چكیده

سرمایش تبخیری قدمت زیادی دارد. قبل از ورود سیستم‌های تهویه مطبوع، سرمایش تبخیری، متد موثری برای خنك كردن یك خانه به شمار می‌رفت. در آب و هوای خشك، سرمایش تبخیری، همواره منسوب به كولر آبی است كه برای خنك كردن خانه‌ها به صورت ارزان قابل استفاده می‌باشد.
اساس كار در كولرهای آبی سرمایش تبخیری مستقیم است در این فرایند رطوبت به هوا اضافه می‌شود یك كولر آبی شامل بدنه ، فن ،درپوشها، پمپ گردش آب، مخزن آب، شیر شناور، خطوط توزیع آب و موتور الكتریكی است. سیستم كار كولرهای آبی بدین گونه است كه آب موجود در مخزن توسط پمپ آب بر روی درپوشها ریخته می‌شود الكتروموتور توسط تسمه فن را به چرخش در می‌آورد با چرخش فن هوا از فضای بیرون به داخل محفظه كولر كشیده می‌شود و با عبور از سطح پوشالهای خیس، رطوبت هوا افزایش پیدا كرده و دمای آن نیز كاهش پیدا می‌كند.
با توجه به تولید كولر آبی در داخل كشور و نیز استفاده از این وسیله برای خنك كردن منازل یك وسیله خنك كننده ملی شناخته شده است و بیش از 70% اقلیم جغرافیایی كشور به آن نیاز دارد .

  سرمایش

برای سرمایش ساختمانهای مسكونی و تجاری سه روش كلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش اول استفاده از یك سیكل تبرید تراكمی و روش دوم استفاده از یك سیكل جذبی است. روش دیگر برای توید سرمایش استفاده از قابلیت هوای كم رطوبت به منظور تبخیر آب در یك فرایند آدیاباتیك می‌باشد كه در نتیجه دمای حباب خشك هوا در طی فرایند افت می‌كند به چنین فرایندی سرمایش هوا بوسیله تبخیر آب گفته می‌شود این روش برای مناطق خشك كاربرد دارد.
بسیاری از ساختمانهای مناطق بیابانی بار سرمایش محسوس خود را با استفاده از روش سرمایش تبخیری تأمین می‌كنند كه نسبت به سایر روشها مقرون به صرفه می‌باشد .
در ادامه ابتدا به توضیح خلاصه سیكلهای جذبی و تراكمی پرداخته و در نهایت به توضیح سرمایش تبخیری و تجهیزات آن می‌پردازیم.

1 _ 1 _ سیكل سرمایش رنكین

تصویر 1 _ 1 شكل شماتیك سیكل ایده‌آل تراكمی را روی نمودار p-h نشان می‌دهد در این نمودار از افت‌های فشار و دما صرفنظر شده است.
مهمترین عامل برای نشان دادن نحوه این عملكرد سیكل، ضریب عملكرد ( c.o.p) می‌باشد كه برای سیكل ایده‌آل عبارت است از :

 ( 1 _ 1 )مهمترین عامل برای نشان دادن نحوه این عملكرد سیكل، ضریب عملكرد ( c.o.p) می‌باشد كه برای سیكل ایده‌آل عبارت است از :

 
 
 
 
 
 
شكل 1 _ 1 سیكل سرمایش رنكین

شكل 1 _ 1 سیكل سرمایش رنكین

 
 


1 _ 2 _ سیكل جذبی
    با استفاده از سرمایش جذبی  انرژی قابل توجه ورودی به كمپرسور در سیكل تراكمی با مقدار كمی انرژی ورودی پمپ و افزودن حرارت جایگزین می‌شود و كار مكانیكی بطور قابل ملاحظه‌ای كاهش می‌یابد این روش بخصوص زمانی به صرفه است كه یك منبع تولید حرارت با دمای بین 100 _ 200 درجه سانتیگراد وجود دارد.
    نمودار شماتیك یك سیكل جذبی در تصویر 1 _ 2 آمده است.
دو نوع متعارف جذب كننده برد در این سیكل، لیتیم بروماید و محلول آمونیاك در آب می‌باشد در اولی سیال مبرد عبارتست از بخار آب كم‌فشار و در دومی آمونیاك .

 
شكل 1-2 سیكل جذبی لیتیم بروماید

شكل 1-2 سیكل جذبی لیتیم بروماید

 
 
 سیستم لیتیم بروماید ساده‌تر است چرا كه در این سیستم جدایی كامل مبرد و جاذب لزومی ندارد با این وجود این سیستم دو شكل دارد، دمای اواپراتور نباید كمتر از 5 درجه سانتیگراد باشد و بعلاوه ژنراتور باید در دمای به اندازه كافی بالا كار كند تا از بلوری شدن نمكهای لیتیم بروماید جلوگیری كند.
نحوه عملكرد این سیستم هم بوسیله ضریب عملكرد صورت می‌گیرد.

سیستم لیتیم بروماید
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ضریب عملكرد این سیستمها بین 5/0 تا 2/1 می‌باشد.
 سیستمهای جذبی آمونیاك قدیمی‌تراند اما امروزه نسبت به سیستم‌های لیتیم بروماید كمتر استفاده می‌شوند. این سیستمها دارای این مزیت هستند كه اواپراتور در فشار بزرگتر از فشارمحیط كار می‌كند و اواپراتور می‌تواند در دمای كمتر از دمای نظیر برای سیكل لیتیم بروماید كار كند. اما در عوض اجزای اضافی برای سیكل آمونیاك مورد نیاز است ضرایب عملكرد این در سیستم تقریباٌ یكی است.
 
1 _ 3 _ چیلرها
یك چیلر مجموعه‌ای از دستگاهاست كه برای تهیه آب سرد به منظور سرمایش فضای موجود در ساختمان بكار می‌رود دستگاههای تشكیل دهندة یك چیلر با توجه به نوع سیكل مورد استفاده متفاوت خواهند بود ولی مینیمم تجهیزات لازم عبارتند از: یك اپراتور، كندانسور، یك وسیله انبساطی و یك كمپرسور برای سیكل تراكمی و سیستم پمپ، ژنراتور، جذب كننده برای سیكل‌های جذبی.

 
شكل 1-3 چیلر تراكمی

شكل 1-3 چیلر تراكمی

 
 

 

تصویر 1 _ 3  یك نمونه از چیلر مبتنی بر سیكل تراكمی را نشان می‌دهد.

1 _ 4 _ سرمایش تبخیری   ( Evaporative  air  cooling)

تجهیزات سرمایش تبخیری هوا را به دو گروه مستقیم و غیر مستقیم می‌توان  تقسیم كرد در سرمایش تبخیری از طریق كم كردن درجه حرارت حباب خشك هوا، شرایط محیطی مناسبتری برای زندگی تأمین می‌گردد همچنین در سرمایش تبخیری با كنترل كردن درجه حرارت حباب خشك و یا رطوبت نسبی می‌توان تولید حبوبات یا محصولات صنعتی را بهبود بخشید. عملكرد سرمایش تبخیری مستیماٌ به شرایط اقلیمی وابسته است.

1 _ 4 _ 1) سرمایش تبخیری مسقیم:) (Direct Evaporative  Air  Cooling

فرایند سرمایش تبخیری مستقیم ، یك فرایند تبادل حرارت آدیاباتیك است حرارت از هوا به آب انتقال می‌یابد و آب تبخیر می‌گردد. به این ترتیب درجه حرارت حباب خشك هوا كاهش خواهد یافت و سرمایش محسوس انجام می‌شود تجهیزاتی كه در آنها با تبخیر مستقیم آب درداخل جریان هوا سرمایش ایجاد می‌شود چندین نوع هستند این گونه‌ها عبارتند از:

(1) كولرهای تبخیری <!--[if !supportFootnotes]-->[1]<!--[endif]-->

(2) هوا شورهای دارای بستر مرطوب <!--[if !supportFootnotes]-->[2]<!--[endif]--> و هواشورهای با پاشش آب <!--[if !supportFootnotes]-->[3]<!--[endif]-->

(3) واحدهایی كه در آنها بر روی كوپل آب پاشیده <!--[if !supportFootnotes]-->[4]<!--[endif]--> می‌شود.

(4) رطوبت زن‌ها <!--[if !supportFootnotes]-->[5]<!--[endif]-->

1 _ 4 _ 2 _ سرمایش تبخیری غیر مستقیم indirect  Evaporative

در سیستمهای غیر مستقیم هوا در یك مبدل حرارتی كه جریان هوای ثانویه از آن می‌گذرد، سرد می‌شود هوای ثانویه را نیز می‌توان مستقیماٌ به روش تبخیری و یا توسط آبی كه به روش تبخیری خنك شده است سرد كرد. در زمانهای گذشته، تجهیزات سرمایش تبخیری غیر مستقیم خیلی گران بودند ولی افزایش قیمت انرژی، لزوم كنترل كیفیت هوای داخل و مشكلات زیست محیطی مربوط به كلروفلور و كربنها موجب گردیده است كه در استفاده از سیستمهای سرمایش تبخیری مستقیم و غیر مستقیم تجدید نظر شود.

نمونه‌ای از سیستمهای دارای سرمایش تبخیری غیر مستقیم عبارتند از:

( 1 ) كولرهای تبخیری غیر مستقیم هوا <!--[if !supportFootnotes]-->[6]<!--[endif]-->
<!--[if !supportFootnotes]-->

<!--[endif]-->

1- cooler  Evaporative

[4]   sprayed<!--[if !supportFootnotes]--><!--[endif]-->

<!--[if !supportFootnotes]-->[6]<!--[endif]--> -air coolers     indirect Evaporative

 

(2 ) سیستمهای برج خنك‌كن <!--[if !supportFootnotes]-->[1]<!--[endif]--> / كویل <!--[if !supportFootnotes]-->[2]<!--[endif]-->

با تركیب كولرهای تركیبی مستقیم و مبدل‌های حرارتی نیز می‌توان سرمایش تبخیری غیر مستقیم را بوجود آورد. لوله‌های حرارتی <!--[if !supportFootnotes]-->[3]<!--[endif]-->، چرخهای حرارتی چرخان <!--[if !supportFootnotes]-->[4]<!--[endif]-->، مبدلهای حرارتی صفحه‌ای <!--[if !supportFootnotes]-->[5]<!--[endif]--> و مبدل‌های حرارتی پوسته _ لوله‌ای <!--[if !supportFootnotes]-->[6]<!--[endif]--> را می‌توان بدین منظور استفاده كرد .

با سرمایش تبخیری هوای ثانویه توسط پاشش مستقیم آب بر روی سطوح مبدل حرارتی و با استفاده از كولرهای تبخیری مستیم در قبل از مبدل حرارتی می‌توان هوای اولیه را مستیماٌ سرد كرد و حرارت آن را به هوای ثانویه منتقل نمود.


2_1_ كولر آبی و اهمیت آن

 یكی از اولین روشهایی كه بشر جهت خنك كردن محیط اطراف خود انتخاب نمود گذراندن هوای داغ بیرون از روی بوته‌های مرطوب خار و عبور آن به داخل چادر یا كلبه خود بوده است . نوع تكامل یافتة این گونه خنك‌كننده‌ها در شهرهای حاشیه كویر مخصوصاٌ یزد دیده می‌سوند كه با ساختن بادگیر در جهت مناسب، جریان هوای بیرون به داخل هدایت می‌شود تا با عبور از روی سطوح مرطوب دمای آن كاهش یابد .

با كشف و كاربرد الكتریسیته و ساخت موتورهای برقی نوع پیشرفته‌تر این گونه خنك‌كننده‌ها در قالب كولرهای آبی ایرواشری و برجهای خنك‌كن ساخته شد و به بازار عرضه گردید با توجه به عملكرد اینگونه وسایل كه از نظر ترمودینامیكی تقریباٌ به صورت آدیاباتیك صورت می‌گیرد ما در اغلب موارد با كاهش دما و افزایش رطوبت شرایط هوای بیرون به آسایش مورد نیاز انسان نزدیكتر می‌شویم بدون اینكه هیچگونه گرماگیری از محیط داخل انجام پذیرد.

اگر این خنك‌كننده‌ها برای اماكنی با شرایط محیطی نسبتا نامطوب مانند اغلب كارخانه‌های صنعتی، محیطهایی كه رطوت بالا نیاز دارند مانند گلخانه‌ها، سالن‌های كشت محصولات در سایه و غیره و یا اماكن مسكونی كه در نقاط نسبتاٌ خشك و نیمه خشك قرار دارند بكار می روند می توانند شرایط آسایش نسبتا مناسبی را فراهم آورند .

در این میان كولر های آبی متداولترین این دستگا هها می‌باشند كه به دلیل ارزان بودن، سادگی استفاده و مصرف برق كم نسبت به سایر وسایل برودتی بیشترین كاربرد علی الخصوص در اماكن مسكونی را دارا می‌باشد .

طبق بررسیهای انجام شده در سال 1375 مصرف برق این وسیله حدود 1550 گیگاوات ساعت بوده است كه حدود دو درصد مصرف كشور می‌باشد .

2-2 _ساختمان كولر آبی

فن

از یك قطعه فلزی یكپارچه ساخته می‌شود كه باید با دستگاههای الكترونیكی كاملا بالانس شود كه باعث عمر طولانی یا تاقانها شده و نیز به مدت طولانی بدون صدا و لغزش به كار خود ادامه دهند

پوشا لها

به منظور جریان بهتر هوا و آب می بایست ضخامت پوشالها در تمام سطوح، پخش گردد بدین منظور پوشالها با دستگاههای اتوماتیك دوخته شده و مانع از عبور گردو غبار به درون اتاق می‌شود .

بدنه

بدنه و قسمتهای فلزی آن كه از جنس ورق گالوانیزه می‌باشد با لایه ضخیمی از فلز روی و رنگ پودر پوشش داده می‌شود .

الكتروموتور

در ادامه بحث راجع به الكتروموتور به تفصیل بحث شده است .

پمپ آب

پمپ آب كار پمپاژ آب از تشك پایینی كولر به سه راهه آب را به عهده دارد و می‌تواند به راحتی آب را به ارتفاع دو متری برساند .

2-3 _ اصول عملكرد كولرهای تبخیری ( آبی ) مستقیم

در كولرهای آبی مستقیم آب در داخل جریان هوا تبخیر می‌شود شكل 2-1 تغییرات ترمودینامیكی هوا و آب در هنگام تماس مستقیم را نشان می‌دهد .

 درجه حرارت تعادل آبی كه بطور مداوم گردش می‌كند ، برابر با درجه حرارت حباب تر هوای ورودی خواهد بود. در اثر انتقال جرم و حرارت بین هوا و آب ، همزمان با ثابت ماندن درجه حرارت حباب تر، درجه حرارت حباب خشك هوا كاهش و رطوبت نسبی آن افزایش می‌یابد .

حد نزدیك شدن درجه حرارت هوای خروجی از یك كولر آبی مستقیم به درجه حرارت حباب تر هوای ورودی، یا حد اشباع شدن كامل هوای خروجی را بر حسب بازده اشباع مستقیم<!--[if !supportFootnotes]-->[7]<!--[endif]-->بیان می‌كنند .<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
 
 
شكل 2-1 عملكرد متقابل هوا و آب در یك كولر تبخیری هوا

شكل 2-1 عملكرد متقابل هوا و آب در یك كولر تبخیری هوا