مقاله انواع سیستمهای تبخیری و اهمیت آنها


فصل اول

انواع سیستمهای تبخیری و اهمیت آنها

1-1. مقدمه
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 دارند. 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 می باشد که به دلیل هزینه بالا کمتر از دو نوع دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.
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.
در این بخش ابتدا خنک کنندگی تبخیری را تعریف کرده، سپس به مقایسه سیستمهای خنک کننده تبخیری و تراکمی می پردازیم. در ادامه انواع سیستمهای خنک کننده تبخیری را به صورت اجمالی معرف خواهیم کرد، و در پایان مروری بر تحقیقات صورت گرفته در مورد این سیستمها خواهیم داشت.

بخش اول

1-1-1. 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 .
فرآیند سرد کردن تبخیری و نمودار رطوبت سنجی آن در شکل 1-1 آمده است.

شکل 1-1 : نمودار رطوبت سنجی و شماتیک فرآیند سرد کردن تبخیری

اساساً فرآیند سرمایش تبخیری مشابه فرآیند اشباع ادیاباتیک می باشد. چون انتقال حرارت بین جریان هوا و محیط درحین عمل قابل اقماض 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. یعنی در طی فرآیند سرد کردن تبخیری داریم :

1-1-2. 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:
1. قابل استفاده بودن در شرایط مختلف آب و هوایی از قبیل گرم و مرطوب و یا نیمه مرطوب؛
2. توانایی خنک کنندگی بالا در محدوده های مختلف دمایی؛
3. توانایی کنترل دمای محیط توسط آنها؛
4. توانایی ساخت آنها در اندازه ها و ظرفیتهای حرارتی مختلف؛
در عین حال علی رغم این مزیتها، معایب زیر را نیز می توان برای آنها بر شمرد:
1. مصرف بالای انرژی که باعث می گردد در فصول گرم % 70 از برق مصرفی یک ساختمان را به خود اختصاص دهند.
2. 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.
3. 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:
1. 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.
2. 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.
3. تکنولوژی ساخت ساده سیستمهای خنک کننده تبخیری و عدم نیاز به پیچیدگی های طراحی و ساخت و در نتیجه هزینه های بالای آن.
4. 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.
1-2. انواع سیستمهای خنک کننده تبخیری [1]
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.
1-2-1. 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.
میزان نزدیک شدن (1) درجه حرارت هوای خروجی از یک کولر تبخیری مستقیم به درجه حرارت حباب تر هوای تر ورودی، یا حد اشباع شدن کامل هوای خروجی را بر حسب بازده اشباع مستقیم (2) بیان می کنند. این ضریب به صورت زیر تعریف می شود :
(1-1)

شکل1-2 : عملکرد متقابل هوا و آب در یک کولر تبخیری

الف) انواع سیستمهای تبخیری مستقیم
انواع سیستمهای تبخیری مستقیم از قرار ذیل می باشند:
A. کولرهای دارای بسترهای نامنظم:
این نوع کولرها دارای بستر تبخیری هستند که در آنها از تراشه های چوب و الیاف پلاستیکی استفاده شده است. این بسترها در داخل قاب های کرکره ای قابل برداشت قرار دارند. معمولاً در این گونه کولرها، سرعت هوا در عبور از سطح بستر تبخیری را 100 تا fpm 220 و افت فشار هوا در درون کولر را in.H2O 1/. در نظر می گیرند.
مقدار مصرف آب کولر بستگی به مقدار گذر جریان هوا، بازده بستر تبخیری، و اختلاف درجه حرارت حباب تر و خشک هوای ورودی دارد. نسبت رطوبت ( یا جرم بخار آب در ازای واحد جرم هوای خشک ) هوای ورودی به خروجی را می توان از نمودار سایکرومتریک یافت. تقریباً به ازای هر °F 10 کاهش درجه حرارت حباب خشک هوای ورودی، برای هر cfm 1000 هوا مقدار lph 24/1 آب مصرف خواهد شد.

شکل1-3 : کولر تبخیری مستقیم با بستر نامنظم [1]
B . کولرهای با بستر صلب
در این کولرها از صفحات صلب و موج دار به عنوان بستر مرطوب استفاده می شود. این سطوح می توانند از جنس سلولوز و فایبرگلاس باشند. سوراخهای موجود بر روی بسترها در یک امتداد نیستند تا اختلاط آب و هوا تا حد امکان افزایش یابد. عمق بستر مرطوب در امتداد جریان هوا معمولاً in 12 است ولی می تواند بین 4 تا in 24 تغییر کند. معمولاً سرعت هوا بر روی بستر صلب را 400 تا fpm 600 انتخاب می کنند.
بازده اشباع این کولرها با توجه به عمق بستر و سرعت هوا می تواند بین 70 تا 95 درصد باشد. جریان هوا افقی و جریان آب عمودی است.

شکل1-4 : کولر تبخیری مستقیم با بستر صلب [1]
C . کولرهای دارای پرتاب آب
کولرهای دارای پرتاب آب شامل یک پرتاب کننده آب در قسمت سرمایش تبخیری و یک بادزن هستند. معمولاً این بادزن از نوع گریز از مرکز دارای پره های خم به جلو و دو دهانه ورودی هوا هستند که از طریق یک تسمه V شکل توسط موتور چرخانده می شود.
بازده سرمایش تبخیری این کولرها ممکن است به 80 درصد نیز برسد و تا ظرفیتهای cfm 30000 نیز موجود هستند. با توجه به بازده سرمایش مورد انتظار، سرعت هوا در عبور از سطح بستر می تواند 300 تا fpm 600 انتخاب گردد.

شکل1-5 : کولر تبخیری مستقیم با پاشش آب [1]
D . کولرهای با بستر چرخان
در کولرهای با بستر چرخان، بستر تبخیری در اثر دوران در درون آب، مرطوب و شسته خواهد شد. بستر تبخیری و سایر اجزا در تماس با آب از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته می شوند. سرعت هوا در سطح بستر چرخان را معمولاً 100 تا fpm 600 و افت فشار هوا در داخل آن را in.H2O 5/. در نظر می گیرند.

شکل1-6 : کولر تبخیری مستقیم با بستر چرخان [1]
ب) تئوری حاکم بر خنک کننده های تبخیری مستقیم [2]
در لوازم تهویه مطبوع، ممکن است هوا با مبرد (آب به عنوان سیال خنک کننده یا گرم کننده)، در تماس مستقیم بوده یا توسط جداره جامدی از آن جدا شده باشد. مجموعه دستگاهایی را که بر اساس تماس مستقیم هوا و آب کار می کنند، خنک کننده های تبخیری مستقیم می نامند که کولر آبی، ایرواشرو برج خنک کننده از انواع متداول آن می باشند. در تماس مستقیم هوا با آب انتقال حرارت توام با انتقال جرم صورت می گیرد. خنک کننده های تبخیری هوا، (لوازم تهویه مطبوع از نوع تماس مستقیم هوا با آب)، را می توان در سه دسته به شرح زیر طبقه بندی کرد:
1. وسایل خنک کننده تبخیری با پاشش آب توسط پمپ، (به صورت پاشش آب روی سطوح مرطوب یا پودر شدن ذرات آب)، که انتقال حرارت در اینگونه دستگاه ها معمولاً به صورت آدیاباتیک صورت می گیرد؛
2. وسایل خنک کننده تبخیری با پاشش آب سرد توسط پمپ، (روی سطوح مرطوب یا به صورت پودر شدن ذرات آب) که تحول خنک کردن همراه با رطوبت گیری است؛
3. وسایل خنک کننده تبخیری با پاشش مواد جاذب رطوبت؛
در این قسمت تاکید بیشتری روی خنک کننده های تبخیری جهت خنک کردن هوا است (از نوع اول) که در زیر خلاصه ای از تئوری حاکم بر آنها بیان می شود. لازم به ذکر است که این روابط با توجه به فرضیات ساده کننده زیر نوشته شده اند:
a. فرضیات
* تحول آدیاباتیک بوده و از انتقال حرارت بطریق تشعشع صرف نظر می گردد؛
* عدد لوئیس را واحد در نظر می گیریم؛
* از آنتالپی آب اضافه شده که در رطوبت ویژه نیز ضرب می شود، ωo.(hf)o ، صرف نظر می کنیم؛
* حرارت ویژه هوای مرطوب، cpm، را ثابت فرض می کنیم (در صورتی که تا حدود کمی به رطوبت ویژه و دمای هوا بستگی دارد)؛
b. معادلات حاکم:
اگر در یک خنک کننده تبخیری هوا، مطابق شکل 1-7، هوای محیط خارج با دمای خشک to و رطوبت ویژه ωo از روی سطوح مرطوب (یا با ذرات آب که توسط نازلها پودر شده اند) با دمای ti عبور نماید، دمای نهایی سطح تماس به دمای مرطوب هوای خارج نزدیک تر شده،ti→(tWB)o ، و در عملکرد پایدار دستگاه مقدار آن برابر دمای مرطوب جریان هوای بیرون می شود.

شکل 1-7 : انتقال حرارت بین هوا و آب در خنک کننده تبخیری مستقیم

در این صورت می توان روابط زیر را نوشت:
(1-2)
که A سطح تماس، hD ضریب انتقال جرم بر مبنای رطوبت ویژه، q حرارت انتقال یافته و hi و ho آنتالپی هوا به هنگام ورود به دستگاه و در سطح تماس آب و هوا می باشند. چون تحول آدیاباتیک است:

با توجه به تعریف آنتالپی هوای مرطوب که مجموع آنتالپی هوای خشک، ha، و آنتالپی رطوبت آب موجود در آن، hv، است در این فرمول ω رطوبت ویژه هوای مرطوب می باشد. با به کارگیری مشخصات هوای مرطوب در سیستم SI :
(1-3 )
با توجه به مقادیر متداول در کاربردهای عملی سیستمهای تهویه مطبوع :

لذا معادله مسیر تحول یک خط راست با ضریب زاویه ای است،(hfg)0°C/cpm، که در امتداد خط دمای ترمودینامیکی مرطوب ثابت می باشد. در مورد آب چون عدد لوئیس واحد است لذا دمای ترمودینامیکی اشباع همان دمای مرطوب می باشد.
ج) مسیر تحول جریان هوا در خنک کننده های مستقیم:
محلی را در نظر می گیریم که حرارتهای محسوس Qsen و نهان Qlet مطابق شکل 1-8 به آن اضافه شده و هوای بیرون با شرایط نقطه 1 وارد خنک کننده شده و مطابق شکل 1-9 در نقطه 2 از خنک کننده خارج و طی گرماگیری به شرایط محیط داخل در نقطه 3 می رسد.

شکل 1-8 : شماتیک خنک کننده ومحیط [2] شکل 1-9 : مسیر تحول روی منحنی رطوبی هوا [2]
مسیر هوا و مشخصات آن را می توان به شرح زیر معین نمود:
الف) در خنک کننده: اگر دمای خشک و مرطوب هوای محیط خارج برابر t1=(tDB)o و t'1=(tWB)o باشند با توجه به تعریف راندمان آدیاباتیکی خنک کننده، ε، دمای خشک هوای خروجی از خنک کننده، t2 و نزدیکی آن، (Approach) ، به t'1 به شرح زیر محاسبه می شود:

ب) از خنک کننده به محیط داخل: خنک کننده های تبخیری بایستی در اماکنی به کار روند که فاکتور حرارت محسوس آنها، SHF ، بیش از 75% است لذا مسیر تحول هوا از خنک کننده به محیط داخل را می توان در امتداد خط رطوبت ویژه ثابت در نظر گرفت که خطای ناشی از این فرض برای اماکن مسکونی ناچیز می باشد و جذب حرارت نهان عملاً در محیط و به صورت اتوماتیک صورت می گیرد. لذا :

اگر مقدار SHF کمتر از 75% باشد (مانند گلخانه که حدود 50% از حرارت دریافتی از خورشید به صورت گرمای نهان توسط گیاهان به گلخانه اضافه می شود) در این صورت مسیر تحول از 2 به '3 و در امتداد خطی با SHF* معین (مثلاً برای گلخانه SHF=50% ) خواهد بود و مقدار رطوبت ویژه در نقطه'3 از فرمول زیر محاسبه می شود:
(1-4)

که با معلوم بودن شرایط هوای محیط داخل، دمای خشک (t3') و فاکتور حرارت محسوس SHF می توان سایر مقادیر دیگر از قبیل دمای مرطوب، رطوبت نسبی، آنتالپی و … را محاسبه نمود.
بکار بردن اصطلاح "تهویه مطبوع" در مورد خنک کننده های تبخیری هوا درست نیست بلکه یک غلط مصطلح است و این تحول را نمی توان تهویه مطبوع نامید زیرا در اینگونه دستگاهها دمای هوا، اثر سرما گیری، و رطوبت آن هیچ کدام قابل کنترل نیستند. اما در هر صورت می توانند در سیستم تهویه مطبوع به عنوان یک جزء مکمل بکار روند
* فاکتور حرارت محسوس به نسبت حرارت محسوس به کل حرارت را گویند و از رابطه زیر بدست می آید:

که Qsen و Qlat در شکل زیر مشخص شده اند. در واقع Qsen میزان حرارت حاصل از تغییر دما می باشد و Qlat میزان حرارت حاصل از رطوبت زنی است.

شکل 1-10 : حرارت محسوس و حرارت نهان
1-2-2. سیستمهای خنک کننده تبخیری غیر مستقیم
اساس کار سیستمهای خنک کننده تبخیری غیر مستقیم بر پایه تماس غیر مستقیم هوای مورد نظر با آب می باشد. این سیستمها به تنهایی راندمان مطلوبی ندارند، اما دلیل اصلی ساخت و بررسی آنها این است که میتوان از آنها به صورت مکمل برای دیگر لوازم تهویه ای استفاده نمود. در این صورت به سیستمهایی با راندمان بالا و مصرف انرژی پایین میتوان دست یافت.
در سیستمهای خنک کننده تبخیری غیر مستقیم هوای خارج یا هوای در حال تخلیه از فضای تهویه شده (هوای برگشتی) از یک سمت مبدل حرارتی عبور می کند. این هوا به چند روش به طریق تبخیری سرد می شود :
1. مرطوب کردن سطح مبدل حرارتی به طور مستقیم
2. عبور از درون یک بستر سرمایش تبخیری
3. پاشش آب
4. تبخیر کننده دیسکی
سطوح مبدل حرارتی توسط هوای ثانویه سرد می شود و در سمت دیگر سطح مبدل حرارتی، در معرض جریان هوای اولیه قرار دارد که پس از اینکه بر روی آن سرمایش محسوس انجام شد، به درون فضای مورد نظر تخلیه می شود.
انتالپی جریان اولیه کاهش خواهد یافت زیرا رطوبت به آن افزوده نمی شود.
چون آنتالپی هوای اولیه در یک کولر تبخیری غیر مستقیم کاهش می یابد، همیشه درجه حرارت حباب خشک هوای اولیه خروجی از کولر بیشتر از درجه حرارت حباب تر هوای ثانویه ورودی است. رطوبت گیری از جریان هوای اولیه فقط هنگامی میسر است که درجه حرارت نقطه شبنم جریان اولیه چند درجه بیشتر از درجه حرارت حباب تر هوای ثانویه باشد. این شرایط فقط زمانی وجود دارد که هوای ثانویه خشک تر از هوای اولیه باشد.( مثلاً وقتی که از هوای در حال تخلیه از ساختمان به عنوان هوای ثانویه استفاده شده باشد. )
وقتی یک سیستم خنک کننده تبخیری غیر مستقیم به صورت سری با یک سیستم خنک کننده تراکمی قرار بگیرد، این کولر باعث کاهش بار محسوس سیستم تهویه خواهد شد.

شکل1-11 : شماتیک سیستم خنک کننده تبخیری غیر مستقیم که به صورت سری با یک سیستم خنک کننده تراکمی قرار گرفته است [1]
کلید اصلی سیستمهای خنک کننده تبخیری غیر مستقیم مبدل حرارتی آنها می باشد. از این رو این سیستمها به دو دسته اصلی تقسیم بندی می گردند که در ادامه به تشریح آنها خواهیم پرداخت.
الف) سیستمهای تبخیری غیر مستقیم با مبدل لوله ای
این سیستمها دارای مبدلهای حرارتی می باشند که از لوله هایی U شکل تشکیل شده اند. لوله ها به شکل یک کویل در کنار هم قرار می گیرند. در یک نوع از این مبدلها هوای اولیه از درون لوله ها جریان یافته و هوای ثانویه خارج از لوله ها حرکت می کند. با پاشش آب بر روی سطح لوله ها، هوای ثانویه از روی آن عبور کرده و با تبخیر آب در هوای ثانویه هم هوا و هم آب خنک می گردند. با خنک شدن آب سطح لوله ها نیز خنک شده و با هوای اولیه جاری در درون لوله انتقال حرارت انجام می دهد. نتیجه اینکه دمای هوای اولیه در یک فرآیند رطوبت مطلق ثابت کاهش می یابد. در نوع دیگر آب خنک درون لوله ها جریان یافته هوای اولیه از خارج لوله ها حرکت می کند و با انتقال حرارت با سطح لوله ها خنک میگردد البته در این مدل هوای ثانویه وجود نخواهد داشت.
این سیستمها به تنهایی دارای راندمانی حدود 20 تا 34 درصد می باشند. این مسئله نشانگر این مطلب خواهد بود که سیستمهای خنک کننده تبخیری غیر مستقیم با مبدل حرارتی لوله ای به تنهایی قابل استفاده نخواهند بود، لذا هدف اصلی از بررسی آنها امکان سنجی مکمل سازی آنها با سیستمهای خنک کننده تبخیری مستقیم می باشد. در این صورت با توجه به نتایج آزمایشگاهی موجود راندمانی حدود 90 تا 105 درصد برای سیستمهای ترکیبی بدست آمده است. به دلیل اهمیت این سیستمهای ترکیبی در بخشهای بعدی تحلیل کاملی از آنها را ارائه خواهیم کرد.
ب) سیستمهای تبخیری غیر مستقیم با مبدل صفحه ای
مبدل حرارتی این سیستمها از یک سری صفحات موازی در کنار هم تشکیل شده است که کانالهایی را در کنار هم ایجاد می کنند. این کانالها به صورت یک در میان خشک و مرطوب می باشند. در سمت مرطوب هوای ثانویه جریان دارد. با عبور این جریان هوا از درون کانال مرطوب و تبخیر آب در آن سطح کانال خنک می گردد. جریان هوای اولیه از سمت دیگر صفحه و در کانال خشک عبور میکند. این جریان با انتقال حرارت با صفحه خنک می گردد و از مبدل خارج می شود. شکل 1-12 شماتیکی از این نوع مبدل ها می باشد. عموماً جهت جریانهای اولیه و ثانویه عمود بر هم می باشند، لذا این مبدلها را مبدلهای جریان عمود (1) نیز می نامند.

شکل 1-12 : سیستم تبخیری غیر مستقیم با مبدل صفحه ای

سیستمهای تبخیری غیر مستقیم با مبدل صفحه ای دارای راندمانی بالاتر از نوع مبدلهای لوله ای می باشند. متوسط راندمان بدست آمده از این سیستمها بین 50 تا 65 درصد بوده است. در بخشهای آتی تحلیل کاملی از این نوع سیستمها ارائه خواهیم کرد.
-3-2-1 سیستمهای خنک کننده تبخیری مرکب
همانگونه که اشاره شد سیستمهای خنک کننده تبخیری غیر مستقیم به تنهایی راندمان پایینی دارند و نمی توان آنها را به عنوان یک سیستم تهویه مطبوع استفاده کرد. اما اهمیت سیستمهای غیر مستقیم در بکار گیری آنها همراه با سیستمهای مستقیم می باشد. این سیستم ترکیبی را سیستم خنک کننده تبخیری مرکب می نامند. سیستمهای مرکب خود به دو دسته مهم تقسیم بندی می شوند:
الف) سیستمهای خنک کننده تبخیری مرکب با مبدل لوله ای
در این سیستمها یک کولر تبخیری غیرمستقیم با مبدل لوله ای با یک کولر تبخیری مستقیم ترکیب شده و نتیجه یک کولر مرکب با راندمانی در حدود 94 تا 103 درصد را حاصل می گردد. شکلهای 1-13 ، 1-14 و 1-15 شماتیک سه نوع از این سیستمهای تبخیری مرکب را نشان می دهند.

شکل 1-13 : سیستم خنک کننده تبخیری مرکب با مبدل لوله ای نوع اول

شکل 1-14 : سیستم خنک کننده تبخیری مرکب با مبدل لوله ای نوع دوم

شکل 1-15 : سیستم خنک کننده تبخیری مرکب با مبدل لوله ای نوع سوم [3]
نحوه کار سیستم نوع سوم بدین صورت می باشد که آب توسط پمپ سیرکولاتور از مخزن آب به سمت نازلهای بخش مستقیم و مبدل بخش غیر مستقیم انتقال می یابد. آبی که وارد نازلها می گردد از بالا به پایین و در جهت عمود بر جریان هوا بر روی پدهای قسمت مستقیم ریخته شده و به مخزن آب بر می گردد. جریان هوا توسط یک فن که در ابتدای مدل واقع شده کنترل می گردد. هوا ابتدا وارد مبدل غیر مستقیم شده پس از سرمایش محسوس به سمت پدهای خیس بخش مستقیم جریان می یابد. در ادامه به بررسی جامع تری در مورد این نوع کولر ها خواهیم پرداخت.
ب) سیستمهای خنک کننده تبخیری مرکب با مبدل صفحه ای
در این سیستمها مبدل بخش غیر مستقیم آنها از نوع صفحه ای می باشد. جریان هوا در ورود به دو بخش اولیه و ثانویه تقسیم شده و وارد مبدل صفحه ای می گردد. پس از انجام سرمایش محسوس بر روی جریان هوای اولیه، این جریان هوا به بخش مستقیم منتقل شده و خنک می گردد. شکل 1-16 نمونه ای از این نوع سیستم مرکب می باشد. میانگین راندمان بدست آمده از این نوع کولرها چیزی حدود 104 تا 115 درصد می باشد.
1-2-4. سیستمهای خنک کننده تبخیری جدید
به دنبال تحقیقات صورت گرفته توسط محققان مختلف، سیستمهای خنک کننده تبخیری جدیدی ابداع شد که هر یک مشخصه و کاربرد خاصی دارند و بخشی از اشکالات عمده سیستمهای خنک کننده تبخیری را پوشش می دهند. در ادامه به بررسی اجمالی آنها خواهیم پرداخت.
الف) کولرهای خشک
تکنولوژی خنک کنندگی خشک، به منظور گرفتن رطوبت از هوا برای تهیه یک جریان خشک هوا برای سیستمهای تهویه استفاده می شود. هوای خشک که پس از فرایند جذب رطوبت گرم شده، از طریق تبخیر آب در آن خنک می گردد. این فرایند از لحاظ تئوری قابل انجام است اما در عمل نمی توان از آن به خوبی استفاده کرد. سیستمهای متعارف خنک کننده خشک، معمولاً دارای یک مشکل عمده می باشند که این مشکل نیازمندی آنها به یک چرخه حرارتی به منظور خارج کردن حرارت از جریان هوای فرایند می باشد.
چرخه حرارتی تابعی از پراکندگی حرارت است. همچنین چرخه حرارتی نیازمند قسمتهای متحرک با پیچیدگی های خاصی می باشد که خود باعث بالا رفتن هزینه های تولید می گردد. تلاشهای زیادی جهت بر طرف نمودن این مشکل انجام شد که همه آنها به موفقیتهای محدودی دست یافتند.

شکل 1-16 : سیستمهای خنک کننده تبخیری مرکب با مبدل صفحه ای
ب) کولرهای بر پایه سیکل میسوتسنکو (1) [4]
این کولرها بر اساس سیکل ترمودینامیکی جدیدی که توسط دکتر والری میسوتسنکو ابداع شده است و موسوم به M-cycle می باشد کار می کنند. سیکل میسوتسنکو یا M-cycle انقلاب جدیدی در ترمودینامیک می باشد. تکامل M-cycle از نظر ترمودینامیکی به هوای اتمسفر اجازه میدهد بدون افزایش رطوبت نه تنها تا دمای مرطوب بلکه تا دمای نقطه شبنم خنک شود. M-cycle در کولرهای معروف به کولرادو2) ) از مرحله تئوریک و آزمایشگاهی به مرحله صنعتی و تجاری رسیده که توانسته میزان مصرف انرژی حاصل از سیستمهای تهویه راتا80 درصد کاهش دهد. شماتیک کلی مبدلهای بر پایه سیکل میسوتسنکو در شکل 1-17 آورده شده است.
به دلیل اهمیت این سیکل و توانایی فوق العاده آن در انتهای این پروژه به بررسی جامعی از این سیکل خواهیم پرداخت.

شکل 1-17 : شماتیک کارکرد سیستم M-cycle [4]
1-3. تحقیقات صورت گرفته در مورد سیستمهای تبخیری
گانتر(1) [5] فرایندی را ابداع نمودکه طی آن جریان هوای خارج و هوای داخل اتاق در مجاورت یک مبدل حرارتی صفحه وفین ودر جهت مخالف هم حرکت کنند. جریان آبی به طور همزمان از مسیر در بر گیرنده جریان هوا سیرکوله می گردد. حرارت در جهت عمود بر مسیر همجوار منتقل شده،باعث تبخیربخشی از جریان در جریان هوای همراه آن می گردد و متعاقباً باعث اشباع شدن جریان هوا می گردد. جریان هوای گرمتر، سرد و رطوبت گیری می شود حال اینکه دیگر جریان افزایش دما یافته و مرطوب می گردد.
سیمرمن (2)، میسوتسنکو(3)، روتنبرگ (4)، کاپلان (5) و مکلر (6) تلاشهایی در این زمینه انجام دادند،که نتیجه آنها در مجله U.S.Patent آورده شده است. در همه تحقیقات انجام شده فوق تلاش بر این بوده است که یک سیستم تهویه مطبوع که توانایی عملکرد در یک هوای گرم و مرطوب یا گرم وخشک که نیازمند مصرف بیش از حد برق نداشته باشد، طراحی گردد.
براون(7) [6] در مطالعاتی تاثیرات مثبت و موثر استفاده از سیستم های تبخیری را به صورت مجزا و یا به صورت سیستم های کمکی، در کاهش مصرف انرژی و هزینه تهویه مطبوع نشان داد.
ساپل و براوتون (8) [7] محدوده عملکردی برای رسیدن به شرایط آسایش داخلی پیشنهاد می کنند. در این بررسی،دمای حباب تر کمتر ازºC 15 برای کولر مستقیم،دمای مرطوب بین ºC15و ºC 18 برای کولر مرکب مستقیم و غیر مستقیم،دمای مرطوب بینºC 18 وºC24 برای ترکیب کولر غیر مستقیم به همراه یک سیستم تبرید مکانیکی پیشنهاد می شود.
هان و پترسون (9) [8] اثرات موقعیت و نوع ساختمان بر عملکرد کولر تبخیری غیر مستقیم را بررسی کردند. این بررسی کاهش مصرف انرژی در شرایط آب و هوایی با دمای مرطوب پایین را نشان می دهد.
الجویهل و همکاران(10) [9] عملکرد یک سیستم سرمایش مرکب شامل دو مرحله غیر مستقیم و مستقیم و اثر ارتباط این سیستم با یک برج خنک کن را بررسی کرده و نشان دادند که بالاترین میزان بازده حرارتی برای سیستم مرکب شامل دو مرحله غیر مستقیم و مستقیم می باشد.
مارتینز و همکاران(11) [10] دو نوع مختلف سیستم تبخیری غیر مستقیم را مورد مطالعه قرار داده و تغییرات دمای خروجی و بازده کولر بر حسب دمای ورودی به کولر را تحلیل کردند.
. مکلاین-کراس (12) و بنکس (13) [11] عملکرد حرارتی یک صفحه خیس شده را با استفاده از یک مدل ریاضی یک بعدی تحلیل نمودند. آنها محاسبات خود را در سرتاسر صفحه انتقال حرارت و انتقال جرم، بر پایه دمای متوسط و نسبت رطوبت متوسط در ورود و خروج از مبدل حرارتی انجام دادند. فرض دیگری که آنان در نظر گرفتند این بود که صفحات را کاملا خیس شده فرض نمودند. نتایج آنها نسبت به مقادیر تجربی حدود20درصد بالاتر بود.
در مطالعات بعدی، محققان به پیچیدگی های اثرات دیگر (از قبیل خواص فیزیکی و ساختاری) در کانالهای تبخیری پی برده و سعی نمودند تا این اثرات را در عملکرد حرارتی وارد نمایند.
کتلبورو (1) [12] معادلات بالانس انرژی و جرم را برای جریانهای اولیه و ثانویه یک واحد IEC نوشت و به مطالعه تاثیر سرعت جریان اولیه بر عملکرد کولر پرداخت. هرچند نتایج تئوریک او با نتایج آزمایشگاهی پسکود (2) و میلز(3) [13] چندان سازگار نبود.
واسل (4) [14] یک متد طراحی برای جریان معکوس رو به پایین فیلم آب ارائه نمودند. این روش بیان می دارد که هرچه ضخامت فیلم آب در یک کندانسور تبخیری کمتر باشد، کارایی کندانسور بیشتر خواهد بود.
هسو (5) و لاوان (6) [15] در تحقیقات خود با فرض تغذیه محلی آب، ضخامت فیلم آب را قابل صرف نظر کردن دانستند. بدین معنی که این لایه هیچ گونه مقاومت حرارتی ندارد.
ارنس (7) و دریر (8) [16] سه مدل تحلیلی ارائه نمودند که نتایج آنها بیان می داشت که شکل بهینه کولر در نسبت سرعت جریان ثانویه به اولیه 1.4 خواهد بود، با این فرض که دبی جرمی عبوری جریان اولیه و ثانویه با هم برابر بوده و فاصله صفحات از یکدیگر به یک میزان باشد.
تسای (9) [17] یک مبدل سطحی حرارتی خیس با جریان معکوس را به صورت عددی تحلیل نمود. وی میزان حرارت منتقل شده از سطح خیس یک مبدل حرارتی را با سطح یک مبدل حرارتی خشک مقایسه کرد و دریافت که در فرایند تبخیر میزان انرژی جذب شده از فیلم آب بسیار بیشتر است

(1) Gunther (2) Simerman (3) Maisotsen
(4) Rotenberg (5) Kaplan (6) Meckler
(7) Brown (8) Supple and Peterson (9) Hun and Peterson
(10) AL juwa (11) Martinez et al (12)Macline-cross
فصل دوم
ذخیره سازی انرژی بوسیله سیستمهای تبخیری و کاربرد آنها در مناطق مختلف
2-1. مقدمه
به دنبال پیشرفت تکنولوژی های مختلف، جوامع بشری نیازمند انرژی های گوناگونی به منظور تامین خواسته های خود می باشد. یکی از مهمترین انرژی های مصرفی انرژی الکتریکی یا برق می باشد که از جمله اساسی ترین منابع انرژی است که در موارد مختلف صنعتی، بازرگانی، مسکونی و … نقش مهمی را ایفا می کند. در عین حال تولید، انتقال و بهره برداری از این انرژی گرانبها مستلزم هزینه هایی گزاف خواهد بود.
مشکلات و فرایندهای پیچیده تولید و انتقال انرژی الکتریکی، آلودگی های حاصل از تولید آن که از سوختن سوختهای فسیلی حاصل می گردد، زباله های هسته ای و موارد دیگر محققان را بر آن داشته تا به دنبال راه چاره به منظور کاهش مصرف برق یا به عبارتی بهینه سازی مصرف انرژی باشند. در این میان هر تلاشی که منجر به موفقیت گردد قابل ملاحظه خواهد بود.
از جمله مصارف عمده انرژی الکتریکی در زمینه های تهویه ای و ایجاد شرایط آسایش برای محیطهای مسکونی، اداری و آموزشی به خصوص در ماههای گرم سال می باشد. به طور مثال طبق براورد به عمل آمده در کشور کوچک کویت حدود 70 درصد از تولید نیروگاههای این کشور در شش ماه از سال صرف سیستمهای تهویه ای می گردد.
یکی از مزیت های سیستمهای خنک کننده تبخیری مصرف پایین انرژی آنها نسبت به سیستمهای خنک کننده تراکمی می باشد. به طور معمول این سیستمها یک چهارم سیستمهای تراکمی انرژی مصرف می کنند، به طوری که توان مورد نیاز سیستمهای تبخیری حدود و توان سیستمهای تبخیری حدود می باشد.
از طرفی سیستمهای خنک کننده رابطه ای مستقیم با آب و هوای منطقه مورد کاربرد دارند. به طور معمول از سیستمهای خنک کننده تبخیری در مناطقی با آب و هوای گرم و خشک استفاده می گردد حال آنکه سیستمهای خنک کننده تراکمی بیشتر در مناطق گرم و مرطوب استفاده می شود. محدودیت سیستمهای تبخیری از جمله معایبی است که این سیستمها با آن مواجه می باشند. هرچند که تحقیقاتی در این رابطه و در جهت بهبود این کاستی صورت گرفته است اما هنوز مشکل عمده سیستمهای تبخیری این مسئله می باشد.
سیستمهای تبخیری ترکیبی که شامل یک سیستم تبخیری غیر مستقیم به عنوان پیش سرد کن و یک سیستم خنک کننده تراکمی می باشند به عنوان بهترین راه حل برای جبران کاستی سیستمهای تبخیری و کاهش مصرف انرژی سیستمهای تراکمی می توانند به کار روند.
در این بخش ابتدا به ارائه تحلیلی از مصرف انرژی سیستمهای ترکیبی شامل پیش سردکنهای تبخیری و خنک کننده های تراکمی خواهیم پرداخت، سپس کاربرد سیستمهای خنک کننده تبخیری را در مناطق مختلف ایران با توجه به داده های آماری سازمان هواشناسی ایران مورد بررسی قرار می دهیم.

بخش دوم :

2-2. ارائه تحلیلی در باره مصرف انرژی و ذخیره سازی آن توسط سیستمهای تبخیری
از جمله کاربردهای مهم سیستم های خنک کننده تبخیری غیر مستقیم استفاده از آنها به عنوان پیش سرد کن سیستم های خنک کننده تراکمی می باشد. به دلیل اهمیت این کاربرد، در این بخش به تحلیل این موضوع و ارائه نتایج آزمایشگاهی موجود خواهیم پرداخت.
هدف از این کار کاهش موارد زیر می باشد:
1. بار حرارتی سیستم خنک کننده تراکمی
2. ماکزیمم توان مصرفی برق
3. مصرف سالیانه برق
در این تحلیل یک کولر تبخیری غیرمستقیم با مبدل صفحه ای را در نظر می گیریم که از آن به عنوان پیش سرد کن برای یک سیستم خنک کننده تراکمی استفاده شده است.

شکل 2-1 : سیستم خنک کننده تبخیری با پیش سردکن تبخیری غیر مستقیم
مبدل کولر تبخیری غیر مستقیم را به شکل زیر در نظر می گیریم:

شکل 2-2 : مبدل حرارتی پیش سرد کن تبخیری غیر مستقیم
راندمان این مبدل حرارتی از رابطه زیر بدست می آید:

(2-1)

به منظور ارائه تحلیلی مناسب از یک رابطه تجربی برای ε که در مقاله [18] موجود است استفاده می کنیم. بر اساس آزمایشات انجام شده رابطه زیر حاصل شده است:

(2-2)

این رابطه با توجه به داده های آزمایشگاهی و از شکل زیر بدست آمده است.

شکل 2-3 : داده های آزمایشگاهی مربوط به سیستم تبخیری غیر مستقیم ‍[18]

بار سرمایی تولیدی توسط کولر تبخیری غیر مستقیم از رابطه زیر بدست می آید:

(2-3)

که در آن:
: دبی هوای اولیه ورودی به مبدل
:چگالی هوا درTd1
Cp: گرمای ویژه متوسط هوا درTd1
: راندمان کولر تبخیری غیر مستقیم
در صورت استفاده از کولر تبخیری غیر مستقیم به عنوان پیش سرد کن هوا، توان کل مصرفی حاصل از رابطه زیر بدست می آید:

(2-4)
که:
: توان کل مصرفی مورد نیاز
:توان مصرفی واحد تبرید تراکمی
: توان مصرفی مورد نیاز برای سیستم تبخیری غیر مستقیم از قبیل توان پمپ و موتور فن آن (Parasitic Power of IEC)

بار حرارتی محاسبه شده بر اساس بارهای سرمایشی محیط به منظور انتخاب سیستم خنک کننده تراکمی را QAC,D می نامیم. در این صورت :
(2-5)

که فاکتور مصرف انرژی یا در اصل معکوس راندمان سیستم تراکمی می باشد که به مدل آن بستگی دارد.
از طرفی بار سرمایشی کل مربوط به سیستم تراکمی از اختلاف بار محاسبه شده با بار سرمایشی سیستم تبخیری غیر مستقیم بدست می آید. لذا خواهیم داشت:
(2-6)
از طرفی با توجه به رابطه (2-5) توان مصرفی سیستم تراکمی به صورت زیر حاصل می شود:
(2-7)
با توجه به رابطه (2-3) داریم:

با فرض Ps به صورت زیر خواهیم داشت:

(2-8)
در نتیجه:
(2-9)
با جایگذاری رابطه (2-9) در رابطه (2-4) خواهیم داشت:
(2-10)
با تعریف
(2-11)
داریم:
(2-12)
که میزان انرژی ذخیره شده بوسیله سیستم تبخیری غیر مستقیم بوده و از رابطه (2-8) و مشخص بودن میزان توان مصرفی بدست می آید.
2-2-1. بررسی نتایج آزمایشگاهی موجود:
الراجوم و سوری [18] دو محقق اهل کشور کویت با ترکیب یک سیستم تبخیری غیر مستقیم و یک سیستم تراکمی به نتایج جالبی در رابطه با مصرف انرژی آن دست یافتند. در ادامه به بررسی نتایج تحلیلهای آزمایشگاهی آنها خواهیم پرداخت.
آزمایشات برای یک کولر تبخیری غیر مستقیم با دبی و در دو منطقه ساحلی و دور از ساحل کشور کویت انجام شد. با توجه به تابستان بلند کویت میزان اختلاف دمای حباب خشک و مرطوب هوا در هفت ماه از سال کویت در شکل 2-4 برای دو منطقه ساحلی و دور از ساحل مشخص شده است:

شکل2-4 : اختلاف دمای حباب خشک و مرطوب هوا در هفت ماه از سال کویت [18]

با توجه به این مدل از کولر تبخیری غیر مستقیم، شکل 2-5 مشخص کننده پنج پارامتر زیر می باشد:
(1) بار حرارتی در منطقه دور از ساحل در طی 24ساعت
(2) بار حرارتی در منطقه ساحلی در طی 24ساعت
(3) توان مورد نیاز سیستم خنک کننده تراکمی در منطقه دور از ساحل در طی 24ساعت
(4) توان مورد نیاز سیستم خنک کننده تراکمی در منطقه ساحلی در طی 24ساعت
(5) توان مورد نیاز برای سیستم تبخیری غیر مستقیم در طی 24ساعت

بر اساس نتایج آزمایشگاهی میزان انرژی ذخیره شده توسط این سیستم مرکب در شکل 2-6 مشخص شده است.
با توجه به نمودار فوق، به طور مثال در ماه آگوست،میزان ذخیره انرژی برای منطقه دور از ساحل حدود و برای منطقه ساحلی حدود می باشد.
آشکار است که این میزان انرژی ذخیره شده برای کشور کوچکی مانند کویت که حدود 70% از برق نیروگاههای آن توسط سیستمهای خنک کننده تراکمی در طی تابستان مصرف می شود،بسیار قابل ملاحظه می باشد.

شکل2-5 : نمودار توان مصرفی در حالات و نواحی مختلف ‍[18]

شکل2-6 : میزان انرژی ذخیره شده توسط سیستم مرکب [18]
2-3. کاربرد خنک کننده های تبخیری در ایران
سالهاست که کولرهای آبی و دیگر سیستمهای خنک کننده تبخیری مستقیم در ایران و در مناطق مختلف استفاده می شوند. البته همانطور که می دانیم این کولرها در مناطق خاصی بکار می روند. به طور مثال این خنک کننده ها در مناطق گرم و مرطوب (اصطلاحاً شرجی) به هیچ وجه کارایی نخواهند داشت، ولی همانطور که در ادامه توضیح داده می شود، مناطق بسیاری در ایران وجود دارد که بتوان از این دستگاهها به خوبی و با راندمان مطلوب استفاده کرد. البته در مناطقی که آب و هوای گرم و مرطوبی دارند نیز می توان از این دستگاهها به عنوان مکمل برای دیگر خنک کننده ها (مانند خنک کننده هایی که بر اساس سیکل تراکمی تبرید کار می کنند) استفاده نمود، که این امر خود باعث کاهش مصرف انرژی خواهد شد.
در این قسمت با استفاده از آمار اداره هواشناسی ایران و روشهای موجود در استانداردهای سیستمهای تهویه مطبوع به بررسی مناطقی که می توان از این دستگاهها استفاده نمود می پردازیم.
الف) استاندارد موجود
با توجه به تغییرات دمای محیط خارج انتخاب یک زوج دمای خشک و یک دمای مرطوب همزمان آن برای یک محل در فصل تابستان کار نسبتاً مشکلی است. انجمن مهندسان تبرید و تهویه مطبوع آمریکا روش پذیرفته و متداول زیر را پیشنهاد می کند
1. در ماههای ژوئن، ژوئیه، اوت و سپتامبر (2928 ساعت) دمای ساعتی (خشک و مرطوب) را از آمار هوا شناسی استخراج و از بزرگ به کوچک مرتب می کنیم.
2. بر حسب نیاز محیط داخل 1% (30 ساعت)، 5/2% (75 ساعت) یا 5% (150 ساعت) از گرم ترین ساعات را انتخاب و معدل دماهای خشک و مرطوب را به دست می آوریم

ب) استخراج آمار هواشناسی
با توجه به مطالب فوق و آمارهای و سوابق ٤٠ ساله اداره هواشناسی ایران می توان جدول زیر را برای چند شهر منتخب ایران در تابستان به شرح زیر استخراج و تنظیم نمود.
جدول 2-1 : دمای خشک، مرطوب و سرعت، سمت باد برای بعضی
شهرها بر اساس آمار تا 40 ساله اداره هواشناسی [19]
شهر
دمای مرطوب°C – دمای خشک°C

1%
5/2%
5%
آبادان
28-7/47
9/26-9/46
1/26-1/46
اصفهان
7/19-3/38
9/18-6/37
3/18-9/36
اهواز
4/28-5/48
4/27-8/47
6/26-1/47
بندرعباس
30-8/39
5/29-8/38
2/29-38
تهران
9/18-39
2/18-2/38
7/17-5/37
تبریز
9/18-5/36
2/18-5/35
6/17-5/34
شهرکرد
8/16-8/34
1/16-9/33
5/15-4/33
شیراز
5/19-1/39
7/18-5/38
2/18-9/37
زاهدان
7/19-5/39
8/18-7/38
1/18-38
کرمان
9/17-38
1/17-3/37
5/16-7/36
کرمانشاه
8/18-8/39
3/18-39
7/17-2/38
گرگان
24-36
4/23-7/34
9/22-7/33
مشهد
8/18-3/37
18-3/36
4/17-4/35

با توجه به داده های آماری فوق شهرهایی که میانگین دمای مرطوب آنها کمتر از 19 درجه سانتی گراد می باشد، استفاده از سیستمهای خنک کننده تبخیری به تنهایی جوابگوی نیاز آنها می باشد. این شهرها شامل تهران، تبریز، شهرکرد، کرمان، کرمانشاه و مشهد می باشند. در شهرهایی که میانگین دمای مرطوب آنها بین 19 تا 23 درجه سانتی گراد است می توان از سیستمهای تبخیری در ساعات نه چندان گرم روز استفاده نمود. این شهرها شامل اصفهان، شیراز و زاهدان می باشند. برای شهرهایی که دمای مرطوب آنها بیش از 23 درجه سانتی گراد است استفاده از سیستمهای خنک کننده تبخیری چندان کارساز نخواهد بود.

فصل سوم
تحلیل کولر های تبخیری غیر مستقیم
3-1. مقدمه
در بخشهای قبل اهمیت و کاربردهای سیستمهای تبخیری و بخصوص سیستم تبخیری غیر مستقیم را شرح دادیم. به منظور کاربرد بهینه این سیستمها و آشنایی با نحوه عملکرد آنها در این بخش به ارائه تحلیلهایی از عملکرد سیستمهای تخیری غیر مستقیم خواهیم پرداخت. در ابتدا به روش المان گیری تحلیلی ارائه می کنیم و سپس نتایج آن را با نتایج تجربی موجود مقایسه می نماییم، در ادامه با اشاره ای به روش تحلیلی و آشنایی با آن این روش را برای یک مبدل حرارتی غیر مستقیم پیاده خواهیم کرد. هدف کلی این بخش آشنایی با پارامترهای موثر بر عملکرد سیستمهای تبخیری غیر مستقیم می باشد، تا بتوان در طراحی آنها به بهترین حالت دست یافت.
3-2. تحلیل مبدل حرارتی غیر مستقیم به روش المان گیری
همانگونه که در شکل 3-1 مشاهده می گردد، یک IEC شامل یک سری صفحات موازی می باشد که دو جریان مختلف هوا از دو سوی هر صفحه عبور می کند. در یک سمت صفحه جریان ثانویه هوا که آب مایع از بالا در آن پاشیده می شود جریان دارد و از سوی دیگر جریان هوای اولیه عبور می کند و بوسیله صفحه ای که در اثر عبور جریان ثانویه هوا از روی فیلم آب خنک شده است، سرد می گردد. به همین دلیل IEC در حالی که دمای جریان هوای اولیه را کاهش می دهد، تاثیری در رطوبت مطلق آن ندارد. مهمترین مسئله در طراحی IEC ها دستیابی به بالاترین میزان انتقال حرارت و جرم و کمترین افت فشار می باشد، که در این صورت به راندمان بالاتری می توان دست یافت

شکل 3-1: شماتیک یک واحد IEC صفحه ای

بخش سوم :

آنالیز یک واحد IEC اصولاً کاری پیچیده است، زیرا تحول خنک کنندگی، شامل انتقال حرارت و انتقال جرم توام بین فیلم آب و جریان هوا می باشد.
بازنگری مطالعات انجام شده پیشین آشکار نمود که فعل و انفعالات بین جریان هوا و فیلم آب در یک IEC بسیار پیچیده است و تاکنون تحلیلی جامع در مورد تاثیرات پارامترهای مختلف بر عملکرد آن انجام نگرفته است. در این قسمت دو هدف را دنبال می کنیم: اول دستیابی به درک بهتری از فرآیند انتقال حرارت وجرم در یک کانال باریک از یک .IEC و دوم مشخص نمودن تاثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد حرارتی یک IEC؛
3-2-1. معادلات حاکم [20]
یک IEC که شامل یک سری صفحات موازی است را در نظر بگیرید (شکل 3-1) تحلیل عملکرد حرارتی این کولر بر پایه فرضهای زیر می باشد:
• خواص ترموفیزیکی آب و هوا ثابت می باشند.
• مقاومت حرارتی صفحات و فیلم آب قابل چشم پوشی می باشند.
• دمای جریانهای هوا تنها در جهت جریان تغییر می کند.
• عدد لوییس برابر یک است، بنابراین:

که hc و hD به ترتیب ضریب انتقال حرارت جابجایی و ضریب انتقال جرم جریان ثانویه هوا بوده و cp گرمای ویژه هوا می باشد. (به عبارتی یکسان بودن نرخ نفوذ انتقال حرارت و پخش جرمی در سطح تماس هوا و آب)
• دمای فیلم آب روی صفحه با دمای صفحه برابر است.
حال یک حجم کنترل را مطابق شکل 3-2 در نظر می گیریم، که شامل یک المان از صفحه به ابعاد dz و dy می باشد و از یک سو با لایه نازک آب پوشیده شده است و بین صفحات مرکزی کانالهای خشک و مرطوب محدود شده است.

شکل 3-2: حجم کنترل مورد نظر
تحلیل مربوط به این حجم کنترل را به سه قسمت مجزا تقسیم می کنیم.
1- برای قسمت جریان اولیه این حجم کنترل انرژی انتقالی برابر خواهد بود با:
(3-1)
که cp گرمای ویژه هوا، Tp دمای هوای جریان اولیه در ورود به حجم کنترل، دبی جرمی جریان اولیه هوا و dQp نرخ حرارت منتقل شده از صفحه به فیلم آب می باشد. از سوی دیگر می توان نوشت:
(3-2)
(3-3)
که δ عرض کانال،vp سرعت جریان اولیه، ρ دانسیته هوا، Tw درجه حرارت فیلم آب و hp ضریب انتقال حرارت جابجایی در سمت جریان اولیه هوا می باشد. با جایگذاری رابطه (3-3) در رابطه (3-1)خواهیم داشت:
(3-4)
2- حال توجه خود را به سمتی از صفحه که فیلم آب بر روی آن جریان دارد معطوف می کنیم. با نوشتن معادله انرژی در سطح مشترک آب و هوا خواهیم داشت:
(3-5)
که و Ts به ترتیب دبی جرمی و دمای جریان ثانویه هوا، w رطوبت مطلق هوا و dQL نرخ حرارت انتقالی حاصل از تبخیرآب را مشخص می کند که بوسیله رابطه زیر محاسبه می گردد:
(3-6)
در معادلات(3-5) و(3-6)، حرارت نهان تبخیر es و نرخ تبخیر آب بوسیله رابطه زیر تعیین می گردند:
(3-7)
(3-8)
که در معادلات فوق w نسبت رطوبت، wsat نسبت رطوبت، در حالت اشباع، hD ضریب انتقال جرم و قابلیت خیس شدگی صفحه می باشند. در رابطه (3-5) نرخ حرارت انتقالی بین جریان هوای ثانویه و فیلم آب از رابطه زیر بدست می آید:
(3-9)
با نوشتن معادله بقای جرم برای جریان ثانویه و فیلم آب به رابطه زیر خواهیم رسید:
(3-10)
رابطه (3-10) را می توان به صورت زیر بازنویسی کرد:
(3-11)
که:
(3-12)
که در آن vs سرعت جریان هوای ثانویه می باشد. با جایگذاری روابط (3-6) و (3-11) در رابطه (3-5) و صرف نظر کردن از دیفرانسیلهای مرتبه دوم حاصله، خواهیم داشت:
(3-13)
3- سرانجام به آنالیز انرژی برای فیلم آب می پردازیم. با نوشتن بالانس انرژی برای حجم کنترل به رابطه زیر می رسیم:
(3-14)
که:
(3-15)
(3-16)
جایگذاری روابط (3-15) و (3-16) در رابطه (3-14) به نتیجه زیر خواهد انجامید:
(3-17)
می توان برای معادلات(3-4) و (3-13) و (3-17) شرایط مرزی زیر را در نظر گرفت:
(3-18)
(3-19)
برای حل معادلات نهایی نیازمند دانستن مقادیر اولیه متغیرها هستیم، و در صورتی که مسئله را ناپایدار در نظر بگیریم نیاز به داشتن شرایط اولیه داریم. از طرفی ضرایب انتقال حرارت و جرم نیز باید محاسبه گردند.
3-2-2. بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد حرارتی کولر
در این بخش با کمک گرفتن از نتایج آزمایشگاهی موجود [21] به بررسی عملکرد یک IEC در رنج دمایی 25 تا 45 درجه سانتیگراد و محدوده رطوبت نسبی 10 تا % 90 می پردازیم. در ابتدا توزیع دما را روی صفحه، جریان هوای اولیه و جریان هوای ثانویه تعیین می کنیم. سپس به توضیح اثرات پارامترهای گوناگون از قبیل دمای ورودی جریان اولیه هوا Tp ، سرعت جریان اولیه هوا vp ، نسبت دبی جرمیvs/vp ، رطوبت نسبی جریان هوای ثانویه φ ، قابلیت خیس شدگی صفحات ψ و پهنای کانال δ خواهیم پرداخت.
شکلهای (3-3 ) ، (3-4) و (3-5) به ترتیب توزیع دما در صفحه، جریان اولیه و جریان ثانویه هوا را برای شرایط اولیه زیرمشخص می نماید:
Tpi=33°C , Tsi=25°C , φ=70%
δ=5cm , vp=3m/s , vs=2.4m/s

شکل3 -3 : توزیع دما در صفحه [21]

شکل 3-4 : توزیع دما در جریان اولیه هوا [21]

شکل 3-5 : توزیع دما در جریان ثانویه هوا [21]
همانطور که در شکل 3-3 نشان داده شده است، توزیع دما در صفحه یکنواخت نمی باشد. همچنین مطابق شکل 3-4 دما در جریان اولیه هوا در جهت جریان کاهش می یابد. توزیع دما در جریان ثانویه هوا (شکل 3-5) به شکل زینی می باشد. بدین صورت که دمای هوا در ورود به کانال کاهش می یابد تا در یک فاصله مشخص از پایین صفحه به یک مقدار مینیمم برسد، سپس تا انتهای کانال دما افزایش می یابد. این امر بدین گونه توجیه می گردد که؛ زمانی که جریان ثانویه هوا وارد کانال می گردد، تبخیر فیلم آب باعث کاهش دمای آن می شود. از سوی دیگر با پیشرفت جریان هوا و انتقال حرارت با جریان اولیه که در سمت دیگر صفحه جریان دارد، دمای آن افزوده می شود. رطوبت مطلق نیز در جهت جریان ثانویه افزایش می یابد. این مسئله را می توان در شکل 3-6 مشاهده نمود .
شکل 3-7 تغییرات دمای متوسط مقطعی جریان اولیه و ثانویه هوا و صفحه را در جهت جریان برای شرایط مشخص شده در فوق نشان می دهد. مشخص است که دمای متوسط جریان اولیه (که با خط چین نشان داده شده) و صفحه (که با خط مرکزین مشخص شده ) در جهت جریان کاهش می یابد، اما دمای متوسط جریان ثانویه (که با خط پر مشخص شده) در فاصله ای از ورود به کانال کاهش یافته سپس به دلیل انتقال حرارت با جریان اولیه افزایش می یابد.

شکل 3-6: توزیع رطوبت نسبی در جهت جریان ثانویه [21]

شکل 3-7 : تغییرات مقطعی دمای متوسط در صفحه [21]
در پروسه های کاربردی، عموما راندمان انتقال حرارت ε و دمای خروجی جریان اولیه هوا Tpo از اهمیت بیشتری برخوردارند. راندمان انتقال حرارت برای یک واحد تبخیری به صورت زیر تعریف می گردد:
(3-20)
در ادامه به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر راندمان و دمای خروجی جریان اولیه خواهیم پرداخت.
تاثیر دمای ورودی جریان اولیه در بازه 25 تا 44 درجه سانتیگراد در شکل 3-8 نشان داده شده است. همانطور که از شکل مشخص است، با افزایش دمای ورودی جریان اولیه، راندمان کولر ε کاهش می یابد ولی دمای متوسط خروجی جریان اولیه افزایش خواهد یافت.
تاثیر سرعت جریان اولیه هوا بر راندمان کولر نیز در شکل 3-9 نشان داده شده است، که بیان می دارد سرعت بالای جریان اولیه هوای کولر باعث کاهش راندمان انتقال حرارت آن خواهد شد. این امر به این دلیل است که سرعت بالای جریان اولیه هوا باعث کاهش افت دما در جهت جریان در کانال می گردد.

شکل 8 : تاثیر دمای هوای جریان اولیه بر جریان خروجی از کولر و راندمان آن [21]

شکل 9 : تاثیر سرعت جریان اولیه هوا بر راندمان IEC [21]
تاثیر نسبت سرعت جریان ثانویه به جریان اولیه یا همان نسبت دبی جرمی جریانها، در شکل 3-10 مشخص شده است. می توان مشاهده نمود که راندمان با افزایش سرعت جریان ثانویه افزایش می یابد. زیرا انتقال حرارت و جرم با افزایش سرعت جریان هوای ثانویه در کانال، افزایش می یابد.

شکل 3-10 : تاثیر نسبت سرعت جریان ثانویه به اولیه بر راندمان IEC [21]
در شکل 3-11 تاثیر قابلیت خیس شدگی صفحات بر راندمان کولر مشخص شده است. با توجه به شکل، عملکرد حرارتی کولر می تواند تا حد زیادی با افزایش قابلیت خیس شدگی صفحات بهبود یابد. البته برای افزایش ε کند خواهد شد به طوری که:

این امر بدین معنی است که با افزایش 60 درصدی قابلیت خیس شدگی صفحات راندمان تنها به میزان 5% افزوده شده است.

