انواع سیستم تبرید، دستگاه هایی هستند که با جذب گرما از یک محیط و انتقال آن به محیطی دیگر، باعث کاهش دما می شوند. این سیستم ها در صنایع مختلفی از جمله صنایع غذایی، دارویی، تهویه مطبوع و… کاربرد دارند. در ادامه به بررسی انواع مختلف سیستم های تبرید می پردازیم. قبل از آن باید توضیح دهیم که تبرید چیست. تبرید یا سردسازی فرایندی است که طی آن گرما از یک محیط با دمای پایین تر به محیطی با دمای بالاتر منتقل می شود. به عبارت ساده تر، تبرید باعث کاهش دمای یک محیط یا جسم می گردد.
انواع سیستم تبرید
۱. سیستم های تبرید تراکمی (Compression Refrigeration)
سیستم های تبرید تراکمی، متداول ترین و پرکاربردترین نوع از انواع سیستم تبرید هستند. این سیستم ها در یخچال ها، کولرهای گازی، چیلر ها و بسیاری از دستگاه های سرمایشی دیگر استفاده می شوند. سیستم های تبریدی تراکمی بر اساس یک چرخه ترمودینامیکی کار می کند که شامل چهار مرحله اصلی زیر است:
- تراکم: مبرد گازی شکل با فشار کم وارد کمپرسور می شود. کمپرسور با مصرف انرژی، فشار و دمای مبرد را افزایش می دهد.
- چگالش: مبرد داغ و پر فشار وارد کندانسور می شود. در کندانسور، مبرد گرمای خود را از دست داده و به مایع تبدیل می شود.
- انبساط: مایع مبرد از طریق شیر انبساط وارد اواپراتور می شود. در اواپراتور، فشار مایع به شدت کاهش یافته و بخشی از آن تبخیر می شود.
- تبخیر: مبرد مایع در اواپراتور با جذب گرمای محیط اطراف تبخیر می شود و باعث کاهش دمای محیط می شود.
اجزای اصلی سیستم تبرید تراکمی
اجزای اصلی سیستم تبرید تراکمی، چهار مورد است که قبل از معرفی آن ها باید مفهوم مبرد را توضیح دهیم. مبردها سیالاتی هستند که در سیستم های تبرید تراکمی استفاده می شوند. مبردهای مختلفی مانند R22، R134a و R410a وجود دارند. انتخاب مبرد مناسب به عوامل مختلفی مانند دمای محیط، ظرفیت سیستم و مقررات زیست محیطی بستگی دارد. اجزای اصلی سیستم تبرید تراکمی عبارتند از:
- کمپرسور: قلب سیستم تبرید است که وظیفه افزایش فشار و دمای مبرد را بر عهده دارد.
- کندانسور: مبدل حرارتی است که مبرد داغ را خنک کرده و به مایع تبدیل می کند.
- شیر انبساط: باعث کاهش فشار مایع مبرد می شود.
- اواپراتور: مبدل حرارتی است که مبرد مایع را تبخیر کرده و گرمای محیط را جذب می کند.
مزایای سیستم های تبرید تراکمی
مزایای سیستم های تبرید تراکمی را هم می توان در چند مورد خلاصه کرد. اولا نسبت به سایر سیستم های تبرید، راندمان بالاتری دارند. ثانیا امکان کنترل دقیق دمای محیط وجود دارد. ثالثا با استفاده از مواد با کیفیت و نگهداری مناسب، عمر طولانی دارند و رابعا در صنایع مختلفی از جمله صنایع غذایی، دارویی و تهویه مطبوع استفاده می شوند. البته برای دستیابی به این مزایا باید یک سری از نکات را رعایت کرد. مثلا انتخاب مبرد مناسب برای عملکرد صحیح و ایمنی سیستم بسیار مهم است. یا این که برای افزایش طول عمر و کارایی سیستم، سرویس دوره ای آن ضروری است. همچنین هنگام کار با سیستم های تبرید تراکمی، باید نکات ایمنی را رعایت کرد.
کاربردهای سیستم های تبرید تراکمی
سیستم های تبرید تراکمی در یخچال ها و فریزرها، کولرهای گازی، چیلر ها، صنایع غذایی، صنایع دارویی و صنایع شیمیایی کاربرد دارد. در کل، سیستم های تبریدی تراکمی نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ما داشته و در صنایع مختلف کاربرد گسترده ای دارند.
۲. سیستم های تبرید جذبی (Absorption Refrigeration)
سیستم های تبریدی جذبی، نوع دیگری از انواع سیستم تبرید هستند که در مقایسه با سیستم های تبرید تراکمی، از روش متفاوتی برای ایجاد سرمایش استفاده می کنند. در این سیستم ها، به جای کمپرسور از یک مولد حرارتی استفاده می شود. در سیستم های تبرید جذبی، از دو ماده استفاده می شود، یک مبرد (معمولاً آمونیاک) و یک جاذب (معمولاً آب). سیکل تبرید جذبی شامل مراحل زیر است:
- تبخیر: مبرد در اواپراتور تبخیر شده و گرمای محیط اطراف را جذب می کند. در نتیجه، دمای محیط کاهش می یابد.
- جذب: بخار مبرد توسط جاذب (که معمولاً محلول غلیظی از آمونیاک در آب است) جذب می شود. این فرآیند در جذب کننده رخ می دهد.
- تولید بخار: محلول غلیظ حاوی مبرد به مولد حرارتی منتقل می شود. در مولد حرارتی، محلول گرم شده و بخار مبرد از آن جدا می شود.
- چگالش: بخار مبرد در کندانسور به مایع تبدیل می شود.
- انبساط: مایع مبرد از طریق شیر انبساط به اواپراتور باز می گردد و چرخه تکرار می شود.
اجزای اصلی سیستم تبرید جذبی
اجزای اصلی سیستم تبرید جذبی نیز عبارتند از:
- اواپراتور: مشابه سیستم های تراکمی، اواپراتور محل تبخیر مبرد است.
- جذب کننده: محلول غلیظ جاذب، بخار مبرد را در خود جذب می کند.
- مولد حرارتی: با گرم کردن محلول غلیظ، بخار مبرد را از آن جدا می کند.
- کندانسور: محل چگالش بخار مبرد به مایع است.
- شیر انبساط: باعث کاهش فشار مایع مبرد می شود.
- پمپ: برای پمپاژ محلول غلیظ بین اجزای مختلف سیستم استفاده می شود.
مزایا و معایب سیستم تبرید جذبی
این سیستم ها می توانند از منابع حرارتی مانند گاز طبیعی، بخار یا انرژی خورشیدی استفاده کنند و به برق نیاز ندارند. همچنین از آنجایی که از مبردهای طبیعی مانند آمونیاک استفاده می کنند، نسبت به سیستم های تراکمی ایمن تر هستند. از سوی دیگر به دلیل عدم وجود قطعات متحرک زیاد، لرزش و صدای کمتری تولید می کنند. البته نسبت به سیستم های تراکمی، راندمان کمتری دارند و هزینه ساخت و نصب این سیستم ها نیز بیشتر است. همچنین به دلیل استفاده از مولد حرارتی و سایر تجهیزات، ابعاد بزرگتری دارند. در کل، سیستم های تبرید جذبی، گزینه مناسبی برای کاربردهایی هستند که به منبع حرارتی دسترسی دارند و راندمان بالا و کمترین صدا و لرزش برای آن ها اهمیت دارد.
کاربردهای سیستم های تبرید جذبی
کاربردهای سیستم های تبرید جذبی یا همان سیستم تجهیز سرمایش جذبی عبارتند از:
- در تاسیسات صنعتی مانند صنایع غذایی، شیمیایی و پتروشیمی استفاده می شوند.
- در ساختمان های بزرگ برای سیستم های تهویه مطبوع مرکزی استفاده می شوند.
- در مناطق دور افتاده و در مناطقی که دسترسی به برق محدود است، می توان از این سیستم ها استفاده کرد.
۳. سیستم های تبرید تبخیری (Evaporative Cooling)
سیستم های تبرید تبخیری یک نوع خنک سازی طبیعی و مقرون به صرفه هستند. این سیستم ها روشی سنتی و طبیعی برای کاهش دمای هوا هستند که بر اساس اصل تبخیر آب عمل می کنند. این نوع از انواع تبرید به جای استفاده از کمپرسور و گازهای مبرد، از انرژی گرمایی نهان تبخیر آب برای خنک کردن هوا بهره می برند. برای اینکه توضیح دهیم چگونه سیستم های تبریدی تبخیری کار می کنند باید تصور کنید در یک روز گرم، از آب بیرون می آیید. وقتی هوا به پوست خیس شما برخورد می نماید، احساس خنکی می کنید. دلیل این احساس خنکی، تبخیر آب از روی پوست و جذب گرمای بدن برای این فرآیند است. سیستم های تبرید تبخیری نیز بر اساس همین اصل عمل می کنند. در این سیستم ها، هوا از روی یک محیط مرطوب (مانند پدهای سلولوزی آغشته به آب) عبور می کند. با تبخیر آب از روی این محیط، گرمای نهان تبخیر از هوا گرفته می شود و در نتیجه دمای هوا کاهش می یابد.
مزایا و معایب سیستم های تبرید تبخیری
مزایای سیستم های تبرید تبخیری عبارتند از:
- مصرف انرژی پایین: این سیستم ها به انرژی الکتریکی کمی برای پمپاژ آب و حرکت هوا نیاز دارند.
- هزینه اولیه پایین: نسبت به سیستم های تبرید تراکمی، هزینه اولیه آن ها کمتر است.
- دوستدار محیط زیست: از گازهای مبرد مضر برای محیط زیست استفاده نمی کنند.
- رطوبت نسبی هوا را افزایش می دهد: این امر در مناطق خشک بسیار مفید است و باعث بهبود کیفیت هوا می شود.
البته سیستم های تبریدی تبخیری معایبی هم دارند. اولا در مناطق مرطوب، رطوبت نسبی هوا بالا است و بنابراین میزان خنک کنندگی این سیستم ها کاهش می یابد. ثانیا این امر در برخی محیط ها مانند کارخانه ها و انبارها ممکن است مطلوب نباشد. ثالثا این سیستم ها به منبع آب دائمی نیاز دارند.
انواع سیستم های تبرید تبخیری
سیستم های تبرید تبخیری به دو نوع تقسیم می شوند. در سیستم های مستقیم، هوای ورودی مستقیماً با آب در تماس بوده و رطوبت آن افزایش می یابد. کولر آبی نمونه ای از این سیستم است. با این وجود در سیستم های غیر مستقیم، هوای ورودی به طور مستقیم با آب تماس پیدا نمی کند و رطوبت آن افزایش نمی یابد. این سیستم ها برای محیط هایی که به رطوبت حساس هستند مناسب تر می باشد.
کاربردهای سیستم های تبرید تبخیری
کاربردهای سیستم های تبرید تبخیری عبارتند از:
- در صنایع برای خنک سازی سالن های تولید، انبارها و کارگاه ها
- در کشاورزی برای خنک سازی گلخانه ها و مرغداری ها
- در کولرهای آبی ساختمان های مسکونی
- در تهویه مطبوع صنعتی
در چه شرایطی استفاده از سیستم های تبرید تبخیری مناسب است؟
در مناطق خشک و نیمه خشک، محیط هایی که به رطوبت بالا حساس نیستند و در فضاهایی که نیاز به سرمایش مداوم ندارند استفاده از این سیستم مناسب است. در کل سیستم های تبرید تبخیری، یک روش ساده، مقرون به صرفه و دوستدار محیط زیست برای خنک کردن هوا هستند. با این حال، این سیستم ها برای همه شرایط آب و هوایی و محیط ها مناسب نیستند. قبل از انتخاب این سیستم، باید عوامل مختلفی مانند رطوبت نسبی هوا، دمای محیط و نیازهای سرمایشی را در نظر گرفت.
۴. سیستم های تبرید ترموالکتریک (Thermoelectric Cooling)
سیستم های تبرید ترموالکتریک نیز از انواع سیستم تبرید به شمار می آیند و نوعی سیستم سرمایشی هستند که بر اساس پدیده ترموالکتریک کار می کنند. این پدیده به این معناست که وقتی جریان الکتریکی از یک اتصال بین دو نوع ماده نیمه رسانا عبور می کند، یک سمت اتصال گرم شده و سمت دیگر آن سرد می شود. این خاصیت برای ایجاد اختلاف دما و در نتیجه سرمایش مورد استفاده قرار می گیرد. در یک سیستم تبرید ترموالکتریک، از ماژول های ترموالکتریک استفاده می شود. هر ماژول ترموالکتریک از تعداد زیادی زوج نیمه رسانا تشکیل شده است که به صورت سری به هم متصل شده اند.
هنگامی که جریان الکتریکی از این ماژول عبور می کند، یک سمت ماژول (سمت سرد) گرما را از محیط اطراف جذب کرده و سمت دیگر ماژول (سمت گرم) گرما را به محیط اطراف دفع می کند. مراحل عملکرد این سیستم ها به این ترتیب است. در مرحله اول جریان الکتریکی از ماژول ترموالکتریک عبور می کند. مرحله دوم، مرحله جذب گرما است که در آن سمت سرد ماژول گرما را از محیط اطراف جذب می کند. در مرحله سوم گرما از طریق ماژول به سمت گرم منتقل می شود. در مرحله چهارم نیز سمت گرم ماژول گرما را به محیط اطراف دفع می کند.
مزایا و معایب سیستم های تبرید ترموالکتریک
سیستم های تبرید ترموالکتریک اندازه کوچک و قابل حملی دارند. در واقع ماژول های ترموالکتریک بسیار کوچک و سبک هستند و به راحتی قابل حمل هستند. همچنین نیازی به گاز مبرد ندارند. از این رو، این سیستم ها دوستدار محیط زیست هستند. از سوی دیگر می توان با تنظیم جریان الکتریکی، به راحتی دما را کنترل کرد و لرزش و صدای کمی نیز دارند. این سیستم ها بدون قطعات متحرک هستند و بنابراین لرزش و صدای کمی تولید می کنند. این نکته را هم اضافه کنیم که به دلیل سادگی ساختار، این سیستم ها بسیار قابل اعتماد هستند.
البته سیستم های تبرید ترموالکتریک معایبی هم دارند. اولا نسبت به سیستم های تبرید تراکمی، راندمان کمتری دارند. ثانیا هزینه ساخت ماژول های ترموالکتریک نسبتاً بالا است. ثالثا سمت گرم ماژول گرما تولید می کند که باید به نحوی دفع شود.
کاربردهای سیستم های تبرید ترموالکتریک
کاربردهای سیستم های تبرید ترموالکتریک عبارتند از:
- خنک سازی قطعات الکترونیکی: مانند پردازنده های کامپیوتر، لیزرها و تقویت کننده ها
- خنک کننده های کوچک و قابل حمل: مانند کولرهای کوچک، یخچال های کوچک و دستگاه های خنک کننده نوشیدنی
- سیستم های پزشکی: برای خنک کردن نمونه های بیولوژیکی و داروها
- صنعت هوافضا: برای خنک سازی تجهیزات الکترونیکی در فضاپیماها
آینده سیستم های تبرید ترموالکتریک
با پیشرفت تکنولوژی و تولید مواد نیمه رسانا با کارایی بالاتر، انتظار می رود که راندمان سیستم های تبرید ترموالکتریک افزایش یافته و هزینه تولید آن ها کاهش یابد. این پیشرفت ها باعث گسترش کاربردهای این سیستم ها در صنایع مختلف خواهد شد. در کل، سیستم های تبرید ترموالکتریک، یک فناوری نوظهور و امیدوارکننده در زمینه سرمایش هستند. این سیستم ها با مزایای بسیاری که دارند، می توانند در آینده جایگزین مناسبی برای سیستم های تبرید سنتی باشند.
بدون دیدگاه