التقنيات الحديثة والمتطورة في هندسة التبريد والتكييف

دورة وقوانين التبريد The Refrigeration Cycle

• قوانين التبريد:

• جميع أنظمة التبريد وهي خمسة قوانين أساسية وهي :

• الموائع تمتص الحرارة عندما تتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ( من سائل إلى بخار ) وتطرد الحرارة عند تحولها من بخار إلى سائل .

• يغير المائع حالته عند درجة حرارة وضغط ثابتين .

• تنتقل الحرارة فقط من الجسم الذي درجة حرارته أعلى إلى الجسم الذي درجة حرارته أقل من الجسم الساخن إلى الجسم البارد

• الأجزاء المعدنية للمبخر والمكثف يجب أن تكون جيدة التوصيل للحرارة ويجب اختيار المعدن الذي لا يتفاعل مع وسيط التبريد ويعتبر النحاس الأصفر والنحاس الأحمر وألألومنيوم هي أكثر المعادن شيوعاً .

• الطاقة الحرارية وأشكال الطاقة الأخرى قابلة للتحول من أى صورة إلى أخرى فعلى سبيل المثال ، يمكن تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية ، وبالعكس يمكن تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية ، وكذا تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية وهكذا .

دورة انضغاط البخار :

• تسمى دورة انضغاط البخار بهذا الاسم نظرا لأن الضاغط يقوم بضغط بخار وسيط التبريد من الضغط المنخفض إلى الضغط العالي ، وهذا الانضغاط يحدث انتقال للطاقة الحرارية من داخل الحيز المبرد إلى الخارج .

• حيث يقوم الضاغط بنقل الحرارة من مكان إلى آخر فإنه قد يسمى أيضا بالطلمبة الحرارية Heat Pump

• ويتكون نظام التبريد أساساً من جانب الضغط العالي وجانب الضغط المنخفض ،

الضاغط Compressor

• وظيفة الضاغط في دورة الانضغاط هي رفع ضغط البخار الجاف من الضغط المنخفض إلى الضغط العالي للمكثف ، ويعتبر الضاغط أحد الأجزاء الرئيسية في أى دوؤة تبريد ميكانيكية فبدون الضاغط لايمكن حدوث دورة التبريد وإعادة سائل التبريد إلى حالته الأصلية من حيث المحتوى الحراري .

• والغرض من استخدام الضاغط هو رفع ضغط وسيط التبريد القادم من المبخر لضغط مناظر لدرجة حرارة تشبع أعلى من درجة حرارة الجو المحيط أو الوسط المحيط وهذا يؤدي إلى حدوث التبادل الحراري بين وسيط التبريد بالمكثف والوسط المحيط كما أنه يؤدي إلى تكثيف وسيط التبريد وتصنع الضواغط بأشكال وأحجام وتصميمات مختلفة

المكثف Condenser

• المكثف هو احد عناصر الرئيسية في أي دورة تبريد ، ووظيفة المكثف في دورة انضغاط البخار هي استقبال بخار وسيط التبريد الساخن العالي الضغط والقادم من الضاغط ، وتخليصه من الحرارة التي امتصها في المبخر وهذه الحرارة عبارة عن حرارة التحميض والحرارة الكامنة وكذلك الحرارة الناتجة عن شغل الضاغط وتطرد هذه الحرارة إلى الوسط المحيط فإذا كان الوسط المحيط هو الهواء سمي المكثف بالمكثف المبرد بالهواء ( هوائياً ) وإذا كان الوسط المحيط ماء سمى المكثف بالمكثف المبرد بالماء ( مائيا) أما إذا كان التبريد بالمكثف وسيط التبريد مرة أخرى إلى سائل.

صمام التحكم Control Valve

• الغرض من صمام التحكم هو التحكم في سريان وسيط التبريد من جانب المكثف ذي الضغط العالي في الدورة إلى المبخر ذي الضاغط المنخفض . ففي هذا الصمام يتم خفض ضغط سائل التبريد القادم من المكثف وتبعاً لذلك درجة حرارة التشبع ، حيث أن لكل ضغط توجد درجة حرارة تشبع معنية.

• ولكن بدون تغير في الانثالبى ومعنى ذلك أن كمية الحرارة الموجودة في سائل قبل دخولها صمام التحكم تساوى كمية الحرارة بعد خروجها من الصمام ، ولكن سائل التبريد سيكون عند ضغط منخفض ودرجة حرارة منخفضة وهي درجة حرارة التشبع عند هذا الضغط .

• ويتحقق خفض الضغط باستخدام فوهة ذات سريان متغير إما من درجة التحكم أو ذات وضعين ويمكن تقسيم صمامات التحكم في سائل وسيط التبريد إلى :

• صمام التحكم اليدوي .

• عوامة جانب الضغط المنخفض.

• عوامة جانب الضغط العالي .

• الأنبوبة الشعرية .

• صمام التمدد الاتوماتيكي .

• صمام التمدد الثرموستاتى .

المبخر Evaporator

• الغرض من المبخرة في دورة التبريد هو استقبال وسيط التبريد ذي الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة ، والقادم من صمام التحكم ، وجعله في ملامس حراري ملاصق مع الحمل ويستمد وسيط التبريد حرارته الكامنة للتبخر من الحمل وأى كمية حرارة تمتص في المبخر تحول جزءا من السائل عند درجة حرارة التشبع إلى بخار عند نفس الضغط ودرجة الحرارة وتنقسم المبخرات إلى نوعين رئيسيين هما :

• نظام جاف

• نظام الغمر.

الأجزاء الإضافية في دورة التبريد :

• وهناك أجزاء أخرى في دورة التبريد ضرورية لسلامة عمل هذه الأجراء الرئيسية أو تمكينها من أداء عملها وسوف تجد هذه الأجزاء في أى وحدة تبريد سواء أكانت هذه الوحدة وحدة تبريد تجارية أو صناعية أو وحدة تبريد منزلية وهذه الأجزاء الإضافية هي

المجتمع Accumulator

• وهو جهاز أمان لمنع سائل وسيط التبريد من المرور إلى خط السحب ومنه إلى الضاغط ويوجد في دائرة التبريد التي تستعمل الأنبوبة الشعرية .

• فاصل الزيت Oil Separator ويوجد في وحدات التبريد التي تعمل في درجات حرارة منخفضة جداً كفريزرات التبريد العميق، حيث يوجد فاصل الويت بين خط الطرد للضاغط والمكثف ، والغرض الأساسي من فاصل الزيت هو تخلص بخار وسيط التبريد الساخن ذو الضغط العالي من الزيت الزائد والغير مرغوب فيه بالنسبة لأجزاء الدائرة الأخرى مثل المكثف والمبخر ، حيث يتم فصل الزيت وإعادته الى علبة مرفق الضاغط عن طريق ماسورة .

• وهناك عناصر أخرى مهمة أيضا لازمة لسلامة عمل الأجزاء الرئيسية وهي المبادل الحراري ، والمجفف ، وخزان السائل ، وبالنسبة للدوائر الكهربائية فيوجد الثرموستات وهو ضابط الحرارة وضابط الضغط العالي ، وضابط الضغط المنخفض وغيرها من العناصر الهامة .

التصميم الداخلي للمكيفات المنفصلة

• تبذل الشركات التي تصنع المكيفات المفصولة جهودا لتجعل الوحدات المروحية (وهي الجزء البارز للعيان في الغرفة) منسجمة مع التصميم الداخلي للفراغ . لذلك تقدم الشركات المصنعة تنوعا من النماذج , بعضها تثبت على أعلى الجدار و بعضها تثبت على الأرض بالقرب من الجدار و بعضها على السقف . و تصنع في نماذج تركب ضمن السقف المستعار فلا يرى جسم الوحدة و إنما ترى فتحة الهواء فقط .

التكيف المركزي المدمج :

• يتكون من قطعة واحدة كبيرة الحجم تشمل جميع الأجهزة الخاصة بالتبريد و توضع فوق السطح . و تحتاج لعمل فتحة كبيرة (1*1م) تقريبا في سقف البيت لمرور دكت الهواء إلى الأماكن المراد تكيفها

• و يكون استعماله عادة لمبنى لا يزيد عن طابقين أو ثلاثة .

مكيفات منفصلة مركزية .

• في الماضي كانت المكيفات المنفصلة تستخدم أساسا في المباني السكنية الصغيرة بسبب القيود على طول المسافة بين الضاغط و الوحدة المروحية وبسبب كثرة الأنابيب والأسلاك إذا أن كل وحدة مروحية ينبغي وصلها بضاغطها الخاص على السطح بالأنابيب و أسلاك تحكم . و إذا كانت البناية كبيرة فلا مناص من الجو إلى التكييف المركزي الأكثر كلفة .

• إلا أن شركة دايكن أدخلت مؤخرا نظاما يبسط التوصيلات و يسمح لضاغط مركزي في السطح أن يشغل مجموعة من الوحدات المروحية مع إمكانية التحكم في عمل كل وحدة مروحية على حدة .

• كما أن أطول مسافة بين وحدة مروحية و الضاغط المركزي أصبحت 100م.وهذا يسمح باستخدام هذا النظام في مباني الشقق والمباني المكتبية ذات الحجم المتوسط.

• حيث أنها تتكون من قطعتين وبذلك تكون وحدة التكيف على السطح متصلة بالوحدة الداخلية التي عادة ما يتم تركيبها في السندرة , و التي يخرج منها الهواء عن طريق الدكات لتوزيع الهواء المكيف على المكان و يخدم هذا النظام مبنى من عشرة طوابق و أكثر .

• ويحتاج هذا النظام لعمل فنحات صغيرة في سقف البيت لمرور أنابيب الغاز , و نقطة قريبة من الوحدة الداخلية الموجودة في السندرة لصرف مياه التكييف أثناء التشغيل .

نظام القاعدة الحرة المنفصلة :

• يتكون لهذا النوع نفس صفات النظام المنفصل ( الوحدات ) ولكن ذات قدرة أكبر على التبريد تصل إلى 200.000 بي تي يو/ساعة.