بخشی از مقاله
بررسی تاثیر مبرد های گوناگون بر عملکرد سیکل تبرید مرکزی
خلاصه
امروزه هزینه مصرف انرژی عاملی مهم در ظرفیت سرمایشی سیستم های تبرید بخصوص در سوپرمارکت ها می باشد. بهینه سازی مصرف انرژی برای سیستم های تبریدی بزرگ باعث صرفه جویی قابل توجهی و در نتیجه سود عظیمی را حاصل میشود . لذا از این رو طراحی سیستم های تبرید و سرمایشی از لحاظ اقتصادی و زیست محیطی تصمیمی سخت و دشوار است.در سیستم های برودتی جدید در قالب فروشگاه ها و سوپرمارکت ها سیستم تبرید مرکزی رک ترجیح داده می شود . سیستم تبرید مرکزی دارای چندین کمپرسور بوده که به صورت موازی عمل میکنند و از سیستم لوله کشی ، کندانسور و سیستم کنترلی مشترک برخوردار می باشند . پتانسیل ذخیره سازی انرژی در سیستم های سرمایشی به پارامترهای مهمی از قبیل ضریب عملکرد موثر COP* وابسته است. در این مقاله عملکرد سیستم تبرید مرکزی با سه نوع مبرد مختلف مورد بررسی قرار گرفته است . نتابج حاصل از این آنالیز نشان می دهد که سیستم تبرید آبشاری با مبرد R744 و R404a دارای ویژگی های منحصربه فرد از لحاظ اقتصادی ، طراحی و راندمان بالا نسبت به مبرد های
R22 و R404a دارد.
واژه های کلیدی: مبرد ، اقتصادی ، زیست محیطی ، مصرف انرژی
.1 مقدمه
امروزه پیشرفت تکنولوژی در تمامی زمینه های علمی و مهندسی باعث گردیده تا گزینه هـای مختلفـی بـرای انتخـاب روش ها، سیستم ها و تجهیزات مناسب به منظور دستیابی به یک هدف واحـد پـیش روی طراحـان سیسـتم هـای فنـی و مهندسی قرار گیرد. لذا دانش به روز و شناخت کافی تنها راه حل منطقی برای انتخاب بهترین گزینه از میـان گزینـه هـای پیش رو با در نظر گرفتن پارامترهای اساسی مورد نیاز طرح می باشد.در بین سیستم های سرمایشی ، سیستم هـای تبریـد تراکمی بخصوص در بخش های صنعتی وساختمانی بسیار پرکاربرد بوده و بهینه سازی آنها در صرفه جـویی انـرژی کمـک شایانی خواهد کرد . روشهای متعددی برای بهینه سازی سیکل های تبرید تراکمی در گذشته انجام شده اسـت کـه امـروزه نیز با تولید سیستم های جدید و جایگزینی مبردهای نوین به جای مبردهای سنتی تحول عظیم در عملکـرد سـیکل هـای تبرید تراکمی به انجام رسیده است . در بخش صنعت تبرید فروشگاهی و سـردخانه ای انتخـاب دسـتگاه مناسـب از لحـاظ کارایی مناسب دارای اهمیت بالای می باشد. از همین رو سیستم تبرید مرکزی رک با توجـه بـه قابلیـت هـایی مناسـب از لحاظ راندمان مناسب و صرفه جویی انرژی جایگزین مناسبی برای سیتم های سرمایشی سنتی می باشـد . یکـی از دلایـل مهم و اساسی جایگزینی سیستم تبرید مرکزی به جای سیستم های سنتی کنترل ظرفیت پله ای کمپرسور ها مـی باشـد ، که اساسا در سیستم های تبرید مرکزی طراحی سیستم بر اساس بیشینه بار سرمایشی در نظر گرفته شـده ولـی در زمـان کارکرد و با تو به کاهش بار برودتی مورد نیاز از قدرت کمپرسور نیز کاسته شده و سبب کنترل پیوسته سیسـتم و کـارکرد بهینه سیستم از لحاظ مصرف انرژی می شود . از انجا که سیستم های تبرید فروشـگاهی بـه رانـدمان دسـتگاه ، طراحـی و انتخاب نوع سیستم مربوط میشود ، سعی شده است تا با انتخاب مناسب ترین مبرد بالاترین راندمان در سیستم های تبرید حاصل کرد. در این مقاله به مقایسه استفاده از مبرد هـای R744 و R407 و R22 در سیسـتم هـای تبریـد مرکـزی رک پرداخته است و با بررسی پارامترهای مختلف ، مبرد مناسب برای این سیستم را پیشنهاد داده است . از دلایل انتخاب مبرد R744 می توان به ویژگی های منحصر به فرد این مبرد از قبیل دمای کـاری بسـیار پـایین ، فشـار بـالا ، پـایین و
صفر اشاره کرد.
.2 شبیه سازی تجربی و محاسباتی
در این مقاله با استفاده روش تجربی و آزمایشگاهی و استفاده از نـرم افـزار طراحـی و محاسـبه سـیکل تبریـد سـاخت کمپانی Bitzer برای عملیات محاسباتی کمپرسور هاو از نرم افزار Ref Pipe Design بـرای محاسـبه قطـر لولـه هـای تبرید و میزان جریان مبرداستفاده شده است.در شبیه سازی سیستم آبشاری با مبـرد R744/R407 بـا سیسـتم هـای بـا مبرد R407 و مبرد R22 مورد بررسی قرا گرفته است . در مرحله بعـد بـا اسـتفاده از نـرم افـزار BITZER بـرای سـه سیستم با مبرد مجزا و دمای کارکرد اواپراتور -35C در نظر گرفته شـده واطلاعـاتی را بـه دسـت آورده اسـت.در سیسـتم آبشاری از مبرد R744 برای عملکرد در دمای بحرانی و از مبرد R407 برای دمای متوسط در فـاز مـایع و سیسـتم هـای دیگر از مبرد R407 و R22 استفاده میشود.شیر انبساط در سیستم ترکیبی از نوع الکتریکی و در دو سیستم دیگر از نـوع مکانیکی می باشد.در این مرحله از آزمایش ظرفیت سرمایشی سیستم ها تا 20Kw برای اواپراتورها طراحی شده اند.
2.1 کمپرسور
کمپرسور های سیستم تبرید مرکزی با مبرد R744 از مدل 2KC شرکت بیتزر، برای مبـرد R22 مـدل 4TES-9 و برای مبرد R407C مدل 4PES-12Y لحاظ شده اند و مقیاس عملکـردی کمپرسـور هـا در سـه سیسـتم در فرکـانس 30HZ تا 70HZ می باشد.
2.2 کندانسور
کندانسورها در سیستم های تبرید مرکزی رک در دو نوع اب خنک و هوا خنک می باشند، برهمین اساس در کندانسور هوایی از اینورتر برای کنترل فشار و در کندانسورهای آبی (پوست و لوله)از برج خنک استفاده می شود که هریک دارای عملکردی متفاوت هستند.
2,3 اواپراتور
در سیستم تبرید مرکزی رک از اواپراتور های هوایی با کویل DX که در داخل محیط نصب سردخانه بالا صفری یا زیر صفری قرار گرفته استفاده میشود. اواپراتور های هوایی با دمای نرمال برای مبـرد CO2 اسـتارت میشـود و از طریـق شـیر انبساط الکترونیکی جریان تبرید کنترل می شود.
کلیه اطلاعات و سیستم های حفاظتی لحاظ شده در سیستم مانیتورینگ قابل مشاهده وکنترل می باشد. دمای بالای دیفراست اواپراتور ها با خاموش شدن سیکل و عمل کردن هیتر الکرونیکی انجام میپذیرد. نمونه از سیستم های تبرید مرکزی آبشاری و سیستم تبرید مرکزی با تک مبرد در شکل1 و 2 آمده است.
شکل ) 1 سیستم تبرید مرکزی آبشاری با مبرد ( R744/R404
شکل ) 2 سیستم تبرید مرکزی با مبرد ( R22
.3 طراحی و عملکرد سیستم
سیستم تبرید مرکزی با کمپرسور پیستونی کار میکنند و خط دیس شارژ به اویل سپراتور وصل شده و روغن جدا شده به سمت ریسیور روغن برمیگردد. مبرد از خط دیس شارژ به سمت کندانسور هدایت شده و سپس به سمت ریسیور مایع رفته و از خط مایع به اواپراتور منتقل میشود.کمینه دمای مبرد برای اواپراتورهای مبرد R407c و R22 تا -30C و برای مبرد R744 تا -50C در نظر گرفته شده است.
3,1 سیستم تبرید مرکزی آبشاری
در سیستم تبرید آبشاری مبرد های R744 و R407c در دو مدار جدا قرار میگیرند که دراین سیستم کندانسور مبرد R404 به عنوان اواپراتور مبرد R744 ایفای نقش می کند،به طوری که هیچ تداخلی بین این دو مبرد به وجود نمی آید.در سیستم تبریدی پمپ کردن مایع در دمای نرمال برای منجمد کردن معمولا ویژگی غیر معمولی دارد که نیاز به نگهداشتن دمای کمپرسور در سطح های توصیه شده داشته واین مورد کارایی کمپرسور را در دماهای خیلی پایین کاهش می دهد ،از این رو در صورت چک نکردن این مساله موجب انباشته شدن مبرد در روان کننده روغن و عدم کارایی کمپرسور میشود. از آنجا که مبرد R744 دارای چگالی بالا می باشد، بر همین اساس این مبرد در فاز بخار ظرفیت بالاتری در جذب گرما از گاز کمپرسور نسبت به مبرد های دیگر دارد که باعث خنک شدن کمپرسور در خط دیس شارژ می شود. برای عملکرد بهتر چرخدنده های کمپرسور باید از رقیق شدن مبرد در قسمت پایین جلوگیری و همچنین تنظیم دمای مخزن کمپرسور موجب کارکرد مناسب کمپرسور می شود، بطوریکه خط دیس شارژ همیشه در بالاترین دما باشد.
