سیستم های سرمایشی كه یكی از بخش ها سیستم های HVAC محسوب میشوند به جهت مزیت های ویژه ای كه دارند در صنعت و تجارت امروز از همنوعان دیگر خود بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله به بررسی انواع سیستم سرمایشی می پردازیم. مهمترین ویژگی هایی که در سیستم های سرمایشی وجود دارد شامل زیر است:
- وجود مقدار زیاد هوا كه باید از ساختمان تخلیه شود.
- برگرداندن هوای تهویه شده كه از ساختمان خارج شده برای تهویه مجدد ساختمان
- هزینه های برق مصرفی توسط سیستم ها
در بحث های سیستم HVAC مشتریان به دنبال دستگاهی كه می گردند كه علاوه بر فراهم كردن راحتی مورد نظر برای آنان از نظر اقتصادی نیز برای آنان به صرفه باشد.
و مطمئنا می توان گفت كه هر چه مقدار درجه حرارت درخواستی و رطوبت مورد نیاز كمتر باشد ارزش و اهمیت سیستم های دیسكنت در برابر همنوعان خنك كننده خود بیشتر جلوه خواهد كرد.
معرفی سیستم های جذبی
سرمایش تبخیری هوا در نزدیکی آبشارها رود خانه ها و دیگر سطوح نمناک رخ میدهد پیشرفت های اولیه در این مورد در مناطقی که دارای آب و هوای خشک بوده اند آغاز شده است. سرمایش تبخیری را گذشتگان بصورت خنک کردن آب در کوزه های آب را که سطح آن نمناک شده، برای خنک کردن باد میزند.
در ایران نیز خانه های قدیمی در مناطق کویری غالبا به وسیله بادگیرها تبخیر آب خنک میشد که هنوز هم خانه های قدیمی بر همان اساس (استفاده از بادگیرها) خنک میشوند.
سیستم سرمایش تبخیری در مقایسه با سیستم های سرمایش تراکمی دارای مزایای زیر هستند:
- این سیستم ها دارای کارایی بالا و هزینه ساخت و نصب پایین تری در مقایسه با سیستم های سرمایش تراکمی هستند.
- مصرف انرژی این سیستم ها پایین است.
- بدلیل عدم استفاده از گازهای کلرو فلورو کربن این سیستم ها اثرات زیست محیطی ندارند.
- دارای تکنولوزی ساده هزینه نگهداری پایین هستند.
اما در کنار این مزایا دارای محدویت های و معایبی نیز میباشند.
محدودیت اصلی این سیستم ها مربوط به شرایط اقلیمی میباشد. در مناطقی که رطوبت بالا باشد، ظرفیت هوا برای جذب رطوبت، پایین تر است هوای با رطوبت بالا گرمای نهان کمتری را میتواند جذب کند و یا گرمای محسوس کمتری را میتواند به گرمای نهان تبدیل کند. به عبارتی دیگر، هنگامی که رطوبت هوا بالا باشد، دمای مرطوب هوا افزایش یافته و دستیابی به ایدال به کمک سرمایش تبخیری محدود میشود. همچنیین در این سیستم ها کنترل رطوبت هوا مقدور نبوده و این سیستم ها برای مکان هایی با رطوبت زیاد مناسب نیستند. براساس تحقیقات صورت گرفته توسط کمپانی Munters بطور کلی بهترین استفاده از سرمایش تبخیری زمانی است که دمای تر محیط کمتر از C°25 باشد.
محدویت های ذکر شده، زمینه را برای تحقیق پیرامون روش هایی که بتوان با کمک آن ها از مزایای این نیروی طبیعی بهره برد و معایب آن را کاهش داد، فراهم نمود در سرمایش تبخیری مدرن، هدف کاهش دمای تر محیط بصورت مصنوعی است. به عبارتی اگر بتوان دمای تر محیط را کاهش داد، در فرآیند تبخیری دستیابی به دمای پایین تر امکان پذیرتر است. برای کاهش دمای تر محیط میباست رطوبت موجود در هوا راکاهش داد. برای کاهش رطوبت از سه روش عمده استفاده میکنند:
- سرد کردن هوا پایین تر از نقطه شبنم ؛در این روش هوا باید تا دمای پایین تر از نقطه شبنم سرد شود تا رطوبت هوا تقطیر یابد.
- فشرده کردن هوا؛ هرچه فشار هوا بیشتر شود ظرفیت هوا برای دستیابی به رطوبت کاهش میابد.
- استفاده از مواد جاذب رطوبت.
دو روش مصرف انرژیب بالایی دارند و برای تهویه مطبوع اقتصادی نیست. اولین بار نیل پنینگتن مخترع چرخ دسکنت در سال 1952 استفاده از ماده جاذب کلرید کلسیم را برای رطوبت زدایی از هوا جهت کاهش دمای تر آن و استفاده در سرمایش تبخیری برای دستیابی به دمای پایین تر پیشنهاد کرد. از آن زمان تحقیقات بسیاری روری چرخ دسیکنت صورت گرفت.
در سیستم های تهویه مطبوع دو نوع بار حرارتی وجود دارد بار نهان و بار آشکار. برای دستیابی به شرایط آسایش باید تعادل درکنترل دو بار صورت بگیرد به عبارتی ساده تر در تهویه مطبوع زمانی میتوان به آسایش دست یافت که رطوبت(بار نهان) و دما (بار آشکار) کنترل شود. در سیستم های تراکمی مرسوم برای رسیدن به نقطه آسایش ابتدا با از بین بردن بار نهان با کاهش دما و تقطیر رطوبت هوا، سپس هوای رطوبت زدایی شده تا رسیدن به شرایط ایده آل دوبار گرم شود حال اگر بتوانیم بار نهان بصورت دیگر کاهش دهیم از مصرف انرژی های بالا خودداری کرده ایم. همچنین سیستم های تراکمی مصرف برق بالای دارند و از مبرد های کلرو فلرو کربن ها استفاده میشود که در کل برای محیط زیست مخرب هستند.
سیستم های سرمایش دسیکنت توانایی کنترل مجزای بار محسوس و بار نهان را دارند و انرژی حرارتی خود را نیز میتوانند از انرژی خورشیدی و زمین گرمایی تامین کنند. این سیستم ها میتوانند با ترکیب سیستم های تراکمی برای کنترل بهتر رطوبت استفاده شوند.
همچنین میتوان با ترکیب سیستم های سرمایشی دسیکنت و سرمایش تبخیری میتوان محدودیت های هوایی که بر سر راه استفاده از سیستم های تبخیری وجود دارد را برطرف کرد. از جمله مزایای آن:
- امکان رسیدن به شرایط آسایش؛ سیستم های دسیکنت میتوانند دما رطوبت را بطور مجزا کنترل کنند در صورتی که در سیستم های تهویه مطبوع فقط کنترل دما امکان پذیر است.
- کاهش مصرف انرژی الکتریکی
- کاهش آلودگی هوا و جلوگیری ورود گرد و غبار
- وجود کانال های هوای خشک؛ وجود هوای مرطوب زمینه برای رشد باکتری ها و ورود حشرات فراهم میکند این به نحوی است در این سیستم ها از بروز چنین مشکلاتی جلوگیری میکند
- عدم استفاده از مبردها
- بالا بردن کیفیت هوا به جهت کنترل رطوبت
- کاهش هزینه نگهداری
- استفاده ترکیبی؛ این سیستم ها میتوانند با دیگر سیستم های سرمایشی ترکیب شده و در جهت برطرف کردن معایب آن به کار گرفته شود.
سرمایش تبخیری
سرمایش تبخیری را به دو گونه سرمایش تبخیری مستقیم و سرمایش تبخیری غیر مستقیم، تقسیم میکنند.
سرمایش تبخیری مستقیم
از سرمایش تبخیری مستقیم برای خنک کردن آب استفاده میشود عمدتا شامل برجهای خنک کننده میباشند. همچنین روش هایی از آن ها برای خنک کردن هوا استفاده میشود شامل انواع کولر های آبی ایرواشرها، زنت و … میباشند.
اوصولا وقتی که آب و مخلوط غیر اشباع هوا – آب در تماس با یکدیگر قرار گیرند بین آنها انتقال جرم وگرما صورت میگیرد. به این دلیل که بین دماها و فشار بخار آنها تفاوت وجود دارد، گرما از سیال گرم تر به سیال سرد تر منتقل میشود و بخار آب از آنکه فشار بخار بیشتری دارد به آن که فشار کمتری دارد میرود. که با دادن وقت کافی، دماها و فشار بخار برابر شده به ادامه یافتن جریان خالص خاتمه میدهند و نه تنها گرما بلکه فشار بخار یکی را افزایش و دیگری را کاهش میابد در نتیجه انتقال گرما وجرم با یکدیگر به تعادل میرسند.
سرمایش تبخیری نیز بر اساس همین قانون علمی بنا شده است. هنگامی که آب تبخیر میشود، گرمای نهان تبخیر را از آب هوای اطراف خود میگرد، به این ترتیب آب و هوای اطراف خنک شده . قطرات آب بر روی پد های این کولر جریان یافته ، با عبور دادن هوا بر روی این قطرات انتقال حرارت وجرم صورت میگرد که در شکل 1 فرایند سرمایش تبخیری بروی نمودار سایکمتریک نشان داده شده است.
هوا وارد کولر شده و در آنجا قطرات آب بر روی آن پاشیده ش ده یه این ترتیب دما آن کاهش و رطوبت آن تا رسیدن به نقطه 2 افزایش میابد. پایین ترین دمایی که میتوان به آن دست یافت حالتی هوا کاملا اشباع برسد هوا در این حالت به نقطه 3 میرسد.
چون خطوط دمای مرطوب ثابت تقریبا بر خطوط آنتالپی ثابت هستند آنتالپی نیز ثابت فرض میشود.
شکل 1 – فرایند سرمایش تبخیری بروی نمودار سایکومتریک
و راندمان آن نیز بصورت زیر بیان میشود.
سرمایش تبخیری غیر مستقیم
اساس استفاده از یک مبدل حرارتی هوا به هوا است این مبدل ها به گونه ای ساخته شده اند که دو جریان هوا در آنها بدون تماس مستقم با یکدیگر جریان دارند و تنها با هم تبادل حرارت دارند. شکل 2 مبدل حرارتی مورد استفاده در سیستم با هم سرمایش تبخیری غیر مستقیم دارند. دمای هوای ثانویه با عبور از بین صفحات تر ،کاهش میابد از طرفی هوای اولیه نیز با عبور از صفحات خشک و تبادل حرارتی کاهش یافته است.
شکل 2 – طرحواره سرمایش تبخیری غیر مستقیم
اهمیت سرمایش تبخیری را می توان از جهات زیر بررسی نمود:
- بدست آوردن هوایی سرد بدون آنکه رطویتی به آن اضافه نمود
- ترکیب آن با دیگر سیستم سرمایش برای رسیدن به دمایی کمتر
سرمایش دسیکنت
دسیکنت ها موادی هستند که توانایی بالای برای جذب رطوبت دارند بسیاری از نمک ها میتونند این خاصیت را دار باشند اما از آنچه دسیکنت را متمایز میکند توانای بالای آن برای جذب رطوبت میباشد. پیش از توضیحات بیشتر در مورد خود دسیکنت ها توضیح چند واژه تعریف میشود adsorbent به آن دسته از دسیکنت ها اطلاق میشود که معمولا جامد هستند و در فرآیند رطوبنت را از سطح خود جذب میکنند و اصطلاحا جذب رطوبت توسط این مواد را جذب سطحی فیزیکی مینامند و واژه absorbent به دسیکنت هایی که بیشتر به صورت مایع هستند و تغییر در آنها در حین فرآیند جذب رطوبت انجام میگرد مربوط میشود.
دسیکنت های جامد ساختاری متخلخل شبیه اسفنج را دارند میتوان به سیلیکاژل، غربال ملکولی، زئولیتها و … اشاره کرد. سیلیکاژل از پر کاربرد ترین دسیکنت ها میباشند که نسبت سطح به حجم بالایی دارند. میزان جذب رطوبت توسط این مواد متفاوت است و به شرایط کارکرد و خواص هر یک بستگی دارد. براساس نوع ماده دسیکنت و میزان رطوبت موجود در هوا این مواد 10 تا 1100 برابر وزن خشک قادر به جذب رطوبت هستند پس از جذب رطوبت توسط دسیکنت ها با توجه به ظرفیت آنها این مواد اشباع میشوند و دیگر توانایی جذب رطوبت بیشتر را ندارد برای ادامه رطوبت گیری باید احیا شوند.
تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس
