مبانی سرمایش جذبی (بخش اول)

۶ ماه قبل ۲۴۵ ۰

تبرید

در حالت کلی به هر فرآیندی که منجر به حذف حرارت از محیط می‌گردد، تبرید گفته می‌شود. به شاخه‌ای از علم که در آن، به کاهش و ثابت نگه داشتن دماي یک ماده یا فضا، به دمایی پائین‌تر از دماي محیط پرداخته می‌شود، علم تبرید اطلاق می‌گردد. در تحول تبرید، حرارت از جسم سرد شونده‌ای گرفته می‌شود و به جسم دیگري که دمایی کم‌تر از جسم سرد شونده دارد، منتقل می‌گردد. بنابراین در این تحول هم گرمایش و هم سرمایش وجود دارد و فقط نحوه استفاده از سیستم، آن‌ها را از یکدیگر متمایز می‌سازد.

در تبرید چون حرارت همواره از محل گرم‌تر به محیط سرد‌تر منتقل می‌شود، به طور پیوسته جریان حرارتی بین دو محیط برقرار می‌باشد. براي جلوگیري از آن معمولا محل سرد شونده را به وسیله عایق حرارتی از محیط اطراف جدا می‌کنند.

سیکل تبرید جذبی

همه چیلر‌ها نوعی پمپ گرمایی هستند و کار اصلی آنها انتقال و جا به جایی گرما از نقطه سرد شونده به محیط بیرون است؛ گرما توسط اواپراتور از محیط داخلی جذب شده و توسط برج خنک کن به محیط بیرون منتقل می‌گردد. وظیفه جذب و انتقال گرما در سیستم سرمایش با مبرد است. مبرد در سیستم تراکمی قبل از ورود به اواپراتور به واسطه شیر فشار شکن با کاهش فشار مواجه می‌شود و در نتیجه آن دمای مبرد کاهش یافته و قادر به جذب گرما از محیط اواپراتور می‌شود. بعد از آن، فشار مبرد توسط کمپرسور افزایش می‌یابد و به تبع آن دمای مبرد نیز بالا رفته و گرمای خود را به محیط خارجی انتقال می‌دهد.

چیلر جذبی، چیلر، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

 

اصول کارکرد چیلرهای جذبی همانند کلیه دستگاه‌های برودتی دیگر براساس یک اصل کلی، یعنی تبخیر مایع مبرد استوار می‌باشد. تبخیر مایع مبرد (Refrigerant) در سیستم‌های برودتی باعث جذب گرما و یا ایجاد برودت می‌گردد به عبارت دیگر هر مایعی با جذب گرمای نهان تبخیر در درجه حرارت ثابت تبدیل به بخار می‌شود و گرمای محیط را جذب و ایجاد برودت می‌نماید. در سیستم جذبی اساس کار سرمایش بر پایه تبخیر آب (به عنوان مبرد) بنا نهاده شده است. به این صورت که آب در فشار پایین نزدیک به خلا به جوش می‌آید و گرمای مورد نیاز خود برای بخار شدن را از کویل اواپراتور دریافت می‌کند.

چیلر جذبی، چیلر، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

آب در شرایط اتمسفریک در 100 درجه سانتیگراد به جوش می‌آید. هر چه فشار محیط کاهش یابد، آب در دمای پایین‌تری به جوش خواهد آمد. اگر فشار محیط به هفت میلیمتر جیوه تقلیل یابد، آب حدوداً در دمای 7 درجه سانتی‌گراد به جوش می‌آید و با جذب گرمای نهان به بخار تبدیل می‌گردد. باید توجه داشت که به منظور تبخیر آب در دمای پایین باید فشار هوای داخل سیستم را به وسیله پمپ وکیوم یا پمپ خلا به حداقل رساند، در نتیجه هر چه فشار کمتر باشد تبخیر نیز در دمای پایین‌تر اتفاق می‌افتد. دمای آب مبرد را که درون چیلر جریان دارد بر اساس نوع کاربری تنظیم می‌کنیم، مثلا در ساختمان مسکونی که آب سرمایش باید بین 5 تا 10 درجه سانتیگراد باشد، دمای آب مبرد را کمی پایین‌تر در نظر میگیریم که به واسطه این اختلاف دما آب مبرد گرمای مورد نیاز تبخیر خود را از آب درون سیستم سیرکوله دریافت کرده و عمل تبرید انجام شود. جسمی که از دمای 273 - درجه سانتیگراد گرم‌تر باشد می‌تواند برای جسم سردتر خود مولد گرما باشد. مثلآ آب 10 درجه سانتیگراد که از طریق لوله‌های آب چیلد وارد چیلر جذبی می‌شود می‌تواند تامین‌کننده گرمای نهان تبخیر آب مقطری که در داخل چیلر جذبی به دلیل پایین بودن فشار در حال تبخیر شدن است، باشد و در اثر این گرمادهی دمای خود آب چیلد کاهش می‌یابد.