شکل 11 : تاثیر قابلیت خیس شدگی صفحات بر راندمان IEC [21]
پارامتر مهم دیگری که بر عملکرد حرارتی IEC تاثیر دارد، عرض کانال δ می باشد. شکل 3-12 تاثیر عرض کانال را در بازه 2 تا 10 سانتی متری نشان می دهد. مشخص است که هرچه عرض کانال کمتر باشد راندمان انتقال حرارت کولر بالاتر خواهد بود. هرچند این نکته را نیز باید یادآور شد که عرض کم کانال باعث افزایش افت فشار در آن خواهد شد. بنابراین در طراحی عرض کانال بایستی هر دو مسئله راندمان و افت فشار را در نظر گرفت و مقداری بهینه را برای آن انتخاب نمود. عموما در طراحی عرض کانال آن را برابر 5cm انتخاب می کنند.

شکل 3-12 : تاثیر عرض کانال بر راندمان IEC [21]

رطوبت نسبی جریان ثانویه هوا نیز تاثیر مهمی بر عملکرد حرارتی کولر دارد. همانگونه که در شکل 3-13 نشان داده شده است.

شکل 3-13 : تاثیر رطوبت نسبی ورودی جریان اولیه هوا بر دمای خروجیIEC [21]
پایین بودن رطوبت نسبی ورودی جریان هوای ثانویه باعث کاهش دمای خروجی جریان اولیه هوا خواهد شد. به همین دلیل IEC می تواند تا حدی در نواحی گرم و خشک به تنهایی به عنوان سیستم تهویه هوا بکار رود.

3-3. تحلیل مبدلهای حرارتی به روش [22]
اغلب سیستمهای تبدیل انرژی(1) مانند نیروگاههای حرارتی، شامل سه بخش اصلی می باشند:
1. یک فرایند احتراقی که حرارت و انرژی پتانسیل را فراهم می سازد.
2. تجهیزاتی برای تبدیل این انرژی پتانسیل به انرژی مفید مکانیکی؛
3. مبدلهای حرارتی برای افزایش راندمان سیکل و جلوگیری از اتلاف حرارت؛
مبدلهای حرارتی بسته به نوع کاربرد، نیازمند طراحی های خاص خود می باشند. این مبدلهای حرارتی را می توان از دو جنبه کارایی و شکل هندسی دسته بندی کرد:

شکل 3-14: یک سیستم تبدیل انرژی با مبدلهای حرارتی مختلف [22]

a. از نظر کارایی:
a-1. بهبود دهنده: دو سیال بوسیله یک دیواره جامد از هم جدا می شوند(این نوع، معمول ترین مبدلها است.)
a-2. تبخیری: آنتالپی تبخیر یک سیال برای گرم کردن یا سرد کردن سیال دیگر به کار می رود.(کندانسورها و بویلرها)
a-3. بازیابی : از ماده سومی برای ذخیره یا آزاد کردن حرارت استفاده می کنند.

b. از نظر هندسی:
b-1. مبدلهای دو لوله ای
b-2. مبدلهای پوسته ولوله ای
b-3. مبدلهای جریان عمود

آنالیز انتقال حرارت اغلب مبدلهای حرارتی را می توان به روش LMTD (اختلاف دمای متوسط لگاریتمی)، در صورتی که دمای ورودی(T1) ودمای خروجی(T2) مشخص باشند، محاسبه نمود.

(3-21)
(3-22)
که در روابط فوق به ترتیب داریم:
U : ضریب انتقال حرارت کلی بر حسب
A : مساحت موثر انتقال حرارت بر حسب
: اختلاف دمای متوسط لگاریتمی
F : فاکتور تصحیح هندسی مبدل
روش دیگری که برای آنالیز مبدلهای حرارتی به کار می رود روش یا روش راندمان- تعداد واحدهای انتقال (1) می باشد.
(3-23)
(3-24)

3-3-1. فرمولاسیون عمومی برای آنالیز مبدلهای حرارتی به روشLMTD :
اغلب مبدلهای حرارتی را می توان به طور نسبی با یک مبدل حرارتی دو لوله ای توصیف نمود(H=گرم،C=سرد)
برای یک مبدل حرارتی جریان معکوس با استفاده از روش LMTD داریم:
در حالت کلی:
(3-25)
در این حالت برای نقاط 1و2 داریم:
حرارت از سمت گرم خارج می شود = حرارت از سمت سرد جذب می گردد

شکل 3-15: دو مبدل حرارتی با دو جریان موازی و معکوس [22]

(1) Effectiveness – Number of Transfer Units
در این صورت برای جریان معکوس این رابطه را می توان به شکل زیر نوشت:
(3-26)
بیان فوق را می توان برای هر دو دسته مبدلهای حرارتی جریان معکوس و جریان موازی دو لوله ای تعمیم داد.

3-3-2. فرمولاسیون عمومی برای آنالیز مبدلهای حرارتی به روش
در صورتی که دمای ورودی یا خروجی از مبدل حرارتی را نداشته باشیم ،استفاده از روش LMTD دشوار خواهد بود. در این حالت می توان از روش استفاده نمود. روش از طریق فرمولاسیون زیر قابل تعریف است:

(3-27)

(3-28) ظرفیت حرارتی مینیمم
در کل انتقال حرارت واقعی برابر خواهد بود با:
(3-29)
ماکزیمم انتقال حرارت تئوری نیز از رابطه زیر محاسبه می گردد:
(3-30)
بنابراین راندمان را می توان به شکل زیر محاسبه کرد:
(3-31)
برای یک مبدل حرارتی جریان معکوس داریم:
(3-32)

با بکار بردن تعریف روش LMTD ، بیانی برای راندمان به شکل زیر را منجر خواهد شد:

(3-33)
در صورتیکه به جای رابطه (12) داشته باشیم:
(3-34)
به راندمانی یکسان دست خواهیم یافت:

(3-35)
برای دیگر انواع مبدلهای حرارتی نیز می توان بیانی به این روش را ارائه نمود.به طور مثال برای یک مبدل حرارتی دو لوله ای با جریان موازی داریم:
(3-36)

فصل چهارم
ساخت و آزمایش کولر تبخیری غیر مستقیم
4-1. مقدمه
پس از ارائه تحلیلهایی برای کارکرد سیستمهای تبخیری غیر مستقیم، در این بخش توجه خود را به ساخت، آزمایش و نتیجه گیری از کار صورت گرفته معطوف خواهیم کرد.
یکی از اهداف انجام این پروژه ساخت یک کولر تبخیری غیر مستقیم، شناسایی آن، برآورد مسائل ساخت و آشنایی هرچه بیشتر با مفهوم این کولرها بوده است. از نکات قابل ذکر در رابطه با ساخت مدل مذکور موانع و مشکلات ساخت آن بوده است. هزینه های بالای ساخت مدل، نبود امکانات لازم و عدم حمایت بخش صنعت از این طرح باعث شد تا ساخت مدل با تاخیر زمانی زیادی مواجه گردد. همچنین این مسائل باعث نادیده گرفتن بسیاری از ایده های راهبردی در ساخت مدل شد از این رو به مواردی جزئ و ساده بسنده کردیم.
در ادامه این بخش ابتدا به تشریح مدل پرداخته سپس آزمونهای انجام گرفته روی آن را توضیح خواهیم داد. در انتها نیز با بیان نتایج آزمونها به نتیجه گیری کلی از مدل ساخته شده خواهیم پرداخت.
4-2. تشریح مدل
شکل 4-1 شماتیکی از مدل ساخته شده را نشان میدهد. این مدل شامل یک فن و حلزونی، مبدل حرارتی غیر مستقیم، سیستم آب رسانی، بدنه و صفحات هدایت کننده جریان هوا می باشد.

شکل 4-1. شماتیک مدل ساخته شده از کولر تبخیری غیر مستقیم

بخش چهارم

* فن و حلزونی: فن و حلزونی مدل مربوط به یک کولر آبی مدل 5000 بوده است. موتور فن یک موتور 2 دور با دورهای rpm 900 و 1400 و توان مصرفی kW 75/0 بوده و قطر پولی موتور mm 52 و قطر پولی فن برابر mm 200 می باشد.
* مبدل حرارتی غیر مستقیم: این بخش از مدل از 16 صفحه به ابعاد mm 900*1000 از جنس ورق آهن گالوانیزه با ضخامت mm 6/0 و ابعاد کلی mm 750*900*1000 تشکیل شده است. مبدل به 17 کانال که 9 کانال جریان ثانویه و 8 کانال جریان اولیه می باشد تقسیم شده است. دیواره های کانال جریان ثانویه به منظور ایجاد سطح مرطوب و ماندگاری جریان آب بر روی سطوح از یک پارچه نخی نازک با قابلیت خیس شدگی بالا پوشیده شده اند.
* سیستم آب رسانی: سیستم آب رسانی شامل دو عدد پمپ آب، شیلنگهای انتقال آب و کانالهای توزیع آب می باشد، که کانالهای توزیع آب به منظور هدایت آب و ریزش آن بر تمام طول صفحات استفاده می گردند.
* بدنه: بدنه مدل از یک سری ورق گالوانیزه با ضخامت mm 1 در کناره ها، تشتک زیرین به منظور جمع شدن آب، درپوش مبدل و تبدیل ورودی حلزونی به بدنه تشکیل شده است.
* صفحات هدایت کننده جریان: این صفحات به منظور تقسیم جریان ورودی به دو جریان اولیه و ثانویه و همچنین هدایت جریان ثانویه در مسیر دلخواه مورد استفاده قرار گرفته اند.
در شروع کار ساخت این مدل به منظور دستیابی به نرخ انتقال حرارت بیشتر و کاهش مقاومت حرارتی استفاده از ورقهای نازک آلومینیمی مد نظر بود که به دلیل هزینه بالای آن این امر میسر نگردید و به جای آن در ساخت مبدل حرارتی از ورق گالوانیزه با ضخامت mm 6/0 استفاده شده که خود سبب افزایش وزن مدل گردیده به طوری که وزن کلی مدل ساخته شده در حدود 200 کیلوگرم می باشد.
نقشه ها و اشکال قسمتهای مختلف مدل در پیوست پایانی به طور کامل آورده شده اند.
4-3. آزمونها
مهمترین امر پس از ساخت مدل، آزمایش و نتیجه گیری از کار صورت گرفته می باشد. هدف از انجام آزمایش بر روی مدل برآورد کارکرد آن در شرایط ورودی و شرایط کارکرد مختلف می باشد. مهمترین آزمونهای مورد نظر آزمون دمای ورودی، نسبت سرعتهای اولیه و ثانویه و آزمون سرعت اولیه جریان هوا می باشند.
فراهم نمودن محیط آزمایشگاهی و تجهیزات لازم یکی از موارد ضروری می باشد، که نتایج آزمایشگاهی تا حد زیادی به این شرایط بستگی دارند. از این رو به منظورایجاد شرایط دمای ورودی دلخواه از یک محیط گرمخانه به ابعاد 12*12*6 متر در شرکت سیماب زاگرس استفاده شد، که بدین ترتیب و با توجه به توانایی کنترل دمای آن محیطی نسبتا مناسب را حاصل گردید. همچنین به منظور اندازه گیری سرعتها و دبی های جریان هوا از آزمون هوادهی تعریف شده توسط اداره کل استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، در استاندارد شماره 4911 و در آزمایشگاه فیزیک شرکت برفاب استفاده گردید. به دلیل اهمیت این آزمون هوادهی و نحوه انجام آن ابتدا به شرح این آزمون می پردازیم.
4-3-1. بررسی تاثیر دمای ورودی هوا بر راندمان، دمای حباب خشک خروجی و دمای حباب مرطوب خروجی:
در این آزمون هدف چگونگی کارکرد یک کولر تبخیری غیر مستقیم در شرائط دمای هوای ورودی مختلف می باشد. ابتدا به شرح روش اندازه گیری می پردازیم.

الف ) نحوه انجام آزمون:
در این روش از چهار دماسنج که به ترتیب دمای حباب خشک ورودی (Tpi) ، دمای حباب مرطوب ورودی (Twi) ،
دمای حباب خشک خروجی(Tpo) ودمای حباب مرطوب خروجی(Two) را اندازه می گیرند استفاده گردید. دماسنج های 1و2در ورودی هوای حلزونی قرار گرفته و Tpi و Twi را اندازه می گیرند و دماسنج های 3و4در یک کولر با فاصله 2متر از خروجی کولر قرار داده شده اند و دمای Tpo و Two را اندازه گیری می کنند.

شکل 4-2. نحوه اندازه گیری دماهای خشک و مرطوب ورودی و خروجی
ب) داده های آزمون
با تغییر دمای گرم خانه از مقدارCº 22 تا Cº 46 برای چند نقطه این دماها از روی دماسنج خوانده شدند. نتایج عبارتند از

جدول 4-1. مقادیر دماهای ورودی و خروجی کولر
Tpi
Twi
Tpo
Two
22
14
16.5
14.5
25
16.5
18.5
16
27
18
21.5
17.5
30
20
24
21
32
21.5
26.5
23
35
23
29
23.5
37
25
31.5
26
40
27
34
28
43
30
38
31.5
46
31.5
40.5
33

با استفاده از رابطه زیر می توان مقادیر راندمان را نیز در هر حالت محاسبه نمود:
(4-1)
از این رو داریم می توان جدول فوق را به شکل زیر بازنویسی کرد:
جدول 4-2. راندمان کولر تبخیری غیرمستقیم بر اساس مقادیر دماهای خوانده شده
Tpi
Twi
Tpo
Two
ε
22
14
16.5
14.5
0.6875
25
16.5
18.5
16
0.7222
27
18
21.5
17.5
0.6111
30
20
24
21
0.6
32
21.5
26.5
23
0.5238
35
23
29
23.5
0.5
37
25
31.5
26
0.4583
40
27
34
28
0.4615
43
30
38
31.5
0.3846
46
31.5
40.5
33
0.3793

بدین ترتیب می توان نمودارهای زیر را با استفاده از این داده ها رسم نمود:

شکل 4-3. نمودار تغییرات دمای خروجی نسبت به دمای ورودی کولر

شکل 4-4. نمودار تغیرات راندمان بر اساس تغییرات دمای ورودی

شکل 4-5. نمودار تغییرات دمای حباب مرطوب خروجی نسبت به دمای مرطوب ورودی
با توجه به این نمودارها می توان اظهار نمود که تغییرات راندمان و دمای حباب خشک خروجی نسبت به تغییرات دمای حباب خشک ورودی به صورت خطی بوده و با روابط زیر قابل تخمین می باشند:
(4-2)
(4-3)
همچنین با توجه به شکل 4-5 تغیرات دمای حباب مرطوب خروجی به طور تقریبی با دمای حباب مرطوب ورودی برابر می باشد.
4-3-2. بررسی تاثیر میزان سرعت جریان هوای اولیه بر دمای خروجی و راندمان
اندازه گیری سرعت جریان ها در این مدل کولر با استفاده از روش اندازه گیری فشار سرعتی متوسط امکان پذیر خواهد بود. اساس کار آزمون هوادهی نیز بر این پایه می باشد. در ابتدا به شرح آزمون می پردازیم:
الف) آزمون هوادهی [23]
آزمون هوادهی مدلهای مختلف کولر بوسیله کانال هوادهی که در شکل 4-6 آمده است انجام می گیرد. این کانال طولی نزدیک به m 6 و قطری معادل m 5/0 دارد.

شکل 4-6 : کانال آزمون هوادهی
روش انجام آزمون به این طریق است که کولر را در ابتدای کانال بوسیله یک کانال رابط که مقطع ابتدایی آن مستطیلی و مقطع انتهایی آن دایره ای است، قرار داده و به کار می اندازند. هوا در کانال جریان می یابد. پس از عبور از یک صفحه مشبک که به منظور یکنواخت کردن جریان هوا در کانال تعبیه شده، در فاصله 4 متری از ابتدای کانال، از مکانی که لوله پیتوت (به منظور اندازه گیری فشار) و دماسنج مخصوص (برای اندازه گیری دمای مرطوب هوا) قرار دارد عبور کرده و از انتهای کانال خارج می گردد.

