اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

تبريدو سيکل تراکمی بخار
تبريدو سيکل تراکمی بخار
دی ۱۸, ۱۳۹۷
روش كار چیلر های جذبی لیتیوم بروماید
دی ۲۰, ۱۳۹۷

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی


طبعا از نظر اقتصادی مطلوب این است كه خواص فیزیكی و حرارتی مبرد چنان باشد كه به ازای ظرفیت تبرید واحد ، حداقل توان را جذب نماید و ضریب عملكـرد سیـستم بـالا باشـد. در ادامه اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی که توضیحات هر بخش را ارائه میدهیم.

مهمترین خواص مبرد كه ظرفیت وراندمان سیستم را تحت تأثیر قرار میدهند عبارتند از :

١ ) حرارت نهان تبخیر
٢ ) حجم ویژه بخار
٣ ) نسبت تراكم
٤ ) گرمای ویژه مبرد در هر دو حالت مایع و بخار.

چون توان لازم بازای واحد ظرفیت تبرید، برای تمام مبردهای متـداول تقریبـًا برابرنـد و راندمان و مسائل اقتصادی سیستم، معمو لا در تصمیمگیری برای انتخاب مبرد دخیـل نخواهـد بود. خواصی كه اندازه، وزن و هزینه اولیه تجهیزات تبرید را كـاهش مـیدهنـد و امكـان كـار اتوماتیك با حداقل تعمیرات را فراهم میسازند. حائز اهمیت هستند. قیمـت و وفـور مبـرد نیـز عامل مهمی در انتخاب مبرد است.

انواع مبردها


مواد مبرد كلا به سه دسته تقسیم میشوند :

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

گازهای گروه اول چون تركیبی از كربن ـ كلر و فلوئور هستند، CFC نامیده مـیشـوند. فریونها چون پایدارند، به طبقات بالای جو رفته و در اثر شعله ماورای بنفش كلر آزاد میكنند و باعث تخریب لایه ازن میشوند. اثر تخریبی مبردهای مختلف با یكدیگر متفاوت است كـه در شکل های (١-١) و (١-٢ ) مقایسه شده است.
در زیر به برخی از مبردها و كاربرد آنها اشاره میشود.

آمونیاك : آمونیاك تنها مبرد خارجی از گروه فلوروكربنی است كه در حال حاضر تا حد زیادی مورد استفاده قرار میگیرد. گرچه آمونیاك سمی و تحت شرایط خاصی تا حدی قابل اشتعال و انفجار میباشد، خواص حرارتی فوق العادهاش بهرهگیری از این مبرد را در واحـدهای یخـسازی ، بستهبندی ، زمینهای اسكی روی یخ ، سردخانههای بزرگ و … كه معمو ً لا افراد مجربـی از ایـن سیستمها نگهداری میكنند و در مواردی كه سمی بودن از اهمیت كمتری برخوردار میباشـد، مناسب میسازد.

فریون ١١ : این مبرد به لحاظ پایین بودن فشار كاری و زیاد بودن حجم جابجایی كمپرسور، بـا كمپرسورهای گریز از مركـز و در سیـستمهای تهویـه مطبـوع سـاختمانهای دفتـری كوچـك، كارخانجات، مغازهها، تئاترها و … مورد استفاده قرار میگیرد. فریون ١١ نیز همچون سایر مبردهای فلوروكربنی غیر خورنـده، غیرسـمی و غیـر قابـل اشتعال میباشد.

فریون ١٢ : فریون ١٢شاید پر استفادهترین مبرد در حال حاضر است. این مبرد كاملا بیخطر، غیرسمی ، غیرقابل اشتعال و غیرقابل انفجار میباشد كه بسیار پایـدار اسـت و حتـی در شـرایط خیلی بد تجزیه نمیشود. بیخطر بودن آن به همـراه ایـن واقعیـت كـه فریـون ١٢در شـرایط اتمسفر یك نرمال در فشارهای متوسط تقطیر میشود و در دمای -٢٩/٨ به جوش میآید، این  مبرد را برای استفاده در تاسیسات بزرگ و متوسط و با دمـای پـایین و بـا هـر نـوع كمپرسـور مناسب میسازد.

فریون ١٣ : برای كاربردهـای بـا دمـای خیلـی پـایین تهیـه شـده و معمـولا در طبقـه پـایین سیستمهای تراكمی چند مرحلهای ( دو یا سه طبقه ) مورد استفاده قرار میگیرد.

فریون  ٢٢ : در اصل به عنوان مبرد دمای پایین تهیـه شـده و بـه طـور وسـیعی در فریزرهـایخانگی و سیستمهای تجاری و صنعتی با دمای پایین تا دمای اواپراتـور -٨٧ درجـه سـانتیگراد مورد استفاده قرار میگیرد. استفاده عمده این مبرد امروزه در دستگاههای تهویه مطبوع كوچك میباشد كه در انها به دلیل محدودیت فضا، استفاده از كمپرسورهای با جابجایی كم مزیـت بـه شمار میرود. مزیت اصلی فریون ٢٢ بر فریون ١٢نیز همین جابجایی كم كمپرسور میباشد كه تقریبًا %٦٠ فــــریون ١٢ است.

فریون ١١٣ :  گرچه این مبرد عمدتا در سیستمهای تهویه مطبوع مورد استفاده قرار میگیـرد از آن در فرایند سرد كردن آب و آب نمك تا دمای -١٨درجه سانتیگراد نیز استفاده مـیكننـد. در این مبرد به علت پایین بودن فشار كار و حجم جابجایی زیاد استفاده از كمپرسورهای گریـز از مركز الزامی میباشد.

فریون ١١٤ : در تاسیـسات تهویـه مطبـوع بـزرگ تجـاری و صـنعتی وسـرد كـردن آب بـرای فرایندهای صنعتی تا دمای -٥٧ به كار میرود. از این مبرد در یخچالهای خانگی و سـردكنهای كوچك آب به همراه كمپرسورهای تیغهای دوار نیز استفاده میشود.

فریون ٥٠٠  : مخلوط ایزوتروپیك فریـون %٧٣/٨)١٢جرمـی( و فریـون %٢٦/٢)١٢٥aجرمـی( است. هر چند توان لازم فریون ٥٠٠تقریبًا برابر توان لازم فریون ١٢و ٢٢میباشـد جابجـایی كمپرسور آن از فریون ٢٢بیشتر و از فریون ١٢كمی كمتر است. مزیت اصلی فریون ٥٠٠ این است كه در صورت جایگزینی آن به جای فریون ١٢موجب %١٨ افزایش در ظرفیت كمپرسور میشود.

فریون ٥٠٢ : مخلوطی ایزوتـروپ از % ٤٨/٨ فریـون ٢٢ و  % ٥١/٢ فریـون ١١٥ از نظـر جرمـی میباشد. این مبرد به عنوان مبردی كم دما برای جایگزینی با فریون ٢٢در بعضی كاربردهای با دمای كم و با نسبت تراكم زیاد و به طور وسیعی در محدوده دماهای انجمـاد و سـردخانههـا و بعضی از كاربردهای تبرید و به ویژه در پمپهای حرارتی مورد استفاده قرار میگیرد.

فریون :٥٠٣مخلوطی ایزوتروپ از %٤٠/١ فریون ٢٣ و %٥٩/٩ فریون ١٣ از نظر جرمی اسـت. فریون ٥٠٣ مبرد نـسبتا تـازها ی اسـت كـه در محـدودههـای دمـایی -٧٣/٣ تـا -١٠١ درجـه سانتیگراد به طور روزافزون جایگزین فریون ١٣ میشود.

هیدروكربنها : گروهی از سیالات مركب از دو عامل هیدروژن و كربن با نسبتهای مختلـف میباشند كه از آنها متان ، اتان ، بوتان ، پروپان ، اتیلن و ایزوبوتان در زمره مبردهـا هـستند. ایـن سیالات شدیدا قابل اشتعال و انفجار هستند و همچنین به دلیل اینكه مقداری حساسیت ایجاد میكنند، نیمه سمی در نظر گرفته میشوند. هر چند تعداد معـدودی از هیـدروكربنها ( بوتـان، پروپان، ایزوبوتان ) در بعضی از سیستمهای تبرید مورد استفاده قرار میگیرند، اسـتفاده از آنهـا معمولا به كاربردهای خاصی كه افراد مجربی از آن نگهداری میكنند محدود میگردد.

گازهای جانشینی CFC


تولید برخی از گازهـای دسـت بـشر درقـرون اخیـر باعـث گردیـده اسـت كـه صـدمات جبرانناپذیری به محیط زیست وارد آید كه یكی از ایـن زیـانهـا كـه روز بـه روز هـم بیـشتر گسترش پیدا میكند شكاف لایه ازن میباشد كه میتواند تهدید بسیار خطرناكی برای حیات بر روی كره زمین باشد. ازن از سه اتم اكسیژن تشكیل شده كه به عنوان یـك محـافظ در مقابـل پرتوهای ماورای بنفش قرار گرفته و مانع رسیدن این اشعه خطرناك بـه موجـودات زنـده كـره زمین میشود زیرا این اشعه باعث بیماریهایی از قبیل سرطان پوست، آب مروارید، و جلـوگیری از رشد و نمو گیاهان میباشد. بسیاری از گازهای مخرب مانند تركیبات كلر، فلوئور و متان كـه در طی سالها وارد هوای آزاد میشوند وارد لایه استراتوسفر میگردند و چون لایـه ازن در ایـن لایه قرار گرفته است شروع به تجزیه نمـودن آن مـینماینـد. صـنایع تبریـد از گازهـای CFC استفاده مینمایند كه جزء گازهای مخرب لایه ازن میباشند و از این رو ایـن صـنایع در صـدد هستند تا هر چه سریعتر نسبت به جانشینی این گازها اقدام كرده و حیات موجودات زنده را از یك خطر حتمی نجات دهند.
گازهای زیر به عنوان بهترین گازهای جانشینی برای دستگاههای تهویه و تبرید معرفـی شدهاند كه اثر مخرب بر روی لایه ازن نیز ندارند :

R-١٢٣ : این گاز نوعی HCFC میباشد.

R-١٣٤A : این گاز نوعی CFC است و جایگزین R-١١و R-١٢ كه مخـرب لایـه ازن هـستند شده است. این مبرد از نظر ظرفیت و راندمان بهترین جانشین برای R-١٢اسـت امـا رانـدمان سیكل ایدهآل آن از R-١٢و R-١٢٣كمتر میباشد. مزیت جالب این گاز كیفیت بالای انتقـال حرارت آن میباشد اما اگر بخواهیم راندمان این مبرد را به حد R-١٢ برسانیم  بایستی تغییراتی در سرعت چرخش و یا خود كمپرسور ایجاد نماییم. این مبرد انرژی بر روی لایه ازن نداشـته و تاثیر آن هم در تشدید پدیده گلخانهای صفر است.
در اینجا اثر گلخانهای و اثر تخریبی گازهای متفاوت بر لایه ازن با یكدیگر مقایسه گردیدهاند.

 

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

 
مقدار حرارتی كه واحد جرم مبرد از فضای سرد شونده جذب میكند اثـر تبریـد نامیـده میشود. مثلا وقتی كه یك كیلوگرم یخ ذوب میشود 335 kj /kg حرارت جذب میكند، كـه اثـر تبرید آن میباشد.
یكی از متداولترین واحدهای ظرفیت دمایی یك سیستم تبرید »تن تبرید« و معادل بار برودتی است كه هنگام ذوب یخ صفر درجه به جرم یك تـن ) (٢٠٠٠lbmو تبـدیل آن بـه آب صفر درجه، در مدت ٢٤ساعت ایجاد میگردد. بدین ترتیب میتوان گفت كه یـك تـن تبریـد تقریبًا معادل است با:
TR) = 12000 (Btu / hr) = 3.517kw)


ضریب عملكرد سیكل تبرید  ( C.O.P ) نمایشی از راندمان بوده و به صورت نسبت حرارت جذب شده از فضای سرد شونده به انرژی حرارتی معادل داده شده به كمپرسور در چرخه تبرید تراكمی بیان میشود. در واقع بیانگر نسبت سرمای ایجاد شده به انرژی لازم بـرای ایجـاد ایـن سرما میباشد.

 

چرخه های تبرید

 

هنگامی كه مبرد در سیستمی میچرخد از تعدادی تغییر حالت یا شرایط عبور میكنـد كه هر یك را تحول مینامند. مبرد از یك حالت اولیه شروع مـینمایـد و پـس از عبـور از یـك ســـری تحولات كه سیكل نامیده میشود مجددًا به حالت اولیه برمیگردد.
جهت ایجاد برودت چرخههای گوناگونی مورد استفاده قرار میگیرند از جمله مهمتـرین آنها میتوان چرخه تبرید تراكمی، چرخه تبرید جذبی و چرخه تبرید ترموالكتریك را نام برد. از آنجا كه چیلر مورد بحث در این پروژه با چرخه تبرید جذبی عمل میكند در آینده بـه تفـضیل به این مبحث خواهیم پرداخت. ابتدا با توجه بـه اهمیـت و كـاربرد بـسیار زیـاد چرخـه تبریـد تراكمی، لازم به نظر میرسد جهت آشنایی خواننده با این مقولـه و نیـز درك بهتـر نـسبت بـه كلیات و مفاهیم تبرید، به اختصار، كمی در مورد چرخه تبرید تراكمی توضیحاتی ارائـه گـردد.
تبرید ترموالکتریک نیزکاربرد زیادی ندارد و از توضیح آن صرف نظر می شود.

 

سيكل تبريد تراكمی بخار


شماتيك يك چرخه ايدهآل تبريد تراكمي بخار در شكل  (١٣) نـشان داده شـده اسـت اين چرخه شامل چهار فرايند زير است :


١ ) جذب حرارت در فشار ثابت در اواپراتور
٢ ) تراكم ايزنتروپيك در كمپرسور
٣ ) دفع حرارت در فشار ثابت در كندانسور
٤ ) خفقان در يك وسيله انبساط


اين فرايندها دياگرام T-Sنشان داده شده اند.

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

در یك چرخه ایدهآل تبرید تراكمی بخار، مبرد در حالت ١بـه صـورت بخـار اشـباع وارد كمپرسور میشود و به صورت ایزنتروپیك به فشار كندانسور تراكم مییابد. دمای مبرد طی این فرآیند تراكمی آنتروپی ثابت به حد كافی بالاتر از دمای محیط اطراف افـزایش مـییابـد. مبـرد سپس به صورت بخار سوپرهیت در حالت ٢ وارد كندانسور میشود و در نتیجه دادن حرارت بـه محیط اطراف به صورت مایع اشباع در حالت ،٣ آن را ترك میكند.
مبرد به صورت مایع اشباع در حالت ٣ با عبور از یك شیر انبساط یا لوله مویین ، به فشار اواپراتور خفقان مییابد. دمای مبرد طی این فرایند به زیر دمای فضای سرد شونده افت میكند.
مبرد در حالت ٤به صورت یك مخلوط اشباع با كیفیت پایین وارد اواپراتور میشود و بـا جـذب حرارت از فضای سرد شده كام ً لا تبخیر میشود مبرد اواپراتور را به صـورت بخـار اشـباع تـرك میكند و با وارد شدن به كمپرسور چرخه را تكمیل میكند.

در یك چرخه ایدهآل تبرید تراكمی بخار، مبرد در حالت ١بـه صـورت بخـار اشـباع وارد كمپرسور میشود و به صورت ایزنتروپیك به فشار كندانسور تراكم مییابد. دمای مبرد طی این فرآیند تراكمی آنتروپی ثابت به حد كافی بالاتر از دمای محیط اطراف افـزایش مـییابـد. مبـرد سپس به صورت بخار سوپرهیت در حالت ٢وارد كندانسور میشود و در نتیجه دادن حرارت بـه محیط اطراف به صورت مایع اشباع در حالت ،٣آن را ترك میكند.
مبرد به صورت مایع اشباع در حالت ٣ با عبور از یك شیر انبساط یا لوله مویین، به فشار اواپراتور خفقان مییابد. دمای مبرد طی این فرایند به زیر دمای فضای سرد شونده افت میكند.
مبرد در حالت ٤ به صورت یك مخلوط اشباع با كیفیت پایین وارد اواپراتور میشود وبـا جـذب حرارت از فضای سرد شده كام ً لا تبخیر میشود مبرد اواپراتور را به صـورت بخـار اشـباع تـرك میكند و با وارد شدن به كمپرسور چرخه را تكمیل میكند.

چرخه ایده آل تبرید تراكمی بخار

در یك چرخه ایده آل تبرید تراكمی بخار، مبرد در حالت ١بـه صـورت بخـار اشـباع وارد كمپرسور میشود و به صورت ایزنتروپیك به فشار كندانسور تراكم مییابد. دمای مبرد طی این فرآیند تراكمی آنتروپی ثابت به حد كافی بالاتر از دمای محیط اطراف افـزایش مـییابـد. مبـرد
سپس به صورت بخار سوپرهیت در حالت ٢وارد كندانسور میشود و در نتیجه دادن حرارت بـه محیط اطراف به صورت مایع اشباع در حالت ،٣آن را ترك میكند.
مبرد به صورت مایع اشباع در حالت ٣با عبور از یك شیر انبساط یا لوله مویین، به فشار اواپراتور خفقان مییابد. دمای مبرد طی این فرایند به زیر دمای فضای سرد شونده افت میكند.
مبرد در حالت ٤به صورت یك مخلوط اشباع با كیفیت پایین وارد اواپراتور میشود وبـا جـذب حرارت از فضای سرد شده كام ً لا تبخیر میشود مبرد اواپراتور را به صـورت بخـار اشـباع تـرك میكند و با وارد شدن به كمپرسور چرخه را تكمیل میكند.

در یك یخچال خانگی قسمت سرد كننده كه حرارت آن به وسیله مبرد جذب مـیشـود نقش اواپرتور را بازی مـیكنـد.  لولـههـای مـارپیچی شـكل پـشت یخچـال نقـش كندانـسور را دارند (شکل ١- ٤)

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

نمودار ديگري كه در تحليل چرخههاي تبريد تراكمي بخار استفاده ميشود نمـودار p-h است.اين نمودار در شکل(١٥نشان داده شده است. در اين نمودار سه فرايند از چهار فرايند به صورت خطوط راست ظـاهر مـيشـوند و انتقـال حـرارت در كندانـسور و اوپراتـور بـا طولهـاي منحنيهاي فرايند مربوطه متناسب است.

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

درشکل  (١٦دياگرام شماتيك ديگري از يك سيستم تراكمـی تبخيـر سـاده نـشان داده شده است.

دياگرام شماتيك ديگري از يك سيستم تراكمـی تبخيـر

اجزا اصلی این سیستم عبارتند از:

1) اواپراتور كه سطح تبادل حرارتی لازم برای انتقال حرارت از فضا یـا محـصول را بـه مبـرد تبخیر شونده فراهم مینماید.

٢)لوله مكش كه بخار كم فشار را از اواپراتور به مكش كمپرسور انتقال میدهد.

٣)كمپرسور كه بخار را از اواپراتور مكیده و دما و فشار آن را به حدی افزایش میدهد كه بتواند با عامل تقطیر معمولی تقطیر شود.

٤)لوله گاز داغ یا تخلیه كه بخار پرفشار و با دمای زیاد را از خروجی كمپرسـور بـه كندانـسور میرساند.

٥)كندانسور كه سطح حرارتی لازم برای انتقال از بخار مبرد گـرم بـه عامـل تقطیـر را فـراهم مینماید.

٦)مخزن ذخیره مایع كه مایع تقطیر شده را ذخیره مینماید و جریان ثابتی از مایع مورد نیـاز را به اواپراتور برقرار میكند.

٧) لوله مایع كه مبرد مایع را از مخزن ذخیره به كنترل كننده ماده مبرد میرساند.

٨) كنترل كننده ماده مبرد كه مقدار مناسبي از ماده مبرد را به اواپراتور ميرساند و فشار آن را طوري كاهش ميدهد كه مايع بتواند در فشار پايين موردنظر تبخير شود.

 

چیلر تراكمی


شكل ( ١ – ٧ ) یك نمونه چیلر تراكمی در زیر نشان داده شده است. چیلـر از كلمـه لاتـین Chillبه معنای سرد كردن گرفته شده است. یك چیلر تراكمی شـامل اجـزای گفتـه شـده در سیكل تبرید تراكمی میباشد. در اواپراتور چیلـر آب سـرد تولیـد شـده و از آن بـرای مـصارف گوناگون از جملـه تهویـه مطبـوع اسـتفاده مـیشـود. در ایـن صـورت آب سـرد توسـط پمـپ سیركولاسیون سیكل بستهای را بین اواپراتور و فـن كویـل یادسـتگاه هواسـاز طـی مـیكنـد.كندانسور نیز توسط آب خنك میشود كه در برج خنككن حرارت آن بازیابی میشود.

اثر تبرید و ضریب عملكرد در چیلر تراکمی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Call Now Buttonتماس - بخش فروش