کندانسور هوایی: عملکرد معمولی و نرمال

تنظیم داکت اسپیلت در زمستان و تابستان
مهر 9, 1399
کاتالوگ فن کویل تراست
مهر 9, 1399

کندانسور هوایی: عملکرد معمولی و نرمال

کندانسور هوایی، یک مبدل حرارتی است. می توانید ویژگی ها و مشخصات آن را به یاد آورید؟
اصول عملکرد این سیستم رادیاتور حرارتی مرکزی را به یاد می آورید. این نوع خاص مبدل حرارتی، به ما امکان می دهد تا به وسیله تبادل حرارت بین آب گرمی که وارد رادیاتور می شود و هوای محیط اطراف خنک تر است، هوای اتاق را گرم کنیم.
این تبادل حرارت تنها درصورتی امکان پذیر است که هوا و آب در دمای متفاوت باشند.

عملکرد کندانسور دقیقا مشابه با رادیاتور است. تبادل حرارت به دلیل اینکه مبرد 22 و هوا، دارای دماهای متفاوت هستند، رخ می دهد.

مانند هوا و آب در رادیاتور، در کندانسور نیز مبرد و هوا، تبادل حرارت دارند. تفاوت اصلی آن است که کندانسور در سیستم سیستم تهویه مطبوع دارای یک فن است که تبادل حرارت را افزایش می دهد.
بنابراین، درواقع، در کندانسور نیز مبرد و هوا، تبادل حرارت دارند. تفاوت اصلی آن است که کندانسوردر سیستم تهویه مطبوع دارای یک فن است که تبادل حرارت را افزایش می دهد.
بنابراین،درواقع، کندانسور همانند رادیاتور عمل می کند، تنها با این تفاوت که در کندانسور به جای آبی که در رادیاتور مورد استفاده قرار می گیرد، از مبرد استفاده میشود.

اکنون نگاهی دقیق تر به کندانسور بیندازید و روی جهت جریان مبرد و هوا تمرکز کنید.
در تصویر A کندانسور و فن را از نمای کناری آن ها مشاهده می کنید. دو لوله را می بینید، یکی از آن ها به بالای کندانسور و دیگری به پایین کندانسور متصل شده است.
در تصویر B، کندانسور را از نمای روبرو می بینید. می توانید پره ها(که سطح تبادل افزایش می دهند) و قطعات انتهایی که لوله های افقی را در هر یک از دو انتهای مبدل حرارتی، به یکدیگر متصل می کنند، را تشخیص دهید.
در تصویر C ، مبرد 22 از طریق لوله سمت راست بالا وارد کندانسور می شود و از طریق لوله سمت چپ پایین از کندانسور خارج می شود در حالیکه هوا از چپ به راست جریان دارد. از این رو، مبرد و هوا، در دو جهت متقابل حرکت می کنند.
گفتیم که مبرد و هوا در جهت متقابل یکدیگر، جریان دارند. این نوع جریان، تاثیر تبادل حرارت بین دو سیال را افزایش می دهد. باید توجه کنید که اگر هوا و مبرد 22 در یک جهت جریان داشته باشند،جریان، جریانی همسو خوانده می شود.
تبادل حرارت جریان متقابل، چون به ما این امکان را می دهد که ظرفیت سرمایی مشابهی را با مبدل حرارتی کوچکتر داشته باشیم، مطلوب تر است. در این روش، می توانیم هزینه و ابعاد دستگاه را کاهش دهیم.
در تصویر D ، می توانید جریان مبرد در مبدل حرارتی را از نمای روبرو ببینید. بخار گرم که از خروجی کمپرسور به کندانسور می رسد، از بالا وارد کندانسور می شود و سپس مایع می شود. از آنجا که مبرد به حالت مایع، از بخار سنگین تر است، مبرد مایع، جمع شده و به انتهای کندانسور می رود.

در اینجا، به کمک نمودار زیر، تغییر در مبرد را در حین عبور آن از کندانسور از نقطه A به E را بررسی خواهیم کرد.