شکل4-7 : مکان نقاطی که فشار آنها روی پیتوت خوانده می شود (اندازه ها به میلیمتر)
بوسیله پیتوت فشار هشت نقطه از جریان هوا را در عرض کانال اندازه می گیرند (شکل 4-7). سپس با استفاده از روابطی که در ادامه آورده شده اند، میزان دبی هوای عبوری از کانال و در نتیجه میزان هوادهی کولر را تعیین می کنند.
ب) محاسبه میزان هوا دهی
1 ) چگالی هوای جو
چگالی هوای جو (ρo ) باید با اندازه گیری شرایط محیط آزمون، شامل دمای حباب خشک (Tdo )، دمای حباب مرطوب (Tw) و فشار جو (Pb)، با استفاده از نمودار مشخصه هوا (نمودار سایکرو متری) و جداول مربوطه ویا فرمول زیر بدست می آید.
+ رابطه زیر برای محدوده صفر تا 40 درجه سلسیوس قابل استفاده می باشد :

(4-4)
که در رابطه فوق :
Pe: فشار اشباع بخار آب در دمای Tw برحسب پاسکال
Pb: فشار جو بر حسب پاسکال
Pp: فشار جزئی بخار آب بر حسب پاسکال
R: ثابت گاز برای هوای خروجی
: Tdoدمای حباب خشک هوای خروجی بر حسب درجه سلسیوس
Tw: دمای حباب مرطوب هوا بر حسب درجه سلسیوس
ρo: چگالی هوای جو بر حسب کیلو گرم بر متر مکعب
2 ) چگالی هوای کانال
با استفاده از فرمول زیر چگالی هوا در مقطع پیتو کانال (ρ ) را با تصحیح چگالی هوای جو (ρo) برای فشار ایستایی ( Ps ) ودمای حباب خشک (tw)، می توان بدست آورد :
(4-5)
که در آن :
Tdo: دمای حباب خشک هوای خروجی بر حسب درجه سلسیوس
Tdx : دمای هوا در مقطع پیتو در راخل کانال
Ps : فشار ایستایی در مقطع عرضی کانال که لوله پیتو قرار دارد که از رابطه زیر
(4-6) Ps=Pt -PV
محاسبه می گردد و در آن Pt فشار کل و PV فشار دینامک هوا می باشد.
ρo :چگالی هوای جو بر حسب کیلو گرم بر متر مکعب
ρ: چگالی هوا در داخل کانال بر حسب کیلو گرم بر متر مکعب

3 ) هوا دهی بادزن در شرایط آزمون
* استفاده از لوله پیتو
مقدار گذر هوای بادزن را می توان با اندازه گیری فشار سرعتی (Pvr) توسط لوله پیتومحاسبه نمود.
* فشار سرعتی
فشار سرعتی متوسط (Pv) حاصل از سرعت متوسط باید با استفاده از رابطه زیر، بدست آید
(4-7)
که در آن :
n: تعداد اندازه گیری ها
Pvr : فشار سرعتی اندازه گیری شده بر حسب پاسکال
Pv : فشار سرعتی متوسط بر حسب پاسکال
* سرعت
سرعت متوسط (V) باید با استفاده از چگالی در مقطع پیتو (ρ) و فشار سرعتی مربوطه (Pv)محاسبه شود :
(4-8)
که در آن :
Pv : فشار سرعتی متوسط در مقطع پیتو بر حسب پاسکال
ρ : چگالی هوا در مقطع پیتو بر حسب کیلو گرم بر متر مکعب
V : سرعت هوا بر حسب متر بر ثانیه
* مقدار هوا دهی
هوا دهی (Q) در مقطع پیتو باید با استفاده از سرعت (V) وسطح مقطع (A) از رابطه زیر بدست آید :
(4-9)
که در آن :
V : سرعت هوا در مقطع پیتو بر حسب متر بر ثانیه
A : سطح مقطع کانال بر حسب متر مربع
Q : مقدار هوادهی بر حسب متر مکعب بر ثانیه
ج) اندازه گیری سرعت جریان ها به روش آزمون هوا دهی
به منظور دستیابی به سرعت متفاوت جریان اولیه هوا در کولر تبخیری غیر مستقیم از سه پولی موتور با قطرهای متفاوت استفاده می کنیم. در آزمون اول از یک پولی با قطر mm 52، سپس از یک پولی با قطر mm 75 و در انتها از یک پولی با قطر mm 104 استفاده می کنیم. در ابتدا برای حلزون وفن به تنهایی و سپس برای جریان اولیه این آزمون را انجام می دهیم.
پیش از آنکه به ارائه نتایج آزمون بپردازیم چند نکته قابل ذکر می باشد. با توجه به شکل مبدل حرارتی سطح مقطع جریان های اولیه و ثانویه برابر خواهد بود با:

از این طریق می توان میزان سرعت هر یک از جریانهای اوبیه و ثانویه را محاسبه نمود.
آزمون(1). برای جریان حلزونی و فن با پولی mm 52
مشخصات فنی
توان مصرفی(kW)
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
52
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
14/9
83/12
55/14
02/16
48/17
38/17
54/15
94/10

مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
9496/13
900868/0
565/5
092/1
3930
2313
آزمون(2). برای جریان اولیه با پولی قطر mm 52:
مشخصات فنی
توان مصرفی
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
52
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
46/2
70/2
85/3
39/5
91/5
15/4
49/4
91/2

مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
8944/3
900868/0
9404/2
57691/0
2076
1222

آزمون(3). برای جریان حلزونی و فن با پولی mm 75
مشخصات فنی
توان مصرفی
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
75
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
41/13
67/17
00/17
39/19
37/15
83/14
34/12
02/10

مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
8621/14
900868/0
74414/5
1270/1
4056
2387

آزمون(4). برای جریان اولیه با پولی قطر mm 75:
مشخصات فنی
توان مصرفی
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
75
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
45/2
92/2
30/5
23/7
98/5
00/4
51/3
44/2
مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
0732/4
900868/0
0071/3
590/0
2123
1250

آزمون(5). برای جریان حلزونی و فن با پولی mm 104 :
مشخصات فنی
توان مصرفی
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
104
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
31/15
00/16
67/18
84/21
08/18
31/17
62/15
32/13

مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
9342/16
900868/0
1315/6
203/1
4330
2548

آزمون(6). برای جریان اولیه با پولی قطر mm 104:

مشخصات فنی
توان مصرفی
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
104
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
87/3
75/4
45/5
08/6
91/5
87/4
72/3
47/3

مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
7183/4
900868/0
2365/3
635/0
2285
1345

از طرفی با توجه به شکل مبدل حرارتی داریم:
برای حالت پولی موتور mm 52 :

برای حالت پولی موتور mm 75 :

برای حالت پولی موتور mm 104 :

د ) آزمون راندمان
پس از اندازه گیری سرعتهای جریانهای اولیه و ثانویه در سه حالت فوق مدل را در یک شرایط آزمایشگاهی با شرایط ورودی یکسان آزمایش کرده و دمای خروجی آنها را اندازه می گیریم. جدول 4-3 نتایج این آزمون را نشان می دهد.

جدول 4-3. تغییرات دمای حباب خشک خروجی و راندمان نسبت به سرعت جریان اولیه

Tpi
Twi
Tpo

1.821
30
20
24
0.6
1.862
30
20
25.5
0.45
2.004
30
20
26.5
0.35

بدین ترتیب می توان نمودارهای زیر را برای این حالت رسم نمود:

شکل 4-8. تغییرات دمای حباب خشک خروجی نسبت به سرعت جریان اولیه

شکل 4-9. تغییرات راندمان نسبت به سرعت جریان اولیه
همانگونه که از نمودارهای فوق مشخص است با افزایش سرعت جریان اولیه دمای حباب خشک خروجی از کولر افزایش و راندمان آن کاهش می یابد
4-3-3. بررسی تاثیر نسبت سرعت اولیه به ثانویه بر راندمان و دمای خروجی
برای برآورد نسبت سرعت جریان اولیه به ثانویه نیازمند تغییر میزان دبی هوا ی اولیه و ثانویه می باشیم. بدین منظور می توان با ایجاد تغییر در زاویه صفحه جدا کننده جریان ها، این تغییر را ایجاد نمود.مطابق شکل زیر این صفحه را در سه حالت 1و2و3 قرار داده و دبی جریان اولیه را در هر حالت با استفاده از روش آزمون هوادهی اندازه می گیریم. لازم به ذکر است که پولی موتور استفاده شده در این حالت دارای قطر mm 52 می باشد . از این رو دبی کلی فن برابر خواهد بود. پس از اندازه گیری دبی جریان اولیه در هر حالت ، کولر را در شرایط ورودی آزمایش کرد، و دمای خروجی کولر را (Tpo ) در هر حالت اندازه می گیریم.

شکل 4-10. سه حالت قرارگیری صفحه هدایت کننده جریان
آزمون(7). برای جریان اولیه در حالت 1
مشخصات فنی
توان مصرفی
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
52
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
26/2
32/3
95/3
04/5
42/4
63/3
07/3
18/3

مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
5667/3
900868/0
8140/2
5521/0
1987
1169

آزمون(8). برای جریان اولیه در حالت 2
مشخصات فنی
توان مصرفی
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
52
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
46/2
70/2
85/3
39/5
91/5
15/4
49/4
91/2
مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
8944/3
900868/0
9404/2
57691/0
2076
1222

آزمون(9). برای جریان اولیه در حالت 3
مشخصات فنی
توان مصرفی
قطر پولی موتور(mm)
قطر پولی فن(mm)
دور موتور(rpm)
75/0
52
200
1450
شرایط محیطی
فشار بارومتریک
دمای خشک هوای خروجی
دمای مرطوب هوای ورودی
فشار استاتیک
مساحت مقطع خروجی
ثابت گازی
Pa
ºC
ºC
Pa
m2
kJ/kg.k
79589
23
5/14
0
1962/0
287

فشار خوانده شده از پیتوت (Pa)
8
7
6
5
4
3
2
1
88/2
18/3
00/4
58/5
76/5
35/5
77/3
25/3

مقادیر محاسبه شده
Pv
ρ
V
Q
Pa
kg/m3
m/s
m3/s
m3/hr
cfm
0870/4
900868/0
0122/3
591/0
2127
1252

در این صورت برای حالت صفحه جدا کننده 1 داریم:

برای حالت صفحه جدا کننده 2 داریم:

برای حالت صفحه جدا کننده 3 داریم:

حال این کولر را در سه حالت صفحه جدا کننده جریان و در شرایط ورودی یکسان آزمایش می کنیم. در این صورت نتایج آزمون به قرار زیر خواهد بود:
جدول 4-4. تغییرات دمای حباب خشک خروجی و راندمان نسبت به تغییرات نسبت سرعتها

Tpi
Twi
Tpo

1.22
25
16.5
19
0.706
1.4
25
16.5
18.5
0.765
1.48
25
16.5
20.5
0.529

با توجه به نتایج فوق می توان نمودارهای زیر را رسم کرد:

شکل 4-11. نمودار تغییرات دمای حباب خشک خروجی نسبت به تغییرات نسبت سرعتها

شکل 4-12. نمودار تغییرات راندمان نسبت به تغییرات نسبت سرعتها
با توجه به دو نمودار اخیر برای نسبت سرعتهای 3/1 تا 4/1 مقدار راندمان ماکزیمم و مقدار دمای حباب خشک خروجی مینیمم خواهد بود که تا حد زیادی مشابه با نتایج آزمایشگاهی پسکود می باشد. از طرفی می توان این مقادیر را با روابط زیر تخمین زد:
(4-12)
(4-13)

4-5. نتیجه گیری
با توجه به آزمایش های صورت گرفته بر روی مدل و نتایج استخراجی ،آنچه مسلم است این است که این مدل کولر تبخیری غیر مستقیم به تنهایی نمی تواند به عنوان یک وسیله تهویه مطبوع به کار رود. زیرا با توجه به نتایج موجود در دماهای بالای32 درجه سانتی گراد راندمان این کولر کمتر از مقدار 50 درصد بوده و کارایی چندانی نخواهد داشت.
از طرفی این نکته حائز اهمیت است که اگر بتوان یک سیستم تبخیری مستقیم را با این مدل ترکیب کرد راندمان سیستم مرکب ،می تواند به رقمی بیش از 90درصد برسد.
محدودیتهای ساخت ، هزینه های بالا و مشکلاتی از این قبیل باعث شدند تا در انجام این پروژه به نتایج مورد نظر و در خور توجه دست نیابیم، لذا می توان از این مدل جهت تکمیل یک سیستم مرکب استفاده نمود که در این صورت نتایج چشمگیری بدست خواهد آمد.

فصل پنجم

تحلیل سیستمهای تبخیری مرکب

5-1. مقدمه
همانطور که اشاره شد کولرهای دو مرحله ای دارای راندمان مطلوبی بوده و گستره کاربرد آنها وسیع تر می باشد. به دلیل اهمیت این نوع کولرها از لحاظ راندمان، و همچنین عدم استقبال محققان و طراحان به این مدل از کولرهای تبخیری سعی کردیم در این بخش به معرفی کلی تری از این نوع بپردازیم. در بخش اول به تفصیل انواع مختلف این کولرها را نام بردیم، اما در ادامه تحلیلی از یک کولر دو مرحله ای با مبدل حرارتی غیر مستقیم لوله ای ارائه می گردد. این تحلیل شامل تخمین عدد ناسلتNU برای IEC و ارائه نتایج آزمایشگاهی این مدل که توسط الظیفاری و الدسوکی استخراج شده، می باشد.
5-2. معرفی مدل:
شکل 5-1 مدل مورد تحلیل را نشان می دهد. این مدل شامل یک مخزن آب،پمپ سیرکولاتوروفن، پد خیس،دو مبدل حرارتی،نازلهای پاشش آب،لوله ها و اتصالات و شیر ها می باشد.
–مدل در نظر گرفته شده [3]

بخش پنجم

* توضیحات مربوط به مدل:
نحوه کار مدل به این صورت می باشد که آب توسط پمپ سیر می یابد.آبی که وارد نازلها می گردد از بالا به پایین و در جهت عمود بر جریان هوا بر روی پدهای DEC ریخته می شود. آب از بالا به پایین ریخته شده و به مخزن آب بر می گردد. جریان هوا توسط یک فن که در ابتدای مدل واقع شده کنترل می گردد. هوا ابتدا وارد مبدل IEC شده سپس به سمت پد خیس DEC جریان می یابد.

* تعیین راندمان حرارتی مدل:
راندمان حرارتی سیستمهای تبخیری از رابطه زیر حاصل می گردد:
(5-1)
Tdi : دمای حباب خشک هوای ورودی
Tdo: دمای حباب خشک هوای خروجی
Twi: دمای حباب مرطوب هوای ورودی
: راندمان حرارتی سیستم تبخیری
شکلهای (5-2) و (5-3) و (5-4) به ترتیب مسیر تحول خنک کنندگی را توسط DEC ، IEC ،DEC/ IEC نشان می دهند.

شکل 5-2 : مسیر تحول خنک کنندگی توسط DEC

شکل 5-3 : مسیر تحول خنک کنندگی توسط IEC

شکل5-4 : مسیر تحول خنک کنندگی توسط DEC/IEC
مسیر های AB،ACوABC مسیرهای تحول خنک کنندگی در حالت ایده ال را نشان می دهند،اما در عمل به دلایلی از قبیل اتلافهای حرارتی،اشباع نشدن هوا به طور 100% و بای پس هوا این فرایند قابل دستیابی نخواهد بود.بنابر این مسیرهای ، و نشان دهنده مسیر های تحول حقیقی می باشند.
5-3. تخمین عدد ناسلت (Nusselt) برای مبدل IEC
پیش ازارائه روابطی برای بدست آوردن عدد ناسلت لازم است که دماهای مورد نیاز را مشخص نماییم. این دماها عبارتند از:
: دمای حباب خشک هوای ورودی به مبدل IEC
: دمای آب ورودی به مبدل IEC
: دمای آب خروجی از مبدلIEC
: دمای هوای خروجی از مبدل IEC
الف) فرضیات:
(a) حالت steady state
(b) جریان هوا در خارج از سطوح مبدل IEC یکنواخت می باشد.
(c) اتلاف حرارت به محیط را قابل چشم پوشی فرض می کنیم.
(d) ظرفیت حرارتی را در فشار ثابت در نظر گرفته و فاکتور های ضریب هدایت،چگالی هوا و آب را تابعی از دما در نظر می گیریم .
ب) معادلات حاکم
بدین ترتیب بار حرارتی مبدل IEC از رابطه زیر حاصل می گردد.
(5-2)
که بار حرارتی مبدل و و به ترتیب بار حرارتی آب و هوا می باشند. بار حرارتی آب و هوا به ترتیب از روابط زیر بدست می آیند:
(5-3)
(5-4)
که دبی آب بر حسب ، دبی هوا بر حسب ،CPw گرمای ویژه آب در فشار ثابت بر حسب ،CPa گرمای ویژه هوا در فشار ثابت بر حسب می باشد.
از طرفی معادله انتقال حرارت برای مبدلهای حرارتی به صورت زیر بدست می آید:
(5-5)
که در آن A مساحت مبدل بر حسب ،LMTD اختلاف دمای متوسط لگاریتمی و Uضریب انتقال حرارت کلی می باشد.
بدین ترتیب برای IEC داریم:
(5-6)
IEC به عنوان یک مبدل جریان عمودی کار می کند. در این صورت در رابطه فوق LMTD به صورت زیر بدست می آید:
(5-7)
کهP و Rبه ترتیب عبارتند از:
(5-8)
(5-9)
همچنین ضریب انتقال حرارت کلی برای این مبدل ها عبارت است از
(5-10)
که:
ha ضریب انتقال حرارت جابجایی در سمت هوا بر حسب
hw ضریب انتقال حرارت جابجایی در سمت آب بر حسب
Rfw مقاومت رسوب در سمت آب بر حسب
Rfa مقاومت رسوب در سمت هوا برحسب
ضریب هدایت حرارتی لوله های مبدل k
Ao مساحت خارجی مبدل IEC بر حسب
Ai مساحت داخلی مبدل IEC بر حسب
و ضخامت دیواره های مبدل حرارتی بر حسب m می باشند.
در نهایت با توجه به معادله شناخته شده Dittus – Bolter، hw از رابطه زیر بدست می آید:
(5-11)
که به ترتیب :
: عدد رینولدز برای آب
: عدد پرانتل برا آب
: ضریب هدایت حرارتی آب بر حسب
: قطر لوله های مبدل بر حسب
: سرعت آب بر حسب
: چگالی آب بر حسب
: لزجت آب بر حسب
: گرمای ویژه آب بر حسب
و بدین ترتیب با تعیین دماهای T1، T2، T3، T4از روش تجربی می توان عدد Nu را به صورت زیر تعیین نمود:
(5-12)
5-4. ارائه نتایج تجربی موجود [3]
الظیفاری و الدوسوکی [3] با ساخت مدلی به شکل شرح داده شده، نتایج آزمایشگاهی زیر را استخراج نمودند:

شکل 5-4: راندمان IEC به تنهایی [3]

شکل 5-5: راندمان DEC به تنهایی[3]

شکل 5-6: راندمان IEC/DEC [3]
قابل توجه آنکه با توجه به شکل 5-4 حداکثر راندمان یک IEC بین 41-38 درصد می باشد.شکل 5-5 نیز نشان می دهد که حداکثر راندمان یک DEC بین 85-80 درصد است. شکل 5-6 که ترکیب یک IEC ویک DEC بوده است راندمانی در حدود 103-98 درصد داشته است.
همچنین راندمان IEC به صورت تابعی از عدد رینولدز آب (Rew) و هوا (Rea) برای حالت تک مبدل، دو مبدل به صورت سری و دو مبدل به صورت موازی در شکلهای 5-7 و 5-8 و 5-9 آورده شده است.

شکل5-7: تغییرات راندمان IEC با یک مبدل حرارتی بر اساس تغییرات عدد رینولدز آب و هوا [3]

شکل5-8: تغییرات راندمان IEC با دو مبدل حرارتی به صورت سری بر اساس تغییرات عدد رینولدز آب و هوا [3]

شکل 5-9:تغییرات راندمان IEC با دو مبدل حرارتی به صورت موازی بر اساس تغییرات عدد رینو لدز آب و هوا [3]
همانطور که از شکلهای فوق مشخص است تغییرات جریان هوا تاثیر بیشتری بر راندمان IEC نسبت به تغییرات جریان آب دارد، به طوری که با یک افزایش در سرعت هوا راندمان IEC بیش از 10% افزایش می یابد. این مسئله به این دلیل می باشد که مقاومت در برابر انتقال حرارت در سمت هوا بیش از سمت آب می باشد، لذا افزایش سرعت هوا باعث کاهش این مقاومت خواهد شد.

فصل ششم
6-1. مقدمه
هوای اتمسفر،یک منبع انرژی تجدیدپذیرخالص می باشدکه می توان ازان برای کاربردهای زیادی استفاده کرد. سیکل میسوتسنکویاM-cycle (1) انقلاب جدیدی درترمودینامیک می باشد. تکاملM-cycle ازنظرترمودینامیکی به هوای اتمسفراجازه میدهد،بدون افزایش رطوبت نه تنهاتادمای مرطوب بلکه تا دمای نقطه شبنم خنک شود. M-cycle درکولرهای معروف به کولرادو2)) ازمرحله تئوریک وآزمایشگاهی به مرحله صنعتی وتجاری رسیده که توانسته میزان مصرف انرژی حاصل از سیستمهای تهویه راتا80 درصدکاهش دهد. CC از موسسه NREL موفق به دریافت تاییدیه شده، ضمنا این کولر در رده کولرهای پیشرفته قرارگرفته وعلت این امربدان خاطراست که دارای راندمان انرژی بالا وتوانائی دست یافتن به دمایی پایین ترازدمای مرطوب (بدون استفاده ازکمپرسور وCFC) می باشد.
درحال حاضرM-cycle موفق شده به هدف خود یعنی حداقل مصرف انرژی دست یابد وجوایز بسیاری را از موسسات مختلف دریافت نماید. هرچند ازاین سیکل درکولرهای کولرادواستفاده شده اما به دلیل راندمان بالای آن در انتقال حرارت، مصرف انرژی پایین وکاهش میزان آ لودگی هوا ازآ ن می توان درموارد دیگر نیز استفاده کرد.
ازM-cycle می توان جهت بهبود بخشیدن به تکنولوژی نیروگاههای حرارتی نیز استفاده کرد. به طورمثال سیکل قدرتی میسوتسنکو می تواند آ لودگی محیطی ناشی از احتراق را به میزان 5 تا 25 درصد ومصرف سوخت رابه میزان 25 تا40 درصد کاهش دهد و حداقل راندمان حرارتی نیروگاه را به 55 درصد برساند. همچنین M-cycle توانایی بالا بردن راندمان کندانسورهای تبخیری را تا 60 درصد بیش از نوع متداولشان دارد0

6-2. توضیح تکنیکی M-cycle [4]
دیدگاه تخصصی درمورد مفهوم سیکل میسوتسنکودر ادامه توضیحاتی هرچند مقدماتی درمورد مفهوم سیکل میسوتسنکوآورده شده است. این توضیحات به گونه ای آورده شده اند که هر خواننده که اطلاعاتی مقدماتی در مورد انتقال حرارت دارد آن را درک نماید.

بخش ششم

مراحل فهم سیکل:
1-یادآوری مفهوم خنک کننده تبخیری
2-یادآوری فرایند تبخیری غیر مستقیم
3- یادگیری سیکل میسو تسنکو
الف) سرد کنندگی تبخیری مستقیم:
کولرهای تبخیری دمای هوا رابا استفاد ه از حرارت نهان حاصل از تبدیل آب به بخارکاهش می دهند. دراین فرایند، انرژی هوا تغییر نمی یابد. هوای گرم وخشک به هوای سرد ومرطوب تبدیل می شود. حرارت هوا برای تبخیرآب استفاده می گردد. هیچ حرارتی اضافه یا حذ ف نمی شود، در نتیجه یک فرایند آدیاباتیک رخ می دهد. آنتالپی (یا در اصل انرژی) هوا تغییر نمی یابد. سیستمهای تبخیری مستقیم عموما راندمانی بین 70 تا90 درصد دارند، البته این راندمان بستگی به دمای مرطوب هوای ورودی دارد.

شکل6-1:شماتیک سیستم خنک کنندگی تبخیری مستقیم [4]

شکل 6-2:نمودار سا یکرومتریک خنک کنندگی تبخیری مستقیم [4]
ب) سردکنندگی تبخیری غیر مستقیم:
سالهای زیادی سیستمهای خنک کننده تبخیری غیر مستقیم با موفقیت کمی مورد استفاده قرارمی گرفتند و این امر به دلیل میزان انتقال حرارت کم آنها بود. واحد های تولیدی و تجاری قادر به طراحی و ساخت سیستمی با سرمایش لازم وهزینه های پایین نبودند. ازدیدگاه ترمودینامیکی یک کولر تبخیری غیر مستقیم هوای اولیه یا هوای تولیدی را ازیک سمت صفحه وهوای ثانویه یا سیال عامل را از طرف دیگر صفحه عبور می دهد. سمت مرطوب حرارت از سمت خشک از طریق تبخیر آب و حرارت نهان آن جذب می کند. دمای هوا در طول طرف خشک صفحه کاهش می یابد. در حالت ایده ال دمای هوای خشک خروجی از انتها ی صفحه برابر دمای مرطوب هوای ورودی خواهد بود.

شکل6-3: نمایی از نحوه کارکرد خنک کنندگی تبخیری غیر مستقیم [4]

شکل6-4: نمودار سا یکرومتریک خنک کنندگی تبخیری غیر مستقیم ‍[4]

از دیدگاه تئوری، دمای سیال عامل در طرف مرطوب صفحه از دمای هوای مرطوب ورودی تا دمای خشک جریان هوای اولیه افزایش یافته و به حالت اشباع خواهد رسید. البته این اتفاق زمانی رخ خواهد دادکه طول صفحات بی نهایت باشد و دبی جریان سیال عامل و هوای تولیدی مساوی باشد. این یک حالت ایده الی است که برای دستیابی به آن، مبدلهای کولر های تبخیری غیر مستقیم به صورت مبدلهای جریان عمودی ساخته می شوند. راندمان این مدل از کولر ها به طور تقریبی 54 درصد گزارش شده است.

شکل6-5: این شکل نمایی از یک نوع کولر تبخیری غیر مستقیم با مبدل جریان عمودی می باشد 0محدودیتهای فیزیکی حاصل از ساختار آن باعث می گردد که حدود 10درصد از سیال عامل و10درصداز مساحت صفحه، 70درصد از خنک کنندگی را انجام دهند. [4]
ج) مبدل حرارتی کلید M-cycle:
از لحاظ تئوری دمای حباب مرطوب پایین ترین دمای قابل دستیابی بوسیله سیستمهای خنک کننده تبخیری و برجهای خنک کن می باشد. در حالیکه بوسیله M-cycle می توان به دمایی پایین تر از دمای حباب مرطوب و نزدیک به نقطه شبنم دست یافت. درM-cycle هردو جریان هوای سیال عامل و هوای تولیدی بوسیله بخشی از سیال عامل که برای جذب رطوبت جدا شده، خنک می گردند. علت این امرآن است که جریان سیال عامل در ابتدای ورود به مبدل، خنک شده وتوانایی خارج کردن حرارت بیشتری از هوای تولیدی را خواهد داشت.

شکل 6-6: شماتیک مبدل حرارتی M-cycle [4]
این مبدل، یک مبدل انتقال حرارت و جرم می باشدکه از یک کانال مرطوب ویک کانال خشک تشکیل شده است. همچنین از نظر ساختاری این مبدل با مبدلهای کولرهای تبخیری غیر مستقیم(IEC )متفاوت می باشد.
جریان سیال عامل ابتدا در یک کانال خشک، خنک شده سپس به بخشهای مختلف تقسیم می گردد و وارد کانال مرطوب می شود. کانال مرطوب این جریان سیال را بطور پله ای خنک و اشباع می کند. این فرایند در یک فضای کوچک با دفعات زیاد تکرار شده و نهایتا سبب دستیابی به حداقل دما می شود.
هوای تولید شده از سمت دیگر کانال که خشک است عبور می کند. حرارت از هوای تولیدی و از طریق صفحات مبدل حرارتی به سیال عامل وآب موجود در کانال مرطوب انتقال یافته، سپس از طریق تبخیر آب در سیال عامل از مبدل خارج می گردد. با وجود چنین شرایطی دمای هوای تولیدی به دمایی پایین تر از دمای حباب مرطوب خواهد رسید و بدون افزایش رطوبت از مبدل خارج می گردد.
6-3. M-cycle وکاربردهای فراوان آن [24]:
M-cycle در ابتدا از طرف محققان غیر ممکن تلقی می شد اما دستیابی به راندمان حرارتی بالا باعث شد که این سیکل علاوه برخنک کننده های تبخیری در نیروگاههای حرارتی نیز مورد استفاده قرار گیرد. M-cycle پایه اصلی طراحی کولرهای موسوم به کولرادومی باشد. در آزمایشات انجام شده در رابطه با این نوع کولرها نشان داد هوای تولیدی بوسیله آنها تا 22 درصد زیر دمای مرطوب و85 درصد نزدیک به دمای نقطه شبنم بوده است. شرکت Idalex نیز بر روی این سیکل برای کاربرد آن در طرحهای نیروگاهی در حال تحقیق می باشد. توربینهای موسوم به میسوتسنکونیز در این شرکت ساخته شده که اساس آن M-cycle می باشد و در مرحله تحقیقاتی به راندمان انرژی بالایی دست یافته اند.

شکل 6-7: مبدل حرارتی M-cycle که شامل 4 جریان زیر می باشد:
1- هوای تولیدی و سیال عامل وارد کانال خشک مبدل حرارتی می شوند.
2- سیال عامل خنک شده به بخشهای مختلف تقسیم شده و به سمت کانال مرطوب حرکت می کند.
3- حرارت از هوای تولیدی به سیال عامل از طریق تبخیر آب در آن منتقل گشته و از سیکل خارج می گردد.
4- هوای تولیدی که در طول کانال خشک حرکت کرده و حرارت آن به سیال عامل که در کانال مرطوب در حال حرکت است منتقل می گردد.هوای تولیدی خشک نگه داشته شده و تا نزدیکی دمای نقطه شبنم خنک می گردد. [24]

شکل 6-8: نمایی از Coolerado Cooler که بر پایه M-cycle کار می کنند و توسط شرکت Idalex به بازار ارائه شده اند [24]

شکل 6-9: مبدل حرارتی غیر مستقیم M-cycle [24
مزیتهایM-cycle برکولرهای تبرید تراکمی (AC) :
به دلیل استفاده M-cycle از آب برای خنک کردن هوا، عموما"این شبه پیش می آید که آنها را با کولرهای تبخیری مستقیم مقایسه می کنند و این در حالی است که این مقایسه باید با کولرهای تبرید تراکمی صورت گیرد. از مزایای این کولرها نسبت به کولرهای تبرید تراکمی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1-AC ها حرارت را به عنوان هوای داغ از سا ختمان خارج می کنند، در حالیکه CCها حرارت را از طریق بخار آب به جو منتقل می کنند.
2-توان معرفیCCها یک سوم توان معرفیACها می باشد.
3-CCها ازمواد مضر برای لایه ازن استفاده نمی کنند.
M-cycle می تواند از دو جنبه مصرف انرژی وتولید انرژی مورد بررسی قرار گیرد. اولین تولید تجاری این طرح در شمال غرب دنور و در اتاق کامپیوتر یک مدرسه درسال 2003 آزمایش شد. نتیجه آزمایش خنک شدن اتاق تا 74 وکاهش 80 درصدی مصرف انرژی نسبت به یک سیستمAC بود.
6-4. سیکل قدرت M-cycle [25]
سالهای زیادی سیکل توربین های هوای مرطوب(1) (HAT) توانستند با راندمان بالاتر و هزینه پایین تر از سیکل های ترکیبی نیروگاههای حرارتی به تولید انرژی الکتریکی بپردازند. اما محدودیتهای سیکل HAT باعث شد که از لحاظ تجاری موفقیت قابل ملاحظه ای کسب نکند. به این دلیل شرکت Idalex سیکل جدیدی به نام سیکل میسوتسنکو (M-cycle) را ابداع نمود تا محدودیتهای سیکل HAT را پوشش داده و آن را از لحاظ تجاری قابل استفاده نماید.
مهمترین محدودیت سیکل HAT در فرایند رطوبت زنی بود که از یک ستون اشباع کننده (2) برای افزودن رطوبت در فشار کارکرد کمپرسور و دمای جوش آب استفاده می کرد. به منظور افزودن این رطوبت نیاز به یک بویلر دیگر بود که خود هزینه های اضافه تری را تحمیل می نمود.
بر اساس تحقیقات انجام شده توسط کارشناسان شرکت Idalex ، M-cycle با این مشکل مواجه نخواهد بود زیرا این سیکل به منظور افزودن رطوبت به هوا تنها از حرارت اتلا فی ناشی از گازهای خروجی از توربین استفاده می کند. للند گیلان(3) یکی از مهندسان شرکت Idalex معتقد است بوسیله M-cycle می توان راندمان نیروگاه ها را از 50% تا 60% ، بدون تحمیل هزینه ها و وسایل اضافه، افزایش داد.
گیلان همچنین معتقد است که M-cycle را می توان برای هر نوع توربین با هر اندازه ای بدون تحمیل بار اضافه به آن بکار برد. وی می افزاید: ˝توانایی افزودن رطوبت بوسیله حرارت اتلافی به M-cycle اجازه می دهد که با راندمان بالایی بین 50 تا100 درصد کار کند.˝
هر چند M-cycle و تکنولوژی توربین احتراق مربوط به آن در مرحله تحقیقاتی است، اما در این میان توجه محققان فراوانی را به خود جلب نموده است. دکتر مایرون تریباس (4) دبیر اسبق انجمن علمی و تکنولوژی آمریکا یکی از این محققان می باشد. زمانی که وی برای اولین بار M-cycle را مطالعه کرد، تصور نمود که این سیکل قانون دوم ترمودینامیک را نقض می کند.(یک بیان این قانون به این صورت است˝:در یک سیستم بسته، نمی توانید هیچ فرایند فیزیکی واقعی را بدون اتلاف انرژی و با حداقل آن به پایان برسانید.بخشی از این انرژی به صورت آنتروپی اتلاف می گردد. ˝) اما وقتی تریباس نحوه کار M-cycle را دریافت بسیار شگفت زده شد و بیان داشت :˝ M-cycle کاربردهای فراوانی دارد و می توان از آن برای بالا بردن راندمان سیستمهای قدرت استفاده نمود.˝
این سیکل حرارت نهان تبخیر را از یک مبدل انتقال حرارت و جرم بدست می آورد. دکتر میسوتسنکو مدعی است: این سیکل توانایی کارکرد در هر فشار و دمایی را دارد و می تواند هر فرایندی را که نیازمند سیال خنک و یا هوای اشباع باشد را بهبود بخشد.
الف) کاربرد M-cycle در سیکلهای قدرت:
سیکلHAT و سیکل توربین احتراق میسوتسنکو (HCTC) اهداف مشترک فراوانی دارند. هر دو در جهت افزایش توان خروجی و بالا نگه داشتن راندمان ، با افزایش جرم هوای ورودی (هوای مرطوب) به توربین با کمترین کارکرد کمپرسور عمل می کنند. همچنین هر دو سیکل، حرارت اتلافی توربین را دوباره به فرایند بازگردانده و باعث افزایش راندمان با جلوگیری از اتلاف حرارت از سیکل قدرت می شوند.
هر چندMCTC یک مرحله میانی برای سیکل HAT می باشد، اما با افزودن رطوبت به هوای خروجی از کمپرسور باعث افزایش توان و راندمان آن می گردد. به علاوه M-cycle از یک مبدل حرارتی با کمترین سطح حرارتی، کمترین افت فشار و هزینه ای پایین استفاده می کند. همچنین از M-cycle می توان برای پیش سرد کن هوای ورودی به کمپرسور بدون افزایش رطوبت به آن و در نتیجه بالا بردن راندمان کمپرسور استفاده نمود. هوای سرد ساده تر فشرده می شود که این به معنی کاهش کار کمپرسور می باشد.
ب) MCTC چگونه کار می کند:
MCTC هوای گرم، خشک و فشرده شده را دریافت کرده و آن را تا نزدیکی دمای نقطه شبنم بدون افزودن رطوبت خنک می کند (شکل های 6-10و6-11). این هوای سرد، حرارت را از گازهای خروجی از توربین گرفته و آن را تا پایین ترین دمای ممکن می رساند. هوای سرد به دو جریان تقسیم می گردد. اولین جریان خود را از طریق عبور از یک مبدل جریان معکوس غیر مستقیم به صورت M-cycle خنک می کند و رطوبت به آن اضافه می شود. جریان دوم از یک مبدل جریان معکوس دیگر عبور می کند که هوای داغ خروجی از توربین باعث تبخیر آب در آن می گردد. دو جریان فوق که رطوبت آنها بالا رفته است دوباره جمع شده به سمت اتاق احتراق فرستاده می شوند. این فرایند بسیار کار آمد است، زیرا با کمی افزایش نسبی دما امکان افزودن مقدار قابل توجهی رطوبت (30% یا بیشتر) به هوا برای بالا بردن دبی جرمی آن وجود خواهد داشت. از طرفی هوای مرطوب گرمای ویژه بالاتری برای جذب گرما از سوخت را خواهد داشت. از این رو،سیکل HAT (شکل6-12 ) در مرحله اول هوای کمپرسور را بوسیله آب در یک مبدل حرارتی خنک می کند. آب خروجی از مبدل که گرم شده است ، مقداری انرژی به همراه دارد که برای مرطوب کردن هوا در یک برج اشباع کننده استفاده می گردد. همچنین آب دیگری از یک مبدل حرارتی دیگر به آن افزوده می شود. در عمل بایستی آب به صورت مایع باشد نه بخار آب.
یکی از معایب سیکل HAT نیازمندی آن به این مبدل حرارتی اضافه است. مبدل های بیشتر نیازمند دمای بیشتر بوده و کاهش راندمان را به دنبال دارند. هرچند مطالعات جامعی در مورد سیکل ترکیبی HAT با M-cycle صورت نگرفته است اما بر اساس تحقیقات صورت گرفته توسط موسسه EPRI این سیکل ترکیبی نیازی به افزودن بویلر، توربین گاز، کندانسور و برج خنک کن اضافه نداشته همچنین رطوبت جریان هوا باعث کاهش قابل توجه NOX در محصولات احتراق خواهد بود.

شکل 6-10: سیکل توربین احتراقی میسوتسنکو (MCTC) به همراه یک خنک کننده داخلی کمپرسور میسوتسنکو؛ شرکت Idalex مدعی است توربینی که بر اساس این سیکل کار می کند می تواند 60 درصد راندمان حرارتی با کمترین میزان آلودگی نسبت به توربینهای معمول را داشته باشد. [25]

شکل 6-11: اشباع کننده هوای فشرده میسوتسنکو و خنک کننده گاز خروجی توربین که قلب MCTC می باشند. [25]

شکل 6-12: شماتیک سیکل HAT ؛
لازم به ذکر است که این سیکل در مقایسه با MCTC (شکل 6-10) نیازمند تجهیزات بیشتری می باشد. [25]

فصل هفتم
کولر گازی

کولرهای گازی که بر خلاف کولر های آبی رطوبت محیط را افزایش نمی دهد بویژه در مناطق مرطوب کارایی زیادی پیدا کرده اند.
ساختمان کولر گازی
الف-اجزاء الکتریکی-
که شامل: سیم های رابط-کمپرسور-خازن (کاپاسیتور)-اورلود- ترموستات-کلید چند وضعیتی(کلید فن)-کلید اصلی کولر(تابلو برق)می باشد.
در کمپرسورکولر های گازی دو مکانیسم بکار گرفته شده نوعی از کمپرسور ها را با استفاده از انرژی الکتریکی،روتور بکار افتاده و با کوپل شدن به سایر قطعات مکانیکی کمپرسور، پیستون به حرکت در آمده،وگاز را از یک مسیر به داخل سیلندر مکیده وپس از آنکه فشار لازم را به گاز وارد آورده ، آن را بدرون لوله رفت جاری می سازد.نوع دیگر کمپرسور ها فاقد میل لنگ و پستون بوده وخود روتور در حال چرخش (بواسطه فرم خاصی که دارد) از مسیر ورودی به سیلندر ، گاز را مکیده و وارد لوله رفت می سازد. این کمپرسور ها ، کمپرسور های دورانی نامیده می شوند.
در کولر های گازی از خازن ویا در بعضی کولر ها، از دو خازن بمنظور ایجاد گشتاور به هنگام راه اندازی کمپرسور استفاده می شود.روش متداول به کار گیری خازن به این صورت است که یک خازن برای راه اندازی موتور فن ویک خازن برای راه اندازی کمپرسور مورد استفاده قرار می گیرد.
حیطه عملکرد دما در ترموستات کولر های گازی نسبت به یخچال های خانگی قدری متفاوت است.در یخچال عملکرد ترموستات بین 1 الی 7 درجه سانتی گراد است اما این دما و در واقع حدود واکنش در ترموستات کولر گازی بین 10 الی 20 درجه سانتی گراد است از این تفاوت که بگذریم، ساختمان و نحوه ی عملکرد هر دو ترموستات یکی است.از آن جا که موتور های کولر های گازی، عموما"چند سرعته است، به منظور استفاده از دورهای مختلف،از یک کلید چند حالته استفاده می شود. ساختمان داخلی این کلید بسیار مشابه کلید پنکه سقفی است با این تفاوت که در این کلید تنها سرهای خروجی وجود دارد واین سرهای خروجی به سیم های رابط موتور فن متصل می شود.تابلو برق کولر جایگاه ترموستات-کلیداصلی یا کلید قدرت کولر وکلید چند وضعیتی است. البته بعضی از کولر ها فاقد کلید قدرت می باشند.
ب – اجزاء مکانیکی
اجزاء مکانیکی کولر گازی با اندک تفاوت،عینا" قطعات مکانیکی یخچال می باشد که از جمله می توان به قطعاتی مانند کمپرسور-کندانسور(رادیاتور)-اواپریتور-فیلتر(درایر)-پروانه کندانسور-پروانه اواپریتور-لوله کاپیلاری(لوله مویی)-سینی زیر کولر-خروجی هوا-فیلترخروجی هوا، اشاره کرد.در کولر های گازی از دو پروانه استفاده می شود که عموما" برروی یک شافت اصلی سوار شده اند یکی از پروانه ها از مجرای ورودی ، هوا را مکیده وبا وزش آن به کندانسور، گرما را به محیط خارجی ساختمان می راند.پروانه دوم که به قسمت جلوی موتور فن متصل است هوا را از مجرای ورودی مکیده و با وزش آن به اواپریتور، سرما را وارد ساختمان می سازد.هوا جهت ورود به ساختمان از دریچه مخصوصی (که به خروجی هوا نامیده می شود) می گذرد به منظور ممانعت از ورود گرد وغبار و موارد مشابه به داخل ساختمان ،پشت خروجی هوا،فیلتر سیمی یا اسفنجی تعبیه می شود.
از آن جا که ممکن است بر اثر عدم تنظیم ترموستات ویا ازدیاد گاز شارژ شده ، اواپریتور و یا قسمتی ازلوله بر گشتی ، دارای برفک شده و یا یخ ببندد و در توقف کولر (هنگام اتومات) بر اثر گرما،یخ ها ذوب شوند وآب حاصله از جدارهای کولر سر ریز نماید، ترتیبی اتخاذ شده تا در صورت بروز حالت فوق آب به خارج از کولر هدایت شود.این وظیفه برعهده سینی زیر کولر است. در گوشه ای از سینی،لوله مخصوصی تعبیه شده که آب ایجاد شده از آن خارج می شود وبرای آن که از ریزش آب جلوگیری بعمل آید،عموما"به لوله مذکور شیلنگی متصل می شود ویا با قرار دادن آن بر روی سطح زمین از پراکنده شدن ذرات آب در محیط ممانعت بعمل می آید.

مدار الکتریکی چند نوع کولر گازی:

سرما سازى در کولر گازی
در کولر گازی مانند یخچال از تبدیل گاز به مایع با افزایش فشار و سپس از سرمای ایجاد شده به هنگام تبدیل گاز مایع به حالت گاز (بصورت فوران) برای رسیدن به هدف مورد نظر که همان خنک نمودن فضای داخل ساختمان است استفاده می شود.بر اثر کار کمپرسور، گاز تحت فشار قرار گرفته (قدری گرم شده)و وارد لوله رفت می شود .برای کاستن از دمای گاز تحت فشار قرار گرفته ، آن را وارد کندانسور نموده و هوایی که توسط پروانه کندانسور به آن می وزد،گرمای لوله ها که در واقع از گرمای گاز جاری در آن ها ایجاد شده را به خارج از محیط هدایت می کند.در این مرحله گاز تا حدودی خنک می شود. پس از کندانسور گاز از درایر عبور می کند تا رطوبت ویا رسوباتی را که احتمالا"از جداره های داخلی لوله های کندانسور جدا شده از آن سلب شود.گاز خشک و تمیز پس از درایر وارد لوله مویی می شود.از آن جا که سطح مقطع لوله مویی بسیار کمتر از سطح مقطع کندانسور و یا ورودی درایر است.گاز تحت فشار زیاد به حالت مایع تبدیل می شود.کمپرس کمپرسور گاز مایع را از لوله مویی عبور داده و وارد اوپراتیور می کند.تفاوت سطح مقطع دو محیط (سطح مقطع لوله های اواپریتور بسیار بیشتر از لوله مویی است)به گاز جاری اجازه فوران داده و گاز در حال فوران تولید سرما می کند.
سرما سطح اواپریتور را در اختیار گرفته و هوایی که توسط پروانه از اواپریتور به آن برخورد می کند،این سرما را وارد محیط می سازد.فریون 22 پس از اواپریتور به لوله بر گشت کمپرسور باز می گردد تا مجددا"مسیر قبلی را طی نماید.به این ترتیب و به تدریج سرمای ایجاد شده در اواپریتور،دمای محیط را تحت تاثیر قرار داده و محیط را معتدل و خنک می سازد.
راهنمای انتخاب کولر گازی اسپلیت:
اگر در یک منطقه ی گرمسیری یا بسیار مرطوب زندگی می کنید، استفاده از کولر گازی یکی از انتخاب های معمول برای بهبود کیفیت هوا است. همان طور که در پست بازسازی گفتم، شخصا وقتی بازار ایران و کاتالوگ های سازندگان را بررسی کردم، اطلاعات فنی فروشنده ها و حتا سازندگان و تکنیسین ها بسیار مغشوش و ناقص بود. بنابراین نتیجه ی بررسی محصولات و فناوری های موجود را اینجا می نویسم، شاید به درد کسی بخورد.
پارامتر های مهم در انتخاب کولر
1. برآورد ظرفیت مناسب مهمترین عامل، مساحت فضای محصوری است که قرار است کولر شما آن را خنک کند. ظرفیت خنک کنندگی کولرهای گازی معمولا با BTU (و گاهی با کیلووات) سنجیده می شود. روش های متعددی برای محاسبه ی ظرفیت وجود دارد. این یک روش ساده و این یکی یک روش دقیق تر است.
سازنده ها معمولا ظرفیت خنک کنندگی کولر را در دمای متعارفی (25 درجه سانتیگراد) قید می کنند. توجه کنید که هرچه دمای هوای محیط بیرون بالاتر باشد، ظرفیت خنک کنندگی کولر شما کم تر می شود.
استفاده از تجارب دیگران در محیط های مشابه بسیار کارساز است.
2. نوع کمپرسور کمپرسور مهمترین قسمت کولر است. در حال حاضر سه تکنولوژی برای ساخت کمپرسور به کار می رود. جدول زیر ویژ گی های هریک را نشان می دهد:
نوع کمپرسور تحمل حرارت مصرف برق میزان سر و صدا توان پیستونی (reciprocal) +++++ + + کم و متوسط اسکرول (scroll) ++++++ ++++ +++++ بالا روتاری (موشکی) ++ ++++++ ++++++ کم تا زیاد نتیجه می گیریم:
– اگر در یک منطقه ی گرمسیری زندگی می کنید و به توان خنک کنندگی بالا (بیش از 24000btu) نیاز دارید، کمپرسورهای اسکرول بهترین انتخاب هستند.
– اگر در یک منطقه ی گرمسیری زندگی می کنید و به توان خنک کنندگی بالا (بیش از 24000btu) نیاز ندارید، کمپرسورهای پیستونی بهترین انتخاب هستند. چنانچه کولر را در محلی نصب می کنید که تابش مستقیم آفتاب ندارد و هوا بخوبی در آن جریان دارد، کمپرسورهای روتاری (از نوع تروپیکال) گزینه ی مناسبی هستند.
– اگر در یک منطقه ی معتدل مرطوب زندگی می کنید، کمپرسورهای روتاری گزینه ی مناسبند.
3. برند و کشور سازنده ی کولر سراغ برند هایی بروید که امتحان خود را پس داده اند.
4. برند و کشور سازنده ی کمپرسور کولر این یکی به اندازه ی قبلی مهم است. آمریکا و آلمان از خوشنام ها هستند. هر چند طولی نمی کشد که بیشتر ظرفیت تولیدشان را به خاورمیانه (مصر و عربستان و امارات) و آسیای جنوب شرقی منتقل کنند
5. گارانتی معتبر و خدمات پس از فروش بی نیاز از توضیح. مطمئن شوید شرکت معتبری کولر شما را ضمانت می کند و در شهرتان نماینده ی خدمات پس از فروش دارد.
6. ویژگی ها و امکانات جانبی کولرهای اسپلیت غالبا ویژگی ها و امکانات جانبی متنوعی دارند. مثلا می توانند دمای محیط را وقتی که به خواب می روید کم کم بالا بیاورند تا صبح به راحتی از رختخواب کنده شوید. فیلترهای گوناگون دارند که گرد و غبار و باکتری محیط را حذف می کنند. به هوا ازن می زنند تا به آن طراوت هوای پس از باران بدهد و …
بررسی انواع کولر گازی
هوا که گرم می شود ، مشکلات مردم هم آغاز می شود. استفاده از کولر های آبی ، دردسر های فراوانی دارد که افزایش مصرف آب و خرابی مکرر کولر تنها دو مشکل اولیه هستند
بارها شنیده ایم که خوابیدن زیر باد کولر آبی ، بدن را کرخت میکند .رطوبتی که از طریق دریچه های کولر وارد خانه می شود ، هم باعث درد های استخوانی می شود و هم لوازم چوبی را خراب می کند . برای همین است که سعی می شود ، در مسیر کانال کولر ، یک پیچ وجود داشته باشد تا رطوبت کمتری وارد خانه شود . شرجی شدن هوا در ظهر تابستان یکی دیگر از مشکلات این نوع کولرها بوده و سرانجام باید به اتلاف انرژی زیاد کولرهای آبی اشاره کرد که در حقیقت دور ریختن پول است .
استفاده از پنکه نیز در روزهای گرم تابستان تاثیر چندانی در خنک شدن هوا ندارد . این پنکه ها تنها هوا را با شدت جا به جا می کنند که اگر هوا گرم باشد ، جا به جایی تاثیری در خنک شدن آن ندارد .
طبیعی است که استفاده از خنک کننده هایی مانند کولر گازی یا سیستم تهویه هوا ، راه بهتری برای آسایش در فصل تابستان است . آن هم در کشور گرمی مانند ایران . البته این بدان معنا نیست که کولرهای گازی ، هیچ مشکلی ندارند ، اما قطعا کم مشکل تر هستند .
کولرهای گازی امروزه انواع مختلفی دارند که تقریبا می توانند به سلیقه هر مشتری پاسخ گویند . اما تا پیش از اقبال عمومی به استفاده از کولرهای گازی ، عملا این دستگاه ها از تنوع پایینی برخوردار بودند.
کولرهای گازی قدیمی ، تنها در برخی مناطق خاص مورد استفاده قرار می گرفتند و مثلا در شهری مانند تهران ، استفاده از این نوع کولرها اصلا مرسوم نبود.
اگر یک کولر گازی قدیمی را دیده باشید ، می دانید که به شکل یک مکعب مستطیل ساده بودند که داخل یکی از پنجره های اتاق جاسازی می شدند و نیمی از آن بیرون و نیمی دیگر در داخل اتاق قرار می گرفت. در آن زمان، تنها مکان ویژه ای که روی این کولرها قرار داشت، پرده های خودکار تنظیم کننده جهت وزش باد بود نه از کنترل خبری بود و نه از امکانات ویژه ی که این روزها در کولرگازی ها می بینیم، سر و صدای این کولرها و مصرف زیاد برقشان هم موضوعی بسیار مشکل زا بود.
ما با فراگیر شدن استفاده از کولرهای گازی در اکثر مناطق جغرافیایی به دلیل ویژگی های خاص آن ها و همچنین روند فزاینده گرم شدن کره زمین، عملا کولرهای گازی امروزی آن قدر به امکانات مجهز شده اند که قطعا برای تعیین مدل مناسب دچار مشکل می شوید.
برای آشنایی با انواع کولرگازی و انتخاب یکی از آن ها، ابتدا باید با شکل ظاهریشان آشنا شوید. به قول دوستی، قیافه همه چیز نیست اما استارت اولیه است !
در حال حاضر اگر بخواهیم کولرهای گازی را به لحاظ شکل ظاهری و نوع کاربری شان تقسیم کنیم باید به 3 نوع کولرگازی اشاره کنیم که هر یک بنا به شکل ظاهری شان، کاربردهای متفاوتی دارند. البته باید توجه داشته باشید که به رغم وجود چهار نوع کولرگازی که عبارتند از: کولرهای گازی پنجره ای، کولرهای گازی اسپلیت (دو بخشی)، کولرهای گازی قابل حمل و کولرهای گازی مرکزی در بازار ایران، کولرهای گازی به دو نوع کلی پنجره ای و اسپلیت (دو بخشی) تقسیم می شوند.
کولرهای گازی پنجره ای

شکل7-1
کولرهای گازی پنجره ای تا سال ها، عمومی ترین و پر استفاده ترین نوع کولرهای گازی بودند. این نوع کولرها به دلیل راحتی شان در نصب و راه اندازی، همواره مورد استقبال مصرف کنندگان قرار داشته اند چرا که شما می توانید با خرید یک کولرگازی پنجره ای و نصب آن در داخل یکی از پنجره های اتاقتان از سرمای این کولر لذت ببرید.
کولرهای گازی پنجره ای غالباً برای خنک کردن آپارتمان های کوچک یا 1 الی 2 اتاق مورد استقاده قرار می گیرند. این نوع کولرها هوای گرم و مرطوب اتاق را به داخل خود می کشند و آن را خشک و خنک کرده و دوباره با اتاق باز می گردانند تا محیط اتاق خنک شود. در واقع هوای گرم از طریق یک دهنده گرفته و از فیلتر های مخصوص به بیرون اتاق فرستاده می شود. توجه داشته باشید کولرهای گازی دارای یک واحد تنظیمی هستند که قسمت خشک کننده در جلوی آن قرار دارد و داخل اتاق قرار می گیرد و بخش گرم کننده آن پشت است و عملا بیرون از دریچه یا پنجره ای که کولر را روی آن نصب کرده اید قرار می گیرد.
همان طور که گفته شد کولرهای گازی پنجره ای دارای نصب راحتی هستند و عملا خود شما نیز می توانید این کار را انجام دهید که با این کار دیگر هزینه نصب نخواهید داشت.
اکثر کولرهای گازی پنجره ای بی سرو صدا یا کم صدا هستند. اما چنانچه تمام بخش های کولرگازی در داخل اتاق قرار گیرد سر و صدای آن از سیستم هایی که کمپرسور در بیرون اتاق قرار دارد بیشتر خواهد بود. قطعاً سیستم های کولر پنجره ای حداقل یکی از پنجره های اتاق یا ساختمان شما را مسدود می کند به همین دلیل برای اینکه در فصل سرد سال، سرما وارد خانه تان نشود باید اطراف آن را کاملا بپوشانید اگرچه کولرهای گازی قاعدتا برای نصب روی یک دریچه یا پنجره ساخته شده اند اما با توجه به ضخامت دیوار، برخی از این کولرها را می توان در داخل یک قالب قرار داد و با استفاده از چند قلاب یا بازوی محکم جای سیستم را روی دیوار محکم کرد و قطعا برای این کار بهتر است با بخش خدمات پس از فروش مربوط تماس بگیرید.
کولرهای گازی اسپلیت (دو بخشی) :

7-2 شکل
کولرهای گازی اسپلیت (دو بخشی) شبیه سیستم های تهویه مرکزی هستند با این تفاوت که این نوع کولرهای گازی از مدل های پنجره ای گران تر اما از مدل های پنجره ای گران تر اما از مدل های تهویه مرکزی ارزان تر هستند.
این نوع کولرها به تازگی طرفداران فراوانی یافته اند و از انواع چند دریچه آن ها بسیار استفاده می شود.
کولرهای گازی اسپلیت دارای یک سیستم خاص هستند که در داخل آن جاسازی شده و نقش تنظیم کننده را ایفا می کند. کمپرسور در بیرون منزل قرار می گیرد و تنظیم کننده هوا نیز در داخل ساختمان است.
برخی مدل های این نوع کولرگازی دارای چند تنظیم کننده هوا هستند که از یک کمپرسور استفاده می کنند.
کولرهای گازی اسپلیت عموما برای فضاهای بزرگ یا خنک سازی چند اتاق به طور همزمان استفاده می شوند. توجه داشته باشید اسپلیت ها بر اساس نوع هواکش هایشان انواع مختلفی دارند که برخی از هواکش ها در داخل ساختمان و برخی نیز روی دیوار و برخی دیگر روی سقف کار گذاشته می شوند. برای استفاده از انواع این هواکش ها قطعا باید با کارشناس مربوط صحبت کنید. کولرهای گازی اسپلیت نه تنها نسبت به کولرهای گازی پنجره ای گران تر هستند بلکه برای نصب آن ها حتماً نیازمند کمک یک کارشناس هستید. در واقع کارشناس مربوط باید میزان مایع خنک کننده، برق و خشکی هوا را با هم هماهنگ کند.
مهمترین ویژگی این نوع کولرها کم صدا بودن آن هاست و این امر به دلیل نصب کمپرسور در بیرون از منزل یا اتاق است.
برای نصب کولرهای گازی اسپلیت شما نیازمند خرید لوله هستید، این لوله ها بخش های داخلی و خارجی را به یکدیگر وصل می کنند. اندازه و متراژ لوله ها بستگی به این دارد که بخش های داخلی چه میزان از بخش های خارجی دور هستند. البته در حال حاضر گارانتی های مختلف هریک بر اساس ویژگی ها و نوع خدماتی که ارائه می دهند هزینه نصب (آهنگری و برق کاری) را دریافت می کنند و برخی نیز وسایل اضافی همچون لوله ها و بست ها را یا جزو خدمات پس از فروش به شمار می آورند یا اینکه هزینه آن را جداگانه دریافت می کنند، پس باید به این نکته توجه داشته باشید که هزینه نصب و خرید وسایل اضافی همچون لوله و غیره بر عهده شما یا خدمات پس از فروش کولرگازی مربوط است.
در کولرهای گازی اسپلیت مفهومی تحت عنوان منطقه دو گانه که در واقع شامل دو تنظیم کننده هوا می شود و منطقه سه گانه که شامل سه تنظیم کننده هوا می شود وجود دارد. نوصیه می شود برای هر اتاق یک تنظیم کننده هوا داشته باشید اما اگر می خواهید فضاهای باز که شامل بیش از یک اتاق هستند را خنک کنید باید از یک اتاق هستند را خنک کنید باید از یک تنظیم کننده هوا استفاده کنید که میزان تولید انرژی (BTU) آن مناسب باشد.
کولرهای گازی متحرک :

شکل7-3
کولرهای گازی متحرک در مقایسه با یکدیگر کولرهای گازی به لحاظ کارآیی از انعطاف بیشتری برخوردارند. چنانچه اغلب این نوع کولرهای گازی دارای چرخ هستند و 2 تا 3 متر طول دارند از آنجایی که این کولرها کلا در یک بدنه قرار دارند تهویه هوای آن ها از طریق دهانه ای که 3 تا 5 سانتی متر قطر دارد صورت می گیرد. غلظت گرفته شده در قالب مایع در یک سطل جمع می شود و سپس از طریق یک دهانه مجدداً به هوا بازگردانده می شود.

