مراحل تغییر فاز مبرد در چیلر تراکمی
در این آموزش، ما قصد داریم به صورت دقیق تر به رفتار مبرد ها در چیلرهای هوا خنک بپردازیم تا متوجه شویم چگونه به روشی کاملا پیشرفته تر از گذشته کار می کنند. ما این بار نگاهی به نوع مبرد و فشارها، دما، آنتالپی، آنتروپی، سرعت جریان و انتقال حرارت خواهیم داشت.
مقادیر استفاده شده در مثال ها برگرفته از داده های طرح اصلی هستند، هرچند نباید کارکرد یک چیلر را با این مقادیر مقایسه کنید. آنها مخصوص یک مدل و طرح عملکرد خاص هستند. اگر نیاز به مقایسه ی کارکرد چیلر دارید، با تولیدکننده ی چیلرتان تماس بگیرید و از آنها داده های طرح آن مدل را بخواهید. این مدل از مبرد R134a استفاده می کند.
اولین جزئی که در چرخه ی خنک سازی با آن شروع می کنیم، کمپرسور است که مبرد را به میزان قابل توجهی فشرده می کند تا دما و فشار را افزایش داده و سپس آن مبرد فشرده را دورتادور سیستم می گرداند. از اینجا به بعد، در کندانسور جریان می یابد، جایی که گرمای ناخواسته به هوا برمی گردد. پس از آن، انبساطی را داریم که مبرد را از لحاظ فشار و دما کاهش می دهد و در نهایت اواپراتور را داریم که گرمای ناخواسته را از مایع می گیرد. در بالای چیلر ، فن هایی هستند که هوا را در سرتاسر کویل های کندانسور جابه جا می کنند و به بیرون منتقل میکنند.
رفتار مبرد در مراحل تغییر فاز مبرد
حالا نگاهی به مراحل تغییر فاز مبرد در چهار مکان اساسی در چیلر می اندازیم.( کمپرسور،کندانسور،شیر انبساط،اواپراتور(تبخیر کننده))
در بالا مشاهده می کنید که چرخه ی خنک سازی برای چیلر، در دو بخش به همراه شماره گذاری نقاط مرجع (1،2،3،4) ، ترسیم شده و همچنین بر روی چیلر نیز نمایش داده شده تا بتوانید آنها را دنبال کنید.
نقطه ی اول در چرخه ی خنک سازی چیلر:
مبرد همین الان گرمای ناخواسته را از اواپراتور(تبخیرکننده) گرفته و آن را به بخار تبدیل کرده است. می دانیم که مبرد باید فشار کم، دمای پایین و بخار اشباع شده داشته باشد و مبرد در این نقطه، تقریباً 350kPa یا (3.5 Bar) در 5 درجه ی سلسیوس (41 درجهی فارنهایت)، آنتالپی 250 کیلوژول بر کیلوگرم (107 Btu بر پوند) و آنتروپی 0.916 کیلوژول بر کیلوگرم بر کلوین (0.219 Btu/lbm/F) است.
نقطه ی دوم در چیلر هوا خنک:
این مورد دقیقاً بعد از کمپرسور است پس می دانیم که مبرد باید فشار زیاد، دمای بالا و بخار بسیار گرمی داشته باشد. همچنین می توانیم از چارت ها ببینیم که قرار است در محدوده ی بخار داغ باشد. فشار حالا 1,500kPa (15 Bar)، دما 60 درجهی سلسیوس (140 درجه ی فارنهایت)، آنتالپی 280 کیلوژول بر کیلوگرم (120 Btu بر پوند) و آنتروپی 0.916 کیلوژول بر کیلوگرم بر کلوین (0.219 Btu/lbm/F) هستند. در اینجا می توانیم ببینیم که فشار، دما و آنتالپی افزایش یافته اند اما انتروپی همان مقدار باقی مانده است.
نقطه ی سوم:
پس از کندانسور است، یعنی مبرد کمی از گرمای ناخواسته را در هوا آزاد کرده است. می دانیم که مبرد هنوز باید دارای فشار زیاد، دمای متوسط و مایع اشباع شده باشد و حتماً بسیار به خط اشباع در گراف ها نزدیک باشد. در اینجا می بینیم که فشار همان 1,500kPa (15 Bar) باقی مانده است. دما پایین آمده زیرا انرژی گرمایی را از دست داده است و حالا 55 درجه ی سلسیوس (131 درجه ی فارنهایت) است. همچنین آنتالپی به 129 کیلوژول بر کیلوگرم (56 Btu بر پوند) و آنتروپی نیز به 0.458 کیلوژول بر کیلوگرم بر کلوین (0.109 Btu/lbm/F) کاهش یافته اند.
نقطه ی چهارم:
در بحث مراحل تغییر فاز مبرد به نقطه چهارم میرسیم که پس از شیر انبساط دهنده قرار دارد، مبرد منبسط شده، پس فشار و دمای آن پایین می آید. از این رو می دانیم که قرار است جایی درون بخش بخار باشد. فشار به (3.5 Bar) 350kPa کاهش یافته است. دما نیز به 5 درجه ی سلسیوس (41 درجه ی فارنهایت) کاهش یافته زیرا منبسط شده است. آنتالپی همان 129 کیلوژول بر کیلوگرم (56 Btu بر پوند) باقی مانده و آنتروپی کمی افزایش یافته است 483 کیلوژول بر کیلوگرم بر کلوین (0.115 Btu/lbm/F).
گرمای ناخواسته با استفاده از فن هایی که هوای آزاد را در سراسر کویل کندانسور پخش می کنند، به بیرون منتقل می شود. در این مثال، فن ها دبی حجمی کلی 30.75 مترمکعب بر ثانیه (30,750 لیتر بر ثانیه) را خواهند داشت. دمای هوای واردشده نزدیک به 30 درجه ی سلسیوس (86 درجه ی فارنهایت) و دمای خروجی حدود 44 درجه ی سلسیوس (111 درجه ی فارنهایت) خواهد بود. این موضوع منجر به انتقال گرمای 496 کیلو واتی می شود. می توانید این مورد را با اختلاف در آنتالپی نقطه ی دو و سه مشاهده کنید. یعنی تفاوت آنتالپی ضربدر دبی جرمی مبرد . دبی جرمی در این سیستم 3.3 کیلوگرم بر ثانیه (پوند بر ثانیه) است. از یک مبرد R134a و قدرت فشرده سازی 98.9 کیلو واتی استفاده می کند. قدرت فشرده سازی را می توانید با محاسبه ی تفاوت میان آنتالپی در نقطه ی دوم منهای آنتالپی در نقطه ی اول و سپس ضرب آن در دبی جرمی چیلر به دست آورید.
در این مثال، نرخ جریان آب سرد 15.8 کیلوگرم بر ثانیه (34.8 پوند بر ثانیه) است. دمای ورودی، یعنی دمایی که پس از جمع آوری همه ی گرمای ناخواسته ی درون ساختمان وارد آن می شود، نزدیک به 12 درجه ی سلسیوس (53.6 درجه ی فارنهایت) است. دمای آب خارج شده نزدیک 6 درجه ی سلسیوس (42.8 درجه ی فارنهایت) است. یعنی گرمای انتقالی 297 کیلو وات خواهد بود. این مورد را نیز می توانید با تفریق تفاوت در آنتالپی میان نقطه ی اول و چهارم و ضرب آن در نرخ جریان چیلر به دست آورید. این کار به شما انتقال گرما را می دهد.
