تبرید چیست؟

سردسازی چیست؟ یا تبرید چیست؟ این ها سوالاتی هستند که برای خیلی ها پیش می آیند؟ تبرید فرآیندی است که در آن گرما از یک محیط سردتر به یک محیط گرمتر منتقل می شود تا دمای محیط گرمتر را کاهش دهد. این فرآیند در کاربردهای مختلفی از جمله حفظ مواد غذایی، تهویه مطبوع، فرآیندهای صنعتی و تحقیقات علمی استفاده می شود. تبرید مزایای زیادی دارد. از جمله این که باعث حفظ مواد غذایی می شود و در واقع تبرید به جلوگیری از فساد و تخریب مواد غذایی کمک می کند. کنترل دما هم دیگر مزیت تبرید است. تبرید برای تنظیم دمای محیط های مختلف استفاده می شود. تبرید، کاربردهای صنعتی هم دارد و در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده می شود. از تبرید در تحقیقات علمی نیز استفاده می شود. همچنین تبرید برای ایجاد شرایط خاص مانند اتاق های عمل جراحی و اتاق های سرور استفاده می شود.

تاریخچه تبرید

تبرید تاریخچه ای طولانی دارد و در واقع سفری از یخچال های طبیعی تا یخچال های مدرن داشته است. داستان تبرید داستانی طولانی و جذاب است که قدمت آن به هزاران سال قبل می رسد. در حالی که امروزه ما از یخچال ها و فریزرهای پیشرفته برای خنک نگه داشتن غذا و نوشیدنی خود استفاده می کنیم، اجداد ما از روش های خلاقانه و مبتکرانه ای برای دستیابی به همان هدف استفاده می کردند. استفاده از روش های مختلف برای خنک کردن مواد غذایی و محیط از هزاران سال پیش وجود داشته است. در اینجا به طور خلاصه ای به برخی از نقاط عطف مهم در تاریخچه تبرید می پردازیم:

• ۳۵۰۰ سال قبل از میلاد:

مصریان باستان از یخ و برف برای خنک نگه داشتن غذا استفاده می کردند. آنها یخ را از رودخانه نیل جمع آوری می کردند و در انبارهای زیرزمینی ذخیره می کردند.

• ۴۰۰ سال قبل از میلاد:

یونانیان باستان از ظروف سفالی خیس برای خنک کردن غذا و نوشیدنی استفاده می کردند. تبخیر آب از سفال باعث خنک شدن محتویات داخل آن می شد.

• ۱۰۰ سال قبل از میلاد:

رومیان از کانال های زیرزمینی برای انتقال آب سرد به خانه ها و حمام ها استفاده می کردند. این اولین سیستم های تهویه مطبوع شناخته شده بودند.

• قرن ۱۷:

دانشمندان شروع به مطالعه خواص گازها و رابطه بین فشار و دما کردند. این امر منجر به توسعه اولین یخچال های مکانیکی شد.

• سال ۱۷۴۸:

ویلیام کالن، دانشمند اسکاتلندی، اولین یخچال مکانیکی را اختراع کرد. این یخچال از یک پمپ برای ایجاد خلا و کاهش دمای یک مایع استفاده می کرد.

• سال ۱۸۰۵:

الیور ایوانز، مخترع آمریکایی، اولین یخچال را که از بخار آب برای تولید سرما استفاده می کرد، اختراع کرد.

• سال ۱۸۳۴:

جاکوب پرکینز، مخترع آمریکایی، اولین یخچال را که از اتر به عنوان مبرد استفاده می کرد، اختراع کرد.

• سال ۱۸۴۲:

جان گوری، پزشک آمریکایی، اولین یخچال را که برای مصارف خانگی طراحی شده بود، اختراع کرد.

• سال ۱۹۲۸:

شرکت فریجیدر اولین یخچال برقی را که به طور انبوه تولید می شد، به بازار عرضه کرد. این امر نقطه عطفی در تاریخ تبرید بود و به ورود یخچال به خانه ها کمک کرد.

• دهه ۱۹۵۰:

استفاده از تهویه مطبوع در خانه ها و مشاغل به طور فزاینده ای رایج شد. این امر به دلیل پیشرفت در فناوری کمپرسور و مبردها بود.

