همه‌ی ما با تغییرات دمایی زمین در هر فصل آشنا هستیم، از آغاز خلقت که انسان‌های اولیه از کشف آتش شروع کردند و به تولید گرما پرداختند و در ادامه نیز برای نگهداری مواد غذایی و نگه داشتن مواد در جای سرد پرداختند. به کم شدن دمای هوا، برودت گفته می‌شود. به برودت تبرید و به سیستم برودتی سیکل تبرید گفته می‌شود. برودت در لغت به معنای سرد شدن است. هر چه مولکول‌های جسمی کمتر باشد انرژی آن جسم کمتر است. در صنعت برودت که در جهت خنک کاری استفاده می‌شود، اساس کار در صنعت برودت، سیکل تبرید یا همان سیستم برودتی می‌باشد در ادامه در مورد سیستم برودتی مفصل توضیحاتی بیان شده است. با راشامال همراه باشید.
سیستم برودتی
برای فهم بیشتر سیستم برودتی ابتدا باید با مفاهیم سرما و گرما توجه بیشتری کنیم و آن را درک کنیم. همانطور که در دبیرستان خوانده‌اید، گرما نوعی از انرژی می‌باشد که در اثر جنبش ذرات ایجاد می‌شود و سرما نبود گرما است. با دما می‌توان سرد بودن و گرم بودن هر جسم را بیان کرد. قانون پایستگی انرژی بیان می‌کند که انرژی نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود بلکه از صورتی به صورت دیگر تبدیل می‌شود در نتیجه، انرژی گرما نابود نمی‌شود و فقط می‌توان آن را انتقال داد. اما سرما یک انرژی نیست بلکه سرما پدیده‌ای می‌باشد که بر اثر کاهش گرما روی می‌دهد. این رخداد در تبرید نقش مهمی دارد.
توجه داشته باشید که هیچ دستگاهی توانایی تولید سرما را ندارد و به صورت تکنیکال می‌تواند گرما را از جسمی گرفته و به جسم دیگری انتقال دهد. به طور نرمال انتقال انرژی گرما از جسمی به جسم دیگر زمانی انجام می‌شود که دمای دو جسم با یکدیگر برابر نباشد، در نتیجه انرژی گرمایی از جسم با دمای بالاتر به جسم با دمای کمتر انتقال می‌یابد. تا جایی که این دو جسم به یک دمای متعادل برسند. در این زمان است که تبادل گرما متوقف می شود و دمای دو جسم به تعادل می رسد. اساس کار سیکل تبرید یا همان سیستم برودتی انتقال گرما می‌باشد در نتیجه‌ی آن جسم سرد می‌شود. این روش کار سیستم تبخیری است. این نوع سیستم را همه روزه در اطراف زندگی خود می‌توانیم مشاهده کنیم از قبیل یخچال، اسپیلت ( کولر گازی )، کولر آبی، داکت اسپیلت و مینی چیلرخانگی گرفته تا سیستم‌های تهویه مطبوع، چیلرجذبی، چیلرتراکمی، سردخانه میوه، سردخانه بیمارستان و سردخانه صنعتی.
انواع سیستم برودتی
سیستم‌های برودتی بر اساس مکانیزمی که عمل می‌کنند به 3 دسته تقسیم می‌شوند: سیستم برودتی تبخیری – سیستم برودتی تراکمی – سیستم برودتی جذبی
در ادامه به صورت مختصر هر کدام را بررسی میک‌کنیم و مزایا و معایب هر کدام را بررسی می‌کنیم.
سیستم‌های برودتی تبخیری
همانطور که می‌دانید هر مایعی برای تبخیر شدن نیاز به حرارت دیدن دارد. حال اگر شرایطی به وجود آید که مایعی مثل آب بر روی جسمی ریخته شود، برای تبخیر آن از جسم گرما را جذب می‌کند لذا جسم سرد می‌شود که ای اساس کار سیستم برودتی تبخیری می‌باشد. سیستم برودتی تبخیری جز قدیمی‌ترین سیستم‌های برودتی ساخت بشر محسوب می‌شود.
همه‌ی ایرانی‌ها با کولر آبی آشنا هستند. کولر آبی معروفترین نمونه برای سیستم تبخیری است و روند کار کولر آبی بسیار مشخص است به این صورت که آب بر روی پوشال‌ها ریخته شده و با عبور هوا از لابه‌لای پوشاله‌ها گرامی آن به آب منتقل می‌شود و به این شکل هوا سرد شده و در ادامه شما هوای سرد را از کولر دریافت می‌کنید. از نمونه‌های پیشرفته سیستم‌های برودتی تبخیری می‌توان به ایرواشر، اکونوپک و زنت اشاره کرد.
سیستم برودتی تبخیری مستقیم:
در این نوع سیستم آب و هوا در مجاورت یکدیگر قرار دارند و رطوبت هوا به مقدار زیادی افزایش می‌یابد که این روش برای مناطقی که رطوبت زیادی دارند بازدهی ندارد. کولر آبی و ایرواشر از این نوع سیستم‌ها استفاده می‌کنند.
سیستم تبخیری غیر مستقیم:
در این روش در ابتدا مانند روش مستقیم مقداری هوا سرد می‌شود سپس با استفاده از یک مبدل حرارتی هوای دیگر سرد شده و هرگز در تماس با یکدیگر نیستند و دیگر مشکل رطوبت هوا رخ نمی‌دهد اما بازدهی و کارایی مناسب را ندارد زیرا علاوه بر بالا بودن قیمت این نوع سیستم‌ها، ظرفیت بسیار پایینی نیز دارند و اگر منطقه و اقلیم رطوبت بسیار زیادی داشته باشد بازدهی سیستم به مراتب پایین‌تر می‌آید.
سیستم‌های برودتی تراکمی
با پیشرفت علم و تکنولوژی به خصوص علم ترمودینامیک و با فهمیدن قانون‌های مختلف از سال 1805 میلادی استارت شد و در سال 1834 به قطعیت رسید، باعث شد که روش جدیدی برای سیستم‌های برودتی استفاده شود. به صورت تکنیکال در این سیستم یک سیال با تبخیر و تقطیر، گرما را جذب و دفع می‌کند. در ابتدا آن سیال که مبرد یا گاز خنک کننده نام دارد به وسیله‌ی یک کمپرسور افزایش فشار پیدا می‌کند و وارد کندانسور می‌شود، با دفع گرما در آن محل، وارد شیر انبساط می‌شود و با افت فشار آماده ورود به اپراتور و جذب گرما شده و به نقطه ابتدایی سیکل می‌رسد تا این روند و لوپ تکرار شود.
مزیت‌های سیستم برودتی تراکمی
- سیال مبرد همیشه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- رطوبت افزایش پیدا نمی‌کند.
- بازدهی بسیار بالایی دارد
- برای ظرفیت‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
معایب سیستم برودتی تراکمی
- مشکل مصرف آب در سیستم‌هایی که از کندانسور آبی یا تبخیری استفاده می‌کنند وجود دارد.
- استفاده از مبرد‌های CFC باعث آسیب و تخریب لایه اوزون خواهد شد.
سیستم‌های برودتی جذبی
در اوایل قرن 20 بود که این نوع سیستم‌ها مورد توجه قرار گرفت اما پس از سیستم‌های برودتی تراکمی این نوع سیستم‌ها کمتر مورد استفاده قرار گرفتند زیرا ضریب عملکرد سیستم برودتی جذبی 1.5 برابر سیستم برودتی تراکمی می‌باشد. از معروفترین نوع این سیستم‌ها می‌توان به یخچال‌های نفتی قدیمی اشاره کرد. در سیستم برودتی جذبی از منابع حرارتی به عنوان انرژی ورودی به سیستم استفاده می‌گردد. اساس کار این سیستم‌ها به این گونه می‌باشد که به وسیله‌ی یک ژنراتور محلول آب و آمونیاک در فشار بالا گرم شده و دو ماده از یکدیگر جذا می‌شوند که این اتفاق باعث ایجاد دو محلول می‌شود، از یک طرف بخار با غلظت بالای آمونیاک که محلول غلیظ نام دارد و از طرف دیگر یک محلول مایع با غلظت پایین آمونیاک که محلول رقیق نام دارد.
بخار آمونیاک غلیظ با عبور از کندانسور ، خنک می‌شود و به حالت مایع که رسید، محلول با غلظت بالای آمونیاک وارد مبدل حرارتی شده تا فشار آن را در ورود به اواپراتور کاهش دهد. به دلیل اختلاف فشار ایجاد شده، آمونیاک در دمای پایین بخار شده و گرما را جذب می‌کند به این ترتیب عمل تبرید انجام می‌گیرد.
از آنجایی که انرژی مکانیکی این روند توسط برق تامین می‌شود، نیاز به هزینه‌های گزاف ندارد و با استفاده از دسترسی آسان و سریع کاملا مقرون به صرفه‌تر می‌باشد.
مزایای سیستم برودتی جذبی:
- عدم استفاده از گازهای CFC
- قابلیت بازیابی انرژی هدر رفته
- عمر مفید زیاد
- مصرف برق خیلی کم
- و مهم‌تر از همه اینکه می‌توان از انرژی خورشیدی نیز بهره گرفت.
معایب سیستم برودتی جذبی:
- هزینه نصب و راه‌اندازی بالا
- بازدهی کمتر
کولر گازی
همه‌ی ما با اسپیلت یا کولر گازی آشنا هستیم. کولر گازی یک نوع وسیله‌ی تهویه مطبوع ( سیستم سرمایشی ) می‌باشد. در برخی از کولر گازی‌ها سیستم ضدعفونی و کنترل رطوبت وجود دارد البته که این نوع دستگاه‌های تهویه مطبوع برای کم به سیکل تبرید تراکمی و کنترل دمای محیطی طراحی شده‌اند.
انواع کولر گازی: کولر گازی پنجره‌ای – کولر گازی پرتابل ( قابل حمل ) – کولر گازی اسپیلت دیواری – کولر گازی ایستاده – کولر گازی اینورتر.
مزایای کولر گازی:
- آلودگی کمتر هوا.
- تنظیم دمای دلخواه در هر دو سیستم سرمایشی و گرمایشی.
- دارای فیلتر ضد حساسیت.
- ظرفیت بسیار بالا در دو حالت سرمایشی و گرمایشی.
- نصب مستقل در هر مکانی.
- دارای مدل اینورتر که مصرف بسیار کمتری دارد.
- دارای قابلیت ترموستات دمایی است.
- بی سر و صدا بودن .
- دارای بهترین سیستم تهویه مطبوع.
- عدم رشد باکتری و کپک.
- ضدعفونی محیط اطراف.
- افزایش کیفیت هوا.
معایت کولر گازی:
- هزینه خرید نسبتا بالا کولر گازی.
- مصرف انرژی زیاد ( جز مواردی که اینورتر دارند ).
- تمیز نکردن فیلترها باعث بیماری تنفسی و گرفتن آلرژی می‌شود.
- عدم توانایی قرار گرفتن در معرض مستقیم کولر گازی ( تنگی نفس – خشکی پوست – خشکی چشم ).
داکت اسپیلت
داکت اسپیلت ( Ducted Split Air Conditioning ) نوعی دستگاه تهویه مطبوع است که برای بیشتر مصارف مسکونی، اداری و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. داکت اسپیلت برای انتقال هوا از کانال‌های تهویه ( کانال گالوانیزه – پلی یورتان – لوله‌های فلکسیبل ) استفاده می‌کند و همین خاصیت و ویژگی باعث شده که از اسپیلت‌های گازی دیواری متمایز شود. وجود کانال‌های تهویه باعث می‌شود که هوای مطبوع چه سرد و چه گرم به طور یکسان و متعادل به تمام قسمت‌های درون ساختمان تهویه توزیع شود.
اجزای تشکیل دهنده داکت اسپیلت شامل کمپرسور – کندانسور – لواه مویین ( شیر انبساط ) – اواپراتور می‌شود.
انواع داکت اسپیلت: داکت اسپیلت با کمپرسور دور ثابت – داکت اسپیلت اینورتر ( Inverter )
مزایای داکت اسپیلت:
- قدرت بیشتر؛ صرفه جویی در مصرف آب و برق.
- اشغال فضای کمتر.
- ایجاد هوای تازه به ساختمان به محیط تهویه شونده.
- توزیع هوای سرد یا گرم به صورت متوازن.
- هزینه تعمیر و نگهداری کمتر.
- امکان کنترل هزینه.
- دارای فیلتر هوا.
- قابلیت نصب یونیت خارجی با اختلاف ارتفاع 30 متر نسبت به یونیت داخلی.
- استفاده کردن از این دستگاه در داخل سقف کاذب و عدم اشغال فضای اضافی.
- امکان نصب داکت اسپیلت با کویل آب گرم و صرفه جویی در مصرف انرژی.
معایب داکت اسپیلت:
- امکان تنظیم دستی هوا برا هر اتاق محیط تهویه شونده به صورت جداگانه وجود ندارد.
- داکت اسپیلت تمام قسمت‌های محیط را تهویه می‌کند. یعنی ممکن است قسمتی نیاز به تهویه نداشته باشد اما آنجا تهویه شود و اتلاف انرژی صورت می‌گیرد.
- داکت اسپیلت برای گردش هوا از فن استفاده می‌کند و در یک محیط آرام و و در سکوت کامل ممکن است صدای این فن مورد آزار و اذیت شود.
- در مقایسه با سیستم VRF مصرف برق بیشتری دارد.
- ترموستات آن فقط دمای بزرگ‌ترین محیط را اندازه‌گیری می‌کند.
- سیستم گرمایشی به نسبت ضعیف‌تر عمل می‌کند.
چیلر
چیلر سیستمی است که با استفاده از سیکل تبرید تراکمی یا سیکل تبرید جذبی گرما را از مایع می‌گیرد. این مایع سرد شده می‌تواند در تجهیزات تهویه مطبوع مثل هواساز و فن کوئل استفاده شود. گاز مبرد چیلرها در کندانسور با سه روش آب خنک، هوا خنک و تبخیری خنک کاری می‌شود. باید بدانید که چیلر در دو حوزه تهویه مطبوع و صنعتی کاربرد دارد.
چیلر تهویه مطبوع در کاربرد این نوع سیستم و در این حوزه، آب سرد شده در چیلر برای سرد کردن و کاهش رطوبت هوا در واحدهای اداری، صنعتی و تجاری بزرگ استفاده می‌شود.
چیلر صنعتی: در این حوزه، آب سرد شده برای خنک کاری کنترل شده محصولات، مکانیزم‌ها و ماشین آلات کارخانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از چیلر صنعتی در صنایع پلاستیک، قالب سازی، ریخته‌گری، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع دارویی و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.
چیلرها به دو نوع تقسیم می‌شوند 1. چیلر تراکمی بخاری – 2. چیلر جذبی
چیلر تراکمی بخاری به دو نوع چیلر تراکمی آب خنک و چیلر تراکمی هوا خنک تقسیم می‌شود و چیلر جذبی به تک اثره آبگرم – بخار – شعله مستقیم – گاز مستقیم Direct Gas Driven تقسیم می‌شود.
مزایای چیلر تراکمی نسبت به چیلر جذبی:
- چیلر تراکمی با توجه به نوع ماده مبرد و داشتن کمپرسور در ظرفیت‌های برابر حجم کمتری نسبت به چیلر جذبی دارد.
- ضریب عملکرد چیلر تراکمی از چیلر جذبی بالاتر است.
- مصرف انرژی اولیه کمتر.
- مصرف آب کمتر.
- امکان استفاده بهینه از سیستم‌های جذبی خصوصا در ظرفیت‌های زیاد.
- اثرات به مراتب کمتر زیست محیطی نسبت چیلر جذبی.
- پیک زدایی مصرف برق در ساعات اوج بار (ساعات 19 الی 23).
- ظرفیت پائین‌تر برج‌های خنک کن و سیستم پمپاژ به برج‌ها.
سخن آخر
به صورت تکنیکال در این مقاله به بررسی سیستم‌های برودتی پرداختیم متوجه شدید که از آغاز خلقت انسان‌ها به دنبال پیدا کردن راهی برای نگهداری مواد بوده‌اند که به صورت خلاصه انواع این سیستم‌ها و کاربردهای آن را در صنایع مختلف بررسی کردیم. متوجه شدید که سرما قابل تولید شدن نیست و سرما به معنای نبودن گرما است پس برای آن که یک جسم را سرد کنیم باید گرمای آن را جذب کنیم. روند و اساس کلی تمامی این نوع سیستم‌ها همین موضوع است.
