سیستم سرمایشی (Cooling System) یا سیستم تبرید، به سیستمی گفته می شود که برای کاهش دمای یک سازه، فضا یا دستگاه استفاده می شود.
استفاده از سیستم سرمایشی می تواند هدف هایی مانند تهویه مطبوع، افزایش بازده یک سیستم و جلوگیری از آسیب به آن داشته باشد. امروزه سیستم های سرمایشی به صورت گسترده استفاده می شوند و به همین دلیل برای کابردهای مختلف، این سیستم ها به صورت تخصصی طراحی و پیاده سازی می شوند.
اگر شما به تازگی وارد دنیای انواع سیستم سرمایشی شده اید، خواهید دید که بررسی و انتخاب یک سیستم از میان سیستم های متنوع موجود، کار پیچیده ای به نظر می رسد.
در این مقاله، انواع سیستم های سرمایشی و کاربردهای آن ها را بررسی می کنیم؛ پس اگر شما نیز به دنبال سیستم مناسبی برای کاربرد خاص خودتان هستید، تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.
انواع سیستم سرمایشی بر اساس نحوه کار
سیستم سرمایشی تبخیری
سیستم های سرمایشی تبخیری (Evaporative coolers) سیستم های بسیار ساده ای هستند که برای هر ساختمان، اتاق، کارخانه و انباری که پنجره باز ندارند، مناسب هستند.
این نوع سیستم ها با نام کولر آبی در بازار شناخته می شوند. کولرهای آبی دارای اندازه و مشخصات مختلفی هستند که این ویژگی، انتخاب آن ها را برای یک کاربرد خاص، آسان می سازد. این نوع از سیستم های سرمایشی در آب و هواهای گرم و خشک، تاثیر بیشتری دارند.
نحوه کار سیستم سرمایشی تبخیری، مطابق با تصویر زیر است. آب توسط یک پمپ از بالای پوشال ها ریخته می شود. با عبور هوا از میان پوشال ها توسط یک فن، مقداری از آب به بخار تبدیل می شود. فرایند تبخیر، گرماگیر است و به همین دلیل، دمای هوا کاهش می یابد.
مهم ترین ایراد این نوع سیستم سرمایشی، افزایش رطوبت هوا است که می تواند آزاردهنده باشد. مزیت این سیستم نیز سادگی، عملکرد موثر و ارزان بودن آن است.
چرخه تبرید
چرخه تبرید انتخاب اول برای خنک کاری یک ساختمان، اتاق یا دفتر در صورت نیاز به تهویه هستند. واحدهای تهویه مطبوع از چرخه تبرید استفاده می کنند. اغلب چرخه های تبرید، از نوع تبرید تراکمی بخار هستند. این چرخه دارای چهار بخش کندانسور، شیر خفانش، اواپراتور و کمپرسور است. در چرخه تبرید تراکمی، از تراکم و سپس تغییر فاز مبرد داخل چرخه برای انجام وظیفه سیستم سرمایشی استفاده می شود.
در این سیستم، ابتدا بخار مبرد با دما و فشار پایین در کمپرسور، فشرده شده و به بخار با دما و فشار بالا تبدیل می شود. سپس این بخار در کندانسور با محیط تبادل گرمایی کرده و از فاز بخار به فاز مایع تبدیل می شود.
در این مرحله، مایع به دست آمده، دما و فشار بالایی دارد. پس از کندانسور، شیر خفانش وجود دارد که وظیفه آن، شکستن و کاهش ناگهانی فشار مبرد است. بنابراین در این مرحله، مقداری از مبرد به بخار تبدیل شده و این فرایند باعث ایجاد سرمایش می شود.
در ادامه، اواپراتور قرار دارد. در این بخش، سرمای سیال دوفازی مبرد به هوا یا آب منتقل شده و بخش مایع این سیال رفته رفته به بخار تبدیل می شود. در انتهای اواپراتور، تنها بخار باقی می ماند که آماده ورود به کمپرسور و تکرار چرخه خواهد بود. در شکل زیر، عملکرد سیستم سرمایشی تراکمی را مشاهده می کنید.
برای مطالعه بیشتر در رابطه با این چرخه به مقاله چیلر تراکمی مراجعه کنید. علاوه بر این، در موارد کمی از چرخه تبرید جذبی استفاده می شود.
چرخه های تبرید انواع مختلفی دارند که در ادامه تعدادی از آن ها را بررسی می کنیم.
کولر گازی
کولر گازی که نامی تجاری در بازار برای سیستم تبرید با هدف تهویه مطبوع است، دارای چرخه تبرید تراکمی بخار است. کندانسور این کولر می تواند خارج از محیط استفاده قرار بگیرد که در این صورت، به آن سیستم اسپلیت (به معنای جدا) نیز گفته می شود. معمولا کولرهای گازی دارای ظرفیت محدودی بوده و تنها برای خنک کاری یک محیط کوچک (مثلا یک طبقه از ساختمان) استفاده می شوند.