نقطه A
بخار R22 ، در دما و فشار بالاHP)) به کندانسور می رسد. برای مثال، فرض کنید که فشار سنج (HP gauge) فشار 16.3 بار را می خواند.
این نشان می دهد که فشار HP در حدود، 16.3 بار است ولی دمایی که دستگاه اندازه گیری فشار نشان می دهد،چه مفهومی دارد؟
در واقع، دستگاه فشار سنج(gauge) دستگاهی است که فشار را اندازه می گیرد و برای اندازه گیری دما، مناسب نیست.
دمایی که بر روی دستگاه فشار سنج نشان داده شده است، دمایCͦ 45 است.
اگر دمای مبرد را در خروجی کمپرسور اندازه بگیریم، ترمومتر، دمایی بسیار بالاتر، یعنی دمایCͦ 75 را نشان می دهد.
بنابراین فشار سنجی(gauge) که به لوله تخلیه کمپرسور متصل شده است، فشار رانش را اندازه می گیرد.
دمایی که روی فشار سنج (gauge) نشان داده شده است همان است که به وسیله ارتباط فشار – دمای مبرد 22 داده شده است.
به سادگی نشان داده شد که در فشار 16.3 بار، تغییر حالت برای مبرد 22 در دمایCͦ 45 رخ می دهد.
از این رو، فشار مبرد در نقطه A، برابر 16.3 بار می باشد(فشاری که توسط فشارسنج HP (gauge) اندازه گرفته می شود.
از سوی دیگر، دما در واقع Cͦ 75 می باشد(دمایی که به وسیله ترمومتر اندازه گیری شده است).
توجه کنید که بسیاری مهندسین تاسیسات سرمایی، هنگامی که می خواهند به درجه حرارتی که در آن عمل میعان رخ می دهد، ارجاع کنند ار علامت Tk استفاده می کنند.
در سمتی که فشار بالا است فشار سنج(گیج)، نشان می دهد که دمایی که در آن میعان رخ می دهد(Tk)، دمای دمایCͦ 45 می باشد.
از سوی دیگر، در نقطه A، دمای بخار Cͦ 75 است. به این معنی که از دمای اشباع متناظر با این فشار بیشتر است.
در زبانی که توسط مهندسین تاسیسات سرمایی مورد استفاده قرار می گیرد، می گوییم که بخار در نقطه A، بخار سوپر هیت شده است به این معنی که، دمای آن از Tk بیشتر است.
دقیق تر، می توانیم بگوییم که تا وقتی که دمای بخار در نقطه A، 30 درجه سانتی گراد بیشتر از Tk بوده و یا معادل 30 درجه سانتی گراد سوپرهیت شده است.

از نقطه A به نقطه B :
پیش از آنکه ادامه دهیم، باید توجه کنیم که در سیستم های سرمایشی(تبریدی)کوچک، همانند آنهایی که در دستگاه های تهویه مطبوع پنجره ای یا سیستم های اسپیلت نصب شده اند، تنها دو فشار، در حین کار دستگاه وجود دارد.
فشار بالا(HP) که از خروجی کمپرسور تا ورودی دستگاه انبساط یافت میشود.(از راه کندانسور)
فشار پایین(LP) که از خروجی دستگاه انبساط تا ورودی کمپرسور وجود دارد.(از راه اواپراتور)
از آنجایی که عموما در دستگاه های تهویه مطبوع، طول لوله ها کوتاه است، هر افت فشاری که به دلیل طول کوتاه لوله رخ می دهد، قابل چشم پوشی است. می توان گفت، فشار مبرد، در حین غلبه بر مقاومت ایجاد شده بر اثر طول لوله، به میزان کمی افت پیدا می کند.
آنگاه میتوانیم فرض کنیم که فشاری که در ورودی کندانسور وجود دارد، همانند فشاری است که در خروجی آن یافت می شود.
از این رو، می توانیم بگوییم که، در هر نقطه ای در مدار بین خروجی کندانسور و ورودی سیستم انبساط، فشار مشابه با فشاری است که از روی فشار سنج HP خوانده می شود.

بین A و B چه اتفاقی می افتد؟
تا وقتی که دمای هوایی که از کندانسور می گذرد، کمتر از دمای مبرد 22 باشد، مبرد به خنک شدن ادامه می دهد.
از این رو بخار مبرد 22 سوپرهیت خارج شده از کمپرسور تا زمانی که به دمای تغییر حالت آن برسد، خنک خواهد شد که دمای میعان Tk نامیده می شود.
این محدوده کندانسور، بین Aو B ، منطقه دی سوپرهیت نامیده می شود. در این منطقه، دمای بخار سوپر هیت شده تا زمانی که به دمای میعان برسد، پایین می آید.
همین طور که مبرد از منطقه دی سوپرهیت عبور می کند، مبرد حرارت خود را به هوای اطرافش می دهد. آیا فکر می کنید که این حرارت، حرارت محسوس است یا نا محسوس؟
همان طور که افت دمایی که هنگام از دست دادن انرژی مبرد رخ می دهد محسوس است، پس این حرارت نیز حرارت محسوس می باشد.

نقطه B :
بعد از اینکه بخار از منطقه سوپرهیت عبور کند، در دمایCͦ 45به نقطه B می رسد که این دما، دمایی است که میعان در آن دما رخ می دهد.
ولی اگر این بخار در فشار 16.3 بار و دمایCͦ 45، انرژی بیشتری را از دست بدهد (یعنی حرارت بیشتری را از دست بدهد)
چه اتفاقی خواهد افتاد؟
در نقطه B در کندانسور، کمترین اتلاف انرژی اضافی به میعان منجر خواهد شد و اولین قطعات کوچک مبرد 22مایع، شروع به ظاهر شدن می کند.
نقطه B، درواقع، نقطه نظری است که مرز بین منطقه سوپرهیت (که در آن بخار 100% وجود دارد) و منطقه میعان (که در آن مخلوطی از مایع و بخار وجود دارد) را نشان می دهد.
از نقطه B به نقطه C :
از نقطه C به بعد مبرد شروع به میعان می کند. به این معنی که حالت فیزیکی خود را تغییر می دهد. و از حالت گازی شکل به حالت مایع تغییر حالت می دهد. همین طور که هوای سرد از روی کندانسور عبور می کند مبرد همچنان انرژی خود را ازدست می دهد و میعان رخ می دهد.
همین طور که مبرد کم کم از کندانسور عبور می کند، تولید می شود (از این رو این گرما، گرمای نهان است).
نظر به اینکه، اکنون در مرحله میعان هستیم، دمای مخلوط بخار- مایع، در این نقطه، دمای ثابت Cͦ 45 باقی می ماند.
به همین دلیل است که ترمومتر، دمای نقطه انتهایی را در قسمت میانی کندانسور، در نقطه C، دمایCͦ 45 اندازه می گرفت.
در اصطلاحات فنی مهندسی تاسیسات سرمایی،این مخلوط بخار و مایع، بخار اشباع شده خوانده می شود. در سمت HP این مخلوط کاملا در مرحله میعان می باشد.

از نقطه C به نقطهD :
در نقطه C ، مبرد به صورت بخار اشباع شده، وجود دارد. این مخلوطی از بخار و مایع در دمایCͦ 45 و فشار 16.3 بار می باشد.
همین طور که به تدریج، به طرف نقطه D حرکت می کند، میعان بیشتر و بیشتر رخ می دهد. مقدار بیشتری مایع و مقدار کمتری بخار وجود دارد.
توجه کنید که بعد از نقطه B (جایی که اولین قطرات مایع نمایان می شوند) مبرد، در مرحله میعان،به حالت بخار اشباع شده است.
منطقه میعان، در نقطه مشخصی که آخرین مولکول های بخار مایع می شوند، پایان می پذیرد. در این مرحله، دیگر بخاری باقی نمی ماند و فقط مبرد 22 مایع شکل وجود دارد.
به روشنی از گراف مقابل در می یابیم که در تمام طول مدت مرحله میعان، که بین نقاط B و D اتفاق می افتد، مبرد انرژی خود را از بصورت گرمای نهان از دست می دهد.
یک بار دیگر، به خود یادآوری می کنیم که دما در طی کل مرحله میعان، کاملا ثابت می ماند.(در دمایCͦ 45 در مثال ما).

از نقطه D به E:
در نقطه D، آخرین مولکول های بخار مبرد، مایع شده اند. از این رو، فقط مایع مبرد 22 در دمایCͦ 45و فشار 16.3 بار قرار دارد.
ولی وقتی که هوای سرد از کندانسور می گذرد، همچنان حرارت را از مبرد 22 مایع می گیرد.
اکنون که مبرد، کاملا به حالت مایع است، حرارتی که خارج می شود، تنها می تواند حرارت محسوس باشد و دمای مایع مبرد کاهش خواهد یافت.
در نقطه E، که در خروجی کندانسور قرار دارد، مبرد مایع در دمایی زیر دمای میعان Tk می باشد( برای مثال در دمایCͦ 40).
در اصطلاح فنی تبرید، مایع مادون سرد(Sub-Cool) شده، خوانده می شود. این نشان می دهد که مایع در دمایی زیر دمای مرحله میعان است، یعنی زیرTk.
اختلاف بین دمای میعان و دمای مایع در خروجی کندانسور،مادون سرد خوانده می شود.
منطقه بین نقاط D و E ،که فرایند مادون سرد نام دارد.
وقتی که مایع در خروجی کندانسور مادون سرد شود، کاملا واضح است که فقط مایع در لوله وجود دارد. از این رو وقتی که اشکالی رخ دهد، فرایند مادون سرد، یک شاخص بسیار مهم است.
از این پس، در این باره بیشتر توضیح خواهیم داد.

در بخش های بعد خواهیم دید که میزان مادون سرد را چگونه اندازه گیری و تفسیر کنیم. اکنون، مطلب اصلی این است که مادون سرد چه چیزی را نشان می دهد

خلاصه ای از نقش مبرد در عملکرد کندانسور:
فشار سنجی که در قسمت تخلیه (discharge) کمپرسور قرار گرفته است، عدد 16.3 بار را نشان می دهد. این فشار در هر نقطه ای در مدار HP مشابه است.
همچنین، فشار سنج HP، در دمایCͦ 45را در مقیاس دما برای مبرد 22 نشان می دهد. به سادگی به این معنی می باشد که مرحله میعان در دمایCͦ 40، رخ می دهد.

نقطه A : بخار مبرد، که در دمای حدود دمایCͦ 75 سوپرهیت شده است، از تخلیه کمپرسور خارج می شود و در فشار 16.3 بار، به کندانسور وارد می شود.

بین نقاط Aو B : بخار از دمای Cͦ 75 تا Cͦ 45 در فشار ثابت، دی سوپرهیت می شود.
نقظه B : قطرات اولیه مبرد 22 ظاهر می شود. دما برابر با Cͦ 45 می باشد و فشار هنوز هم در حدود 16.3 بار است.

بین Bو D : بخار مبرد 22، عمل میعان را ادامه می دهد تا زمانی که مخلوط بخار و مایع به نقطه D می رسند. مقدار تولید مایع بیشتر و بیشتر می شود و میزان بخار کاهش می یابد. فشار و دما، کاملا در فشار 16.3 بار و دمای Cͦ 45 ثابت می ماند.
باید توجه داشته باشید که اگر دما سنجی را در نقطه C قرار دهید نزدیک به میانه و وسط کندانسور، دمای اندازه گیری شده، مطابق با دمای میعان است.(که دمای Cͦ 45 در مثال ما می باشد.)

نقطه D : آخرین مولکول های بخار در دمای Cͦ 45 و فشار 16.3 بار میعان می شود. در آنجا کاملا مایع وجود دارد و مرحله میعان تکمیل می شود.

بین نقاط D و E: همانطور که مبرد 22، کاملا در حالت مایع است، به وسیله هوایی که از کندانسور می گذرد،مادون سرد می شود، این منطقه، منطقه مادون سرد می نامند.
نقطه E : در خروجی کندانسور، فشار همچنان حدود 16.3 بار است ولی دمای میعان Cͦ 40خوانده می شود. آنگاه می گوییم که مایع با دمایC ͦ 5=40-45 مادون سرد می شود.
تغییراتی که در مبرد 22، در کندانسور رخ می دهد، به صورت زیر نشان داده می شود:

از نقطه A به نقطه B: مقدار 100% بخاری که از دمای Cͦ 75 تا Cͦ 45، دی سوپرهیت شده است، وجود دارد.
(A-B منطقه دی سوپرهیت در کندانسور می باشد.)
در نقطه B:اولین قطرات مایع ظاهر می شوند.
از نقطه B به نقطه D : در آنجا، مخلوطی از مایع و بخار در دمای Cͦ 45 و فشار 16.3 بار وجود دارد. این مخلوط، بخار اشباع شده(Saturated vapour) خوانده می شود.(B-D، منطقه، میعان کندانسور می باشد.)
در نقطه D: آخرین مولکول های بخار به حالت مایع در می آیند. بنابراین، در این نقطه مبرد به صورت 100% مایع می باشد.
از نقطه D به E: در این منطقه که در واقع منطقه پایین کندانسور می باشد، فرایند مادون سرد از دمای Cͦ 45 تا Cͦ 40 رخ می دهد.(D-E منطقه مادون سرد کندانسور می باشد.)
مبرد در دمای Cͦ 75به کندانسور وارد می شود و در دمای Cͦ 40 از آن خارج می شود. در تمام این مرحله، فشار و دمایی که از روی فشار سنج خوانده می شود، در دمای Cͦ 45 و فشار 16.3 بار کاملا ثابت می ماند.
مخصوصا فراموش نکنید دمایی که فشار سنج نشان می دهد، دمای میعان است.
اکنون ببینید که برای هوای کندانسور، چه اتفاقی می افتد.
نمودار زیر باید ایده ای مناسب از مقادیر متفاوت انرژی که مبرد در حین عبور خود از کندانسور آزاد می کند را به شما بدهد.
می توانید ببینید که 40Kj انرژی باید از 1 kg مبرد 22 سوپرهیت گرفته شود تا از دمای Cͦ 75 به دمای Cͦ 45 برسد.
(بین A و B) و تنها 6 kj انرژی برای Cͦ 5 مادون سرد کردن 1kg مایع، نیاز است(بین نقطه D و E). ولی برای میعان شدن 1kg مبرد بین نقاط B و D به حذف 170kj انرژی نیاز است!
ظرفیت کندانسوری که تنها برای میعان (در دمای ثابت) استفاده می شود، حدود 80% از ظرفیت کل آن را تشکیل می دهد همچنین حدود 80% از حجم کندانسور بخار اشباع شده در دمای Cͦ 45 می باشد.
این اعداد شرح می دهند که چرا دمای میعان به عنوان دمای مرجع برای سمت HP فشار بالا مورد استفاده قرار می گیرد.
اکنون اگر نمودار زیر را بررسی کنیم، خواهیم دید که انرژیی که از مبرد آزاد می شود، کاملا به وسیله هوایی که از کندانسور می گذرد جذب می شود.
مبرد بیشتر حرارت بین B و D را آزاد می کند.(منطقه میعان). از این رو، این مکان، مکتنی است که در آنجا هوا به بیشترین مقدار
گرم می شود.

به دلیل اینکه هیچ تغییری در حالت فیزیکی هوا در حین عبور آن از کندانسور به وجود نمی آید، بنابراین،تنها حرارت محسوس تبادل می شود .
در طی عبور هوا از کندانسور، دمای هوا به تدریج افزایش می یابد. از دمای Cͦ 30 هنگامی که وارد کندانسور می شود به دمای Cͦ 38 هنگامی که از کندانسور خارج می شود ، می رسد.
همچنین توجه کنید که سرد ترین هوا در نقطه E وارد کندانسور می شود و سپس به سمت نقطه A می رود. هوا و مبرد در دو جریان متقابل هستند.
به یاد داشته باشید که برای ظرفیت سرمایش مشخص، جریان متقابل امکان کاهش قابل توجه ای در اندازه کندانسور را می دهد.
همچنین می توانیم جریان متقابل را با استفاده از نمودار زیر بررسی کنیم. توجه کنید که در حالیکه هوا در جهت مخالف حرکت می کند، مبرد در نقطه A وارد کندانسور می شودو از نقطه E خارج می شود. به اختلاف دماهای نشان داده نگاه کنید.

دماهایی که برای ما جالب توجه هستندعبارتند از :
Tk: دمای میعان مبرد
Tai:دمای هوا در ورودی کندانسور
Tao: دمای هوا در خروجی کندانسور
توجه کنید که اختلاف دماها به وسیلهTΔ نشان داده می شوند. در مثال، می توانیم ببینیم که:
T1=Tao- TaiΔ که دمای هوای ورودی – دمای میعان می باشد. در اینجا،TΔ مقداری به اندازهͦ 7 =30-38 دارد.
ΔT total=Tk-Tai که تفاوت دمای هوای ورودی و دمای میعان می باشد. در اینجا،TΔ مقداری به اندازهͦ 7=38-45 دارد.
Ttotal=Tk-TaiΔ که تفاوت دمای هوای ورودی و دمای میعان می باشد. در اینجا، ΔT مقداری به اندازه ͦ 15 =30-45 دارد.
به طور کلی، برای سیستم های تهویه مطبوع خانگی، درمیابیم که:
اختلاف دما بین هوای ورودی و هوای خروجیو دمای میعان نیز بین Cͦ 10 تا Cͦ 5 می باشد.
اختلاف دما بین دمای هوای خروجی و دمای میعان نیز بین Cͦ 10 تا Cͦ 5 می باشد.
نهایتا برای ΔT کل، بسیار جالب است که:
اختلاف دما بین هوای ورودی و دمای میعان نیز بین Cͦ 10 و Cͦ 20 است.
می دانید چرا ΔT total مهم ترین شاخص است؟
زیرا، بسیار آسان است که دمای خارجی را اندازه بگیریم. اگر میانگین ΔT کل در کندانسوری حدود Cͦ 15 باشد، آنگاه اگر در بیرون دما Cͦ 30 باشد، دمای میعان Tk حدود Cͦ 45 خواهد بود.
بنابراین، وقتی که فشار سنج HP خود را وصل کنیم، دمای میعان باید حدود Cͦ 45 باشد. اگر فشاری را که فشار سنج بسیار بیشتر و یا بسیار کمتر از این باشد، آنگاه، به سرعت متوجه می شویم که مشکلی وجود دارد.
بنابراین، فشار میعان که شاخص و میزان HP است به دمای هوا در ورودی کندانسور بستگی دارد در مثال ما، دمای Cͦ 30 در خارج و در ورودی کندانسور می باشد. به همین دلیل است که میعان در دمای 45=15+30 رخ می دهد.
فشار سنج عدد Cͦ 45 را می خواند و از آنجایی که در سیستم مبرد 22 وجود دارد، عقربه با توجه به ارتباط فشار دما برای مبرد 22، فشار 16.3 بار را نشان می دهد.
همچنین شاخص HP، مستقیما به دمای هوای خارج و شاخص ΔT کل در کندانسور بستگی دارد. در مثال ما ، وقتی که دمای خارجی Cͦ 25 باشد، میعان در دمایͦ 40= 15+25 رخ می دهد.
در مجموعه زیر، چند دما خوانده شده است. وظیفه شما این است که مقادیر و شاخص هایی که از قلم افتاده اند را بیابید و در جدول تکمیل کنید.
دمای خارجی: Cͦ 25
ΔT کل در کندانسور: Cͦ 15
ΔT برای هوا: : Cͦ 7
مادون سرد: Cͦ 5
برای کمک به شما، فشار سنجی که مورد استفاده قرار گرفته است، در زیر نشان داده شده است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *