مقدمه:
در
سالهای اخیر بحثهای زیادی در زمینه مبردهای جدید، جایگزینی مبردهای قدیمی،
کاربردها و مزایا و معایب هر کدام صورت گرفته است. به نظر می رسد در کشور
ما و به خصوص در بین جامعه مهندسین مشاور و پیمانکاران هنوز اطلاعات و
توافقات بین المللی در این زمینه به خوبی تدوین و ارائه نشده است. به همین
دلیل بعضا شاهد انتخاب نادرست مبردها و اصرار بر استفاده از آنها توسط بعضی
از مهندسین مشاور می باشیم. در این مقاله برخی اطلاعات لازم در مورد
مبردها، کاربرد آنها و همچنین مصوبات و توافقات جهانی صورت گرفته در سالهای
اخیر، به شکلی قابل استفاده ارائه می شود.
مبرد چیست؟
در پایان
هزاره دوم میلادی تعداد زیادی لیست توسط مراجع مختلف منتشر گردید که نشان
دهنده برترین های قرن بیستم در زمینه های مختلف بودند؛ از جمله لیست
«برترین اختراعات». در این لیست پس از پرواز، سفر به فضا و کامپیوترها،
سرمایش جزو ده اختراع برتر این قرن قرار گرفته بود. دلیل این امر این است
که بدون سرمایش، نگهداری غذا؛ ساخت آسمانخراشها؛ تجهیزات و ساختمانهای مدرن
پزشکی و انجام بسیاری از فرایندهای صنعتی امکان پذیر نبود.
فرهنگ لغات
Webster واژة Refrigerant را چنین معنا می کند: «ماده ای که در یک سیکل
تبرید و یا به صورت مستقیم نظیر یخ برای ایجاد سرما به کار می رود.»
استاندارد
ASHRAE 34 بیش از صد مبرد مختلف را به همراه نامگذاری و طبقه بندی آنها
برشمرده است. هر چند که بسیاری از آنها در سیستمهای سرمایش معمول استفاده
چندانی ندارد.
تاریخچه
تاریخ استفاده از سرمایش مکانیکی به اواسط
قرن نوزدهم میلادی برمی گردد. اولین ماشین سرمایش مکانیکی توسط ژاکوب
پرکینر در سال 1834 ساخته شد. در این ماشین از اتر به عنوان مبرد در یک
سیکل تراکمی ـ تبخیری استفاده شده بود. در سال 1866 دی اکسید کربن و در سال
1873 آمونیاک بدین منظوراستفاده شد. استفاده از این سیستمها تنها محدود به
فرآیندهای آزمایشگاهی و بعضا صنعتی می شد. نگهداری محصولات غذایی در این
دوره توسط قالبهای محصولات غذایی در این دوره توسط قالبهای بزرگ یخ که در
زمستان جمع آوری یا تولید می شد، انجام می گرفت. در ابتدای قرن بیستم سیکل
تبرید برای تهویه مطبوع و سرمایش ساختمانها مورد استفاده قرار گرفت.
ساختمان Milam در سن آنتونیوتگزاس نخستین ساختمانی بود که به طور کامل مجهز
به سیستم تهویه مطبوع شد. در سال 1926 توماس میدگلی اولین مبرد CFC یعنی
1926 را مورد استفاده قرار داد. اولین چیلر سانتریفوژ برای مصارف سرمایش
صنعتی و تهویه مطبوع توسط ویلیس کریر در سال 1931 ساخته شد.
بعضی از مبردها بنا به دلایلی که بعدا گفته خواهد شد، بیش از بقیه مورد استفاده قرار گرفتند از جمله HCFC-22 ، CFC-12 و CFC11.
مقدمه:
در
سالهای اخیر بحثهای زیادی در زمینه مبردهای جدید، جایگزینی مبردهای قدیمی،
کاربردها و مزایا و معایب هر کدام صورت گرفته است. به نظر می رسد در کشور
ما و به خصوص در بین جامعه مهندسین مشاور و پیمانکاران هنوز اطلاعات و
توافقات بین المللی در این زمینه به خوبی تدوین و ارائه نشده است. به همین
دلیل بعضا شاهد انتخاب نادرست مبردها و اصرار بر استفاده از آنها توسط بعضی
از مهندسین مشاور می باشیم. در این مقاله برخی اطلاعات لازم در مورد
مبردها، کاربرد آنها و همچنین مصوبات و توافقات جهانی صورت گرفته در سالهای
اخیر، به شکلی قابل استفاده ارائه می شود.
مبرد چیست؟
در پایان
هزاره دوم میلادی تعداد زیادی لیست توسط مراجع مختلف منتشر گردید که نشان
دهنده برترین های قرن بیستم در زمینه های مختلف بودند؛ از جمله لیست
«برترین اختراعات». در این لیست پس از پرواز، سفر به فضا و کامپیوترها،
سرمایش جزو ده اختراع برتر این قرن قرار گرفته بود. دلیل این امر این است
که بدون سرمایش، نگهداری غذا؛ ساخت آسمانخراشها؛ تجهیزات و ساختمانهای مدرن
پزشکی و انجام بسیاری از فرایندهای صنعتی امکان پذیر نبود.
فرهنگ لغات
Webster واژة Refrigerant را چنین معنا می کند: «ماده ای که در یک سیکل
تبرید و یا به صورت مستقیم نظیر یخ برای ایجاد سرما به کار می رود.»
استاندارد
ASHRAE 34 بیش از صد مبرد مختلف را به همراه نامگذاری و طبقه بندی آنها
برشمرده است. هر چند که بسیاری از آنها در سیستمهای سرمایش معمول استفاده
چندانی ندارد.
تاریخچه
تاریخ استفاده از سرمایش مکانیکی به اواسط
قرن نوزدهم میلادی برمی گردد. اولین ماشین سرمایش مکانیکی توسط ژاکوب
پرکینر در سال 1834 ساخته شد. در این ماشین از اتر به عنوان مبرد در یک
سیکل تراکمی ـ تبخیری استفاده شده بود. در سال 1866 دی اکسید کربن و در سال
1873 آمونیاک بدین منظوراستفاده شد. استفاده از این سیستمها تنها محدود به
فرآیندهای آزمایشگاهی و بعضا صنعتی می شد. نگهداری محصولات غذایی در این
دوره توسط قالبهای محصولات غذایی در این دوره توسط قالبهای بزرگ یخ که در
زمستان جمع آوری یا تولید می شد، انجام می گرفت. در ابتدای قرن بیستم سیکل
تبرید برای تهویه مطبوع و سرمایش ساختمانها مورد استفاده قرار گرفت.
ساختمان Milam در سن آنتونیوتگزاس نخستین ساختمانی بود که به طور کامل مجهز
به سیستم تهویه مطبوع شد. در سال 1926 توماس میدگلی اولین مبرد CFC یعنی
1926 را مورد استفاده قرار داد. اولین چیلر سانتریفوژ برای مصارف سرمایش
صنعتی و تهویه مطبوع توسط ویلیس کریر در سال 1931 ساخته شد.
بعضی از مبردها بنا به دلایلی که بعدا گفته خواهد شد، بیش از بقیه مورد استفاده قرار گرفتند از جمله HCFC-22 ، CFC-12 و CFC11.
در
اواسط دهه هفتاد میلادی نگرانی دانشمندان از نازک شدن لایه ازن و عوارض
ناشی از آن مطرح شد و مبردهای CFC و GCFC به عنوان یکی از عوامل این موضوع
شناخته شدند. بحثها و بررسی ها منجر به تصویب پروتکل مونترال در سال 1987
گردید که به موجب آن لازم است طی برنامه ای زمان بندی شده تمام مبردهای CFC
و HCFC از برنامه تولید و استفاده خارج شده و مواد دیگری جایگزین آنها
شوند.
در دهه 90 میلادی بحث گرم شدن هوای زمین مجددا استفاده از مبردها
را مورد انتقاد جدی قرار داد، چرا که دستگاه های سرمایش و تهویه مطبوع
مصرف کنندگان عمده انرژی می باشند. در ایالات متحده حدود 35 درصد مصرف
انرژی، مربوط به مصارف انرژی ساختمانها از جمله سرمایش و تهویه مطبوع است.
همچنین بسیاری از مبردها خود گازهای گلخانه ای می باشند. بدین ترتیب این
مواد در دهه های اخیر همیشه موضوع بحث و بررسی بوده اند.
مبردهای رایج
اگرچه
مواد زیادی به عنوان مبرد شناخته می شوند، اما تنها تعداد کمی از آنها در
سیستمهای رایج به کار می روند. در زیر، بعضی از مبردها و گروه بندی اصلی
آنها بررسی می گردند:
آمونیاک (R-717)
آمونیاک مبردی طبیعی، با
قابلیت اشتعال کم ولی نسبتا سمی است. آمونیاک از معدود مبردهای طبیعی است
که هنوز هم در سیکلهای تراکمی ـ تبخیری و با کمپرسورهای رفت و برگشتی مورد
استفاده قرار می گیرد. استاندارد ASHARE15 تمهیدات ایمنی خاصی را برای
استفاده از آمونیاک توصیه می کند. از این مبرد بیشتر در سرمایش مورد نیاز
فرایندهای صنعتی استفاده می شود؛ هر چند که در ظرفیتهای بالا می تواند
درمصارف تهویه مطبوع هم به کار رود.
آمونیاک به خاطر خواص تبریدی عالی
اش، به شکلی گسترده، به عنوان مبرد در سرمایش مواد غذایی و سردخانه های
صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده همچنین در مقیاس های محدودتری
برای سیستم های تهویه مطبوع ساختمانی نیز کاربرد دارد. آمونیاک دارای ODP و
GWP برابر با صفر است و به همین دلیل، مبردی جذاب از نظر زیست محیطی و
صرفه جویی در انرژی به شمار می آید. اما این ماده سمی بوده و در شرایطی
خاص، آتش گیر نیز هست. خوشبختانه سمی بودن این ماده به دلیل بوی زننده ای
که دارد و آن را به راحتی قابل شناسایی می سازد، آنچنان خطرناک نیست.
خطرنشتی یا تخلیه ی اتفاقی این ماده را می توان با تعبیه کردن چیلرهای
آمونیاکی در اتاقک های کاملا عایق بندی شده که مجهز به هواکش های مجهز به
فن هستند، به مقدار قابل توجهی کاهش داد. با این که بخار آمونیاک سبک تر از
هواست، تحقیق های اخیر که توسط BRE انجام شده، نشان داده است که باد می
تواند باعث شود بخار آمونیاک مانند یک گاز شناور در هوا رفتار کند. اثر
مشابهی نیز در مورد گازهای دودکش بویلر به خوبی شناخته شده است. دودکش یا
هواکش های مجهز به فن، برای اطمینان از این که انتشار اتفاقی این ماده
کاملا رقیق شده و به شکلی ایمن از ساختمان یا ساختمان های مجاور دور می
شود، لازم خواهند بود. راهنمایی های خاص در مورد آمونیاک از انستیتو تبرید
انگلستان و استاندارد BS EN 378 قابل دست یابی است.
دی اکسید کربن (R-744)
مبردی
طبیعی است که استفاده بسیار محدودی دارد. تحقیقات اخیر راه را برای بعضی
استفاده های خاص از این مبرد باز کرده است. از دی اکسید کربن در سیکلهای
تراکمی ـ تبخیری و با کمپرسورهای رفت و برگشتی استفاده می شود. نکته منفی
سیکلهای تبریدی که از این ماده استفاده می کنند، فشار بالا (حدود Psig 900)
و راندمان پایین سیکل است. کاربرد دی اکسید کربن در سیکلهای تبرید سری می
تواند مفید باشد.
از نقطه نظر زیست محیطی و ایمنی، دی اکسید کربن (CO2)
یک مبرد عالی به شمار می آید. این ماده غیرقابل اشتعال، بدون بو و غیرسمی
است (البته غلظت های بسیار بالای آن می تواند باعث بروز خفگی گردد) و
همچنین ODP آن صفر بوده و GWP آن نیز پایین است. موانع اصلی که بر سر راه
استفاده از این ماده قرار دارند، این است که این ماده به دلیل پایین بودن
دمای بحرانی آن (حدود C3/31) عموما بازدهی انرژی پایینی دارد. در کاربردهای
خاصی، این مشکل را می توان با طراحی مبدل های حرارتی خاص، کاهش داد. دی
اکسید کربن همچنین در فشارهای بسیار بالا (حدود 100 بار) عمل نموده و دارای
ظرفیت حجمی بسیار بالاتری نسبت به مبردهای دیگر است و به همین دلیل طراحی
تجهیزات موجود مانند کمپرسورها، برای این مبرد مناسب نیستند. پیشرفت های
قابل توجهی در زمینه استفاده از این مبرد در سیستم های تبرید کوچک، مانند
تهویه مطبوع خودرو و سیستم های تبرید متوالی در ذخیره ی مواد غذایی در دمای
پایین و تاسیسات انجماد صورت گرفته اند.
هوا R729:
هوا نیز می
تواند در سیکل گاز جهت ایجاد سرمایش به کار رود، سیستمی که عموما مفهوم
«سیکل هوا» را مطرح نموده و به شکلی گسترده در سرمایش کابین هواپیما مورد
استفاده قرار می گیرد. متاسفانه، سیکلی هوا دارای بازدهی بسیار پایینی بوده
و مصرف انرژی را در مقایسه با سیستم های معمولی تراکم بخار که از HCFC ها
یا HFC ها استفاده می کنند، افزایش خواهد داد. اما مطالعات انجام شده توسط
BRE و دانشگاه بریستول، منجر به پیدایش یک سیستم سیکل هوا برای گرمایش و
سرمایش همزمان در ساختمان شده است که بازدهی انرژی آن کمی بالاتر از بسیاری
از سیستم های معمولی است. سیستم هایی با سیکل هوا که در محدوده ی تجاری
قابل دسترس باشند هنوز به بازار عرضه نشده اند و نیاز به این دارند که
تولید کننده ای برای تولید انبوه این دستگاه ها، سرمایه گذاری کرده و هزینه
ی سیستم های سیکل هوا را تا جایی پایین بیاورد که با سیستم های معمولی
تراکم بخار قابل رقابت باشند.
هیدروکربنها (HC)
پروپان (R-290) و
ایزوبوتان (R-600a) در کنار بعضی دیگر از هیدروکربنها می توانند در سیکلهای
تراکمی ـ تبخیری استفاده شوند. در اروپای شمالی حدود 35 درصد یخچالها با
مبردهای هیدروکربنی کار می کنند. از جمله خواص این مبردها راندمان زیاد و
در عین حال اشتعال پذیری بسیار بالا می باشد. در ایالات متحده استفاده از
این نوع مبردها به دلیل استانداردهای ایمنی بسیارمحدود است.
این مواد،
دارای خواص تبریدی عالی بوده و اثرات نامطلوب زیست محیطی بسیار جزیی دارند.
به همین دلیل، این مواد برای کاربرد در یخچال های خانگی و سیستم های تبرید
تجاری کوچک و همچنین سیستم های تهویه مطبوع از عمومیت زیادی برخوردار شده
اند. اما، اشتعال پذیری بالای این مواد، مستلزم این است که موارد ایمنی
مربوط به دقت رعایت شوند. یکی از خطراتی که از اهمیت زیادی هم برخوردار
است، این است که چون هیدروکربن ها هیچ بویی ندارند، وجود و غلظت بالای آن
ها در محل سرویس و نگهداری که بسیار هم خطرناک است، قابل تشخیص نخواهد بود.
راهنمایی های کامل در مورد استفاده از هیدروکربن ها توسط «شورای صنعت
تهویه مطبوع و تبرید ACRIB»، انستیتو تبرید و استاندارد BS EN 378 توصیف
شده اند.
کلروفلوئوروکربنها (CFC’s)
رایجترین مبردهای این
گروه R-114 ، R-113 ، R-12 و R-11 می باشند. تا اواسط دهه هشتاد میلادی
استفاده از آنها در سراسر دنیا معمول بود اما به موجب پروتکل مونترال
استفاده و تولید آنها از سال 1995 در کشورهای توسعه یافته متوقف شده و در
کشورهای در حال توسعه نیز طبق برنامه و به تدریج جمع آوری خواهند شد.
استفاده از کلروفلوئوروکربنها با تمام انواع کمپرسورها و در سیکل تراکمی ـ
تبخیری امکان پذیر است. راندمان و ایمنی بالا و غیرقابل اشتعال بودن از
خواص مثبت آنها است. متاسفانه این مبردها صدمات جبران ناپذیری را به لایه
ازن وارد می کنند.
هیدروکلروفلوئوروکربنها (HCFC’s)
R-22 که پر
استفاده ترین مبرد می باشد، در این گروه قرار می گیرد. این مبردها در
سیکلهای تراکمی ـ تبخیری و با تمام انواع کمپرسورها قابل استفاده هستند.
مانند مبردهای CFC برنامه برای ممنوعیت استفاده از آنها در تمام کشورها در
حال انجام است.
هیدروفلوئوروکربنها (CFC’s)
این مواد از مبردهای نسبتا جدید بوده و به عنوان جایگزین برای مبردهای مخرب لایه ازن مطرح
می
باشند. R-134a از جمله آنها بوده و با راندمان نسبتاً بالا، و با خواصی
نظیر غیرقابل اشتعال و غیر سمی بودن، مشخصات اصلی یک مبرد خوب را دارد.
مبردهای مخلوط
در
صورتی که دو یا چند مبرد مشخص با نسبت خاصی با هم مخلوط شوند، می توان به
یک مبرد جدید دست یافت؛ به عنوان مثال R-407C از مخلوط R134a و R-125 به
دست آمده و دارای خواص قابل توجهی می باشد. مبردهای مخلوط خود به دو دسته
عمده تقسیم می شوند:
الف) آزئوتروپها: بعضی از مبردهای مخلوط خواصی
مانند یک مبرد تک جزئی دارند؛ به عبارت دیگر فشار و دمای اشباع هر جزء با
فشار و دمای اشباع کل مخلوط یکسان است. مثلا R-500 شامل دو جزء R-134a و
R-125 بوده و مخلوطی از آزئوتروپ می باشد. نمودار 1 نشان دهنده رفتار این
ماده در فازگاز و مایع است. همانطوری که ملاحظه می شود نسبت اختلاط هر دو
جزء در فاز گاز یا مایع تقریبا یکسان است. به عبارت ساده تر دو جزء در
هنگام تغییر فاز از هم جدا نشده و با هم تغییر فاز می دهند.
ب)
زئوتروپها: برخلاف گروه فوق این نوع مخلوطها در هنگام تغییر فاز به اجزاء
تشکیل دهنده خود تقسیم شده و لایه های مختلف گاز و مایع را تشکیل می دهند.
از جمله زئوتروپها R407C و
R-410A می باشند. در هنگام استفاده از این مبردها باید ملاحظات خاص آنها را در نظر داشت.
آب
آب
در سیسمتهای جذبی به عنوان مبرد مورد استفاده قرار می گیرد. در این
سیستمها از آب در کنار یک محلول نمک مثل لیتیم بروماید که نقش جاذب را دارد
استفاده می شود. چیلرهای جذبی COP پایینی دارند (حدود 1) درحالی که یک
چیلر با کمپرسورهای سانتریفوژ COP حدود 5 دارد. از نظر زیست محیطی استفاده
از آب که یک مبرد کاملا طبیعی است بسیار مطلوب می باشد هر چند که پایین
بودن COP به این معنا است که در مقایسه با یک چیلر مثلا سانتریفوژ باید
مقدار بیشتری سوخت فسیلی مصرف نمود تا همان میزان سرما را ایجاد کرد.
در
مورد استفاده از چیلرهای جذبی لازم است برای هر پروژه، تحلیل فنی و
اقتصادی مناسب انجام گیرد تا بهینه و مقرون به صرفه بودن استفاده از آن
بررسی شود. بدین منظور می توان از نرم افزارهایی نظیر Mcquay’s Energy
Analysis استفاده نمود.
از نقطه نظر زیست محیطی و ترمودینامیکی، آب
شاید مبردی ایده آل برای کاربردهایی باشد که بالاتر از صفر درجه ی سانتی
گراد کار می کنند. اما یک مشکل برزگ عملی در این بین وجود دارد که همان
بالا بودن حجم مخصوص بخار آب است که مقدار آن تقریبا دو برابر یک مبرد HFC
معمولی است. این امر بدین معنی است که کمپرسورهایی بسیار بزرگ برای چنین
سیستمی لازم خواهند شد. بهترین نوع کمپرسور برای این سیستم، احتمالا
کمپرسورهای محوری یا سانتریفوژ خواهند بود، اما انواع مناسب برای بخار آب
در حال حاضر انواع بسیار خاصی بوده، قیمت بسیار بالایی داشته و زمان تحویل
بسیار طولانی دارند. هزینه و اندازه ی بالای این سیستم ها و این که چنین
سیستم هایی تنها باید به صورت «سفارشی» ساخته شوند، در حال حاضر آن ها را
عملا از رده ی جایگزین های موجود جهت کاربردهای عمومی تهویه مطبوع خارج
نموده است. پیشرفت های آینده ی محصولات تجاری و شاید سیستم های جایگزین
بخار فشان، در آینده ی دورتر آب را به عنوان جایگزینی موفق مطرح نماید
(البته آب می تواند به عنوان مبرد در چیلرهای سیکل لیتیوم برماید / آب مورد
استفاده قرار گیرد. عنوان بعدی را ببینید).
چیلرهای سیکل جذبی:
چیلرهای
سیکل جذبی که معمولا از آب/ آمونیاک یا لیتیوم برماید/ آب استفاده می
کنند، در کاربردهای بسیار متنوع سرمایشی در دسترس هستند. سیکل جذبی، شبیه
به سیکل تراکم بخار است، به جز اینکه کمپرسور در این سیستم ها با یک
ابزوربر و ژنراتور جایگزین شده و این سیکل توسط اعمال گرما در ژنراتور راه
اندازی می شود. سیکل تبرید جذبی، دارای بازدهی انرژی بسیار کمتری از سیکل
تراکم بخار بوده و در مورد کاربردهای تهویه مطبوع، هزینه های سوخت و انتشار
غیر مستقیم دی اکسید کربن آن بالاتر از سیستم های تراکم بخار معادل آن
است. تنها استثنایی که در این مورد وجود دارد، مواردی است که انرژی گرمایی
ارزان یا مجانی از یک منبع گرمای زاید، مانند سیستم ترکیبی گرما و نیرو
(CHP)، در دسترس باشد. چیلرهای جذبی همچنین قیمت بالاتری از سیستم های
تراکم بخار مشابه داشته و فضای نصب بیشتری نیاز دارند. بازدهی کمتر آن ها
همچنین باعث می گردد که برای عمل سرمایش مشابه با سیستم تراکم بخار، حدود
دو برابر تجهیزات وارهایی گرما نیاز داشته باشند.
سرمایش با هوا یا «سرمایش رایگان»:
خنک
کننده های هوای خشک یا برج های خنک کننده ی تبخیری، می توانند به جای
چیلرها در هوای سرد، به عنوان بخشی از استراتژی کارکرد سرمایشی رایگان به
کار گرفته شوند. برای استفاده در هوای بسیار گرم، این سیستم ها نیاز به
چیلرهایی جهت پوشش دادن حداکثر بار سرمایشی خواهند داشت. مزیت اصلی این نوع
سرمایش رایگان، کاهش زمان کارکرد چیلر و در نتیجه کاهش مصرف انرژی و
انتشار غیرمستقیم دی اکسیدکربن در جو می باشد. استفاده از این روش، اندازه
یا تعداد چیلرهای لازم یا مقدار مبرد را کاهش نخواهد داد. عبارت «سرمایش
رایگان» در این رابطه کمی گمراه کننده است، چون نیروی قابل توجهی برای راه
اندازی پمپ و دمنده های موجود لازم خواهد بود.
آبهای زیرزمینی:
آب
های زیرزمینی در بسیاری از نقاط قابل دسترس بوده و در طول سال دمایی حدود
12 تا C14 (در کشور انگلستان) دارد. این دما، بالاتر از دمای آب سرد تامین
شده ای است که در سیستم های تهویه مطبوع معمولی مورد استفاده قرار می گیرد.
اما در ساختمان های جدید، تهویه ی جابه جایی و سیستم های سرمایشی سقف های
سرد می توانند جهت پذیرش این دماها بدون بروز ضعف عمده در کارآیی سیستم یا
رفاه دمایی موجود در ساختمان، طراحی گردند. اگر در ساختمان فعلی، سیستم های
تهویه مطبوع معمولی نتوانند با سیستم های فوق جایگزین گردند، تنها انتخاب
برای استفاده از آب های زیرزمینی، به کارگیری آن ها به عنوان جاذب گرما جهت
دفع دمای کندانسور چیلر می باشد. این امر می تواند بیشترین مزیت را در
هوای گرم داشته باشد زیرا امکان پایین آمدن دمای چگالش را نسبت به بیشتر
فرم های دیگر دفع گرما از جمله برج های خنک کننده ی تبخیری فراهم می آورد.
اما صرف جویی های انجام شده در این رابطه، با هزینه های بالای پمپ کردن آب
های زیرزمینی از چاه ها هم تراز خواهد شد. مشکل بزرگی که در رابطه با آب ها
زیرزمینی مشاهده می شود، این است که پیش بینی مقدار آب چاه، قبل از اینکه
اقدام به حفر آن شود، عملی نخواهد بود. مقدار آب به دست آمده بستگی به
نفوذپذیری آب در لایه های زمین (یا بسترهای ماسه ای) دارد. تنها راه برای
تعیین این مساله، حفر چاه و انجام آزمایش بر روی خاک داخل چاه است. این
مساله باعث ریسک بیشتر در انجام این کار و عدم قطعیت در هر گونه برنامه
ریزی سرمایش با آب های زیرزمینی خواهد شد.
سرمایش با استفاده از آب رودخانه ها و دریاچه ها
آب
به نسبت گرم رودخانه یا دریاچه ها در طول تابستان، استفاده از آن را جهت
سرمایش ناممکن می سازد. به عنوان مثال، دمای آب رودخانه ی تیمز Thames بین
سال های 1984 تا 1994، در شش ماه از سال بالاتر از C15 بوده است. تنها راه
برای به کارگیری چنین منبع دفع حرارتی، سرد کردن کندانسورها در چیلرهایی
است که با آب خنک می شوند.
سیستم های جذب سطحی absorption جامد
این
فرآیند، از یک ماده جاذب سطحی جامد برای جذب و دفع متناوب یک سیال مبرد
عامل جهت ایجاد سرما بهره می گیرد. این فرآیند، مراحل تجربی خود را می
گذراند و قبل از این که سیستم های تجاری آن بتوانند روانه ی بازار شوند،
تحقیق های وسیعی در مورد آن لازم خواهد بود.
سرمایش تبخیری با چرخه ی باز
این
روش، در کاربردها و شرایط آب و هوایی خاص، روشی بسیار ساده و مقرون به
صرفه است. سیستم های تجاری که از این روش بهره می گیرند، به شکلی گسترده در
مناطقی که آب و هوای خشک دارند (مانند جنوب غربی ایالات متحده) برای خنک
کردن هوا به کار می روند (کولرهای آبی خودمان از همین روش استفاده می
کنند). این سیستم ها را می توان با اضافه کردن مرحله ی رطوبت گیری برای
استفاده در آب و هوای مرطوب تر به کار گرفت، اما چنین مرحله ای باعث افزایش
اندازه، هزینه، پیچیدگی و مصرف انرژی سیستم خواهد شد. این روش تنها برای
ساختمان هایی که دارای سیستم های تهویه مطبوع هوا هستند، مناسب است.
ابزارهای ترموالکتریکی
این
ابزارها عموما جهت سرمایش «نقطه ای» در سرد کردن قطعات و سیستم های
الکترونیکی به کار می رود. اما این تجهیزات در اندازه های بزرگ به شکل
تجاری قابل دسترس نبوده و بازدهی پایین این تجهیزات، کاربرد آن ها را در
سرمایش ساختمان غیر عملی می سازد.
چرخه ای Stirling و Ericsson و یخچال Gifford-McMahon
دستگاه
هایی که بر اساس این چرخه ها کار می کنند، هنوز در مقیاس تجاری جهت تهویه
مطبوع ساختمان ها وارد بازار نشده اند. تنها نمونه ی شناخته شده از این
چرخه های تبرید، در یخچال های خانگی به کار برده شده است. با این که بازدهی
این روش، بالاتر از سیستم های معادل آن است که با روش تراکم بخار کار می
کنند، اما این چرخه ها نیاز به تجهیزات پیچیده تری داشته و در نتیجه قیمت
بالاتری خواهند داشت.
تبرید با سیکل گاز:
محدودیت اصلی در سیکل
گاز، بازدهی پایین آن در دماهای کاربری تهویه مطبوع می باشد. بازدهی سیستم
های سیکل گاز، تنها در دمایی حدود C 70 زیر صفر با بازدهی سیستم های تراکم
بخار قابل مقایسه است. مشخص شده است که سیستم های سیکل گاز که از هوا به
عنوان سیال عامل استفاده می کنند (سیستم های سیکل هوا)، در ساختمان هایی که
گرمای دفع شده می تواند همزمان با سرمایش ایجاد شده مورد استفاده قرار
گیرد، قابل استفاده خواهند بود.
تبرید ترمیونیک
کاربرد عملی پدیده ی
انتشار ترمیونیک جهت سرمایش، پیشنهاد گردیده اما هنوز به مرحله ی اثبات
نرسیده است. تا زمانی که امکان این روش به اثبات نرسد، پیدایش سیستم های
تجاری آن قابل انجام نخواهد بود.
تبرید مغناطیسی
تبرید مغناطیسی بر
اساس خاصیت مغناطیس ـ گرمایی کار کرده و زمانی که مواد مشخصی به صورت آن
ها زدوده می شود، ایجاد می شوند. با این که دستگاه های عملی با استفاده از
این روش برای کاربردهای «سرمایش عمیق» جهت دست یابی به دماهای بسیار پایین
مورد استفاده قرار گرفته اند، هزینه ی بالای این سیستم ها، کاربرد آن ها را
در سرمایش ساختمان های غیرممکن می سازد. به نظر می رسد ابزارهای تبرید
مغناطیسی دارای بازدهی انرژی بالایی بوده و از سیستم های تراکم بخار پر
بازده تر باشند. اما تا پیدایش سیستم های عملی که با استفاده از این روش
بتوانند در تهویه مطبوع ساختمان ها به کار گرفته شوند، 10 تا 20 سال زمان
لازم است.
تبرید به روش حباب پالس
تبرید به روش حباب پالس، بر اساس
اثر گرمایش و سرمایش به وجود آمده در نتیجه ی تراکم و انبساط گاز کار می
کند. دستگاه هایی بر این اساس در سرمایش عمیق و کاربردهای فضایی استفاده
شده اند، اما دستگاه های مقرون به صرفه و دارای بازدهی کافی، هنوز برای
کاربردهای ساختمانی طراحی نگردیده اند. مزیت اصلی این روش، هزینه ی پایین و
طول عمر طولانی آن است، اما احتمالا این روش، بازدهی دستگاه های تراکم
بخار را نخواهد داشت.
تبرید به روش گرما ـ صوتی
تبرید به روش گرما ـ
صوتی، با تبرید به روش حباب پالس مشابهت دارد، غیر از اینکه این روش از
مولدهای صوتی و اثرات تشدید برای ایجاد تغییرات فشار که باعث گرمایش و
سرمایش می شود، بهره می گیرد. همان طور که در مورد روش حباب پالس گفته شد،
هزینه ها و بازدهی این روش نیز بایستی بهبود یابد تا کاربرد آن در ساختمان
ها عملی گردد.
سرمایش نوری:
مبانی سرمایش نوری، ایجاد تابش
الکترومغناطیسی در محدوده ی بسامد نوری است که باعث سرمایش یک ماده جامد می
گردد. با اینکه متخصصین سرمایش عمیق و کاربردهای فضایی چنین سیستم هایی را
طراحی نموده اند، اما محدودیت اصلی آن همانا هزینه ی بالا و بازدهی پایین
آن است. بنابراین تا زمانی که پیشرفت های آینده در این زمینه نتواند به این
محدودیت ها چیره شود، کاربرد این روش در تهویه مطبوع ساختمانی ممکن نخواهد
شد.
کمپرسورهای پیستونی
كمپرسورهاي تناوبي (Reciprocating)
كه رفت و برگشتي نيز ناميده ميشوند، يكي از قديميترين انواع كمپرسورها
ميباشند. اولين نمونههاي اين كمپرسورها با سيلندر چوبي (مثلاً از جنس
بامبو Bamboo)
ساخته شده و پيستون آن به وسيله نيروي انساني (دستي) عقب و جلو برده
ميشد. آب بندي پيستون توسط پر پرندگان صورت ميگرفت تا از اين طريق در
مرحله مكش هوا وارد كمپرسور شده و در مرحله تراكم از آن خارج شود. از اين
كمپرسور غالباً براي ذوب فلزات استفاده ميگرديد. براساس شواهد تاريخي
يونانيان در ۱۵۰ سال قبل از ميلاد مسيح توانستند كمپرسورهاي فلزي بسازند كه
در آن از آلياژهاي برنزي استفاده شده بود. بهرحال در ساختار اين كمپرسورها
تا قرن هيجدهم ميلادي پيشرفت چنداني صورت نگرفت تا اينكه يك مهندس انگليسي
به نام" J.Wilkison" كمپرسوري را طراحي كرد كه شبيه كمپرسورهاي امروزي بوده و سيلندر آن از چدن ريختهگري ساخته و ماشين كاري شده بود.
كمپرسورهاي تناوبي عموماً براي دبي كم و فشار زياد مورد استفاده قرار ميگيرند. دبي گاز در اين نوع كمپرسورها از مقادير كم تا ۲۰۰۰ m3/hrميرسد و با آن ميتوان به فشارهاي زياد (تاbar ۶۰۰) دست يافت. در نسبتهاي تراكم بالاتر از ۵/۱ در هر مرحله اين كمپرسورها در مقايسه با ساير انواع كمپرسورها از راندمان بالاتري برخوردار ميباشند. كمپرسورهاي تناوبي اساساً جزء ماشين هاي با ظرفيت ثابت ميباشند ولي در شرايط خاصي ميتوان ظرفيت آن را برحسب شرايط مورد نظر تغيير داد.
در كمپرسورهاي پيستوني با حركت پيستون به سمت عقب گاز به درون سيلندر وارد شده و فضاي درون سيلندر را پر ميكند. در حركت رو به جلو، با اعمال نيرو از سوي پيستون گاز حبس شده در سيلندر متراكم ميگردد. جهت سهولت در ورود و خروج گاز در سيلندر و ايجاد شرايط لازم براي تراكم آن در حركت روبه جلوي پيستون، اين كمپرسورها مجهز به سوپاپهاي مكش و دهش ميباشند. جهت شناخت مقدماتي عملكرد كمپرسورهاي پيستوني ميتوان تلمبههاي باد دستي را مورد بررسي قرار داد، چرا كه اين تلمبهها ضمن سادگي در رفتار داراي تمامي مشخصههاي يك كمپرسور پيستوني ميباشند.
تلمبهها شامل پيستون، سيلندر و سوپاپ هاي مكش و دهش بوده و نيروي محركه لازم براي تراكم هوا توسط نيروي انساني تأمين ميگردد. سوپاپ دهش اين كمپرسورها همان والو (Valve) لاستيك دو چرخه بوده كه مانع از نشت هوا از لاستيك ( قسمت دهش) به دورن تلمبه در هنگام حركت رو به عقب پيستون ( مرحله مكش) ميگردد. سوپاپ مكش اين تلمبهها بر روي پيستون آن نصب گرديده است. اين قطعه به صورت فنجاني شكل (Cup _ Shaped) بوده كه از جنس چرم و يا مواد مشابه آن ساخته شده است.
در حالت مكش، در اثر حركت رو به عقب پيستون، هواي جلوي پيستون منبسط شده و درون سيلندر خلاء ايجاد ميشود. با توجه به اينكه هواي سمت بيروني پيستون تحت فشار آتمسفر قرار دارد، همين امر باعث جداشدن قطعه چرمي از كناره سيلندر گرديده و هوا ميتواند از اين طريق وارد سيلندر شده و آن را پرنمايد.
در حركت رو به جلوي پيستون، با كاهش حجم گاز، فشار گاز درون سيلندر افزايش يافته و نيروي حاصل از آن بر روي قطعه چرمي اثر نموده و باعث چسبيدن آن به كناره پيستون گرديده و موجب آببندی پيستون شده و مانع از نشت گاز از كناره پيستون به خارج ميشود.
با تراكم گاز در سيلندر و افزايش فشار هواي حبس شده در آن، لحظهاي فرا ميرسد كه فشار درون سيلندر، از فشار درون تيوپ لاستيك بيشتر شده و باعث باز شدن سوپاپ لاستيك گرديده و هواي متراكم شده از درون سيلندر به داخل لاستيك فرستاده ميشود. بديهي است هرچه فشار درون لاستيك بيشتر باشد، سوپاپ آن ديرتر باز شده و انرژي بيشتري براي تراكم گاز و ارسال آن به داخل لاستيك مورد نياز ميباشد. به عبارت ديگر اگر مقاومتي در جلوي تلمبه نباشد و مستقيماً به آتمسفر متصل باشد، براي تخليه گاز از درون تلمبه به انرژي ناچيزي نياز خواهد بود.
کمپرسورهای اسکرو
در این کمپرسور ها دو روتور با پروفیل های متفاوت داخل یک اتاقک با جهت های متفاوت می چرخند .روتور اصلی ٨۵% تا ۹۰% انرژی دریافتی را به انرژی گرمایی و فشار تبدیل می کند. با چرخش مداوم روتورها هوای محبوس شده با کاهش حجم افزایش فشار می یابد . در تمام مراحل روغن وارد فضای بین پره ها می شود ( در نوع روانکاری با روغن ). این روغن وظیفه روان کاری و خنک کردن روتور ها را عهده دار است .
مرحله اول
هوا به داخل قسمت روتورها کشيده می شود وفضای بين پره ها را پر می کند اين قسمت مانند مرحله مکش در کمپرسور های پيستونی می باشد
مرحله دوم و سوم
هنگامی که هوا وارد قسمت فشرده سازی شد با چرخش روتورها حجم آن کم می شود و بنا بر این فشار افزایش می یابد. این کم شدن حجم تا قسمت تخلیه هوا ادامه می یابد تا فشار به مقدار دلخواه برسد
مرحله چهارم
هوای فشرده به بیرون کمپرسور جریان می یابد 
اجزا کامل يک کمپرسور اسکرو در شکل زير ديده می شود
دستهبندي كمپرسورها از نظر نحوه روغنكاري شدن
منظور از روغنكاري شدن، تماس روغن با گاز در محفظه تراكم ميباشد. بر اين اساس كمپرسورها را ميتوان به دو دسته خشك یا فاقد روغن (Dry or Oil Free) و روغن كاري شونده (Lubricated) تقسيم كرد.
در كمپرسورهاي خشك، محفظه تراكم از قسمت انتقال قدرت كاملاً جدا بوده و لذا عملاً گاز مورد تراكم هيچگونه تماسي با ماده روانكننده ندارد.
در كمپرسورهاي از نوع پيستوني روانكاري شونده، اختلاط روغن با گاز مورد تراكم ناخواسته و از طريق نشت روغن از كارتل به بالاي پيستون ها و از كناره رينگ ها صورت ميگيرد.
در كمپرسورهاي از نوع دوراني روانكاري شونده اختلاط روغن با گاز مورد تراكم به طور عمدي صورت ميگيرد. در اين دسته از كمپرسورها روغن تحت فشار گاز خروجي از كمپرسور به محفظه تراكم فرستاده شده و ضمن اختلاط با گاز مورد تراكم عمليات روانكاري، خنككاري و كاهش نشتي گاز از لقي موجود در بين قطعات را بهعهده دارد. روغن مخلوط شده با گاز مورد تراكم در تله جدا كننده روغن (Oil Separator) از آن جدا شده و بعد از خنككاري، به محفظه تراكم برگشت داده ميشود. امروزه با وجود مشكلات و مسائل متعددي كه در زمينه بهرهبرداري از كمپرسورهاي خشك، وجود دارد در بسياري از موارد شرايط بهرهبرداري و مشخصههاي فيزيكي و شيميايي گاز مورد تراكم ايجاب ميكند كه عمل تراكم گاز در محفظه تراكم، در غياب روغن صورت پذيرد.
تولید
اكسيژن، صنايع غذايي و دارويي، تراكم بسياري از گازهاي مورد استفاده در
صنايع پتروشيمي و ... نمونههايي از صنايعي بوده كه نسبت به حضور روغن در
گاز مورد تراكم حساس ميباشند. هر چند كه كمپرسورهاي گريز از مركز، ذاتاً
فاقد روغن
(Oil Free)
ميباشند ولي در كمپرسورهاي رفت و برگشتي و دوراني با اعمال تدابير لازم
ميتوان مانع از حضور روغن در محفظه تراكم شد. كمپرسورهاي خشك هر چند كه از
نظر حداكثر دماي قابل تحمل در محفظه تراكم، در مقايسه با كمپرسورهاي
روانكاري شونده داراي مزيت هایی می باشند (دماي مجاز در آن در حدود ۳۰ تا
٧۰ درجه سانتيگراد از دماي مجاز در كمپرسورهاي روانكاري شونده بيشتر است) و
به همين خاطر نسبت تراكم بالاتري را در هر مرحله از اين كمپرسورها ميتوان
پيشبيني كرد ولي بهلحاظ قيمت بالاتر، هزينههاي تعمير و نگهداري بيشتر،
پايين بودن راندمان، قابليت اعتماد كمتر و ... امروزه به جز در موارد
اجباري حتي الامكان سعي ميشود از كمپرسورهاي خشك استفاده نشود. ویژگيهاي
نامطلوب كمپرسورهاي خشك باعث شده تا امروزه نگرش جديدي در اين زمينه مطرح
شود و آن عبارتست از تزريق روغن به مقدار بسيار كم (در حد چند ppm) با سازگاري لازم گاز مورد تراكم در حضور روغن، حتي به مقدار ناچيز، موجب بهبود نسبي در عملكرد كمپرسورهاي خشك ميگردد.
در كمپرسورهايي كه بهصورت خشك طراحي ميشوند لازم است تا قطعاتي كه در معرض سايش قرار دارند از كيفيت مطلوبتري در مقابل اصطكاك و عوارض ناشي از آن برخوردار باشند.
موادي نظير تفلون گرافيتي، گرانيت و ... به عنوان مواد اوليه با ضريب اصطكاك پايين، خاصيت خود روانكاري و ... جزو تركيبات مطلوب در ساخت رينگ هاي هادي و تراكم در كمپرسورهاي پيستوني و به عنوان ماده پوشش دهنده در ساخت روتور كمپرسورهاي اسکرو، شديداً مورد توجه ميباشند.
دستهبندي كمپرسورها از نظر آب بندی محور
مبناي اين دستهبندي، وضعيت آب بند كردن محور، ميباشد. كمپرسورها را از اين نظر ميتوان به سه دسته تقسيمبندي كرد:
كمپرسورهاي بسته (Hermetic)
در اين دسته از كمپرسورها، كه عموماً براي سيستمهاي تبريد با ظرفيت كم (حداكثر ۲۰ تن تبريد) مورد استفاده قرار ميگيرند، الكتروموتور و كليه قطعات مربوط به كمپرسور، در درون يك محفظه كاملاً آب بند شده قرار داده ميشود. اساساً اين كمپرسورها بهصورت يكبار مصرف، طراحي شده و تعمير آن از نظر فني و اقتصادي توصيه نميشود.
متأسفانه گاهي اوقات اين توصيه در ايران ناديده گرفته شده و بعضي از تعميركاران اقدام به تعمير آن ميكنند، كار چندان اصولي نميباشد. البته تفاوت شرايط اقتصادي و اجرت تعميرات درايران با كشورهای صنعتي عامل اصلي اين نگرش ميباشد.
كمپرسورهاي نيمه بسته( Semi- hermetic) 
كمپرسورهاي نيمه بسته را بايد نوعي كمپرسور بسته به حساب آورد، با اين تفاوت كه قسمتهاي سوپاپ، پيستون، ميللنگ، پمپ روغن و ... آن قابل تعمیر ميباشند. اين كمپرسورها تمامي ويژگيهاي كمپرسورهاي بسته را از نظر آب بند بودن و عدم نشت گاز به بيرون دارا ميباشند. از اين كمپرسورها براي سيستمهاي تبريد در ظرفيتهاي ۲۰ تا ۱۵۰ تن تبريد استفاده ميشود.
كمپرسورهاي باز( Open)
در اين نوع كمپرسورها محور كمپرسور از كارتر و يا محفظه تراكم خارج گرديده و بهطور مستقيم و يا غيرمستقيم (به كمك پولي) راه اندازي ميشوند. اساساًً اين كمپرسورها براي تمامي موارد (از ظرفيت كم تا بسيار زياد) مناسب بوده و تنها نقطه ضعف آن در مقايسه با دو طرح قبلي احتمال نشت گاز مورد تراكم از محل خروج شافت بوده كه آن هم با انتخاب سيستم آب بندی مناسب قابل حل ميباشد
دسته بندی کمپرسورها بر حسب فشار مکش ، دهش ، و ظرفیت آنها
پمپ خلا (Vacumm Pumps)
برخلاف اسم آن، در واقع پمپ هاي خلا نوعي كمپرسور بوده كه فشار قسمت مكش آن از فشار جو كمتر و فشار دهش آن اندكي از فشار جو بيشتر ميباشد. پمپ هاي خلا در طرح هاي مختلفي ساخته شده كه داراي قابليتهاي ذیل ميباشند:
گريز از مركز حداكثر خلا قابل دسترس 6mmHg
تناوبي حداكثر خلا قابل دسترس 0.5mmHg
انژكتورهاي بخاري حداكثر خلا قابل دسترس mmHg 0.05
دوراني حداكثر خلا قابل دسترس mmHg 0.00005
در بين طرح هاي فوق پمپ هاي خلا از نوع دوراني از مقبوليت بيشتري برخوردار ميباشند.
هواكشها ( fans)
اين نوع كمپرسورها عموماً براي دبي زياد و فشار كم ( تا ۱∕۰بار) ساخته شده و عموماً از خانواده گريز از مركز ميباشند.
دمندهها ( Blowers )
دمندهها نوع خاصي از كمپرسورها بوده كه فشار نسبتاً كم و دبي نسبتاً زياد دارند. حداكثر فشار قابل دسترس توسط آنها (۲ـ۵∕۱بار) ميباشند. دمندهاي با فشار كم و دبي زياد از نوع گريز از مركز ساخته ميشوند. حال آنكه براي فشارهاي بالا ( نزديك به ۲ بار) و دبي كمتر نوع دوراني (Rotary) متداولتر ميباشد. ساخت دمندههاي از نوع تناوبي (رفت و برگشتي) عملاً منتفي است.
كمپرسورها (Compressors)
كمپرسورها عموماً براي فشارهاي بالا (بيشتر از 2 بار) مورد استفاده قرار ميگيرند. امروزه كمپرسورهايي ساخته شدهاند كه قادر به تراكم گازها تا فشار bar600 ميباشند.
دستهبندي كمپرسورها از نظر رفتاري
برحسب چگونگي فرآيند تراكم، كمپرسورها به دو دسته تقسيم ميشوند:
الف: كمپرسورهاي جابهجايي مثبت (Positive Displacement)
ب: كمپرسورهاي گريز از مركز (Centrifugal)
در كمپرسورهاي جابهجايي مثبت، همواره مقدار معيني از گاز بين دو قطعه به تله انداخته شده و با كاهش حجم محفظه، فشار گاز افزايش مييابد. اين كمپرسورها خودبهخود به دو دسته تناوبي (Reciprocating) و دوراني (Rotary) تقسيم ميشوند. البته هر يك از دستههاي فوق تنوع زيادي در شكل و ساختار مكانيكي داشته ولي از لحاظ رفتاري داراي ويژگيهاي نسبتاً يكساني هستند.
در كمپرسورهاي جريان پيوسته، (گريز از مركز)، ابتدا انرژي جنبشي گاز مورد تراكم پيوسته در پروانه افزايش داده شده و سپس بخش اعظمي از انرژي جنبشي آن در يك مجراي گشاد شونده بنام حلزوني (Volute) به انرژي پتانسيل (فشار) تبديل ميشود.
انتخاب كمپرسور مناسب به شرايط و نوع بهره برداري بستگي دارد كه اهم آن به شرح ذیل ميباشد:
- فشار و دبي مورد نياز
- حساسيت به حضور روغن
- خواص فيزيكي و شيميايي
- بهاي انرژي
- قابليت اعتماد
- هزينههاي تعمير و نگهداري و قطعات يدكي قيمت اوليه
- حداكثر درجه حرارت قابل قبول
-
این نوع کمپرسور اغلب در سیستم تبرید مورد استفاده قرار می گیرد و ممکن است قدرت آنها از چند دهم اسب تا چند صدم اسب خواهد بود و می توان از یک سیلندر ویا چند سیلندر تشکیل شده باشد . سرعت دورانی محور کمپرسور ممکن است از ۲ تا ۶ ( r . s -۱ ) تغییر نماید . در کمپرسور ها ممکن است موتور و کمپرسور از هم جدا بوده که کمپرسور های باز نامیده می شوند . ( Hermiticaly Compressor ) خواهیم داشت که بیشتر در یخچالهای منزل که موتور کوچکی دارند از این نوع کمپرسورها استفاده می شود .
کمپرسورهای باز با قدرت های بالا غالباً افقی بوده و ممکن است دو عمله نیز باشند . در حالی که کمپرسورهای بسته معمولاً عمودی و یک مرحله می باشند .
ـ تقسیم بندی کمپرسورهای پیستونی :
الف) از نظر قدرت برودتی به شرح زیر تقسیم بندی می شوند :
۱) ریز ـ تا۵/ ۳ kw/h ( ۳۰۰ کیلو کالری در ساعت)
۲) کوچک ـ از۵ / ۳ تا ۲۳ kw/h ( ۳ تا ۲۰ هزار کیلو کالری در ساعت )
۳) متوسط ـ از ۲۳ تا ۱۰۵ kw/h ( ۲۰ تا ۹۰ هزار کیلو کالری در ساعت )
۴) بزرگ ـ بیش از ۱۰۵ kw/h ( بیش از ۹۰ هزار کیلو کالری در ساعت)
ب) از نظر مراحل تراکم به کمپرسورهای یک مرحله ای وکمپرسورهای دو یا سه مرحله ای .
ج) از نظر تعداد حفره کارگر به حرکت ساده به طوری که مبرد فقط در یک طرف پیستون متراکم می شود و حرکت دوبل که مبرد به نوبت در هر دو طرف پیستون متراکم می شود .
د) از نظر سیلندر به تک سیلندر و چند سیلندر .
و) از نظر قرار گرفتن محور سیلندرها به افقی و قائم و زاویه ( V شکل و مایل)
ر) از نظر ساختمان سیلندر و کارتر به ترکیبی و انفرادی .
م) از نظر مکانیزم میل لنگ و شاتون به بدون واسطه ( معمولی ) و با واسطه .
اجزاء کمپرسور پیستونی تناوبی :
کارتر
در کمپرسورهای قائم و V شکل کارتر یک قسمت اساسی برای اتصال قسمتهای مختلف است و ضمناً نیروی ایجاد شده را تحمل می کند لذا باید سخت و مقاوم باشد .
کارتر های بسته تحت فشار مکش بوده و مکانیزم میل لنگ و شاتون و روغن کاری در آن قرار می گیرد و برای کنترل سطح روغن شیشه روغن نما و برای دسترسی به مکانیزم میل لنگ و شاتون و پمپ روغن درپوشهای حفره ای و جنبی وجود دارد . در کمپرسورهای کوچک معمولاً یک درپوش حفره ای وجود دارد , به فلانژ بالائی کارتر سیلندر متصل می گــردد . در کمپرسور های متوسط بزرگ کارتر و سیلندر با هم ریخته می شوند .
این امر باعث کم شدن تعداد برجستگی ها و هرمتیک بودن کمپرسور و درست قرار گرفتن محور سیلندر ها نسبت به محور درز ( سوراخ ) زیر یاطاقان میل لنگ می شود .
کارتر کمپرسور معمولاً از چدن ریخته شده بوده و در کمپرسور های کوچک از آلیاژ آلومینیوم می باشد.
سیلندرها :
در کمپرسورهای عمود ( قائم ) و V شکل بدون واسطه بصورت مجموعه دو سیلندر یا بصورت مجموع سیلندرها می سازند . در سیستم کارتر بوش داخلی پرس می شود که باعث کم شدن خورندگی و ساده شدن تعمیرات می گردد و در صورت سائیده شدن قابل تعویض هستند . مجموعه سیلندرها دارای کانال مکش و رانش مشترک می باشند . تحولات در داخل سیلندر عبارت است از مکش و تراکم رانش مبرد است و بدنه سیلندر نیروهای فشار گاز و فشردگی رینگها و نیروی نرمال مکانیزم میل لنگ و شاتون را تحمل می کند .
پیستون:
در کمپرسورهای عمودی وV و VV شکل بدون واسطه پیستون های تخت عبــوری بکــار می رود . ولی در کمپرسورهای غیر مستقیم الجریان ساده تر و غیر عبوری می باشد . در پیستون های عبوری که فرم کشیده تری دارند و سوپاپ مکش روی آن قرار دارد کانالی وجود دارد که از طریق این کانال بخار مبرد از لوله مکش به سوپاپ مکش هدایت شده . در کمپرسورهای اتصال مستقیم با اتصال پیستون به شاتون به وسیله اشپیل های شناور پیستونی (۳ گژنپین ) انجام می گیرد .
پیستون بدون رینگ معمولاً از چدن یا فولاد با کربنیک پائین ساخته می شود . پیستون کمپرسورهای افقی از چدن یا فولاد با تسمه های بابیتی در قسمت پائین می باشد . مهره و پیستون از جنس فولاد است . در پیستون های تخت لوله ای سوراخ های زیر گژنپین باید در یک راستا و عمود بر محور پیستون باشد . ( برای اینکه در جمع کردن پیستون با شاتون پیستون نسبت به محور سیلندر کج نباشد . در پیستون های دیسکی سوراخ زیر میله باید در یک راستای سطح خارجی پیستون وسطح نگهدارنده لوله عمود بر محور پیستون باشد. شیارهای رینگ ها باید موازی هم بوده و سطوح خارجی آنها عمود بر پیستون باشد . مفصل اتصال پیستون و شاتون ( دسته پیستون ) کاملاً شناور و آزاد است و می تواند در داخل بوش شاتون و بوشهای بدنه پیستون آزادانه بچرخد .
رینگ های پیستون :
برای جلوگیری از نفوذ گاز متراکم شده به کارتر از رینگ های فشار( کمپرسی) و همچنین جلوگیری از خروج روغن از آن از رینگ های روغن استفاده می شود که در شیارهای مخصوص روی پیستون سوار می شوند . رینگ ها باید حتی الامکان کیپ شیار و در عین حال مانع حرکت آزاد پیستون در سیلندر نشوند . تعداد رینگهای آب بندی بستگی به دور کمپرسور دارد .
واسطه ( کریسکف):
واسطه برای اتصال رابط و شاتون بکار می رود و یک حرکت متناوب مستقـــیم الخط را طی می کند .
شاتون :
شاتون برای اتصال میل لنگ به پیستون یا به واسطه بکار می رود و جنس آن فولاد و بعضی اوقات چدن تشکیل شده از میله با دو سر که یکی از آنها اتصال ثابت دارد و دیگری مجزا یا جدا شونده است .
میل لنگ :
این قسمت کمپرسور یکی از مهم ترین اجزاء می باشد و باید خیلی سخت و محکم و در سطح اتصال آن نباید در شرایط مختلف خورندگی ایجاد شود . میل لنگ یک محور چرخنده است که در حرکت دورانی الکتروموتور را توسط شاتون به حرکت متناوبی پیستون در داخل سیلندر تبدیل می کند .
چرخ طیّار :
چرخ طیار را روی میل لنگ بر خار نشانده و با مهره محکم می کنند . در زمانی که برای انتقال انرژی از الکتروموتور به میل لنگ از تسمه استفاده می شود .
کاسه نمد :
برای محکم نمودن میل لنگ و آب بندی خروجی آن از بدنه کارتر در کمپرسورهای اتصال مستقیم از کاسه نمد استفاده می شود . درست کارکردن کاسه نمد باعث آب بندی بودن کمپرسور و در نتیجه کار صحیح کمپرسور می شود .
کاسه نمدها را می توان به دو گروه تقسیم کرد:
۱) کاسه نمد کمپرسورهای اتصال مستقیم با حلقه های اصطکاک , آب بندی بین حلقه ها در اثر ارتجاع فنر یا سیلیفون یا دیافراگم و همچنین به کمک وان روغنی که ایجاد سیفون هیدرولیکی می نماید می باشد . به گروه اول می توان کاسه نمد سیلیفونی و فنری را نسبت داد .
۲) کاسه نمد کمپرسورهای اتصال غیرمستقیم دارای خانه های زیاد با حلقه های برجسته فلزی یا مسطح با قشر فلوئور است . کاسه نمد سیلیفونی با گشتاور ( کوپل) اصطحکاک برتری .
فولاد تا سالهای اخیر در کمپرسورهای کوچک فریونی با میل لنگ به قطر تا ۴۰ میلی متر مورد استفاده قرار می گرفت. کاسه نمد فنری ـ کار کمتر در تهیه ، معتبر در کار ، مونتاژ ساده و کار ساده تر مزایای کاسه نمدهای فنری با سیفون روغنی است .
بهترین نوع کاسه نمد فنری با کوپل یا چفت های حلقه ای می باشد که یکی از گرافیت مخصوص و دیگری از فولاد سخت می شوند .
سوپاپ های مکش و رانش کمپرسور :
در کمپرسورهای مبرد این نوع سوپاپ ها خودکار است و بر اثر اختلاف فشار در دو طرفه صفحه سوپاپ بازشده و در اثر ارتجاع فنر صفحه بسته می شود . مورد استفاده بیشتر را نوع نواری ( صفحه های باریک ) ارتجاعی بدون فنر دو طرفه دارد که یک آب بندی قابل اطمینان را بوجود آورده و مقطع عبور زیادی را ایجاد می نمایند . صفحات این نوع سوپاپ ها از صفحات باریک فولادی که خاصیت ارتجاعی دارند و به ضخامت۲/ ۰ تا ۱ میــلی متر هستــند تهیــه می شوند و فرم صفحات مختلف است . اجزاء اساسی هر سوپاپ عبارتند از صفحه سوپاپ , پایه ( نشیمنگاه) که صفحه روی آن می نشیند و مقطع عبور و بست را تشکیل می دهند و محدود کننده صفحات روی پایه . در بعضی از سوپاپ ها صفحه سوپاپ به وسیله فنر به پایه فشرده می شود . و در کمپرسورهای فریونی غیر مستقیم الجریان سوپاپ های مکش و رانش در قسمت فوقانی سیلندر ( تخته سوپاپ ) واقع هستند .
سوپاپ محافظ :
برا ی حفاظت کمپرسور از سانحه در مواقع ازدیاد سریع فشار رانش از سوپاپ محافظ استفاده می شود . ازدیاد سریع فشار رانش ممکن است بخاطر نبودن آب در کندانسور یا بسته بودن شیر رانش در زمان روشن کردن کمپرسور بوجود بیاید .
در زمان کار کمپرسور سوپاپ محافظ باید بسته باشد و وقتی فشار از حد مجاز در سیلندر تجاوز کرد آن باز شده و قسمت رانش را با قسمت مکش کمپرسور مرتبط می کند . فشار باز شدن سوپاپ محافظ بستگی به اختلاف فشار محاسبه ای ( Pk - Po ) دارد که معمولاً برای آمونیاک و فریون ۲۲ حدود۲ / ۱ مگا پاسکال یا ۱۲ کیلو گرم بر سانتی متر مربع و برای فریون ۱۲ حدود۸/ ۰ مگا پاسکال می باشد که باز شـدن ســـوپاپ محافــظ در اختلاف فــشار۶/ ۱ ( آمونیاک و فریون ۲۲ ) و یک مگا پاسکال برای فریون ۱۲ تنظیم می شود .
بای پاس (میان بر) :
دو نوع میان بر وجود دارد :
برای کم کردن قدرت مصرفی در استارت کمپرسورهای متوسط و بزرگ از میان بر استارت استفاده می شود و قسمت رانش را به قسمت مکش متصل می کند و در نتیجه در زمان استارت نیروی وارد بر پیستون حذف می شود یعنی کمپرسور در خلاص کار می کند و قدرت فقط برای حرکت کمپرسور و جبران نیروی انرسی و مقاومت مصرف می گردد .
میان بر گاز ممکن است دستی یا اتوماتیک باشد که در این صورت برای باز شدن از یک شیر برقی (سلونوئید) استفاده می شود و بسته شدن از طریق ضربان رله زمانی وقتی الکتروموتور دور کافی را بدست می آورد صورت می پذیرد .
در میان بر دستی زمان استارت کمپرسور شیرهای رانش و مکش هر دو بسته هستند در حالی که در میان بر اتوماتیک هر دو باز بوده و در لوله برگشت یک سوپاپ برگــشت بکار می رود. در کمپرسورهای کوچک و متوسط تا قدرت ۲۰ کیلو وات معمولاً از میان بر استارت استفاده نمی شود و الکتروموتور آنها با گشتاور استارت بیشتری انتخاب می گردد . در کمپرسور های بزرگ برای تغییر بازده برودتی از میان بر تنظیم استفاده می شود و بطور دستی یا اتوماتیک قسمت سیلندر به قسمت مکش متصل می گردد و بدین ترتیب بازده برودتی حدود ۴۰ الی ۶۰ درصد کاهش می یابد .
سیستم روغن کاری :
روغن کاری گرم شدن و خورندگی قسمت های متحرک کمپرسور را کم کرده و انرژی مصرفی برای مقاومت را تقلیل می دهد . همچنین باعث آب بندی بیشتر کاسه نمد , رینگ ها و سوپاپ ها می گردد . در کمپرسور های مبرد از روغن های مخصوص طبیعی و مصنوعی استفاده می گردد و برای مبردهای مختلف روغن های متفاوتی بکار می رود .( با عددی که نشان دهنده غلظت روغن است) روغن کاری کمپرسورها به دو طریق فشاری یک پمپ کوچک روغن را تحت فشار به یاطاقانها ثابت متحرک می رساند . پمپ های مورد استفاده چرخ دنده ای یا پروانه ای و یا پیستونی می باشند که یک سوپاپ آزاد کننده فشار در مسیر پمپ سوار می شود تا از تمرکز فشار زیاد بر روی پمپ جلوگیری بعمل آورد . نیروی لازم برای کار پمپ از گردش میل لنگ تأمین می گردد که در پمپ های پیستونی شناور انتهای میل لنگ یک بادامک یا برجستگی خارج از مرکز خواهد داشت و در پمپ چرخ دنده ای سر میل لنگ نیز چرخ دنده ای برای چرخش پمپ دارد و در پمپ های پروانه ای انتهای میل لنگ دارای یک وسیله گرداننده پره ای می باشد .
در قسمت مکش پمپ یک فیلتر قرار می گیرد . توری در ارتفاع ۱۰ تا ۱۵ میلی متر از کف کارتر قرار گرفته و تعداد خانه های ( شبکه های توری) فیلتر بین ۱۵۰ تا ۳۰۰ عدد در یک سانتی متر مربع می باشد . در قسمت رانش پمپ روغن کمپرسورهای متوسط و بزرگ یک فیلتر صفحه ای شکافدار توری ریز قرار می گیرد که با کمک آنها وقتی محور بطور دستی می گردد متناوباً تمیز می شود . فاصله بین صفحات۰۳/ ۰ تا۱/ ۰ میلی متر است . فشار روغن از طریق سوپاپ مخصوص کنترل می شود و در صورت افزایش فشار باز شده و روغن از قسمت رانش پمپ به کارتر می ریزد . معمولاً فشار روغن بین۶/ ۰ تا ۲ اتمسفر بیش از فشار در کارتر است و هر چقدر فشار روغن زیاد باشد مقدار روغن خروجی از کمپرسور نیز زیادتر می گردد . وقتی از یاطاقانهای لغزنده استفاده می شود معمولاً تمام روغن از پمپ به یاطاقان فرستاده شده و از طریق کانال های مخصوص در میل لنگ به یاطاقان شاتون و همچنین کاســه نمد می رود . وقتی میل لنگ با یاطاقان نوسانی استفاده می شود , روغن به کاسه نمد داده شده و از شیار میل لنگ به قسمت های دیگر روانه می گردد . کمپرسور ها معمولاً دارای کلید اطمینان روغن هستند که به فشار روغن کار می کند و هر زمان که فشار روغن به دلیل خرابی سیستم افت کند موتور را از کار می اندازد و کمپرسور خاموش می شود . در سیستم روغن کاری به طریق پاشش کارتر تا نیمه های یاطاقان اصلی پر از روغن می شود و زمانی که میل لنگ می چرخد ته شاتون ( قسمت خمیده ) وارد روغن شده و با گردش میل لنگ روغن را به قسمت انتهای سیلندر و پیستون می پاشد . گاهی قسمت انتهای شاتون در اتصال به میل لنگ دارای محفظه ای است که در ورود به روغن پر شده و وارد یاطاقان می شود . سیستم روغن کاری پاششی معمولاً در کمپرسور های کوچک مورد استفاده قرار می گیرد .
در بعضی از کمپرسور ها برای سیستم روغن کاری خنک کننده آبی یا هوائی بصورت کوئل در نظر می گیرند . در کمپرسور های معمولی مخزن روغن همان کارتر کمپرسور است ولی در کمپرسورهای واسطه ای مخزن روغن مخصوصی در نظر گرفته میشود.
در کمپرسور هرمتیک از روغن کاری فشاری استفاده می شود .
سیستم خنک کنندة کمپرسور :
کمپرسورها به دو علت اساسی خنک می شوند که یکی اصطکاک بین قطعات متحرک و دیگری افزایش درجه حرارت ناشی از تراکم بخار است . خنک کردن کمپرسور به منظور جلوگیری از کاهش کارآیی کمپرسور و همچنین نگهداری کیفیت روغن و روغن کاری است .
روغنی که برای روغن کاری به گردش در می آید وسیله خوبی برای جـــذب و دفع گرمــا می باشد و به همین جهت در بعضی از کمپرسورها خنک کننده مخصوص بــرای روغن بکار می رود و در بعضی از کمپرسورها سطح خارجی را پره دار می سازند تا سطح تبادل حرارتی آنرا با هوا زیاد کنند و در بعضی انواع نیز از یک موتور و پنکه جهت عبور هوا بر روی کمپرسور و خنک کردن آن استفاده می شود .
در سیستم هائی که تقطیر مبرد به وسیله آب خنک کننده برج است , کمپرسور نیز با آب خنک می شود . برای گردش آب لوله با محفظه ای در قسمت مجاور بالای سیلندر در نظر گرفته می شود که به کیسه خنک کننده معروف است . کمپرسور های هرمتیک ( بسته ) که موتور و کمپرسور در یک پوسته قرار دارند بیشتر در معرض داغی قرار دارند و معمولاً با عبور دادن بخار قسمت مکش کمپرسور با اطراف موتور گرمای آنرا می گیرند
