ما هي دورة التبريد وكيف يتم تعريفها؟

تشير دورة التبريد إلى العملية الديناميكية الحرارية المتكررة التي تستخدم فيها مادة ما كمبرد يغير المراحل من خلال دائرة ، وتتمثل وظيفته في امتصاص الحرارة من مكان ليتم تكييفه لإطلاق الحرارة في مكان آخر منطقة. على عكس الدورات الديناميكية الحرارية الأخرى مثل الطاقة ، في الأنظمة المستخدمة للتبريد ، فإن الغرض ليس كذلك الحصول على الطاقة للبيع أو الاستهلاك ، بل التكييف الحراري لمساحة ما ، على سبيل المثال ، أ غرفة.

مع مخطط تشغيل مشابه لنظام دورات التبريد ، توجد مضخات حرارية ، على عكس الهواء يتم تكييفها ، ويتم استخدامها لتسخين الفضاء ، أي لاستخراج الحرارة من البيئة الخارجية لإطلاقها داخل المبنى المطلوب حالة.

من وجهة نظر نظرية ، يمكن دراسة دورات التبريد مع الأخذ في الاعتبار المكونات التي تشكل النظام بالإضافة إلى المراحل المختلفة التي يمر بها المبرد في الحالات المختلفة. يوضح الرسم البياني التالي تصنيف أنظمة التبريد:

أنواع أنظمة التبريد

المكونات الأساسية لدورة التبريد

بحسب الثانية قانون التابع الديناميكا الحرارية، يحدث تدفق الحرارة تلقائيًا دائمًا من منطقة أكبر

درجة حرارة عند درجة حرارة منخفضة ، وبخلاف ذلك ، يلزم وجود جهاز أو آلية لتنفيذ عملية التبريد. للقيام بذلك ، يتطلب أي نظام تبريد أربعة مكونات على الأقل:

• الضاغط: جهاز مسؤول عن زيادة ضغط مادة التبريد بمجرد تبخرها. في ظل الظروف المثالية ، تكون عملية الضغط في إنتروبيا ثابتة ، على الرغم من حدوث زيادة في الانتروبيا عمليًا.

• المبخر: هذا النظام هو في الأساس مبادل حراري يتم من خلاله تدوير مادة التبريد لامتصاص الحرارة من الفضاء المراد تكييفه ونتيجة لذلك ، يتغير الخليط إلى حالة بخار.

• صمام التمدد: يسمى أيضًا الأنبوب الشعري أو الموسع. في ظل الاعتبارات المثالية ، يعمل هذا الجهاز بشكل متساوي (في الطاقة الداخلية الكامنة ثابت) ، وتتمثل وظيفته في تقليل ضغط المبرد في منطقة الخلط.

• المكثف: يتكون من ملف يمر من خلاله المبرد في حالة بخار ، عند ضغط ودرجة حرارة أعلى من الظروف في المبخر. أثناء المرور عبر المكثف ، يطلق المبرد الحرارة إلى البيئة الخارجية ويتكثف حتى يصبح سائلاً. من الناحية المثالية ، فإن عملية تركيز يحدث عند ضغط مستمر ، على الرغم من أن انخفاضات الضغط تتجلى عادة في الواقع.

المكونات الأساسية للثلاجة

معامل الأداء (COP)

كما ذكرنا سابقًا ، لاستخراج الحرارة من مكان (بارد) وإجراء مراحل تغيير مادة التبريد في عملية دورية ، يلزم وجود أجهزة تعمل مستهلكة طاقة (كهربائي أو وقود) ، وهذا يمثل تكلفة يجب محاولة تقليلها إلى الحد الأدنى ، مما يؤدي إلى تعظيم الوظيفة المتوقعة منها داخل الدورة.

في دورات الطاقة ، عادةً ما يتم تحديد الأداء الحراري أو الكهربائي من كفاءة الدورة أو مكوناتها ، وعلى هذا النحو ، يجب أن تتراوح هذه القيمة دائمًا بين 0 و 1 (من حيث النسبة المئوية ، ستكون بين 0 و 100 %). ومع ذلك ، في دورات التبريد ، الأكثر شيوعًا هو تحليل أداءها باستخدام معامل الأداء كمعامل مرجعي ، واختصاره في اللغة الإنجليزية باسم COP (معامل الأداء) ، الذي تكون قيمته دائمًا أكبر من الوحدة ، يكون دائمًا موجبًا ، ويتم تحديده من التعبير التالي:

دورة تبريد ضغط بخار مثالية

بهدف تعظيم معامل أداء دورات التبريد ، تم تصميم طرق مختلفة ، أكثرها أبسطها هو التبريد بضغط البخار ، والذي يتكون من أربع حالات موضحة في الحالة التالية صورة):

• عملية ضغط متساوية في الضاغط (الحالات 1-2) ،

• عملية طرد الحرارة بالضغط المستمر في المكثف (الحالات 2-3) ،

• عملية التمدد الإسفيني في صمام التمدد (الحالات 3-4) ،

• عملية امتصاص الحرارة في المبخر عند ضغط ثابت (الحالات 4 - 1).

يظهر التخطيطي التالي أ رسم بياني درجة الحرارة (T) مقابل الانتروبيا (s) حيث يشار إلى الحالات المختلفة التي يمر من خلالها المبرد خلال مروره عبر مكونات النظام لإكمال دورة التبريد عن طريق ضغط بخار:

س_إل هي الحرارة الممتصة من الفضاء المكيف ، س_ح هي الحرارة المرفوضة إلى الخارج و W_شركات يمثل عمل الضاغط.

كما هو موضح ، فإن سائل العمل في دورات التبريد هو مادة التبريد ، وهناك مجموعة متنوعة منها في السوق. لقد تطورت المبردات ، وفي الوقت الحالي ، فإن الاتجاه هو اختيار تلك الأقل تلويثًا وغير السامة والتي لها الخصائص المطلوبة في النظام ليتم تثبيتها.

بعض أنواع المبردات الأكثر استخدامًا

تشكل هذه المجموعة من المبردات 90٪ من المبردات المستخدمة في الولايات المتحدة.