متخصصین سیستم‌های تبرید به‌خوبی می‌دانند سیستم‌های سرمایشی مثل کولرهای گازی درواقع سرما ایجاد نمی‌کنند بلکه گرما را از محیط خارج می‌کنند و به‌جای دیگری می‌فرستند و این کار را با تغییر جریان طبیعی گرما توسط یک نوع انرژی انجام می‌دهند. نحوه این انتقال گرما به نوع سیستم تبرید بستگی دارد.
چهار نوع سیستم تبرید مختلف وجود دارد که با وجود شباهت‌های بسیار، از بسیاری جهات هم متفاوت هستند. در این مقاله قصد داریم به توضیح عملکرد انواع سیستم‌های تبرید بپردازیم.
سیستم‌های تبرید تراکمی/مکانیکی
پرکاربردترین سیستم تبرید سیستم تبرید تراکمی/مکانیکی است که از آن هم در دستگاه‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شود و هم در دستگاه‌های بزرگ صنعتی.
همان‌طور که از نامش پیداست، در این سیستم تبرید گرما از طریق تراکم مکانیکی مبرد منتقل می‌شود. مبرد در یک سیکل بسته به‌طور مداوم منقبض و منبسط‌شده و از حالتی به حالت دیگر تغییر شکل پیدا می‌کند. گرما با تغییر حالت مبرد جذب و دفع می‌شود و دمای محیط پایین می‌آید. مراحل سیستم تبرید تراکمی/مکانیکی عبارتند از:
مرحله اول: تراکم
در این مرحله از سیکل تبرید، مبرد به‌صورت یک گاز کم‌فشار وارد کمپرسور می‌شود. کمپرسور مبرد را متراکم کرده و به شکل یک گاز پرفشار سوپرهیت شده درمی‌آورد. این مبرد پرفشار کمپرسور را ترک کرده و وارد مرحله بعد می‌شود.
مرحله دوم: چگالش
مبرد داغ گازی شکل در مرحله چگالش در سیستم تبرید وارد لوله‌های S شکل کندانسور می‌شود. از طرف دیگر، هوای خنک توسط یک فن به اطراف لوله‌های کندانسور هدایت می‌شود. به‌خاطر اختلاف دمای هوای اطراف و مبرد، گرما از طریق لوله‌های کندانسور از مبرد به هوا منتقل می‌شود. این انتقال گرما مبرد را به دمای اشباع می‌رساند تا به یک مایع پرفشار تبدیل شود. حالا مبرد آماده ترک کندانسور و رفتن به مرحله انبساط است.
مرحله سوم: انبساط
مبرد مایع پرفشار در مرحله سوم از شیر انبساط عبور می‌کند. شیر انبساط مبرد مایع را منبسط کرده و فشار آن را پایین می‌آورد. در این بین، دمای مبرد مایع هم کاهش می‌یابد.
مرحله چهارم: تبخیر
مبرد مایع کم‌فشار و خنک حالا وارد مرحله تبخیر می‌شود. در این مرحله، گرما بالاخره از محیط خارج می‌شود. در مرحله تبخیر، مبرد مایع خنک شده وارد لوله‌های اوپراتور می‌شود. فن‌ها هوای گرم محیط را به اطراف کویل‌های اواپراتور هدایت می‌کنند. مبرد خنک داخل لوله‌های اواپراتورر این گرما را جذب کرده و هوا خنک می‌شود. مبرد با جذب این گرما شروع به جوشیدن کرده و به یک بخار کم‌فشار تبدیل و دوباره راهی کمپرسور می‌شود تا سیکل تبرید ادامه یابد.
سیستم تبرید جذبی
گرما در سیستم‌های تبرید جذبی هم از طریق تراکم و انبساط مبرد منتقل می‌شود. قبلاً در مقاله دیگری درمورد تفاوت‌های سیستم‌های تبرید در چیلرهای جذبی و تراکمی صحبت کرده‌ایم که مطالعه آن خالی از لطف نیست.
سیستم تبرید جذبی شامل تمام فرآیندهای سیستم تبرید تراکمی مانند تراکم، چگالش، انبساط و تبخیر می‌شود، اما برای مبرد از آمونیاک، آب، یا لیتیوم بروماید استفاده می‌شود. مبرد در کندانسور متراکم شده و در اواپراتور منبسط می‌شود و گرما را از طریق کندانسور به هوا منتقل می‌کند.
تفاوت اصلی در سیستم تبرید جذبی روش مکش و تراکم مبرد است. در این نوع از سیستم تبرید، از دو بخش دیگر با عنوان جذب‌کننده و ژنراتور برای تراکم مبرد استفاده می‌شود. این دو جایگزین کمپرسور در سیستم تبرید تراکمی هستند.
در سیستم تبرید جذبی از گرما به‌عنوان انرژی ورودی استفاده می‌شود. این گرما حتی می‌تواند گرمای اضافی حاصل از فرآیند تبرید یا آب داغ باشد.
تذکر: در سیستم‌های کوچک‌تر تبرید می‌توان از گاز طبیعی، نفت سفید یا هیتر برای تولید انرژی استفاده کرد.
مراحل تبرید در سیستم تبرید جذبی به شکل زیر است:
- مبرد با فشار و دمای بالا وارد کندانسور آب‌خنک می‌شود تا چگالیده شود.
- مبرد با عبور از شیر انبساط به‌ناگهان فشار و دمای خود را از دست می‌دهد و بعد وارد اواپراتور می‌شود.
- مبرد کم‌فشار و خنک وارد اوپراتور شده، با جذب گرمای محیط و تبخیر، هوا را خنک می‌کند. دراین‌بین، مبرد به‌جای کمپرسور به سمت جذب‌کننده می‌رود که نقش قطعه مکنده سیستم تبرید را بازی می‌کند.
- با ورود مبرد به جذب‌کننده، فشار داخل جذب‌کننده کاهش یافته و مبرد بیشتری را از اواپراتور به سمت خود می‌کشاند. جریان اولیه مبرد به سمت جذب‌کننده به‌خاطر اختلاف فشار جذب‌کننده نسبت‌به فشار بخار مبرد در اواپراتور صورت می‌گیرد. مبرد با جذب توسط جذب‌کننده متراکم می‌شود.
- وقتی جذب‌کننده مبرد را جذب می‌کند، محلول قوی مبرد/جذب‌کننده (آمونیاک/آب) تشکیل می‌شود که توسط پمپ با فشار بالا به سمت ژنراتور می‌رود. پمپ فشار این محلول را تا 10 بار بالا می‌برد.
- محلول در ژنراتور توسط یک منبع خارجی گرم می‌شود. این منبع می‌تواند بخار آب داغ یا هر منبع انرژی دیگری باشد. دمای محلول بالا می‌رود. مبرد داخل محلول تبخیر شده و با فشار بالا محلول را ترک می‌کند. مبرد داغ فشار بالا وارد کندانسور می‌شود، خنک شده، به شیر انبساط و درنهایت اواپراتور می‌رود تا چرخه سرمایش ادامه یابد.
نکته: وقتی مبرد گازی‌شکل ژنراتور را ترک می‌کند، محلول وارد شیر کاهش فشار شده و به جذب‌کننده بازمی‌گردد و منتظر می‌ماند تا مبرد جدیدی را جذب کند.
سیستم تبرید تبخیری
در سیستم‌های تبرید تبخیری بر خلاف سیستم‌های تبرید تراکمی و جذبی خبری از سیکل تبرید نیست. این سیستم‌ها هوای گرم را با دمیدن آن بر روی صفحه‌های خیس خنک کرده و به داخل خانه می‌فرستند. یک پمپ آب وظیفه خیس کردن این صفحه‌ها را برعهده دارد. آب گرمای هوا را جذب کرده و تبخیر می‌شود. هوای خنک به داخل خانه هدایت و درنهایت خارج می‌شود و و گردش دوباره‌ای وجود ندارد.
تذکر: سیستم‌های تبرید تبخیری دمای هوا ۱۵ درجه خنک می‌کنند و مناسب مناطق خشک هستند. نصب آنها هزینه کمتری دارد و یک چهارم دستگاه‌های تهویه مطبوع انرژی مصرف می‌کنند.
نکته: سیستم‌های تبرید تبخیری رطوبت محیط را هم افزایش می‌دهند. بنابراین ترکیبی از هوای خنک و رطوبت کافی باعث آسایش و راحتی می‌شود.
سیستم تبرید ترموالکتریک
سیستم‌های تبرید ترموالکتریک نسبت به ۳ نوع دیگر بسیار منحصربه‌فرد هستند، چون از هیچ مبرد یا آبی در آنها استفاده نمی‌شود. این سیستم‌ها از طریق جریان برق و یک ترموکوپل برای سرمایش استفاده می‌کنند.
ترموکوپل از دو سیم فلزی متفاوت ساخته‌شده که در دو سر به‌هم متصل هستند. سایر بخش‌های سیم‌ها عایق‌شده تا با هم تماس نداشته باشند. وقتی جریان برق در ترموکوپل برقرار می‌شود، یک سمت داغ و سمت دیگر سرد می‌شود.
برعکس کردن جریان برق جهت گرم و سرد ترموکوپل را تغییر می‌دهد. انتهای گرم ترموکوپل خارج از محیط تهویه قرار می‌گیرد و یک گرماگیر یا جاذب حرارت به آن متصل می‌شود تا دمای آن را هم‌دما با محیط اطراف نگه دارد.
سمت سرد ترموکوپل که دمای کمتر از دمای محیط دارد در محیط تهویه قرار می‌گیرد و گرمای محیط را جذب می‌کند.
نکته: از این نوع سیستم تبرید در سیستم‌های کوچکی که دسترسی به آنها سخت است مثل سیستم‌های الکترونیک استفاده می‌شود.
تبرید تنها بخشی از کل صنعت تهویه مطبوع و سرمایش است. یک دنیا علم پشت شیوه‌های مختلف تبرید قرار دارد تا دنیا را خنک‌تر کند. با تماشای دوره آموزش سیستم‌های تبرید (سردخانه و چیلر) در سامانه رهجو، بخشی از این دنیای بزرگ را با تدریس فوق‌العاده مهندس انجرقلی یاد می‌گیرید.