امروزه فراهم نمودن شرایط آسایش و تهویه مناسب محل زندگی و کار یکی از فاکتورهای مهمی است که مد نظر مهندسان و سازندگان ابزارها و لوازم تهویه ای می باشد. شرایط آسایش برای مکانهای مختلف بسته به نوع کارایی آنها متفاوت می باشد. به طور مثال این شرایط در یک اتاق اداری با یک اتاق خواب متفاوت خواهد بود، اما به طور میانگین این شرایط آسایش با سه مشخصه زیر برآورد میگردد:
دمای حباب خشک حدود °C24
رطوبت نسبی % 70
سرعت هوا m/s 3/0
بدین منظور سیستمهای گرمایش و سرمایش مختلفی طراحی، ساخته و مورد استفاده قرار گرفته است. با پیشرفت تکنولوژی این سیستمها نیز تحول یافته و تغییراتی در جهت کارکرد بهتر آنها صورت گرفته است. سیستمهای سرمایش خود به چند دسته عمده تقسیم بندی می شوند که هر یک کاربرد خاصی دارندکه درمطالب گذشته به چند نمونه از آنها پرداختیم. از جمله این سیستمها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
سیستمهای خنک کننده تراکمی
سیستمهای خنک کننده جذبی
سیستمهای خنک کننده تبخیری
سیستمهای خنک کننده تراکمی و تبخیری
سیستم خنک کننده جذبی سیستم جدیدی می‌باشد که به دلیل هزینه بالا کمتر از دو نوع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستمهای خنک کننده تراکمی که بر پایه فشرده کردن یک سیال و تغییر فاز آن از حالت مایع به بخار کار می کنند یکی از کاربردی ترین سیستمهای خنک کننده می باشند که در مناطق مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.
سیستمهای خنک کننده تبخیری که بر اساس تبخیر آب در هوا کار می کنند نیز از جمله سیستمهای خنک کننده کاربردی می باشند که بیشتر در مناطق گرم و خشک استفاده می شوند. در سالهای اخیر به دلیل اهمیت این سیستمها تحقیقات فراوانی در جهت بهبود کارکرد آنها صورت گرفته است، این امر نشان دهنده اهمیت این سیستمها از نظر مصرف انرژی می باشد.
سیستمهای خنک کننده تراکمی و تبخیری از جمله سیستمهای خنک کننده می باشند که از ترکیب یک سیستم تراکمی با یک سیستم تبخیری تشکیل می شوند. این سیستمها به تازگی مورد مطالعه قرار گرفته اند و دلیل اصلی کاربرد آنها کاهش توان مصرفی سیستمهای تراکمی می باشد.
تعریف سرمایش تبخیری
سرد کردن تبخیری بر اساس یک قانون عملی ساده پایه ریزی شده است . وقتی آب تبخیر می شود، گرمای نهان تبخیر را از خود آب و هوای محیط اطراف جذب می کند. در نتیجه آب و هوا هر دو در حین عمل خنک می شوند اساساً فرآیند سرمایش تبخیری مشابه فرآیند اشباع ادیاباتیک می باشد. چون انتقال حرارت بین جریان هوا و محیط درحین عمل قابل اغماض است. بنابراین فرآیند سرد کردن تبخیری روی یک خط دمای مرطوب ثابت بر روی نمودار رطوبت سنجی (سایکرومتریک) حرکت می کند. چون خطوط دمای مرطوب ثابت، تقریباً منطبق برخطوط آنتالپی ثابت می باشند، آنتالپی جریان هوا نیز می تواند ثابت فرض شود.
مقایسه سیستمهای خنک کننده تراکمی و تبخیری
همانطور که اشاره شد سیستمهای خنک کننده تراکمی یکی از کاربردی ترین لوازم تهویه مطبوع می باشند که دارای مزیتهای زیر می باشند:
قابل استفاده بودن در شرایط مختلف آب و هوایی از قبیل گرم و مرطوب و یا نیمه مرطوب؛
توانایی خنک کنندگی بالا در محدوده های مختلف دمایی؛
توانایی کنترل دمای محیط توسط آنها؛
توانایی ساخت آنها در اندازه ها و ظرفیتهای حرارتی مختلف؛
در عین حال علی رغم این مزیتها، معایبی را نیز می توان نام برد :
مصرف بالای انرژی که باعث می گردد در فصول گرم % 70 از برق مصرفی یک ساختمان را به خود اختصاص دهند.
استفاده از کلرو فلورو کربنها (CFCs) یا هالوژن کلرو فلورو کربنها (HCFCs) و یا آمونیاک به عنوان مبرد، که هر یک مضراتی برای محیط زیست و سلامت انسان دارند. CFCها و HCFCها از جمله مواد مضر برای محیط زیست و به خصوص برای لایه ازن می باشند که اثر مخربی بر آن دارند. لازم به ذکر است که لایه ازن محافظ زمین در برابر تشعشعات ماوراء بنفش خورشید می باشد. آمونیاک نیز بر روی سلامتی انسان تاثیر مستقیم داشته و مقدار کمی از آن می تواند باعث تخریب سیستم بینایی گردد.
قیمت بالا و هزینه های تعمیرات و نگهداری زیاد این سیستمها؛
در مقابل سیستمهای خنک کننده تبخیری نسبت به سیستمهای خنک کننده تراکمی دارای مزایای زیر می باشند:
مصرف پایین انرژی نسبت به سیستمهای خنک کننده تراکمی (حدوداً یک چهارم)، که خود باعث کاهش مصرف انرژی و کاهش مصرف سوختهای فسیلی خواهد شد.
استفاده از آب به عنوان مبرد که به دلیل سالم بودن و در دسترس بودن آن یکی از مزیتهای اساسی سیستمهای خنک کننده تبخیری می باشد.
تکنولوژی ساخت ساده سیستمهای خنک کننده تبخیری و عدم نیاز به پیچیدگی های طراحی و ساخت و در نتیجه هزینه های بالای آن.
قیمت مناسب و هزینه های نگهداری پایین نسبت به سیستمهای خنک کننده تراکمی.
مشکل عمده ای که سیستمهای خنک کننده تبخیری را محدود می سازد این است که نمی توان آنها را در مناطق گرم و مرطوب بکار برد. با این وجود و با توجه به موارد ذکر شده سیستمهای خنک کننده تبخیری می توانند جایگزین مناسبی برای سیستمهای خنک کننده تراکمی باشند، اما بایستی بتوان سیستمهای تبخیری جدیدی ارائه نمود تا بتوانند محدودیتهای سیستمهای موجود را پوشش دهند.
انواع سیستمهای خنک کننده تبخیری
سیستمها و تجهیزات سرمایش تبخیری از دسته سیستمهای سرمایشی می باشند که به دلیل قیمت پایین، هزینه ناچیز نگهداری و کاربرد مناسب در مناطق بیابانی با آب و هوای گرم و خشک کاربرد وسیعی دارند. این سیستمها به دو گروه اصلی سرمایش تبخیری مستقیم (1) و سرمایش تبخیری غیر مستقیم (2) تقسیم می شوند.
در تجهیزات تبخیری مستقیم هوا در اثر تماس مستقیم با آب خنک می شود. این تماس ممکن است توسط سطوح گسترده مرطوب (3) یا گروهی از افشانک ها تامین گردد.
در سیستمهای غیر مستقیم، هوا به دو بخش اولیه و ثانویه تقسیم شده و وارد یک مبدل حرارتی میگردد. هوای ثانویه به روش تبخیری خنک شده، سپس با تماس غیر مستقیم با هوای اولیه آن را خنک می کند.
سیستمهای ترکیبی (4) که شامل هر دو گروه فوق هستند نیز وجود دارند که به تازگی تحقیقات گسترده ای در مورد آنها شروع شده است. در ادامه به معرفی کلی تری از هر یک از این سیستمها خواهیم پرداخت.
سیستمهای خنک کننده تبخیری مستقیم
در سرمایش هوا به روش تبخیری مستقیم، آب در داخل جریان هوا تبخیر می شود. شکل زیرتغییرات ترمودینامیکی هوا و آب در هنگام تماس مستقیم را نشان می دهد.درجه حرارت تعادل آبی که به طور مداوم گردش می کند، برابر با درجه حرارت حباب تر ورودی خواهد بود. در اثر انتقال جرم و حرارت بین هوا و آب، همزمان با ثابت ماندن درجه حرارت حباب تر، درجه حرارت حباب خشک هوا کاهش و رطوبت نسبی آن افزایش می یابد.