برای آگاهی از دمای تبخیر آب در فشار‌های مختلف باید به جداول ترمودینامیکی مخصوص آب مراجعه کرد که در این جداول به ازای هر فشار، دمای تبخیر آب در آن فشار ذکر شده است. در جدول زیر فشار مورد نیاز به منظور رسیدن به نقطه تبخیر در دما‌های مختلف در کاربری درون ساختمان ذکر شده است.

چیلر جذبی، چیلر، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

به عنوان مثال از نحوه استفاده از جدول بالا می‌توان در نظر گرفت که به منظور ایجاد تبخیر آب در دمای 4.4 درجه سانتیگراد یا 40 درجه فارنهایت باید فشار محفظه را به کمک پمپ خلا تا 839.2 پاسکال یا 

چیلر جذبی، چیلر، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

 بار کاهش داد. در نتیجه این اقدام آب مبرد در دمای مذکور تبخیر خواهد شد و آب سیستم سیرکوله، گرمای خود را به مبرد داده و به دمایی نزدیک به همین دما متمایل می‌شود.

هر اقدامی که موجب تبخیر بهتر مبرد شود (مبرد در سیستم جذبی آب است و از این به بعد منظور از مبرد همان آب درون چیلر است.) موجب افزایش کارایی سیستم جذبی می‌گردد. به همین منظور از یک پمپ استفاده می‌شود تا مبرد بر روی کویل‌های درون محفظه پاشیده بشود. مبرد به واسطه نازل‌ها و افشانک‌ها پودر شده و روی کویل می‌ریزد و در نتیجه این اقدام تبخیر افزایش پیدا می‌کند. به این محفظه که تبخیر آب درون آن انجام می‌شود محفظه تبخیر‌کننده یا اواپراتور می‌گوییم و پمپ آن را نیز پمپ اواپراتور یا پمپ مبرد می‌نامیم.

چیلر جذبی، چیلر، اواپراتور، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

به این ترتیب موفق می‌شویم با این روش از طریق تبخیر مبرد، دمای آب کویل را کاهش دهیم اما با تبخیر آب مبرد فضای محفظه پر از بخار آب شده و افزایش فشار و در نتیجه آن کاهش مقدار تبخیر را به همراه خواهد داشت، از طرفی با تبدیل آب به بخار آب دیگر آبی برای تماس با کویل و تبخیر و در نتیجه آن ادامه فرآیند سرمایش باقی نخواهد ماند. در نتیجه باید از راهکاری استفاده کرد تا بخار آب موجود در سیستم را جذب کرده و دوباره به حالت مایع درآورده و به محفظه اواپراتور باز گرداند. به منظور کاهش فشار در محفظه اواپراتور باید بخار آب را از آنجا خارج کرد که این کار به وسیله نمک‌ها انجام می‌شود. نمک همیشه جاذب خوبی برای رطوبت است و می‌تواند مقدار زیادی رطوبت را به خود جذب کند. اما انواع بسیار زیادی از نمک‌ها وجود دارد و باید بر اساس کارایی لازم نمکی را انتخاب کرد که بتواند حجم زیادی از رطوبت را به خود جذب کرده و سرعت این فرآیند نیز بالا باشد. نمک لیتیم بروماید یکی از بهترین نمک‌های جاذب است که توسط متخصصان به عنوان بهترین جاذب معرفی شده است.

محفظه دیگری برای قرار گرفتن نمک لیتیم بروماید در نظر گرفته می‌شود؛ در این محفظه بخار آب جذب نمک لیتیم بروماید شده و در نتیجه فشار درون اواپراتور کاهش میابد. به این محفظه ابزوربر می‌گوییم. به منظور عملکرد بهتر این ترکیب نمکی باید آن را در دمای مناسب نگه داشت. برای این منظور از کویل آب خنکی استفاده می‌کنیم که آب درون این کویل از برج خنک کن می‌آید و دمایی بین 26 تا 35 درجه سانتیگراد دارد. 

چیلر جذبی، چیلر، اواپراتور، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

هرچه دمای آب کویل پایین‌تر باشد جذب بخار آب توسط لیتیوم بروماید بیشتر می‌شود به همین خاطر می‌توان به منظور افزایش کارایی لیتیم بروماید را از طریق یک کلکتور و افشانک‌هایی در فضای ابزوربر پاشیده شود تا تماس بهتری با سطح کویل داشته باشد؛ حتی می‌توان از پمپی به نام پمپ ابزوربر استفاده کرد که به طور مداوم محلول را از تشتک ابزوربر مکش نموده و از طریق افشانک‌ها در فضای ابزوربر می‌پاشد. اما باید در نظر داشت که کاهش بیش از اندازه دما ممکن است موجب ایجاد بلور لیتیم بروماید و پدیده کریستالیزاسیون بشود. حال باید این مسئله را در نظر گرفت که لیتیم بروماید با جذب بخارات آب، پس از مدتی رقیق شده و خاصیت جذب خود را از دست خواهد داد؛ به همین خاطر باید راهکاری اتخاذ کرد تا لیتیم بروماید مجددا غلیظ شده و امکان جذب مجدد بخار آب برای آن فراهم بشود. برای این منظور محفظه تغلیظ‌کننده یا ژنراتور را در نظر می‌گیریم. لیتیم بروماید رقیق به این محفظه وارد شده و به وسیله شعله مستقیم مشعل یا از طریق سیال‌های گرمی مانند آب گرم، آب داغ یا بخار، محلول لیتیم بروماید به غلظت مناسب می‌رسد. برای انتقال لیتیم بروماید رقیق به محفظه از پمپ استفاده می‌کنیم که آن را پمپ محلول رقیق یا پمپ ژنراتور می‌نامیم.

