از سیستم تبرید و سیکل تبرید صنعتی معمولاً در سردخانه‌های مواد غذایی، بخش‌های فرآوری لبنیات، تولید نوشیدنی‌ها، سطوح یخ‌زده مثل زمین اسکیت یا هاکی روی یخ و صنایع سنگین مثل صنعت فولاد استفاده می‌شود. سیستم‌های تبرید مورد استفاده در این فضاها جزو سیستم‌های سرمایشی بزرگ هستند. در مقاله‌های گذشته در مورد انواع سیستم‌های تبرید مانند انواع چیلرها، تفاوت بین چیلرهای جذبی و تراکمی، پمپ‌های حرارتی، طراحی سیستم تبرید و دستگاه‌های هواساز صحبت کرده‌ایم. در این مقاله قصد داریم به معرفی و بررسی سیستم‌های تبرید صنعتی بر پایه مبرد آمونیاک بپردازیم.
چرا از آمونیاک به‌عنوان مبرد در سیستم تبرید صنعتی استفاده می‌شود؟
آمونیاک به‌طور طبیعی در طبیعت وجود دارد و دسترسی به آن آسان است. میزان تخریب لایه ازن توسط آمونیاک تقریباً صفر است و پتانسیل گرمایش جهانی آن به کمتر از ۱ می‌رسد. این در حالی است که پتانسیل گرمایش جهانی برای مبردهای معمولی مثل R134A برابر با ۱۴۳۰ و برای R404A برابر با ۳۹۲۲ است.
تولید آمونیاک ارزان و استفاده از آن از نظر مصرف انرژی بهینه است. آمونیاک توانایی بالایی در جذب گرما هنگام تبخیر دارد. این یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های یک مبرد است و بدان معناست که می‌توان از لوله‌های نازک‌تر و قطعات کوچک‌تری استفاده کرد.
خطر: آمونیاک سمی است. همچنین تجمع مقدار خاصی از آن می‌تواند باعث اشتعال شود.
اکثر مبردها بدون بو هستند اما آمونیاک یک بوی خیلی ترش دارد. بنابراین نشت آمونیاک در سیستم تبرید را می‌توان به‌راحتی شناسایی کرد.
نکته: آمونیاکی که از سیستم تبرید به بیرون نشت می‌کند با کربن و آب موجود در هوا واکنش نشان داده و بی‌کربنات آمونیوم تولید می‌کند که بی‌ضرر است و به‌راحتی شسته می‌شود.
انواع سیستم‌های تبرید صنعتی با مبرد آمونیاک
سیستم تبرید صنعتی تک مرحله‌ای
سیستم تبرید تک مرحله‌ای ساده‌ترین سیستم تبرید صنعتی آمونیاک غیر از مدل انبساط مستقیم است. بنابراین بررسی این نوع از سیستم‌های تبرید را از این مدل آغاز می‌کنیم.
ابتدا به سراغ کمپرسور می‌رویم که قلب هر سیستم تبریدی است و در اینجا وظیفه به گردش درآوردن آمونیاک در سرتاسر سیستم تبرید را برعهده دارد. کمپرسور مبرد را که گرمای ناخواسته از اواپراتورها را دریافت کرده به سمت خود می‌کشد و آن را فشرده می‌کند. فشرده شدن این انرژی گرمایی، دمای آمونیاک را بالا می‌برد.
نکته: مبرد به‌صورت یک بخار کم‌فشار وارد کمپرسور می‌شود و آن را به شکل یک بخار پرفشار ترک می‌کند و به سمت کندانسور می‌رود.
کندانسور با بیرون راندن گرما از مبرد و فرستادن آن به فضای بیرون، آن را خنک می‌کند. مبرد داغ در این فرآیند از درون لوله‌های کوچکی عبور می‌کند. فن هوای محیط را به سمت لوله‌ها هدایت کرده و باعث خنک شدن مبرد و بیرون راندن گرما می‌شود. به‌علاوه، یک پمپ کوچک آب را در سرتاسر لوله‌ها اسپری می‌کند. بخشی از این آب تبخیر شده و به بیرون رفتن گرما از مبرد کمک می‌کند.
تذکر: مبرد در داخل لوله‌ها می‌ماند و در تماس با هوا و آب قرار نمی‌گیرد. فقط گرمای مبرد از جداره لوله خارج شده و توسط آب یا هوا به فضای بیرون رانده می‌شود.
نکته: مبرد به‌دنبال از دست دادن گرما به مایع تبدیل می‌شود و کندانسور را به شکل یک مایع پرفشار ترک کرده و به گیرنده می‌رود.
گیرنده درواقع محل ذخیره‌سازی مبرد مایع در سیکل تبرید است. یک لوله رابط بین گیرنده و ورودی کندانسور وجود دارد که باعث برابری فشار شده و امکان جریان آزادانه مبرد را از کندانسور به گیرنده فراهم می‌کند.
مبرد سپس وارد شیر انبساط می‌شود که وظیفه آن تنظیم فشار و مقدار ورود مبرد مایع به مدار اواپراتور است.
مبرد از شیر انبساط وارد جداکننده مایع می‌شود. مایع مبرد به سمت پایین رفته و بعد توسط پمپ‌های مبرد مکیده می‌شود. وظیفه این پمپ‌ها اطمینان از گردش درست مبرد در اواپراتورها با تغییر بار سرمایشی است. مبرد پس‌از آن به سمت شیرهای انبساط و اواپراتورها جریان پیدا می‌کند.
مبرد سرد وارد اپراتور شده و از داخل لوله‌های آن عبور می‌کند. یک فن هوای گرم محیط را در اطراف این لوله‌ها به جریان می‌اندازد. مبرد سرد این گرما را می‌گیرد و به‌این‌ترتیب هوای محیط سردتر می‌شود. آمونیاک با دریافت گرما از هوای محیط به نقطه جوش رسیده، تبخیر می‌شود و گرما را به بیرون هدایت می‌کند.
تذکر: در اینجا هم آمونیاک در داخل لوله‌ها در سیستم تبرید قرار دارد و در تماس با هوا قرار نمی‌گیرد.
مبرد اواپراتور را به‌صورت مخلوطی از مایع و بخار ترک کرده و به جداکننده مایع بازمی‌گردد. مبرد مایع سیکل تبرید را از اواپراتور آغاز می‌کند و مبرد گازی‌شکل به داخل کمپرسور کشیده‌شده و سیکل تبرید را از آن قطعه شروع می‌کند. مبرد به شکل یک بخار کم‌فشار وارد کمپرسور می‌شود.
سیستم تبرید صنعتی دومرحله‌ای
این نوع از سیستم تبرید مخصوص سیستم‌های دارای دمای پایین است که بهره‌وری بالایی دارند و دمای دهش کمپرسور در آن‌ها پایین است. جریان مبرد مانند سیکل تبرید تک مرحله‌ای است اما چند قطعه و سیکل دیگر هم وجود دارد.
در این نوع از سیستم تبرید مخزنی با نام خنک‌کننده واسطه وجود دارد که بین گیرنده و شیر انبساط قرار می‌گیرد. جریان اصلی مبرد از میان یک کویل در داخل این مخزن عبور می‌کند و بعد وارد شیر انبساط اصلی می‌شود. جریان مبرد پس‌از آن مانند سیستم تبرید تک مرحله‌ای از جداکننده، اواپراتور و دوباره جداکننده ادامه می‌یابد. یک جریان دیگر از مبرد در مسیر اصلی وجود دارد و از طریق یک شیر انبساط به داخل مخزن اسپری می‌شود. تبخیر این مبرد در مخزن باعث سرد شدن کویل می‌شود. به‌این‌ترتیب جریان اصلی مبرد در داخل کویل قبل‌از ورود به شیر انبساط اصلی خنک می‌شود.
مبرد گازی‌شکل که از جداکننده خارج می‌شود به سمت کمپرسور کشیده می‌شود. ولی در این سیستم تبرید دو کمپرسور وجود دارد. مبرد وارد کمپرسور پایینی یا تقویت‌کننده می‌شود تا فشار آن افزایش یابد. بعد از آنجا به سمت خنک‌کننده واسطه می‌رود. مبرد گازی‌شکل از خنک‌کننده واسطه به سمت کمپرسور بالایی جریان می‌یابد و از آنجا به کندانسور بازمی‌گردد تا سیکل تبرید تکرار شود.
سیستم تبرید صنعتی آبشاری
سیستم تبرید آبشاری پیشرفته‌ترین نوع سیستم تبرید است که می‌تواند بسیار پیچیده باشد و در تأسیساتی به کار می‌رود که نیازمند محدوده‌های متفاوت دمایی برای بارهای مختلف سرمایشی هستند. به‌علاوه، این سیستم‌ها رعایت قوانین مربوط به سلامتی، ایمنی و محیط‌زیست را آسان‌تر می‌کنند.
کار با این نوع سیستم تبرید در ابتدا کمی دلهره‌آور به‌نظر می‌رسد ولی کافیست لوله‌ها را دنبال کنید تا بتوانید به عملکرد آن پی ببرید.
این سیستم‌های تبرید معمولاً از دو یا چند سیکل تبرید جداگانه تشکیل شده‌اند و از مبردهای مختلفی برای سرمایش استفاده می‌کنند.
در این سیستم‌ها دو کمپرسور داریم که هر کدام مبرد را در یک سیکل جداگانه به گردش درمی‌آورند: یک سیکل با دمای بالا و یک سیکل با دمای پایین. یک مبدل حرارتی با نام کندانسور آبشاری رابط بین این دو سیکل تبرید است. این کندانسور آبشاری درواقع نقش یک کندانسور را برای سیکل دما بالا و نقش یک اواپراتور را برای سیکل دما پایین دارد.
نکته: مبردهایی که در این سیکل‌های تبرید جریان دارند می‌توانند یکسان یا متفاوت باشند. برای مثال می‌توانیم از آمونیاک برای سیکل دما بالا و از CO2 برای سیکل دما پایین استفاده کنیم. دراین‌صورت از آمونیاک کمتری استفاده می‌شود و بهره‌وری دستگاه بالا می‌رود.
تا اینجا با مفهوم کلی سیستم تبرید صنعتی با مبرد آمونیاک آشنا شدید. در مقاله‌های آینده بیشتر درمورد سیستم‌های تبرید صحبت می‌کنیم. می‌توانید اطلاعات بیشتر درمورد سیستم‌های تبرید سردخانه و چیلر را در سامانه رهجو به دست آورید. مهندس زاره انجرقلی تمام مطالب لازم را در دوره آموزش سیستم‌های تبرید (سردخانه و چیلر) در اختیار شما قرار می‌دهند.