تهويه مطبوع

تهويه مطبوع :

شرايط محيط زيست انسان تأثير مستقيمي برچگونگي حالات رواني ، وضعيت فيزيكي ، نحوة‌ انجام كار و بطور كلي تمام شئون زندگي او دارد . از آنجائيكه بخش عمدة‌ زندگي بشر امروزي در داخل ساختمان مي گذرد ، ايجاد شرايط مطلوب زيست محيطي در ساختمان خواه محل كار باشد يا منزل و غيره ، واجد اهميت بسياري است كه مهمترين بخش آن تهية‌ هواي مطبوع براي ساكنين ساختمان با توجه به نوع فعاليت آنهاست . زيباترين و گرانبهاترين ساختمانها در صورتيكه فاقد سيستم تهويه مطبوع مناسب باشند قابل سكونت نخواهند بود .

اهم وظايف يك سيستم تهويه مطبوع عبارتند از : كنترل دما ، رطوبت و سرعت وزش هوا ،‌زدودن گرد و غبار ، تعفن و ساير آلودگيهاي هوا و در صورت لزوم از بين بردن ميكربها و باكتريهاي معلق در هوا . گرمايش وسرمايش هوا متناسب با فصل ،‌ عمده ترين وظيفة‌ يك سيستم تهويه مطبوع بوده بقية‌ وظايف در مراتب بعدي اهميت قرار مي گيرند . آنچه مربوط به محاسبات سيستم گرمايش ساختمان مي شود رد فصل دوم عرضه شد ، اما محاسبات سيستم شامل دقايق و نكاتي است كه باعث پيچيدگي آن نسبت به گرمايش مي شوند . پرداختن به تمامي اين نكات و تشريح جزئيات انواع سيستم هاي تهويه مطبوع كه در سطح جهان مورد استفاده قرار مي گيرند ، امري است كه از مجال اين كتاب خارج بوده و نيازمند نگارش يك كتاب قطور جداگانه است . آنچه با توجه به حجم كتاب حاضر مي توان ارائه نمود تنها آن قسمت از محاسبات تهويه مطبوع را در برمي گيرد كه در تمام سيستمها مشترك بوده و عمدتاً در ارتباط با روش هاي غالب تهويه مطبوع در ايران است .

سيستم ها و كاربرد ها :

گزييش صحيح نوع سيستم تهويه مطبوع براي يك فضا يا ساختمان بخصوص ، تصميم بسيار حساسي است كه توسط مهندس طراح سيستم اخذ مي شود . در اين انتخاب علاوه بر دانش مهندس طراح ، نظر كارفرما و يا ساكنين و امكانات و شرايط ساختمان نيز دخالت دارند . عوامل زيادي بايد موردتجزيه و تحليل و قضاوت قرارگيرند كه از اهم

آنها ، ايده هاي شخص يا سازمان سرمايه گذار و جنبه هاي اقتصادي طرح مي باشند . عمده ترين مسائلي را كه بايد ملحوظ نظر طراح سيستم تهويه مطبوع قرارگيرند مي توان بترتيب زير برشمرد :

امكانات مالي شخص يا سازمان سرمايه گذار
فضا يا ساختمان – هدف ، موقعيت مكاني
مشخصات خارج ساختمان – دما ،‌رطوبت ، باد ، تابش آفتاب ،‌سايه
تغييرات بار حرارتي داخل ساختمان – ساكنين ، چراغها ، ساير مولّدهاي حرارت
قابليت ساختمان در ذخيريه كردن حرارت اكتسابي

لزوم و ظرفيت پيش سرمايش جهت كاستن از اندازة‌ دستگاههاي تهويه مطبوع و يا سرمايش جزئي ساختمان .
جنبه هاي فيزيكي فضا يا ساختمان از نظر تطبيق با سيستم تهويه مطبوع ، تجهيزات و تنظيم عملكزد سيستم تحت بار حرارتي جزئي
انتظارات و ايده هاي شخص كارفرما در مورد كيفيت هواي محيط
فضاي مورد نياز جهت نصب تجهيزات سيستم تهويه مطبوع :

وسايل و تجهيزات يك سيستم تهويه مطبوع احتياج به فضاي كافي براي نصب دارند . اين مهم بايد اكيداً‌ مورد توجه مهندس طراح سيستم قرار گرفته قبل از طرح سيستم امكانات ساختمان را در تخصيص فضاي مناسب براي تجهيزات سيستم تهويه مطبوع مورد بررسي قرار دهد . وسعت فضاي مورد نياز وسيلة‌ تهوية‌ مطبوع ممكن است آنقدر كم باشد كه بتوان آنرا حتي در داخل فضاي مورد مورد تهويه نصب نمود ، مانند فن كويل [۱] يا واحد تهويه كنندة‌

خودكفا [۲] كه در سيستم تهويه مطبوع انفرادي بكار مي روند . ولي تجهيزات يك سيستم تهويه مطبوع مركزي كه هواي مطبوع مورد نياز چندين اتاق يا فضاي ساختمان را تأمين مي كند ، احتياج به فضاي موسعتري براي نصب دارند . بعلاوه امكانات ساختمان از نظر نصب وسايلي از قبيل برج خنك كن نيز بايد ملحوظ نظر قرار گيرند .

انواع سيستم هاي تهويه مطبوع :

سيستم هاي تهيويه مطبوع اساساً‌ به اناع زير تقسيم مي شوند :

سيستم انبساط مستقيم [۳] (DX ) :
اين سيستم شامل يك واحد تهويه كنندة‌ خودكفاست كه مي تواند در داخل فضاي مورد تهويه يا در مجاورت آن نصب شود . مايع مبرد مستقيماً در داخل كويلهاي اين واحد تبخير گرديده هواي عبوري از روي كويلها و نتيجتاً فضاي اتاق را خنك مي كند . گرمايش فضاي موردتهويه ميتواند توسط همين واحد و يا بطور جداگانه صورت پذيرد . شكل ۱-۳ سيستم DX را بطور شماتيك نشان مي دهد .

سيستم تمام آب [۴] :
در اين سيستم سيال ناقل حرارت ( آب سرد يا گرم ) در محل جداگانه اي تهيه شده به داخل كويل هاي مبدل حرارتي اتاق ( مثلاً فن كويل ) ارسال مي گردد و در آنجا هوايي را كه توسط بادزن با سرعت از روي كويل عبور مي كند ، سرد يا گرم مي نمايد . شكل ۲-۳ سيستم تمام آب را بطور شماتيك نشان مي دهد .

سيستم تمام هوا [۵] :
در اين سيستم دستگاه تهيه كنندة‌ هواي مطبوع در محلي دروراز فضاي مورد تهويه قرار مي گيرد . سيال ناقل حرارت ( آب سرد ، آب گرم يا بخار ) به داخل كويلهاي دستگاه تهويه مطبوع مركزي ( هواساز[۶]) ارسال سده هوايي را كه توسط بادزن بسرعت از روي اين كويلها عبور داده مي شود سرد يا گرم مي كند . اين هواپس از انجام يك سلسله تحولات ديگر ( از قبيل رطوبت زني و غيره ) از طريق سيستم كانال به فضاي مورد تهويه فرستاده مي شود . شكل ۳-۳ يك سيستم تمام هوارا بطور شماتيك نشان مي دهد .

سيستم هوا- آب [۷] :
در اين سيستم كه بطور شماتيك در شكل ۴-۳ نشانداده شده است ، آب گرم و يا سرد تهيه شده در دستگاههايي كه دور از فضاي مورد تهويه قرار دارند . به داخل مبدل حرارتي اتاق ارسال گرديده بخش اعظم بار حرارتي اتاق را جبران مي كنند . از طرف ديگر مقداري هواي گرم يا سرد كه آن نيز در يك دستگاه هواساز مركزي تهيه شده ، به اتاق را بردوش دراد ولي در عوض نياز اتاق را به هواي تازه برآورده مي كند . مبدل حرارتي اتاق ميتواند يك واحد القايي [۸]يا يك پانيل تشعشعي باشد .(رجوع شود ره فصل ؟؟؟؟ ).

سيستم پمپ حرارتي[۹]:
سيستمي است كه قابليت سرمايش يا گرمايش ساختمان را باقتضاي فصل دارد . اين سيستم اساساً يك واحد تبريد است كه مي توان از طريق يك شير مخصوص ، مسير سيال مبرد را درآن تغييرداده اواپراتور آنرا به كندانسور يا بالعكس تبديل نمود . بدين ترتيب هوادر عبور از روي كويلي كه در تابستان نقش اواپراتور را بازي مي كند ، ختنك

شده و در زمستان با گذر از روي همين كويل كه توسط شير مخصوص تبديل به كندانسور شده است ، گرم مي گردد . شكل ۵-۳ سيستم پمپ حرارتي را نشان مي دهد .

اجزاء‌سيستم تهويه مطبوع :

تجهيزات لازم براي تهية‌ هواي مطبوع در شكل ۶-۳ نشان داده شده عناصر اساسي و اجزاء‌ اختياري سيستم همراه با شرح وظايف هر يك از آنها ، در جدول A – ۳ درج گرديده اند .

جدول A – ۳ : تشريح وظايف اجزاء سيستم تهويه مطبوع ( در ارتباط با شكل ۶-۳)

وظيفه

اجزاء سيستم

۱- مجراي ورود هواي خارج بمنظور تهويه

۲- پيش گرمايش هوا

۳- مجراي بازگشت هواي جريان يافته در اتاقها به دستگاه

۴- پالايش هوا از آلودگيها

 

۵- سرمايش و رطوبيت گيري هوا ( شستشوي هوا )

۶- گرمايش در زمستان يا گرمايش مجدد در تابستان بمنظور دست يافتن به دماي دلخواه ، كنترل مطلوب

۷- رطوبت زني

۸- رانش هوا

۹- مجراي جريان هوا به سوي فضاهاي مورد تهويه

۱۰- توزيع هوا در فضاهاي مورد تهويه

۱۱- ضميمه اي براي دستگاه هواساز كه ممكن است داراي محفظه تخليط هوا ،‌كويل گرمايي ،‌كويل سرمايي و خروجي با عملكرد بي صدا باشد .

۱- ورودي هواي خارج شامل پنجرة‌مشبك، كركره ها ،‌دمپرها

 

۲- پيش گرمكن

۳- ورودي هواي برگشتي ( دمپرها )

۴- فيلتر

۵- رطوبت گير(هواشوي يا كويل سردي كه توسط آب سرد يا محلول نمكهاي مبرد ، با يا بدون پاشش عمل ميكند )

۶- كويل گرمايي

۷- رطوبت زن

۸- بادزن

۹- سيستم كانال

۱۰- خروجي هوا

۱۱- ترمينال هوا ( با خروجي )

 

سمت هوا

 

۱۲- تهويه سيال سرد كننده براي قسمت ۵

۱۲- ماشين تبريد شامل كمپرسور، كندانسور، اواپراتور و لوله كشي مايع مبرد

سمت تبريد

۱۳- رانش آب يا محلول نمك مبرد

۱۴-مجراي انتقال آب يا محلول نمك مبرد بين مبدلهاي حرارتي

۱۵خنك كردن آب كندانسور

۱۳- پمپ

 

۱۴- لوله كشي آب يا محلول نمك مبرد

۱۵- برج خنك كن

سمت آب

۱۶- تهية‌ بخار يا آب گرم

۱۷- مجراي انتقال بخار يا آب گرم ازديگ به قسمت هاي ۲ و ۶

۱۶- ديگ و متعلقات

۱۷- لوله كشي

 

سمت گرمايش

طرح و انتخاب وسايل واجزاء سيستم تهوية مطبوع

يك سيستم تهويه مطبوع دوفصلي شال وسايل گرمايش و سرمايش مي باشد . اين مبحث را عمدتاً به وسايل واجزاء‌ سيستم سرمايش ساختمان اختصاص مي دهيم :

۱- چيلر [۱۰] :

چيلر يك مبدل حرارتي است كه آب سرد جرياني در كويل هواساز يا فن كويل را تهيه مي كند . چيلرها از نظر سيستم تبريد به دو دستة‌ تراكمي تبخيري و جذبي تقسيم مي شوند :

الف) چيلرهاي تراكمي تبخيري[۱۱] – اين چيلرها اساساً تشكيل شده اند از اواپراتور[۱۲] ، كمپرسور [۱۳]،‌كندانسور[۱۴] ، شير انبساط[۱۵] و تعداي وسايل كنترل ( شكل ) . مايع مبرد[۱۶] ( معمولاً ۱۱- R يا ۲۲- R ) در داخل پوستة‌ اواپراتور كه فشار آن كمتر از فشار جواست تبخير شده حرارت نهان تبخير خود را از آب جاري در لوله ها گرفته آنرا خنك مي كند . بخار خشك مبرد از طريق لولة‌ مكش به كمپرسور مي رود و فشار و دمايش افزايش يافته به كندانسور ارسال مي گردد . در داخل كندانسور ، بخار داغ مبرد توسط آب جاري در لوله ها بتدريج تقطي گرديده پس از عبور از شير انبساط و تقليل فشار ‌بار ديگر به لوله هاي اواپراتور فرستاده مي شود تا پروسة‌ فوق تكرار گردد . آب سرد تهيه شده در چيلر توسط پمپ به كويل دستگاه هواساز يا فن كويل ارسال مي گردد .

انتخاب چيلر از روي كاتالوگ :

براي انتخاب چيلر از روي كاتالوگ ، لازم است پارامترهاي زير را در دست داشته باشيم :

ظرفيت سرمايي[۱۷] چيلر برحسب تن تبريد[۱۸] (RT) :
12000

۱٫۱× Qt
ظرفيت سرمايي چيلر با احتساب ۱۰% ضريب اطمينان بابت افت قدرت و ظرفيت سرمايي چيلر ناشي از فرسودگي دستگاه در آينده ،‌از فرمول زير محاسبه مي شود :

= ظرفيت سرمايي چيلر [USRT ]

كه در آن : بارسرمايي كل ساختمان [Btu /hr ] : Qt

[Btu /hr ]12000 = [USRT ] يك تن تبريد آمريكايي

دماي آب سرد خروجي[۱۹] از چيلر : اين همان آب سردي است كه به كويل هواساز يا فن كويل وغيره ارسال مي گردد . دماي آب سرد خروجي از چيلر معمولاً بين F 40 تا F 50 مي باشد .

Qt

دبي آب سرد خروجي[۲۰] از چيلر : كه عبارتست از مقدار آب سردي كه در كل سيستم جريان مي يابد و از فرمول زير محاسبه مي شود :
۵۰۰۰

= USGPM

كه در آن :

دبي آب سرد جرياني برحسب گالن آمريكايي بردقيقه : USGPM

پاوند

دقيقه

بار سرمايي كل ساختمان [Btu /hr ] : Qt

گالن

ساعت

× [ ] ۶۰ × [ ] ۳۳/۸ = ۵۰۰۰

[ اختلاف دماي آب سرد ورودي و خروجي F ] 10

اختلاف دماي آب سرد ورودي و خروجي [۲۱]چيلر : كه همان اختلاف دماي آب سرد رفت و برگشت سيستم است و معمولاً‌ برابر F 10 در نظر گرفته مي شود .
دماي آب خروجي از كندانسور[۲۲] : منظور دماي خروجي آب خنك كنندة‌ كندانسور استكه معمولاً‌ بين F85 تا F 105 در نظر گرفته مي شود . اختلاف دماي آب ورودي و خروجي كندانسور[۲۳] معمولاً‌ F 10 مي باشد .

دماي تقطير[۲۴] : كه منظور دماي تقطير بخاي مبرد در كندانسور است و معمولاً‌ مقدارآن بين f 100 تا f 125 در نظر گرفته مي شود .
معمولاً‌ اطلاعات فوق براي انتخاب چيلر از روي كاتالوگ كافي است . ساير مشخصات از قبيل ضريب رسوب[۲۵] ، افت فشار در قسمت هاي مختلف چيلر ، مشخصات الكتريكي و ابعاد دستگاه در كاتالوگ ارائه مي شوند .

دبي آب خنك كنندة‌ كندانسور : معمولاً بازاء‌ هر تن تبريد ظرفيت سرمايي چيلر ، حدود GPM 3 آب جهت خنك كردن كندانسور منظور مي گردد :

[ Ton ] ظرفيت سرمايي چيلر× [ ] ۳ = [GPM ] دبي آب

در فصل ؟؟؟؟ چندين نمونه از كاتالوگ چيلرهاي تراكمي تبخيري و جذبي ارائه شده اند .

چيلرهاي آب

با استفاده از چيل ،‌آب ، نمك ، يا ساير مايعات سردكنندة‌مورد استفاده در سيستم هاي تبريد و تهويه مطبوع ،‌سرد مي شوند . چيلرهايي كه در ايران متداول تر هستند عبارتنداز : چيلرهاي رفت و برگشتي يا تراكمي (reciprocating or compression chillers ) ، چيلرهاي گريز از مركز (centrifugal chillers ) و چيلرهاي جذبي (absorption chillrs ) . بدليل عدم توليد چيلرهاي گريز از مركز در داخل كشور و تشابه عملكرد آن با چيلرهاي رفت و برگشتي ، اين نوع چيلر مورد بررسي قرار نمي گيرد .

انواع چيلر:

۱) چيلر تراكمي ۲) چيلر جذبي ۳) چيلر آمونياكي – آب (تراكمي )

چيلرهاي رفت و برگشتي
اجزاء و عملكرد آنها

كمپرسور رفت و برگشتي (reciprocating compressor ) اين كمپرسور يك دستگاه با جابجايي مثبت ، (positive displacement ) است كه در محدودة‌ وسيعي از نسبتهاي فشار (pressure – ratio ) ، مقدار گذر حجمي را نسبتاً ثابت نگه مي دارد . معمولاً در چيلرهاي مايع از سه نوع كمپرسور استفاده مي شود :

كمپرسور بسته (hermetic) براي چيلرهاي با ظرفيت تا ۲۵ تن

كمپرسور نيم بسته (semihermetic) براي چيلرهاي با ظرفيت تا ۲۰۰تن
كمپرسورهاي باز با اتصال مستقيم به محرّك ( direct – drive ) براي چيلرهاي تا ظرفيت ۲۰۰ تن
كمپرسورهاي نوع باز معمولاً گرانتر از كمپرسور بسته هستند . موتورهاي بسته عموماً توسطي گاز مكيده شده سرد مي شوند و روتور كمپرسور بر روي محور ميل لنگ كمپرسور سوار شده است .

كندانسور ها (condensors ) اين كندانسورها مي توانند از نوع تبخيري (evaporative) ، خنك شونده با هوا (air cooled ) يا خنك شونده با آب (water cooled) باشند . كندانسورهاي خنك شونده با آب ممكن است به دليل ارزانتر بودن از نوع دو لوله اي (tube – in – tube ) يا پوسته و كويل (shel and coil) ، و يا به دليل متراكم تر و كم حجم تر بودن (compactness ) از نوع پوسته – لوله اي (shell and tube ) انتخاب شوند . اكثر كندانسورهاي پوسته – لوله اي قابل تعمير هستند ولي در دو نوع كندانسور ديگر ، در صورت نشت مبرّد بايد آنها را تعويض كرد . استفاده از كندانسورهاي خنك شونده با هوامتداول تر از كندانسورهاي تبخيري است .

كولرها (coolers ) اين مبدل ها كه آنها را تبخير كننده (evaporator ) نيز مي نامند معمولاً از نوع انبساط مستقيم (direct expansion ) هستند و در آنها مادة‌مبرّد در هنگام عبور از درون لوله ها تبخير مي شود و مايع سرد كننده (chilled liquid ) در حال عبور از روي لوله هاي درون مبدل سرد مي شود . در دستگاههاي كوچك ، به دليل ارزانتر بودن كولرهاي دولوله اي(tube – in – tube ) گاه از اين نوع مبدل استفاده مي گردد.

شير انبساط حرارتي (thermal expansion valve ) اين شير مقدار جريان مبرّد از كندانسور به تبخير كننده را به گونه اي تنظيم مي كند كه گاز مكيده شده توسط كمپرسور حتماً‌ مافوق گرم (superheat ) باشد و مبرّد تبخير نشده وارد كمپرسور نگردد . ازمافوق گرم شدن بيش از حدّ مبرّد نيز بايد جلوگيري شود زيرا اين امر باعث كاهش ظرفيت دستگاه خواهد شد .

۲-۱- ظرفيت ها و انواع موجود

چيلرهاي رفت و برگشتي در ظرفيت هاي ۲ تا ۲۰۰ تن وجود دارند . استفاده از چيلرهاي داراي چند كمپرسور به دلايل زير شايعتر مي باشد :

زيادتر بودن تعداد مرحله هاي تغيير بار ، كنترل دقيق تر درجه حرارت مايع ، مصرف انرژي كمتر ، كمتر بودن شوك الكتريكي در هنگام راه افتادن كمپرسور ، و زيادتر بودن ظرفيت ذخيره ( standby capacity ) را ميسّر مي سازد .
به دليل استفاده از چند مدار مبرپد ، اين امكان وجود دارد كه در هنگام سرويس يا تعميرات جزئي برخي از اجزاء دستگاه ، بتوان ظرفيت سرمايش را تا حدودي تأمين كرد .

۴-۱- روش هاي انتخاب

تعيين ظرفيت : ظرفيت چيلرهاي رفت و برگشتي به دو صورت ارائه مي شوند . دو نوع اول كه مخصوص چيلرهاي پكيج ( package liquid chiller) است ،‌مقدار ظرفيت و توان مصرفي چيلر در ازاء‌هر تركيبي از درجه حرارت آب خروجي از كندانسور و درجه حرارت آب سردكننده (chiller watter) [ و يا درجه حرارت حباب خشك ممحيط در مدل هاي خنك شونده با هوا ] ارائه مي گردد . در نوع دوّم مقدار ضريب و توان مصرفي چيلر بر حسب درجه حرارت هاي تقطير (condensing temperaure ) و درجه حرارت هاي آب سردكنندة‌ مختلف نشان داده مي شود .

مصرف انرژي :

با افزايش درجه حرارت تقطير ،‌مقدار توان مصرفي در تمام انواع چيلرها افزايش مي يابد . بنابراين ، وقتي درجه حرارت آب كندانسور كم باشد ، يا اندازة‌ كندانسور خنك شونده با هوانسبتاً‌ بزرگ باشد ،‌و يا وقتي درجه حرارت آب سرد كنندة‌ خروجي از دستگاه زياد است ، مي توان از چيلري استفاده كرد كهنسبت توان مصرفي به

ظرفيت سرمايش آن كوچكتر باشد . در عين حال ، وقتي هزينة‌ چيلر به حداقل برسد الزاماً‌ نبايد هزينة‌ سيستم كل نيز به كمترين مقدار برسد زيرا افزايش هزينه هاي برج خنك كن يا فن كويل ،‌جبران منافع حاصل از كم بودن نسبت تراكم (compression ratio ) را خواهد كرد .

رسوب گيري (fouling ) طبق استاندار ۷۶- ۵۹۰ انستيتوي ARI ، براي درجه بندي ظرفيت دستگاههاي چيلر رفت و برگشتي بايد از ضريب رسوب ۰٫۰۰۰۵ ft 2.f.h /Btu استفاده شده باشد .

چيلرهاي جذبي
چيلرهاي جذبي، دستگاه هاي تبريدي هستند كه در آنها به جاي انرژي الكتريكي ، از حرارت استفاده مي شود . در اين سيكل از يك مادة‌ جاذب (absorbent) بعنوان سيال ثانويه (secondary fluid ) استفاده مي گردد . اين ماده ، گازهاي حاصل از تبخير مبرّد در تبخير كننده (evaporator ) از نظر فرايندهاي تبخيرو تقطير كه در دوفشار متفاوت انجام مي شوند ، شبيه هستند . تفاوت اين دو سيكل در اين است كه در سيكل جذبي براي توليد اختلاف فشار از يك مولّد (generator ) كه با حرارت كار مي كند استفاده مي گردد ولي در سيكل تراكمي ، اختلاف فشار توسط كمپرسور ايجاد خواهد شد . هردو سيكل براي كاركردن نياز به انرژي دارند . سيكل جذبي به حرارت و سيكل تراكمي به انرژي مكانيكي .

در سيكل هاي ليتيوم برومايد – آب ،‌ليتيوم برومايد به عنوان مادة‌ جاذب و آب به عنوان مبرّد (refrigerant ) است ولي در سيكل هاي آمونياك – آب ، آمونياك مادة‌ مبرّد خواهد بود .

كميتة‌ فني شمارة‌ ۸٫۳ انجمن ASHRAE اصطلاحات زير را براي محلول مبرّد – جاذب ليتيوم برومايد پيشنهاد كرده است :

محلول جذب كنندة‌ دقيق (weak absorbent ) كه مبرّد را از درون جذب كننده ،‌جذب كرده است و كمترين ميل تركيب با مبرّد را دارد .

محلول جذب كنندة‌ غليظ (strong absorbent ) كه مادة‌ مبرّد در مولّد از آن جدا شده است وبنيابراين ميل تركيبي آن با مبرّد قوي است .
۱-۲-؟ چيلرهاي جذب با ظرفيت زياد از نوع ليتيوم برومايد – آب

شكل (۲-؟) طرحوارة‌ يك دستگاه چيلر جذبي با احتراق غيرمستقيم (indirect – fired ) كه در ظرفيت هاي ۵۰ تا ۱۵۰۰ ton وجود دارد را نشان مي دهد . شكل ( ۳- ) نيز دستگاه مشابهي را نشان مي دهد كه اجزاء‌ آن در داخل يك پوسته (shell) قراردارند . چيلرهاي نشان داده شده در شكل هاي (۲- ) و (‌۳- ) يك مرحله اي ( single – stage ) هستند .

دستگاههاي جذبي را مي توان با مولّد دو مرحله اي (two – stage generator ) نيز ساخت . چنين چيلرهايي را مي توان چيلر با اثر دوگانه (dual effect ) ناميد . شكل (۴- ) طرحوارة‌ يك چيلر يك پوسته اي با مولّد دو مرحله اي را نشان مي دهد . مولّد مرحلة‌ اول ،‌حرارت را از خارج دريافت مي كند و باعث به جوش آ,دن مبرّد در مادة‌ جذب كنندة‌ رقيق مي شود . اين بخار داغ مبرّد (hot refrigerant vapor ) به مرحلة‌دوم مي رود و در آنجا از طريق حرارت دادن به محلول داراي غلظت متوسط (intermediate concentration ) خروجي از مولد مرحلة‌ اول ، مادة مبرّد بيشتري تبخير خواهد شد . تمام اجزاء‌دستگاههاي دو مرحله اي ( به جز مولّد ) ، مشابه دستگاه هاي يك مرحله اي هستند . مزيّت دستگاه هاي دو مرحله اي ، عملكرد بالاتر و مصرف بخار كمتر ( حدود ۲/۳ دستگاه هاي يك مرحله اي ) آنهاست . درجه حرارت منبع حرارتي مورد نياز براي دستگاه هاي درو مرحله اي حدود ۱۲۲f بيشتر از دستگاههاي يك مرحله اي است .

اجزاء‌ چيلر جذبي :

* مولّد (generator ) يا تلغيظ كننده ( concentrator ) : دسته لوله هايي هستند مستغرق در مادة جاذب كه توسط بخار آب يا مايع داغ ، گرم مي شوند .

* كندانسور ( condensor ) : دسته لوله است كه در قسمت بالاي مولّد كه بخار وجود دارد نصب مي گردد و با استفاده از صفحات قطره گير ( eliminator ) از انتقال نمك جلوگيري مي شود . آب خنك كننده اي كه به كندانسور تغذيه مي شود (cooling water ) ابتدا از درون جذب كننده (absorber ) مي گذرد .

* جذب كننده (absorber ): دسته لوله اي است كه بر روي آن محلول غليظ جاذب پاشيده مي شود . بخار مبرّد در داخل مادة‌ جاذب تقطير مي شود و حرارت آزاد شده به آب خنك كننده انتقال مي يابد .

تبخير كننده (evaporator ) يا كولر (cooler) : اين قسمت نيز يك دسته لوله است كه بر روي آن آب مبرّد پاشيده و تبخير مي گردد . مايعي كه بايد سرد شود از درون لوله ها مي گذرد . در برخي چيلرها براي جلوگيري از فرار آب مايع از تبخير كننده ، از صفحات قطره گير (eliminator ) استفاده مي كنند .
مبدل حرارتي محلول (solution heat exchanger ) : اين مبدل از نوع پوسته – لوله اي (sheel-tube ) و كلاً از جنس آهن است .

پمپ هاي تبخير كننده و محلول (solution and evaporator pumps ) : اين پمپ ها معمولاً‌ از نوع گريز از مركز هستند و توسط الكتروموتور چرخانده مي شوند .
تخليه كننده (purger ): براي تخلية‌گازهاي غيرقابل تقطير(noncondenseable gases) از تخليه كننده استفاده مي شود . وجود مقدار اندكي گاز غيرقابل تقطير مي تواند فشاركل جذب كننده رابه حدّي بالا ببرد كه فشار درون تبخير كننده تا حدّ قابل توجهي تغيير كند . مقدار ناچيزي افزايش فشار تبخير كننده موجب مي گردد درجه حرارت تبخير مادة‌ مبرّد به مقدار قابل ملاحظه اي تغيير نمايد .

شيرانبساط مكانيكي (mechanical expansion valve ) : اين نوع شيرها در دستگاههاي جذبي كاربرد ندارند . مقدار جريان مايع مبرّد به تبخيركننده توسط يك روزنه (orifice) يا اجزاء‌ ديگري كه بين كندانسور و تبخير كننده نصب مي شوند كنترل خواهد شد .

چيلرهاي آمونياكي – آب
شكل (۱۰- ) طرحوارة‌ يك دستگاه برودتي آمونياكي – آب از نوع احتراق مستقيم (direct – fired) و خنك شونده با هوا (air cooled) با ظرفيت هاي ۳ تا ۵ تن را نشان مي دهد . به دليل وجود مغايرت هاي زير بين دستگاههاي جذبي ليتيوم برومايد – آب و آمونياك – آب ، طراحي اين دو نوع دستگاه نيز با يكديگر تفاوت دارد :

آب ( مادة‌جاذب يا absorbent ) نيز يك سايل فرّار (volatile ) است به گونه اي كه براي توليد مادة‌ جاذب غليظ (strong abserbent ) از مادة‌ جاذب رقيق (weak abserbent ) بايد از فرايند تقطير جزئي (fractional distillation process ) استفاده كرد .
استفاده از آمونياك به عنوان مبرّد (refrigerant) ، باعث مي شود فشار كندانسور و تبخيركننده (evaporator ) به ترتيب در محدودة‌ ۳۰۰ psia و ۷۰ psia قرار بگيرد . بنابراين ، پمپ هاي محلول (solution pumps) از نوع پمپ هاي جابجايي مثبت (positive displacement) خواهند بود .
چون از هوا براي خنك كردن كندانسور و جذب كننده بهره گرفته مي شود ، سطوح خارجي لوله را مي توان پرده دار درنظر گرفت تا سطح تماس با هوا ، افزايش يابد.
عملكرد و انتخاب تجهيزات :

ظرفيت دستگاههاي جذبي آمونياك – آب براساس درجه حرارت محيط ۹۵ Fdb و ۷۵ Fdb و درجه حرارت تغذية‌آب سردكنندة‌ ۴۵ F با مقدار گذر جريان در نظر گرفته شده توسط سازنده ، تعيين مي گردد . اگر دستگاه گازسوز باشد ، مقدار تقريبي cop برابر با ۰٫۵ خواهد بود . شكل (۱۱- ) نمونة‌ منحني هاي عملكرد اينگونه چيلرها رانشان مي دهد .

سرد كردن ماشيني

در تهوية‌ مطبوع تابستاني احتياج به وسايل تولدي برودت ( سرما ) است كه با در نظر گرفتن امكانات محلي و مسالة‌ اقتصادي انتخاب مي شوند . با توجه به اين كه مصرف عمدة‌ ماشين هاي مبرد در سردخانه ها و يخچالهاي خانگي و مغزه اي براي نگهداري موماد مختلف غذايي و تهية‌ يخ و صنايع ديگر چون پلاستيك سازي و الكتريكي و متالوژي و شيميايي و غيره است تهوية مطبوع فقط جزو كوچكي از اين صنعت است . در اين قسمت فقط اشارة‌ جزئي به سيستم چيلر گازي و شرح چيلر آبزوربشن كه در تهية‌ مطبوع بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند ، خواهد شد .

طرز راه اندازي و نگهداري چيلر:

قبل از راه اندازي چيلر نكات زير بايد مورد توجه قرار گيرد .

۱- اطمينان از وجود آب در برج خنك كننده .

اگر برج آب نداشته باشد بايد شناور و اتصال آب شهر به برج مورد آزمايش قرار گيرد .

۲- اطمينان از درست كاركردن پمپ برج خنك كننده .

 

براي اطمينان ، پس از روشن كردن پمپ ، از داخل برج خنك كننده بازديد كنيد . بايد آب از افشانك ها به حد كافي خارج شود و همة‌ سطوح برج را بپوشاند .

۳- اطمينان از درست كاركردن بادرسانها .

الف – تسمه ها به حد كافي محكم باشد .

ب ) ياطاقان هاي بادزن كويل روغن كاري شده باشد .

ج ) جهت گردش درست باشد .

اطمينان از جهت صحيح گردش پمپ جرياني آب سرد .

با ولت متر اختلاف هر فاز برق ورودي به تابلو را اندازه گيري كنيد . بايد ۳۸۰ ولت كامل باشد . پس از اطمينان از كلية‌ قسمت هاي فوق ، برج را روشن كنيد و پس از ۱۵ دقيقه در صورتيكه چراغ كنترل تابلوي برق چيلر روشن باشد ، مي توانيد چيلر را روشن كنيد .

حين كار چيلر به نكات زير تتوجه كنيد :

درجة‌ فشار زياد چيلر ( رانش كمپرسور ) بايد بين ۲۰۰ تا ۲۶۰ پوند باشد .
درجة‌ فشاركم چيلر ( مكش كمپرسور ) بايد بين ۴۵ تا ۷۵ پوند باشد .
درجة‌ فشار روغن حداقل ۲۰ پوند بيشتر از درجة‌ فشار مكش باشد .
سطح شيشه نشان دهندة‌ مايع مبرد بايد صاف و بدون حالت كف زدگي باشد .
روغن داخل كمپرسور حدود۱/۲ سطح شيشه روغن نما باشد و اگر از ۴/۱ سطح شيشه كم تر باشد روغن لازم را تأمين كنيد .
اشكالاتي كه مانع راه اندازي چيلر مي شود :

درست كارنكردن برج خنك كننده .
رسوب يا گچ گرفتگي كندانسور ( بالا رفتن درجة‌ فشار رانش ).
براي از بين بردن رسوبات حاصل در كندانسور ، از پودر ضدگچ استفاده مي شود . مقدار ماده ضدگچ ( كالكين ) در اسكلر براي هر تن ظرفيت چيلر معادل ۵/۱ كيلوگرم پيشنهاد مي وشد . هر كيلو مادة‌ ضدگچ را در ۲ليتر آب حل كنيد و مطابق شكل در منبع مخصوص بريزيد و پس از بستن شيرهاي آب ورودي در برج و خروجي از كندانسور به وسيلة‌ پمپ به مدار كندانسور بفرستيد و مجدداً‌ محلول را اضافه كنيد و بايد عمل تا ۴۸ ساعت تكرار شود .

درست كار نكردن مدار روغن چيلر ( قطع كنترل فشار روغن ) .

سرد بودن داخل اواپراتور ( كولر ) . ترموستاتي كه روي لولة‌ آب سرد رفت ساختمان قراردارد براي تهوية‌ منازل و ادارات روي ۴۵ درجة‌ فارنهايت تنظيم مي شود و تا زماني كه حرارت آب از ۴۵ درجه بالاتر نرود ، چيلر روشن ، مگر آن كه ترموستات خراب باشد .
نبودن برق سه فاز ياكم بودن ولتاژ برق – ( قطع كردن بي متال جريان برق ) ابتدا از كامل بودن برق ( سه فاز و ۳۸۰ ولت ) اطمينان بيابيد ، كليد راه انداز چيلر را روي حالت خاموش قراردهيد و شاسي بي متال را فشار دهيد ، سپس چيلر را روشن كنيد .

قطع شدن فيوز جريان ضعيف در اثر اتصالات كوتاه يا كم بودن ولتاژ برق .
اگر درجة‌ حرارت آب داخل اواپراتور (كولر) از حد معمول ( حدود ۷ درجة‌ سانتي گراد ) به علت خرابي ترموستات يا پمپ جريان آب سرد يا هواگرفتن پمپ آب كم تر شود ، در اين صورت كنترل ضديخ ( انجماد ) قطع خواهد كرد . در چنين شرايطي چيلر را خاموش كنيد و از روشن كردن حتي براي ثانيه نيز اكيداً خودداري فرمائيد و پس از نرمال شدن جريان آب سرد و اطمينان از درستي ترموستات ، نسبت به راه اندازي چيلر اقدام كنيد .
براي اين كه چيلر مرتب كاركند ، با توجه به نكات مورد اشاره و بدون دست كاري در كنترلرها ، قبل از رفع عيب دستگاه را روشن نكنيد .

اصول كار چيلر ابزوربشن

در چيلرهاي ابزوربشن مايع مبرد آب است . براي آب گرماي نهان تبخير در ۱۰۰ درجة‌ سانتي گراد برابر ۵۲۵ كيلوكالري بر كيلوگرم است . دماي جوش آب را مي توان پائين آورد اگر فشار در سطح آب را پائين بياوريم . مثلاً اگر فشار مطلق آب ۵/۰ اتمسفر صنعتي باشد ، دماي جوش ۸۱ درجه سانتي گراد و در يكصدم اتمسفر ، آب در

۵/۴ درجة‌ سانتيگراد مي جوشد . به عكس هرچه فشار بيشتر شود ، درجه حرارت جوش نيز زيادتر مي شود ، مثلاً اگر فشار به ۵/۳ اتمسفر برسد ، آب در ۱۴۷ درجة‌ سانتي گراد مي جوشد .

در چيلرهاي ابزوربشن مايع ديگري نيز به عنوان ابزوربر ( جذب كننده ) براي جذب بخارهاي آب وجود دارد كه بيشتر از محل ليتم برمايد براي اين منظور استفاده مي شود . زيرا اين محلول داراي قدرت جذب بخار آب زياد است و سمي و قابل انفجار نيست و همچنين ايجاد تركيبات مضر نمي كند .

براي درك بهتر كار اين نوع چيلرها مراحل مختلف تشريح مي شود :

اگر دو ظرف مطابق ( ۱۴- ) داشته باشيم كه در يكي آب و در ديگري محلول ليتم برمايد باشد و فرض كنيم كه هوا به وسيلة‌ پمپ خلاء‌ هوا از اين ظروف تخليه شده باشد ، ظرفي كه آب در آن است تبخيركننده (اواپراتور) و ظرفي كه در آن ليتم برمايد است ابزوربر مي رود و به وسيلة‌محلول آب وارد كويل مي شود و پس از خنك شدن از طرف ديگر خارج ميشود . آب سرد شده براي خنك كردن ساختمان مورد نظر به كار مي رود . حال براي بهتر كردن كيفيت كار و راندمان سيستم ، دو پمپ به شرح زير اضافه مي كنيم :

پمپ مايع مبرد ، اين پمپ آب را روي كويل مي ريزد و شدت تبخير آب را زياد مي كند .

پمپ ابزوربر ، اين پمپ محلول ليتم برمايد را به صورت اسپري در ابزوربر مي باشد و در نتيجه قدرت جذب آن را بالا مي برد .( شكل ۱۶- ۱۴ )

با اضافه كردن اين دو پمپ ، راندمان سيستم بالا مي رود ، اما دو اشكال اساسي باقي مي ماند :

يكي اين كه محلول ليتم برمايد مرتباً‌ بخار آب را جذب مي كند و رقيق مي شود و در نتيجه قدرت جذب كنندگي خود را از دست مي دهد . براي رفع اين مشكل ، به سيستم ، بك ژنراتور ويك پمپ اضافه مي كنيم و محلول ليتم رمايد به وسيلة‌ اين پمپ ره ژنراتور مي رود و به وسيلة‌ بخار حرارت داده مي شود و در اثر حرارت ، آبي را كه جذب كرده است ، به صورت بخار خارج مي شود و محلول مجدداً غليظ مي شود و به ابزوربر بر مي گردد .

براي رفع مشكل دوم ، به سيستم اخير يك كندانسور ( تقطير كننده ) اضافه مي كنيم تا بخار آبي كه از ژنراتور خارج مي شود به كندانسور برود و به مايع تبديل شود و دوباره به اواپراتور برگردد و در نتيجه يك مدار بسته تشكيل مي شود .( ۱۷-۱۴ )

حال براي تكميل سيستم و بال بردن راندمان كار ، يكمبدل حرارتي بين ژنراتور و ابزوربر قرار مي دهيم تا از يك طرف محلول رقيقي را كه از ابزوربر به ژنراتور مي رود ، گرم كند و زا طرف ديگر محلول غليظي را كه از ژنراتور به ابزوربر بر مي گردد ، خنك كند .

با توجه به اين كه هر چه درجة‌ حرارت محلول ليتم برمايد پايين تر باشد ، مي تواند آب بيشتر جذب كند بنابراين براي خارج كردن گرماي حاصل از انحلال در ابزوربر وبالابردن قدرت جذب ليتم برمايد ، يك كويل در

ابزوربر قرار مي دهيم كه داخل آن آب سرد ( ازبرج خنك كننده ) جريان يابد .(۱۸- ) يك سيكل كامل چيلر آبزوربشن را نشان مي دهد .

در بعضي از مدل ها پمپ ابزوربر را حذف ميكنند و جريان محلول در اثر اختلاف فشار انجام مي گيرد .

نكتة‌ قابلذكر اين است كه محلول حاصل در ژنراتور ، تحت جاذبه و اختلاف فشار ، از مبدل حرارتي عبور ميكند ( به وسيلة‌ محلول رقيق سرد مي شود ) و به وسيلة‌ يك ادوكتور ( كه نوعي مخلوط كن است ) با محلول رقيق مخلوط مي شود و محلول مخلوط را تشكيل مي دهد و اين مخلوط به افشانك هاي ابزوربر مي رود .

در شكل (۱۹ – ) تحولات يك سيكل سيستم ابزوربشن براساس دياگرام تعادل براي ليتم برمايد با توجه به نقاط شماره بندي شده و فشارها و درجه حرارت و نقاط متمركز شكل ( ۱۸- ) نشان داده شده است .

فشار مطلق كندانسور و ژنراتور تقريباً‌ مساوي و برابر يكدهم اتمسفر است كه معمولاً در يك پوسته قرار مي گيرند و فشار اواپراتور و ابزوربر حدود يكصدم اتمسفر است و در يك پوسته قرارداده مي شو د ( شكل ۲۰- ). با توجه به فشار موجود در اواپراتور ، آب در ۵/۴ درجة‌ سانتي گراد مي جوشد و در نتيجه درجه حرارت آب سرد تا حدود ۷ درجة‌ سانتي گراد مي رسد .

عمل سيستم

شرح اجزاي اصلي و فرعي چيلر آبزوربشن

در سيستم ابزوربشن چهار سطح تبادل حرارتي وجود دارد كه عبارتنداز :

اواپراتور يا تبخير كننده .
ابزوربر يا جذب كننده
ژنراتور يا توليد كننده
كندانسور يا تقطير كننده

در اواپراتور آب سرد كنندة‌ ساختمان در داخل لوله ها جريان مي يابد و مايع مبرد ( آبي كه تحت فشار كم قراردارد ) به وسيلة‌ افشانك ها روي اين لوله ها پاشيده مي شود و مايع مبرد پس از تبخير شدن آب ، داخل لوله را سرد تر مي كند . در ابزوربر ( جذب كننده ) محلول ليتم برمايد به وسيلة‌ افشانك ها پاشده مي شود و بخار مايع مبرد كه از اواپراتور بيرون مي آيد ، به وسيلة‌ محلول جذب و محلول رقيق دركف آن جمع مي شود . براي كمك به عمل جذب ، آب رج خنك كننده از بين لوله هايي كه در قسمت ابزوربر قرار گرفته است ، عبور مي كند تا حرارت حاصل از

انحلال رابگيرد . اواپراتور و جذب كننده در يك پوسته (استوانه ) كه فشار مطلق داخلي آن حدود يكصدم اتمسفر ( ۶ ميليمتر ستون جيوه ) است ، قرار دارند .

همين طور ژنراتور و كندانسور در يك پوسته كه داراي فشار مطلق حدودهفتاد ميليمتر ستون جيوه (۱/۰) اتمسفر است ، قرار مي گيرند . محلول رقيق كه از ابزوربر مي آيد ، در ژنراتور ، روي لوله ها ، محلول مي جوشد و بخرا مي شود . به عبارت ديگر دراثر جوشيدن ، بخار مايع مبرد آزاد مي شود و محول ليتم برمايد غليظ به دست مي آيد كه به ابزوربر برمي گردد و بخار آب (سيال مبرد ) به كندانسور مي رود و تقطير مي شود و مايع مبرد حاصل در تشتك كندانسور جمع مي شود و تحت نيروي جاذبه و اختلاف فشار به اواپراتور برمي گردد و بدين ترتيب سيكل تكميل مي شود .

سيستم هاي آب كندانسور

سيستم هاي آب مورد استفاده در كندانسور فرايندهاي تبريد (refrigeration) به دو گروه تقسيم مي شوند : ۱)سيستم هاي يكبار در گردش once-through (مانند آب شير ، آب چاه ، آب درياچه و رودخانه ) و ۲) سيستم هاي برج با گردش مجدد (recirculating) . معمولاً اين سيستم ها از نوع سيستم هاي باز هستند ( به جز برج هاي با مدار بسته يا مبدل هاي حرارتي صفحه اي (plate type heat exchanger ) و حداقل در دو نقطه بين آب و هوا تماس وجود خواهد داشت . در اين سيستم ها روش هاي طراحي هيدروليكي ، انتخاب پمپ و تعيين قطر لوله ها ، با سيستم هاي بسته گرمايش و سرمايش تفاوت دارد . در برخي از سيستمهاي صرفه جويي انرژي (heat conservaition sys.) ، از كندانسورهاي دو قسمتي (split condenser ) استفاده مي شود . در يك قسمت از كندانسور ، حرارت لازم براي سيستم هاي دوباره گرمكن (reheater) يامدار بستة‌ گرمايش (closed circuite heating) تامين مي گردد و در قسمت ديگر ، فرايند دفع حرارت (heat rejection) از سيكل سرمايش صورت مي گيرد .