پس از غلیظ شدن محلول لیتیم بروماید آب از این‌ترکیب نمکی جدا شده و به سمت محفظه چهارم می‌رود. محفظه چهارم که کندانسور نام دارد قسمت نهایی است که بخارات آب که دمای بالایی دارند در آن جمع شده و از طریق ارتباط با کویل سرمایشی که در انجا قرار دارد کندانس اتفاق می‌افتد؛ آب درون این کویل سرمایشی نیز از طریق برج خنک کن تامین می‌شود.

چیلر جذبی، چیلر، ژنراتور، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

همانطور که گفته شد در محفظه ابزوربر به منظور افزایش راندمان کار از کویل سرمایشی استفاده شد. لذا می‌توان از ادامه لوله همان کویلی که به ابزوربر رفته بود استفاده کرد و آب برج خنک کن را از آن طریق به محفظه کندانسور هدایت کرد و از آن جا به برج خنک کن بازگرداند. 

اما در محفظه سوم که ژنراتور نام گرفت لیتیم بروماید غلیظ شده باید به محفظه ابزوربر باز گردد. همانطور که گفته شد دمای لیتیم بروماید به منظور جذب بخارات آب باید پایین باشد اما این لیتیم بروماید خروجی از ژنراتور دمای بالایی دارد. از طرفی گفته شد که دمای لیتیم بروماید رقیق نباید از حد مشخصی پایین‌تر بیاید زیرا امکان کریستالیزاسیون بالا رفته و در صورت بلور شدن نمک لیتیم بروماید دستگاه آسیب می‌بیند. به همین خاطر لوله محلول رقیق و محلول غلیظ را از کنار یکدیگر عبور می‌دهیم تا با استفاده از یک مبدل حرارتی دمای هر دو محلول را در محدوده‌ای کنترل شده نگه داریم. با این کار هم دمای محلول غلیظ را قبل از بازگشت به ابزوربر کاهش داده‌ایم و هم از ایجاد بلور نمک در مسیر محلول رقیق پیشگیری کرده‌ایم. آبی که درون محفظه کندانسور جمع شده است حال باید به محفظه اولیه یعنی اواپراتور باز گردد که به این ترتیب چرخه کامل می‌شود.

چیلر جذبی، چیلر، ژنراتور، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

در برخی از چیلر‌های جذبی مسیر کنارگذری به همراه یک دستگاه تنظیم‌کننده و مخلوط‌کننده در نظر گرفته می‌شود که بخشی از محلول ورودی به محفظه ابزوربر را تامین می‌کند؛ به این قطعه اداکتور می‌گوییم. برخی از مدل‌ها نیز بطور کلی فاقد اداکتور هستند. نکته دیگر غلظت بیش از حد محلول در خروجی از ژنراتور است که در صورت متبلور شدن محلول در این نقطه یا هر جای دیگر، مسیر حرکت سیال مسدود شده و چیلر از کار می‌افتد. به منظور جلوگیری از این مسئله و همچنین جلوگیری از سوختن احتمالی پمپ از یک لوله سرریز در دهانه خروجی ژنراتور استفاده می‌کنیم که در صورت بالا رفتن حجم محلول غلیظ، آن را مستقیما و بدون گذر از مبدل حرارتی به ابزوربر هدایت می‌کند. این مسیر فرعی را لوله ضد کریستال و سیستم مجهز به این لوله را سیستم خودکار ضد کریستالیزاسیون می‌گوییم.

چیلر جذبی، چیلر، ژنراتور، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

 

چیلر جذبی، چیلر، ژنراتور، سیکل چیلر چذبی، سرمایش جذبی

 

* این مطلب ادامه دارد...

لینک های مرتبط

دسته بندی ماشین آلات جذبی (بخش اول:چیلر جذبی)

 

نگارش : محمد جعفر نیری، پیمان ابراهیمی ناغانی

منبع : بخشی از کتاب روشهای تولید و توزیع برودت در سیستم‌های تهویه مطبوع - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، سید علیرضا ذوالفقاری، محمد جعفر نیری - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه