سیکل تبرید و اجزای آن
سیکل‌های پمپ حرارتی ترمودینامیکی یا سیکل‌های تبرید مدل‌های مفهومی و ریاضی برای پمپ حرارتی، تهویه مطبوع و سیستم‌های تبرید هستند. پمپ حرارتی یک سیستم مکانیکی است که امکان انتقال گرما را از یک مکان ("منبع") در دمای پایین تر به مکان دیگر ("سینک" یا "هیت سینک") در دمای بالاتر می دهد. بنابراین اگر هدف گرم کردن هیت سینک باشد (مانند گرم کردن داخل خانه در یک روز سرد)، پمپ حرارتی ممکن است به عنوان یک "گرم کن" در نظر گرفته شود، یا اگر هدف این باشد یک "یخچال" یا "کولر" در نظر گرفته شود. برای خنک کردن منبع گرما (مانند عملکرد عادی یک فریزر). در هر صورت، اصول عملیاتی مشابه است.گرما از یک مکان سرد به یک مکان گرم منتقل می شود.
چهار مولفه اصلی
چهار جزء اصلی (کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور) با هم کار می‌کنند تا زمان/مکانی که مبرد گرما را جذب می‌کند و کی/جایی که گرما آزاد می‌کند را کنترل کنند.
- کمپرسور
یک لوله عظیم را تصور کنید که پر از بخار سریع است. بخار وارد دستگاهی می شود که سپس روشن می شود و غرش می کند. هنگامی که بخار از دستگاه خارج می شود (در لوله ای متفاوت از آن که از طریق آن وارد می شود)، بخار بسیار پرفشار است و بسیار سریع حرکت می کند. بخار آب کم فشار وارد دستگاه می شود و بخار آب با فشار بالا خارج می شود.
کمپرسور تهویه مطبوع به همین صورت عمل می کند. گاز مبرد کم فشار وارد آن می شود و تا زمانی که مبرد خارج می شود آن را به گاز پرفشار تبدیل می کند و دمای ماده شیمیایی را نیز افزایش می دهد.
- کندانسور
پس از خروج از کمپرسور، مبرد گاز پرفشار وارد کندانسور می شود و در آنجا گاز به مایع تبدیل می شود. سیم پیچ پیچشی از لوله ها را تصور کنید که پر از بخار آب داغ و تحت فشار پمپ می شود. و تصور کنید که این لوله ها به قدری طولانی هستند که با خروج بخار آب از لوله، آب سرد شده و به مایع تبدیل شده است. هنوز تحت فشار است - آب مایع از لوله ها عبور می کند - اما گرمای زیادی را به هوای بیرون از دست داده است. هوای اطراف آن به دلیل ربودن انرژی از آب گرم است. کندانسور اینگونه عمل می کند. کندانسور شبکه ای از لوله ها است که مبرد گازی داغ از آن عبور می کند. تا زمانی که مبرد از کندانسور خارج می شود، مقدار زیادی گرمای خود را از دست داده و اکنون به صورت مایع در می آید.
این جزء به دلیل تعامل بین فشار و دما کار می کند. به عنوان مثال، در زودپز یک سرآشپز، با افزایش دمای غذای داخل، فشار افزایش می یابد. با این حال، این امر به صورت معکوس نیز صادق است. اگر فشار را افزایش دهید، دما در پاسخ افزایش می یابد. اگر فشار را کاهش دهید، دما کاهش می یابد. بنابراین، کندانسور فشار مبرد را کاهش می دهد که سپس باعث کاهش دما می شود. و سردتر شدن مبرد به این معنی است که هوای اطراف گرمتر می شود. در یک تهویه مطبوع، کندانسور هوای گرم را دفع می کند - هوایی که انرژی خود را از مبرد ربوده است.
- دریچه انبساط / لوله مویرگی
مبرد از کندانسور به عنوان مایع پرفشار خارج شده است. یک مبرد پرفشار، درست مانند آب پرفشار، می خواهد خیلی سریع از لوله ها عبور کند. با این حال، برای اینکه اواپراتور کار خود را انجام دهد، مبرد باید کندتر حرکت کند و فشار کمتری داشته باشد. این چیزی شبیه یک سد در رودخانه‌ای است که به سرعت در حال حرکت است - آب می‌خواهد سریع‌تر حرکت کند، اما سد سرعت آن را کاهش می‌دهد و مقدار آبی را که از آن می‌گذرد تنظیم می‌کند.
این در مورد شیر انبساط/لوله مویرگی یکسان است. هر دو عملکرد یکسانی در کاهش سرعت مبرد دارند. یک لوله مویرگی این کار را با "مدگیری" مبرد انجام می دهد - لوله خروجی از لوله کوچکتر از لوله ورودی به آن است. یک شیر انبساط ترموستاتیک همان کار را به روشی کمی متفاوت انجام می دهد (یک فنر که تحت تأثیر دمای مبرد قرار می گیرد، میزان عبور مبرد را تنظیم می کند). - اواپراتور
اواپراتور دقیقا برعکس کندانسور عمل می کند. به جای اینکه مبرد را از گاز به مایع تبدیل کند، مبرد را از مایع به گاز تبدیل می کند (بنابراین نام "اواپراتور" نامیده می شود). به جای دفع گرما، گرما را جذب می کند و هوای اطراف خود را سرد می کند. اینجاست که "تهویه" هوا اتفاق می افتد.
در ادامه مثال لوله، مجموعه ای طولانی از لوله ها را در یک اتاق بسیار داغ تصور کنید. هنگامی که آب برای اولین بار وارد لوله ها می شود، به صورت یک مایع کند حرکت می کند. اما در پایان، پس از پیچ و خم های فراوان، لوله و آب آنقدر گرما جذب کرده اند که آب به جوش آمده و گاز کم فشاری است.
به زودپز فکر کنید، به یاد داشته باشید که با افزایش دما، فشار افزایش می یابد. باز هم برعکس است: افزایش (یا کاهش) فشار باعث تغییر دما می شود. بنابراین اواپراتور و کندانسور نه با استفاده از ماشینی برای گرم کردن/خنک کردن مبرد، بلکه با تغییر فشار مبرد کار می‌کنند که در نتیجه دمای آن تغییر می‌کند. در اواپراتور، مبرد تبخیر می شود و به گاز تبدیل می شود که آن را مجبور می کند گرمای هوای اطراف خود را جذب کند و خانه ای که سیستم در آن قرار دارد خنک شود.
جادوی مبردها
استفاده از مبردها برای موفقیت یک سیستم تهویه مطبوع بسیار مهم است. مبردها به دلیل سرد بودنشان کار می کنند. قیاس آب گرمی که از لوله ها عبور می کند ممکن است به خوانندگان این تصور را القا کند که مبردها هنگام عبور از سیستم تهویه مطبوع، سفید داغ هستند. اما این مورد نیست. بلکه به شدت سرد هستند.
به عنوان مثال، یک مبرد، R-410، نقطه جوشی در حدود منفی 55 درجه فارنهایت (یا منفی 48.5 درجه سانتیگراد) دارد، اگرچه این نقطه با تغییر فشار مبرد تغییر می کند. به همین دلیل است که برای تبدیل مبرد بین مایع و گاز به یک شبکه کامل از لوله ها نیازی نیست - دمای اتاق به طور قابل توجهی بالاتر از نقطه جوش مبرد است. هر چه مبرد سردتر باشد، گرمای بیشتری را می‌تواند جذب کند و توانایی خنک‌سازی آن در سیستم تهویه مطبوع بیشتر است.
superheat/subcooling چیست؟
ساب کولینگ
یک دستگاه انبساط/لوله مویرگی به منظور کنترل مقدار مبرد مایع عبوری از اواپراتور است. اگر مبرد گاز به دستگاه/لوله برسد، سیستم آنطور که باید کار نخواهد کرد. برای اطمینان از اینکه فقط مبرد مایع به قطعه می رسد، مبرد ساب خنک می شود. به عبارت ساده، مبرد به طور قابل توجهی سردتر از نقطه جوش است، تا مطمئن شوید که تمام مبرد در حالت مایع است.
به عنوان مثال، اگر مبرد برای تبدیل شدن به مایع باید کمتر از 100 درجه فارنهایت باشد، مبرد ممکن است تا 85 درجه فارنهایت خنک شود. این اطمینان حاصل می کند که هیچ محفظه ای از مبرد باقی نمانده که به طور تصادفی بیش از 100 درجه فارنهایت باشد، که می تواند از عملکرد صحیح سیستم جلوگیری کند.
سوپر گرما
سوپرهیت مشابه است. یک کمپرسور برای فشرده سازی مبرد گاز ساخته شده است. اگر مبرد مایع به داخل آن جاری شود، ممکن است آسیب ببیند. بنابراین گاز به میزان قابل توجهی بالاتر از نقطه جوش گرم می شود تا اطمینان حاصل شود که هیچ محفظه ای از مبرد مایع باقی نمانده است. بنابراین اگر مبرد باید بیش از 100 درجه فارنهایت گرم شود تا گاز باشد، سیستم آن را تا 115 درجه فارنهایت گرم می کند.