• دهه ۱۹۹۰:

نگرانی های زیست محیطی در مورد مبردهای مورد استفاده در سیستم های تبرید افزایش یافت. این امر منجر به توسعه مبردهای جدیدی شد که کمتر به لایه ازن آسیب می رساندند.

• امروزه:

تحقیقات در مورد روش های جدید و کارآمدتر برای تبرید همچنان ادامه دارد. هدف از این تحقیقات، توسعه سیستم های تبریدی است که سازگار با محیط زیست، کم مصرف و مقرون به صرفه باشند.

اجزای تبرید

در ادامه هر یک از این اجزا را نام برده و توضیحاتی راجع به آن ذکر می کنیم:

• کمپرسور:

قلب سیستم تبرید است و وظیفه ی آن فشرده کردن گاز مبرد و افزایش فشار و دمای آن است. کمپرسورها در انواع مختلفی از جمله پیستونی، اسکرول، گریز از مرکز و حلزونی موجود هستند.

• کندانسور:

وظیفه ی آن خنک کردن گاز مبرد داغ و پرفشار و تبدیل آن به مایع است. کندانسورها معمولاً از لوله های مسی یا آلومینیومی پر شده از مایع خنک کننده مانند آب یا هوا ساخته می شوند.

• شیر انبساط:

وظیفه ی آن کاهش فشار و دمای مایع مبرد قبل از ورود به اواپراتور است. این کار باعث می شود که مایع مبرد به شدت سرد شده و برای جذب گرما آماده شود.

• اواپراتور:

وظیفه آن جذب گرما از محیط و تبدیل مایع مبرد به گاز است. اواپراتورها معمولاً از لوله های مسی یا آلومینیومی پر شده از مبرد در حال تبخیر ساخته می شوند.

علاوه بر این اجزای اصلی، ممکن است از اجزای دیگری در سیستم های تبرید استفاده شود، از جمله:

• لوله های مویی: برای کنترل جریان مبرد در سیستم استفاده می شوند.
• شیرهای یک طرفه: برای جلوگیری از برگشت جریان مبرد استفاده می شوند.
• فیلترها: برای تمیز نگه داشتن مبرد و سیستم استفاده می شوند.
• عایق بندی: برای جلوگیری از هدر رفتن گرما استفاده می شود.

انواع تبرید

در حالی که هدف نهایی تبرید در همه جا یکسان است، روش های مختلفی برای دستیابی به این هدف وجود دارد. در اینجا به طور خلاصه به سه نوع اصلی تبرید اشاره می کنیم:

تبرید تراکمی

این رایج ترین نوع تبرید است که در یخچال ها، فریزرها، کولرهای گازی و سایر سیستم های تهویه مطبوع استفاده می شود. در این روش، از یک کمپرسور برای فشرده کردن گاز مبرد استفاده می شود که در اثر این کار، گرما از آن گرفته می شود. سپس گاز مبرد سرد شده به یک اواپراتور منتقل می شود که در آنجا گرمای محیط را جذب می کند و دوباره به کمپرسور برمی گردد. این سیکل به طور مداوم تکرار می شود و باعث خنک شدن محیط مورد نظر می شود. مزایای این روش عبارتند از:

• کارآمد و قابل اعتماد
• مقرون به صرفه
• در طیف وسیعی از کاربردها قابل استفاده است.

معایب این روش نیز عبارت هستند از:

• می تواند سر و صدای زیادی ایجاد کند
• به برق نیاز دارد
• برخی از مبردها می توانند برای محیط زیست مضر باشند.

تبرید جذبی

این نوع فرایند تبرید از جاذب و مبرد برای جذب گرما و خنک کردن محیط استفاده می کند. در این روش، مبرد توسط جاذب جذب می شود و گرمای خود را به محیط اطراف منتقل می کند. سپس مبرد تغلیظ شده از جاذب جدا می شده و به یک ژنراتور منتقل می شود و در آنجا دوباره به حالت مایع تبدیل می گردد. این سیکل به طور مداوم تکرار شده و باعث خنک شدن محیط مورد نظر می شود. مزایای این روش عبارتند از:

• بدون سر و صدا و لرزش
• از منابع انرژی مختلفی مانند گاز طبیعی، بخار و انرژی خورشیدی می توان برای آن استفاده کرد.
• نسبت به تبرید تراکمی سازگار با محیط زیست تر است.

معایب این روش نیز عبارتند از:

• کم کارآمدتر از تبرید تراکمی
• گران تر از تبرید تراکمی
• در مقیاس های بزرگتر به فضای بیشتری نیاز دارد.

تبرید تبخیر خلاء

در این نوع تبرید، از خلأ برای کاهش فشار بخار مایع مبرد و خنک کردن محیط استفاده می شود. در این روش، مایع مبرد در یک محفظه خلا قرار می گیرد و در اثر کاهش فشار بخار شده و گرمای خود را به محیط اطراف منتقل می کند. بخار مبرد سپس به یک کندانسور منتقل شده و در آنجا به حالت مایع تبدیل می گردد. این سیکل به طور مداوم تکرار شده و باعث خنک شدن محیط مورد نظر می شود. مزایای این روش عبارتند از:

• می تواند به دماهای بسیار پایینی برسد.
• برای کاربردهایی که به خنک سازی عمیق نیاز دارند، مانند آزمایشگاه ها و صنایع غذایی، ایده آل است.
• نسبت به تبرید تراکمی سازگار با محیط زیست تر است.

معایب این روش نیز عبارتند از:

• پیچیده و گران
• به تجهیزات تخصصی نیاز دارد.
• می تواند خطرناک باشد.

علاوه بر این سه نوع اصلی، روش های دیگری برای تبرید نیز وجود دارد، مانند:

• تبرید با استفاده از یخ و برف: این روش سنتی از یخ و برف برای خنک نگه داشتن غذا و نوشیدنی استفاده می کند.
• تبرید با استفاده از منابع سرد طبیعی: از منابع سرد طبیعی مانند چشمه ها، رودخانه ها و دریاچه ها می توان برای خنک کردن محیط استفاده کرد.
• تبرید با استفاده از روش های تبخیر طبیعی: این روش ها از تبخیر آب برای خنک کردن محیط استفاده می کنند.

کاربرد تبرید

تبرید کاربردهای بسیار متنوعی دارد که در اینجا به برخی از مهم ترین آنها اشاره می کنم:

• حفظ مواد غذایی:

تبرید یکی از مهم ترین روش ها برای جلوگیری از فساد و تخریب مواد غذایی است. با استفاده از تبرید می توان میوه ها، سبزیجات، گوشت، مرغ، ماهی، لبنیات و سایر مواد غذایی را برای مدت طولانی تر تازه نگه داشت. این امر به کاهش ضایعات غذایی و افزایش امنیت غذایی کمک می کند.

• تهویه مطبوع:

از تبرید برای تنظیم دمای محیط های مختلف از جمله خانه ها، بیمارستان ها، ادارات، مراکز تجاری و وسایل نقلیه استفاده می شود. این امر به ایجاد فضایی مطبوع برای زندگی و کار کمک می کند.

• کاربردهای صنعتی:

از تبرید در فرآیندهای مختلف صنعتی مانند تولید دارو، پالایش نفت، تولید برق، تولید مواد شیمیایی و تولید پلاستیک استفاده می شود. تبرید در این فرآیندها برای کنترل دما، جلوگیری از واکنش های شیمیایی ناخواسته و حفظ کیفیت محصولات ضروری است.

• تحقیقات علمی:

از تبرید در تحقیقات علمی برای نگهداری نمونه ها، انجام آزمایشات و ایجاد شرایط خاص استفاده می شود. به عنوان مثال، از تبرید در پزشکی برای نگهداری خون، واکسن و ارگان های پیوندی استفاده می شود.

• سایر کاربردها:

از تبرید در کاربردهای مختلف دیگری مانند سردخانه ها، کارخانه های یخ، زمین های ورزشی، مراکز داده و حمل و نقل مواد غذایی استفاده می شود.

روش های سرد سازی

انتخاب بهترین روش و فرایند سرد سازی به عوامل مختلفی از جمله نیازهای خنک سازی ربط دارد. منظور از نیازهای خنک سازی، دمای مورد نیاز، حجم فضای مورد نظر برای خنک سازی و مدت زمان لازم برای خنک سازی می باشد. انتخاب بهترین روش سرد کردن به هزینه هم مربوط می شود. در واقع دسترسی به منابع مانند دسترسی به برق، آب و منابع سرد طبیعی در این زمینه موثر هستند. عامل دیگر انتخاب بهترین روش سرد کردن، ملاحظات زیست محیطی است. ملاحظات عملی مانند سهولت نصب و نگهداری در این زمینه موثر هستند.

فرایند تبرید چگونه است؟

فرایند تبرید یا همان فرایند سرد سازی شامل انتقال گرما از یک محیط سردتر به یک محیط گرمتر برای کاهش دمای محیط گرمتر است. این کار به روش های مختلفی از جمله سیستم های تبرید تراکمی، سیستم های جذبی و سیستم های تبخیر خلاء انجام می شود. در اینجا سوالی که برای بسیاری از افراد مطرح می شود این است که آیا برج خنک کننده همان سیستم تبرید است و فرآیند هر دو یکسان است که در پاسخ باید بگوییم این طور نیست. هر چند برج خنک کننده و سیستم های تبرید هر دو برای خنک کردن سیالات استفاده می شوند، اما عملکرد آنها با هم کمی متفاوت است. در اینجا خلاصه ای از تفاوت های کلیدی بین برج خنک کننده و سیستم های تبرید ارائه می شود:

• هدف:

هدف اصلی برج خنک کننده کاهش دمای آب گرم است ولی هدف اصلی سیستم های تبرید کاهش دمای یک محیط است.

• فرآیند:

 برج های خنک کننده از تبخیر آب برای خنک کردن آب گرم استفاده می کنند ولی سیستم های تبرید از چرخش یک مبرد برای جذب گرما از محیط و خنک کردن آن استفاده می کنند. پس فرایند تبرید با فرایند برج خنک کننده متفاوت است.

• کاربرد:

 برج های خنک کننده معمولاً در نیروگاه ها، پالایشگاه ها، کارخانه های صنعتی و سیستم های تهویه مطبوع بزرگ استفاده می شوند. سیستم های تبرید: سیستم های تبرید در یخچال ها، فریزرها، کولرهای گازی، تهویه مطبوع خانگی و تجاری و کاربردهای صنعتی استفاده می شوند.

مراحل تبرید

اگر بخواهیم مراحل اصلی سیستم های تبرید تراکمی که رایج ترین نوع سیستم تبرید هستند را توضیح دهیم باید بگوییم که ابتدا کمپرسور گاز مبرد با فشار کم را به داخل سیستم می کشد و آن را فشرده می کند تا فشار و دمای آن افزایش یابد. سپس گاز مبرد داغ و پرفشار از کمپرسور به کندانسور منتقل می شود و در آنجا گرمای خود را به محیط اطراف (معمولاً هوا یا آب) منتقل می کند و به مایع تبدیل می گردد  . در مرحله بعدی، مایع مبرد سرد و پرفشار از کندانسور به شیر انبساط منتقل می شود که در آنجا فشار و دمای آن به طور ناگهانی کاهش می یابد. در نهایت هم مایع مبرد سرد و کم فشار از شیر انبساط به اواپراتور منتقل می شود و در آنجا گرمای محیط را جذب می کند و به گاز تبدیل می گردد. این فرآیند به طور مداوم تکرار می شود و باعث خنک شدن محیط مورد نظر می شود. در واقع گاز مبرد سرد و کم فشار از اواپراتور به کمپرسور برمی گردد و سیکل دوباره تکرار می شود. در این فرآیند، گرما از محیطی که می خواهیم خنک شود (محیط اواپراتور) جذب شده و به محیط اطراف (محیط کندانسور) منتقل می شود.

علاوه بر این مراحل اصلی، باید به یک سری از نکات در این رابطه توجه کنید:

• ممکن است از لوله های مویی برای کنترل جریان مبرد در سیستم استفاده شود.
• ممکن است از شیرهای یک طرفه برای جلوگیری از برگشت جریان مبرد استفاده شود.
• ممکن است از فیلترها برای تمیز نگه داشتن مبرد و سیستم استفاده شود.
• ممکن است از عایق بندی برای جلوگیری از هدر رفتن گرما استفاده شود.
• توجه داشته باشید که این یک توضیح کلی از مراحل تبرید است و ممکن است در سیستم های مختلف جزئیات جزئی وجود داشته باشد.