سیستم داکت اسپلیت
در سیستم سرمایشی داکت اسپلیت، اصول کاری مشابه کولرهای گازی است اما این سیستم برای سرمایش بخش های مختلف استفاه می شود. بنابراین یک واحد مرکزی وجود دارد که هوای سرد را تهیه کرده و توسط کانال های مختلف، هوای سرد به بخش های متفاوت ارسال می شود.
چیلر صنعتی
چیلرهای صنعتی جزو پرکاربردترین نوع سیستم های سرمایشی هستند که در صنایع مختلف، برای اهداف متفاوتی به کار می روند. مهم ترین تفاوت این چیلرها نسبت به چیلرهای تهویه مطبوع، بخش اواپراتور آن ها است.
در اواپراتور این چیلرها، سیالی که سرما به آن منتقل می شود، آب است. خواص حرارتی آب مانند ظرفیت گرمایی ویژه و چگالی آن تفاوت زیادی با هوا دارند و به همین دلیل، ساختار اواپراتور نیز متفاوت تر خواهد بود. اواپراتور اغلب چیلرهای صنعتی، از مبدل های حرارتی پوسته لوله و سایر مبدل های شبیه به آن تشکیل شده است.
انواع سیستم سرمایشی بر اساس سیال خنک کاری
نوع سیال خنک کاری بر اساس شرایط کاری انتخاب می شود. همچنین در برخی از کشورها برای مناطق جغرافیایی ویژه، قوانین خاصی مانند عدم استفاده از آب نیز وجود دارد.
تمام این موارد، ویژگی های سیستم سرمایشی مانند حداکثر میزان انتقال حرارت، حداقل دمای سیال، نرخ مصرف آب، میزان صدای سیستم و مصرف انرژی را مشخص می کنند.
در هنگام انتخاب یک سیستم سرمایشی، ارزیابی بهترین فناوری موجود یا BAT (best available technology) باید انجام گیرد. ارزیابی BAT می تواند میزان مصرف انرژی را به حداقل رسانده و همچنین در مصرف آب، صرفه جویی کند.
جدول زیر، گزینه های موجود و شرایط متناسب با آن ها را برای انواع سیال سیستم سرمایشی نشان می دهد.
| سیال سرمایشی | نحوه عملکرد | بازه دمای در دسترس (درجه سلسیوس) | مزایا | محدودیت ها |
| آب خنک کاری | استفاده از کولر آبی یا برج خنک کن (بدون سیستم تبرید) | 32 تا 45 (وابسته به دمای حباب تر و ترکیب آب) | · معمولا آب خنک کاری در آب و هوای متعادل بهترین گزینه سیال خنک کاری با دمای زیر 50 درجه است. | · ترکیب آب باید به صورت مرتب کنترل و بررسی شود. |
| هوا | استفاده از کویل کندانسور (بدون سیستم تبرید) | 50 تا 60 | · عدم استفاده از آب که ممکن است در برخی مناطق، نایاب باشد. · در مناطقی با رطوبت بالا که استفاده از آب، مشکلات زیادی دارد، عملکرد خوبی دارد. · معمولا هوا در آب و هوای متعادل بهترین گزینه سیال خنک کاری با دمای بالای 65 درجه است. | · در شرایطی که دمای سرمایشی موردنظر بالاتر از دمای حباب خشک هوای محیط باشد، استفاده از این سیال امکان پذیر نخواهد بود. |
| آب خنک | استفاده از سیستم تبرید تراکمی یا جذبی | 5 تا 12 | · دمای پایین تر از موارد قبل | · نیاز به سیستم تبرید با مصرف انرژی و هزینه و اولیه بالا |
| مبرد | سیستم تبرید تراکمی یا جذبی | پایین تر از دمای محیط | · قابل دسترسی در بازده دمایی گسترده و قابلیت طراحی برای انواع سیستم ها | · این نوع سیستم تبرید، هزینه بالایی دارد و هر چه تعداد طبقات بالاتر بوده و دمای سرمایشی پایین تر باشد، هزینه سیستم تبرید، بیشتر می شود. |
کاربردهای سیستم سرمایشی
سیستم های سرمایشی برای انجام وظیفه منحصر به هر کاربرد و صنعت طراحی می شوند. مهم ترین صنایع و کاربردهای سیستم سرمایشی را در ادامه بررسی می کنیم.
- سرمایش ناحیه ای: یکی از مهم ترین موارد استفاده سیستم سرمایشی، خنک کاری مناطق بسته و مراکز توریستی است. در هتل ها و مراکز خرید بزرگ از سیستم تبرید ناحیه (District Cooling) برای رسیدن به این هدف، استفاده می شود. نحوه کار سیستم های ناحیه ای بر اساس تولید سیال خنک کاری (اغلب آب) با فناوری بالاتر در موتورخانه مرکزی است. سپس این سیال به بخش های مختلف مانند خانه ها، دفاتر، فروشگاه ها و سایر مراکز مسکونی و تجاری توزیع می شود. با استفاده از سرمایش ناحیه ای، به دلیل بهینه سازی تجهیزات صنعتی، بازده بالاتری به دست می آید. همچنین هزینه های اولیه، نگهداری و عملکرد این سیستم ها پایین تر از سیستم های متداول است.
- تولید برق: بازده نیروگاه ها تابع دمای ورودی هوا است و هر چه این دما بالاتر باشد، بازده نیروگاه کاهش می یابد. علاوه بر این برخی از تجهیزات نیروگاه ها مانند پره های متحرک توربین ها نیز نیازمند خنک کاری هستند. به همین دلیل استفاده از سیستم سرمایشی در صنایع تولید برق یکی از کاربردهای رایج این سیستم ها است.
- صنایع شیمیایی و پتروشیمی: با وجود اینکه در فرایندهای شیمیایی کنترل پارامترها به اندازه فرایندهای صنایع دارویی مهم نیست، کنترل دما همچنان یک عامل موثر در بازده فرایندها به حساب می آید. بنابراین برای رسیدن به محصولی با کیفیت بالا، استفاده از سیستم تبرید ضروری است. در صنایع شیمیایی و پتروشیمی، نیروگاه های خنک کاری در مقیاس بالا استفاده می شوند. به دلیل دبی بسیار بالای مورد نیاز، از آب دریا یا رودخانه نیز برای سیستم تبرید استفاده می شود. ( با قیمت چیلر دارویی بیشتر آشنا شوید. )
- صنایع دارویی: در صنایع دارویی کنترل دقیق تمام پارامترها برای انجام موفق فرایندها کاملا ضروری است. علاوه بر این، بسیاری از مراحل تولید، نیازمند واکنش های بیولوژیکی و بیوشیمیایی هستند که این واکنش ها تنها در شرایط دمایی خاصی انجام می شوند و تنها در این شرایط، گونه های میکروبیولوژیکی، ترکیبات شیمیایی را با بیشترین بازده تولید کنند. بنابراین سیستم سرمایشی بخشی جدایی ناپذیر در صنایع دارویی به حساب می آید.
- صنایع غذایی و نوشیدنی: برای جلوگیری از فساد و ایجاد آلودگی های میکروبیولیژیکی، کنترل دمای غذاها و نوشیدنی ها ضروری است. هر محصولی در این صنایع، شرایط به خصوصی برای نگهداری دارد. یکی از مهم ترین موارد این شرایط، دما است. سیستم سرمایشی برای محصولاتی مانند ماهی، مرغ، گوشت، لبنیات و میوه ها یک بخش ضروری است تا تولید و نگهداری از آن ها با مشکل روبرو نشود.
در صنایع غذایی و نوشیدنی، سیستم های سرمایشی مختلفی استفاده می شوند. اگر وجود سیستم خنک کاری در حین فرایندهای تولید ضروری باشد، رایج ترین نوعی که استفاده می شود، چیلر صنعتی با آب خنک است. یکی از مواردی که در این صنایع باید رعایت شود، ترکیبات سیال خنک کننده است تا از سلامت محصولات، اطمینان حاصل شود.
- مراکز داده: در مراکز داده، تعدادی از سرورها برای پردازش و توزیع اطلاعات در یک اتاق یا مرکز قرار می گیرند. این سرورها در حین کار، گرمای زیادی تولید می کنند و در صورتی که گرمای تولیدشده از دستگاه دفع نشود، تجهیزات آسیب دیده و یا عملکرد آن ها کاهش می یابد. در این مراکز معمولا از سیستم سرمایشی قدرتمند با هوای خنک استفاده می شود.
- سایر صنایع: صنایع دیگری مانند صنایع دریایی و متالورژی برای انجام فرایندها و ایجاد فضای راحت برای کارکنان از سیستم سرمایشی استفاده می کنند. در چنین صنایعی، طراحی سیستم باید به گونه ای باشد تا از مشکلات کوتاه مدت و بلند مدت جلوگیری شود.
سخن آخر
در این مقاله، انواع سیستم سرمایشی و کاربردهای آن ها را بررسی کردیم تا به دنیای وسیع سیستم های تبرید وارد شویم. سیستم های سرمایشی بخش جدایی ناپذیر زندگی روزمره ما شده اند و بدون آن ها تصور آسایش، محال به نظر می رسد.
این مقاله تنها نگاهی کلی به این سیستم ها است و برای طراحی، انتخاب، پیاده سازی، ساخت و عملکرد سیستم های سرمایشی به تجربه و تخصص بالایی نیاز است. اگر شما نیز خواهان ورود به این زمینه هستید، با کارشناسان شرکت فراسرد در ارتباط باشید تا از تخصص و تجربه این شرکت در زمینه انواع سیستم های سرمایشی بهره مند شوید.