چرخه تبرید تراکمی: قلب تپنده چیلرهای مدرن
چرخه تبرید تراکمی بخار (Vapor-Compression Refrigeration Cycle) اساسیترین و رایجترین روش برای تولید سرما در دستگاههای تهویه مطبوع، یخچالها و چیلرهای مدرن است. این چرخه یک فرآیند ترمودینامیکی است که در آن، با استفاده از چهار جزء اصلی و جریان یک ماده شیمیایی به نام مبرد (Refrigerant)، گرما از یک محیط جذب و به محیط دیگر دفع میشود. به عبارتی ساده، این سیستم گرما را “پمپ” میکند.
۱. اجزای اصلی چرخه تبرید
چرخه تبرید تراکمی شامل چهار جزء مکانیکی اصلی است که در یک مدار بسته به صورت متوالی عمل میکنند:
۱. کمپرسور (Compressor)
-
وظیفه: قلب تپنده سیستم؛ افزایش فشار و دمای گاز مبرد.
-
عملکرد: مبرد گازی با فشار و دمای پایین را مکش کرده و آن را به صورت یک گاز فوقداغ با فشار بالا متراکم میکند. انرژی الکتریکی در این مرحله به انرژی گرمایی و مکانیکی تبدیل میشود.
۲. کندانسور (Condenser)
-
وظیفه: دفع گرما از مبرد به محیط بیرون (یا آب برج خنککننده).
-
عملکرد: مبرد داغ و پرفشار، گرمای خود را از دست میدهد و ضمن حفظ فشار بالا، به حالت مایع پرفشار تبدیل میشود (چگالش یا تقطیر).
۳. شیر انبساط (Expansion Valve)
-
وظیفه: کاهش فشار مبرد مایع، که منجر به کاهش شدید دما میشود.
-
عملکرد: مبرد مایع پرفشار را از یک روزنه باریک عبور میدهد. این عمل باعث افت فشار ناگهانی (Throttle) و در نتیجه کاهش دمای مبرد تا زیر دمای محیط سرد شونده میشود. مبرد در این مرحله ترکیبی از مایع و بخار (Flash Gas) است.
۴. اواپراتور (Evaporator)
-
وظیفه: جذب گرما از محیط مورد نظر (مانند آب یا هوای داخل ساختمان).
-
عملکرد: مبرد سرد و کمفشار وارد کویلهای اواپراتور میشود. دمای مبرد از دمای آب یا هوای اطراف آن پایینتر است، بنابراین گرما را از محیط جذب میکند و خود به طور کامل به حالت گاز کمفشار تبدیل میشود (تبخیر). این تبخیر عامل اصلی ایجاد سرما در اواپراتور است.
۲. مراحل عملکرد چرخه تبرید
چرخه تبرید یک فرآیند پیوسته است که به صورت زیر تکرار میشود:
| مرحله | جزء اصلی | حالت مبرد | هدف عملیاتی |
| ۱. فشردهسازی | کمپرسور | گاز (فشار پایین، دمای پایین) تبدیل به گاز فوقداغ (فشار بالا، دمای بالا) | افزایش فشار مبرد برای امکان تقطیر در دمای محیط |
| ۲. دفع گرما | کندانسور | گاز فوقداغ (فشار بالا) تبدیل به مایع (فشار بالا) | دفع گرما به محیط خارج از سیستم (آب یا هوا) |
| ۳. کاهش فشار | شیر انبساط | مایع (فشار بالا) تبدیل به مایع/گاز (فشار پایین، دمای پایین) | کاهش فشار و دما برای آمادهسازی جهت جذب گرما |
| ۴. جذب گرما | اواپراتور | مایع/گاز (فشار پایین) تبدیل به گاز (فشار پایین) | جذب گرما از آب یا هوای مورد نظر (ایجاد سرما) |
این چرخه به صورت مداوم تکرار میشود و با گردش مبرد، گرما را از اواپراتور به کندانسور منتقل میکند.
۳. نقش چیلرها در گرمایش مرکزی
در سیستمهای تهویه مطبوع بزرگ (سرمایش مرکزی)، اواپراتور وظیفه سرد کردن آب را بر عهده دارد.
-
آب سرد شده در اواپراتور، از طریق پمپها به واحدهای توزیعکننده (مانند فنکویلها و هواسازها) در داخل ساختمان ارسال میشود.
-
در واحدهای توزیعکننده، این آب سرد، گرمای اتاقها را جذب کرده و محیط داخلی را خنک میکند.
-
آب گرم شده دوباره به اواپراتور چیلر باز میگردد تا مجدداً سرد شود و چرخه سرمایش تکرار گردد.
چرخه تبرید تراکمی، با وجود سادگی مفاهیم اولیه، یک شاهکار مهندسی است که امکان کنترل دمایی گسترده و کارآمد را در سراسر جهان فراهم میآورد.
چرخه آب گرم در سیستمهای گرمایش مرکزی چگونه کار میکند؟
اجزای اصلی یک سیستم دیگ آب گرم و وظایف آنها
تفاوت دیگهای آب گرم و دیگهای بخار در چیست؟
سیستم سرمایش مرکزی چیست و چه تفاوتی با اسپلیت دارد؟
گرمایش مرکزی چیست؟ مروری بر تاریخچه و اصول اولیه
