکل تبرید تراکمی؟
تنها انرژی ای موجود در طبیعت انرژی نور یا انرژی خورشید است و هیچ انرژی سرمایشی در طبیعت وجود ندارد پس اگر ما بخواهیم جسم یا سیالی را خنک نماییم باید گرما را از آن بگیریم که این انتقال حرارت حتما باید با حرکت همراه باشد. چرا حرکت؟! زیرا دو جسم یا سیالی که کنار هم بدون حرکت قرار میگیرند با همدیگر هم دما می شوند اما این چیزی نیست که ما دنبالش هستیم. ما دنبال این هستیم گرما را از یک محیط دریافت کنیم و به خارج از آن محیط منتقل کنیم.
یک چیلر را در نظر بگیرید:
فرض کنید می خواهیم یک ساختمان را خنک کنیم که با سیستم چیلر فن کویل تجهیز شده است. فن کویل برای اینکه در تابستان اتاق را خنک کند باید آب سرد داخلش جریان داشته باشد تا گرما را از محیط بگیرد و محیط خنک شود. این آب خنک توسط چیلر تامین می شود. اما چیلر چطور آب را خنک می کند؟ چیلر دقیقا توسط سیکل تبرید تراکمی آب را خنک می کند. در ادامه به بررسی سیکل تبرید تراکمی می پردازیم:
اجزاء سیکل تبرید تراکمی
کمپرسور
پیش تر گفتیم انتقال حرارت باید با حرکت همراه باشد. این حرکت تو سیستم سرمایش توسط سیال مبرد انجام می شود که ظرفیت گرمایی و سرمایی بسیار بالایی دارد. مبرد بعد از اینکه گرما را از آب می گیرد، می جوشد تبخیر می شود و تبدیل به گاز می شود. بدیهی است که برای انتقال آب از پمپ استفاده می کنیم و برای انتقال گاز از کمپرسور. پس یکی از اجزای اصلی ما در سیکل تبرید تراکمی کمپرسور است که مهم ترین وظیفه ی آن افزایش فشار سیال مبرد است. اما به چه علت کمپرسور فشار مبرد را بالا می برد؟
هر گازی در یک فشار مشخص یک دمای تقطیر دارد. به عنوان مثال دمای تقطیر هوا در فشار ثابت 1 منفی 196 است. اما اگر فشار را افزایش دهیم دمای تقطیر هم افزایش پیدا می کند و این قضیه برای تمام گاز ها صادق است. در واقع وقتی فشار مبرد در کمپرسور افزایش پیدا می کند دمای تقطیر مبرد هم افزایش پیدا می کند. سوال اینجاست که این فشار تا چه حد باید افزایش پیدا کند؟! فشار تا جایی افزایش پیدا می کند که دمای تقطیر مبرد به دمایی برسد که دمای سرد تر از آن را در طبیعت داریم مثلا در شهر تهران 40 درجه سانتی گراد.
کاندنسر
بعد از افزایش فشار سیال مبرد توسط کمپرسور به مرحله تغییر فاز اول می رسیم. وظیفه این تغییر فاز به عهده کاندنسر یا تقطیر کننده است که یکی دیگر از اجزای اصلی سیکل تبرید تراکمی هستش. کمپرسور به میزانی فشار مبرد را بالا می بره که بعنوان مثال در دمای 50 درجه تقطیر صورت گیرد. پس حتما در دمای 40 درجه شهر تهران سیال مبرد تقطیر و تبدیل به مایع می شود. مبرد خروجی از کمپرسور که گاز بود بعد از خروج از کاندنسر مایع خواهد بود چون تقطیر انجام شده و تمام گاز به مایع تبدیل می شود. توجه داشته باشید که دما و فشار همواره در تغییر فاز ثابت می باشد پس در کاندنسر هم فشار و هم دما ثابته. بعد از کاندنسر مبرد در فاز مایع با فشار و دمای بالا داریم.
شیر انبساط
تا اینجا گفتیم سیال مبرد در فاز گازی وارد کمپرسور میشه فشارش افزایش پیدا می کنه تا دمای تقطیر هم افزایش پیدا بکنه و در کاندنسر در فشار بالا تقطیر و به مایع تبدیل میشه. همه مایعات در یک فشار مشخص یک نقطه جوش دارند. به عنوان مثال آب در فشار اتمسفر در 100 درجه می جوشه. اما اگر فشار کاهش پیدا کند دمای جوش و تبخیر آب کاهش پیدا می کند و این قانون برای تمام مایعات صدق می کند. مبردی که از کاندنسر خارج شده فشار بالایی دارد و ما می خواهیم فشارش رو تا حدی کاهش بدیم که در یک دمای پایین بجوشد و تبخیر شود. کاهش فشار در سیکل تبرید تراکمی توسط شیر انبساط انجام میشه که یکی دیگر از اجزای اصلی سیکل تبرید تراکمی هستش. بعد از شیر انبساط مبرد فشار پایین در فاز گاز و مایع داریم. چون بدلیل کاهش فشار، دمای جوش و تبخیر مبرد کاهش پیدا کرده و مقداری از مبرد در دمای محیط تبخیر مشه.
اواپراتور
تو مرحله بعدی مبرد فشار پایین وارد اواپراتور یا تبخیر کننده میشه. اواپراتور چیه؟ اواپراتور یک مبدله پوسته لوله است که یکی از سیال ها داخل آن مبرد و سیال دیگه آبیه که در سیستم فن کویل ها یا مصرف کننده ها در چرخش هستش. آب سردی که از چیلر خارج شده توسط فن کویل یا هر مصرف کننده دیگه ای گرمای محیط را گرفته، دمای آن بالا رفته و به اواپراتور بر میگردد. گرمای آب برگشتی در اواپراتور باعث میشه مبرد در فشار پایین بجوشد و تبخیر شود. یعنی مبرد گرما رو از آب می گیرد، آب خنک می شود و خود مبرد می جوشه و تبخیر میشه. مبرد خروجی از اواپراتور که می خواهد وارد کمپرسور شود می بایست کاملا گاز باشد.
یک نکته مهم، همانطور که تو تصویر می بینید، فشار بعد از کمپرسور افزایش و تا قبل از شیر انبساط ثابته، یعنی ناحیه ای که فشار در اون زیاده از کمپرسور آغاز و تا شیر انبساط ادامه پیدا می کنه، بالعکس این اتفاق در طرف دیگه سیکل می افته، یعنی از شیر انبساط تا قبل از کمپرسور ناحیه فشار پایین رو داریم.
جمع بندی
تو این ویدیو هدف مون این بود تا با نحوه کارکرد سیکل تبرید تراکمی آشنا بشیم و گفتیم که سیکل تبرید تراکمی، یک سیکل ترمودینامیکیه که بر مبنای چرخۀ کارنو و به صورت برعکس عمل می کنه. در واقع تو سیکل های تبرید تراکمی ما مقداری انرژی به سیستم وارد می کنیم و به کمک این انرژی ورودی، گرما رو از محیطی با دمای پایین تر به محیطی با گرمای بالاتر منتقل می کنیم. این سیکلی که امروز تعریف کردیم اساس کار تمامی دستگاه های سرمایشی از جمله یخچال های خانگی، جیلرهای تراکمی، کولرهای گازی و … است.