برای انتخاب یک کولرگازی، شما باید بدانید که چه نوع سیستم غلظت گیری برایتان مناسب است. مهمترین مزیت کولرهای گازی متحرک سهولت در جا به جایی آنها است ضمن آنکه هیچ پنجره ای را نیز به عنوان هواکش نیاز ندارند و با کمی تغییر می توان یک سیستم متحرک را در یک پنجره، در کشویی یا سقف نصب کرد. برخی از آنها حتی دارای سطل ها یا سینی های غلظت هستند که باید زود به زود خالی شوند. اکثر کولرهای گازی متحرک دارای یک جعبه نصب برای قرار گرفتن در پنجره یا در کشویی هستند. این در حالی است که برخی از این کولرها دارای نوار حرارتی و برخی نیز دارای پمپ های حرارتی هستند که هوای گرم را به بیرون از اتاق هدایت می کنند.
اکثر کولرهای متحرک برای نصب در پنجره ها و درهای کشویی ساخته شده اند و حتی آنها را می توانید داخل دیوار یا سقف نیز به کار ببرید.

عیب یابی و تعمیر کولر گازی:
عیب1- کولر روشن نمی شود
علت 1- پریز برق ندارد،دوشاخه یا سیم رابط کولر معیوب است.
رفع عیب1- با بر رسی برق پریز و اطمینان از سالم بودن آن ،بدنه کولر را با احتیاط جدا نموده و پس از آن که دو شاخه را وارد پریز نمودید،بتوسط ولتمتر مقدار برق را در ترمینال اصلی مورد اندازه گیری قرار دهید.اگر در ترمینال اصلی ولتاژ وجود نداشت ابتدا دو شاخه و سپس سیم رابط را تعویض نمایید البته در صورتی که در بر رسی دو شاخه ،عیب خاصی مشاهده نشده باشد.
عیب2- کولر روشن نمی شود.
علت2- کلید اصلی خراب است.
رفع عیب2- در بعضی از کولر ها کلید قدرت وجود دارد که در واقع فاز اصلی مدار از این کلید عبور نموده. در صورت معیوب بودن کلید قدرت، به سبب عدم وجود فاز در مدار ،عیب1- مشاهده می شود .کلید قدرت را می توان پس از خارج نمودن دو شاخه از پریز مورد آزمایش قرار داد بهتر است یکی از سر سیم ها را جدا کنید. اهم متر را بر روی رنج 1*R قرار داده و رابط ها را به پایه های کلید متصل سازید .اگر کلید سالم باشد با قرار دادن آن بر روی حالت ON،عقربه منحرف شده و عدد صفر را نشان می دهد.در همین زمان با حرکت کلید بر روی حالت OFFعقربه به سمت بی نهایت باز می گردد. در غیر این صورت کلید معیوب است و می بایست آن را تعویض نمایید.
عیب3- کولر روشن نمی شود.
علت3- سیم های رابط قطع شده اند.
رفع عیب3- اگر در سیم بندی مدار اصلی ،فاز یا نول قطع شده باشد،عیب1 بوجود می آید بنابراین لازم است صحت اتصالات تا محل انشعاب بین ترموستات و کلید موتور فن بر رسی شود.
عیب4- موتور فن روشن می شود اما کمپرسور براه نمی افتد.
علت4- فاز یا نول اصلی کمپرسور قطع است.
رفع عیب4- سیم های رابط را مورد بر رسی قرار دهید.در صورت مشاهده سیمی که از محل اتصال خود خارج شده ،نسبت به اتصال مجدد آن اقدام نمایید.
عیب5- موتور فن روشن می شود اما کمپرسور براه نمی افتد.
علت5- ترموستات خراب است.
رفع عیب5- دو شاخه کولر را از پریز خارج نموده و پس از جدا نمودن سیم های رابط ترموستات رابط های اهم متر را به آن متصل نمایید.با حرکت ترموستات (ولوم ترموستات)در جهت عقربه های ساعت ، عقربه اهم متر منحرف شده ودر حدود عدد صفر می ایستد و با قطع ترموستات (حرکت ولوم در جهت خلاف عقربه ساعت) عقربه به سمت بی نهایت باز می گردد. اگر به هنگام تست کلید ،موارد مذکور مشاهده نشد کلید ترموستات معیوب است. ترموستات را تعویض نمایید.حتما" هنگام خرید ترموستات جدید،توجه داشته باشید که ترموستات مختص کولر گازی را خریداری نمایید.
عیب6- موتورفن روشن می شود اما کمپرسور براه نمی افتد.
علت6- اورلود،دائما"در حالت قطع است.
رفع عیب6- کنتاکت های اورلود در حلت عادی به یکدیگر متصل هستند که این اتصال بوسیله اهم متر دیده می شود در غیر این صورت اورلود با شماره کد مشابه خود تعویض می شود.لازم است ذکر شود در اکثر کولر های گازی اورلود درون پوسته آهنی کمپرسور تعبیه شده که در این صورت رفع عیب قدری مشکل می شود.
عیب7- موتورفن روشن می شود اما کمپرسور براه نمی افتد.
علت7- کمپرسور معیوب است
رفع عیب7- بهتر است کمپرسور را در حالی که متصل به برق است مورد آزمایش قرار دهید.کولر را روشن نموده و موتور فن را به حرکت اندازید. ترموستات را نیز در حالت روشن قرار داده و اگر از قبل سر سیم های موتور را شناسایی نموده اید،ابتدا ولتاژ دو سر اصلی و مشترک و کمکی را مورد اندازه گیری قرار دهید واگر به هر دو سیم پیچ ولتاژ به اندازه کافی می رسد اما حرکت نمی کند باید کمپرسور را تعمیر یا تعویض نمایید.
عیب8- موتور فن روشن می شود اما کمپرسور براه نمی افتد
علت8- خازن راه انداز کمپرسور معیوب است
رفع عیب8- اگر خازن معیوب باشد، بمحض حرکت ترموستات در جهت عقربه های ساعت موتور میل به حرکت از خود نشان می دهد اما براه نمی افتد.عموما"این حالت کمپرسور توسط کم نور شدن لامپ های روشنایی منزل قابل رویت و تشخیص است .بواسطه جریان اضافی که کمپرسور در این حالت می کشد،اورلود نیز عمل می کند.خازن را از مدار خارج نموده ،وپس از تخلیه به یکی از روش های گفته شده در مبحث خازن ها آن را آزمایش کنید.در صورت مشاهده عیب خازن ، نسبت به تهیه خازن جدید اقدام نمایید.
عیب9- کلید فن را روی تمام حالت ها قرار داده ایم اما،فن روشن نمی شود(کمپرسور عمل می کند)
علت9- فاز یا نول اصلی فن قطع شده است.
رفع عیب9- از جمله احتمالات می تواند این باشد که فاز کلید چند حالته و یا نول خود موتور فن قطع شده باشد .دو خط مذکور را بر رسی نموده ودر صورت مواجهه با پارگی و یا جدا شدن سیمی از کنتاکت خود ،عیب را بر طرف سازید تا فن به کار خود ادامه دهد.
عیب10- کلید فن را روی تمام حالت ها قرار داده ایم اما، فن روشن نمی شود (کمپرسور عمل می کند).
علت10- کلید فن خراب است.
رفع عیب10- کولر را از برق جدا نموده و پس از آزاد ساختن کنتاکت های کلید فن ، یکی از رابط های اهم متر را روی کنتاکت ورودی فاز قرار داده و با زدن کلید (حالت 1 )،می بایست با اتصال رابط دوم اهم متر بر روی یکی از پایه ها ،عقربه منحرف ودر حدود صفر بایستد.در حالت 2 کلید رابطین اهم متر بر روی کنتاکت مشترک ویکی دیگر از پایه ها ارتباط را نشان خواهد دادواز آن جا که فن به هیچ وجه روشن نمی شود در آزمایش کلید هیچ کدام از حالت های کلید انحراف عقربه در اهم متر را ایجاد نمی سازد(اگر کلید خراب باشد). کلید را تعویض کنید تا موتور فن با حرکت کلید براه افتد.
عیب11- کلید فن را روی تمام حالت ها قرار داده ایم اما، فن روشن نمی شود (کمپرسور عمل می کند).
علت 11- خازن راه انداز موتور فن معیوب شده.
رفع عیب 11- اگر مشکل از خازن باشد ،با حالت 1 کلید فن ، موتور صدای هوم داده وشروع به آمپر کشی می کند که اگر به موقع کلید فن در حالت خاموشی قرار نگیرد،موتور فن خواهد سوخت. همین واکنش موتور در سایر حالت های کلید فن نیز با کمی شدت یا ضعف مشاهده می شود خازن راه انداز موتور فن را از مدار خارج نموده و پس از تخلیه به یکی از روش های گفته شده در مبحث تست خازن ها آن را آزمایش نمایید اگر خازن معیوب است آن را تعویض نمایید.
عیب12- کلید فن را روی تمام حالت ها قرار داده ایم اما، فن روشن نمی شود (کمپرسور عمل می کند).
علت 12- موتور فن معیوب است.
رفع عیب12- از آن جا که موتور فن قدری پیچیده است و از انواع آسنکرون های چند سرعته محسوب می شود . تشخیص سیم پیچ معیوب و رفع عیب آن تا حدودی مشکل است توصیه می شود موتور را به تعمیرگاه منتقل و رفع عیب آن را به تعمیر کاری مجرب واگذار کنید.
عیب13- کمپرسور و فن هر دو در حال کارند اما خنک کنندگی کولر بسیار کم است.
علت13- ترموستات تنظیم نیست.
رفع عیب13- ترموستات را بر روی درجه مناسب قرار دهید تا سرمایی که کولر ایجاد می کند پاسخگوی نیاز محیط باشد.
عیب14- کمپرسور و فن هر دو در حال کارند اما خنک کنندگی کولر بسیار کم است.
علت14- موتور فن نیم سوز شده.
رفع عیب14- اگر سرعت فن تقلیل یابد،سرمای کمتری وارد محیط می شود در نتیجه عملکرد کولر مطلوب نخواهد بود موتور فن را به تنهایی مورد آمپر کشی قرار دهید.اگر جریان اضافی می کشد،نیم سوز است،نسبت به تجدید سیم پیچی موتور فن اقدام نمایید.
عیب15- کمپرسور و فن هر دو در حال کارند اما خنک کنندگی کولر بسیار کم است.
علت15- فیلتر خروجی هوا،کثیف است.
رفع عیب15- در اولین تصویر همین صفحه مراحل دستیابی به فیلتر نشان داده شده ،پس از خروج فیلتر آن را کاملا" تمیز نمایید. جهت شستشوی فیلتر به مندرجات دفتر چه های راهنما دقیقا" توجه کنید.
عیب16- کمپرسور و فن هر دو در حال کارند اما خنک کنندگی کولر بسیار کم است.
علت16- مسیر ورودی هوا مسدود شده است.
رفع عیب16- توسط یک فرجه ورودی های هوا به داخل کولر را تمیز نمایید.
عیب17- کمپرسور و فن هر دو در حال کارند اما خنک کنندگی کولر بسیار کم است.
علت17- یاتاقان های محور فن خراب است.
رفع عیب17- از آن جا که صحت عملکرد یاتاقان ها در سرعت محور فن بسیار موثر است خرابی آن ها علاوه بر آنکه هوای خروجی را کاهش می دهد صدای شدیدی را نیز ایجاد می سازد. در صورت مشاهده این عیب یاتاقان ها را تعویض نمایید.
عیب18- بدنه کولر برق دارد
رفع عیب18- اتصال بدنه ممکن است از کمپرسور و یا فن ،خازن ها و یا سیم های رابط باشد.مانند سایر لوازم خانگی ابتدا ارتباط الکتریکی مصرف کننده های ماشین را با مدار قطع نمایید اگر اتصال بدنه از بین رفت یکی از آن ها دارای اتصال بدنه است هر کدام از مصرف کننده ها را جدا گانه بوسیله اهم متر یا لامپ سری تست نمایید ودر صورت برخورد با قطعه معیوب ،سایر اتصالات مدار را به شکل اولیه باز گردانیدو اتصال بدنه آن مصرف کننده را بر طرف نمایید.اما اگر با قطع مصرف کننده های مدار ،اتصال بدنه همچنان بر قرار بود، سیم بندی مدار را تعویض نمایید.
عیب19- سرمای کولر بیش از حد زیاد است،و علیرغم کار مداوم اتومات نمی کند.
رفع عیب19- این عیب می تواند از جوش خوردن کنتاکت های کلید درون ترموستات باشد ولوم ترموستات را در جهت خلاف عقربه های ساعت (به سمت صفر) بچرخانید.اگر ترموستات خاموش نشد آن را تعویض کنید البته می توان قابه مخصوص ترموستات را جدا نموده با سمباده کشی سطح کنتاکت ها،از آن ها مجددا" استفاده نمود اما تجربه نشان داده است کنتاکت های جوش خورده پس از مدت اندکی مجددا" دچار همین عیب می شوند زیرا سطح پلاتین ها فرسوده شده .تعویض ترموستات منطقی تر است زیرا کار مداوم کولر به کمپرسور آسیب می رساند ودر مقابل قیمت ترموستات تعمیر کمپرسور به هیچ وجه مقرون به صرفه نیست.
این عیب می تواند از خروج لوله بلوی ترموستات از جایگاه خودش نیز باشد .همچنین این عیب می تواند از ایجاد حفره باریکی در سیستم گاز ترموستات نیز ایجاد شود اگر کلید ترموستات سالم است (جوش نخورده)ولوله بلو نیز در محل خودش است گاز درون ترموستات از خفره باریکی خارج شده و بناچار می بایست ترموستات را تعویض نمایید.اگر سیم بندی مدار را تغییر داده اید و یا تجدید نموده اید،یکی از احتمالات اشتباه در سیم بندی مدار است.مدار را مجددا"مورد بر رسی قرار دهید.
عیب20- با قرار دادن کلید قدرت کولر بر حالت ONفیوز مخصوص کولر ویا فیوز منزل قطع می شود
رفع عیب20- اتصال کوتاه در کولر عموما"به سبب فاسد شدن عایق خازن های راه انداز می باشد.در پوش کولر را جدا نموده و به ظاهر خازن ها توجه نمایید اگر در بدنه خازن ها یا یکی از خازن ها آثار سوختگی ویا شکافی مشاهده شد ،خازن معیوب است ،خازن را تعویض کنید.
اتصال کوتاه می تواند در کمپرسور یا فن نیز رخ دهد از اینرو سیم های رابط آن ها را جدا نموده،کولر رامجددا" روشن نمایید. اگر اتصال کوتاه صورت نگرفت، یا کمپرسور دچار اتصالی است ویا موتور فن که هر کدام را جداگانه بر رسی و مورد معیوب را رفع عیب نمایید.
اما اگر با توجه به خارج نمودن فن و کمپرسور از مدار اتصالی همچنان رخ دهد کل سیم بندی مدار را تعویض نمایید.
عیب21- با روشن کردن موتور فن و یا کمپرسور در کولر اتصال کوتاه رخ می دهد.
رفع عیب21- رجوع شود به رفع عیب 20
عیب22- بادی که از کولر خارج می شود گرم است.
رفع عیب22- این عیب می تواند با روشن نشدن کمپرسور مرتبط باشد صرفنظر از این عیب و به فرض آنکه کمپرسور در حال کار باشد بر اثر نشت ،گاز فریون 22 از کولر خارج شده است که می بایست توسط تعمیر کاری مجرب بوسیله فشاردهی محل نشت ، مشخص شده وپس از جوشکاری و آزمایش مجدد بوسیله فشار دهی ، هوای درون لوله ها بوسیله وکیوم پمپ (پمپ تخلیه هوا ) تخلیه شده و سپس شارژ گاز صورت پذیرد.اگر پروانه خنک کننده کندانسور هرزگرد شده باشد وعمل خنک شدن گاز درون آن صورت نگیرد سرمای ایجاد شده توسط کولر شدیدآ" تحت تاثیر قرار گرفته و به هیچ وجه قابل مقایسه با شرایط خنک شدن گاز درون کندانسور نخواهد بود.
مورد مذکور را می توان با بر داشتن دریچه کولر ویا جدا نمودن در پوش کولر مشاهده و رفع عیب نمود. علت دیگری که می تواند این عیب را بوجود آورد طولانی بودن توقف های ترموستات است که در نتیجه آن،تبرید کولر شدیدا" کاهش می یابد. ترموستات را تنظیم نمایید.

فصل هشتم
بهینه سازی مصرف انرژی
-1 ابر رسانایی در موتور های الکتریکی

-2کلید هوشمند تنظیم دور موتور-
-3بهینه سازی انرژی در موتور های الکتریکی
بهینه سازی مصرف انرژی در خانه
امروزه وسایل انرژی بر خانگی از لوازم ضروری زندگی بشر می‎باشد و هر چه تعداد این وسایل افزایش یابد هزینه و مصرف برق نیز افزایش خواهد یافت در نتیجه وسایل گوناگون خانگی از لحاظ مصرف برق مورد نیاز خود دارای اهمیت بسیار زیادی است. در این بخش به ارائه توصیه‎هایی جهت استفاده درست و منطقی از هر یک از وسایل خانگی خواهیم پرداخت. عمل به این توصیه‎ها باعث صرفه‎جویی مقدار زیادی برق در سال خواهد شد.

کولر آبی و گازی
1. ظرفیت برودتی کولرها باید متناسب با فضای مورد استفاده و شرایط آب و هوایی محل (از لحاظ دما و رطوبت) انتخاب شود . کولرهای بزرگتر تنها منجر به مصرف بی‎مورد انرژی الکتریکی می‎شود.
2. نوع کولر را متناسب با مناطق آب و هوایی انتخاب کنید. از کولرهای گازی برای مناطق گرم و مرطوب و از کولرهای آبی برای مناطق معتدل استفاده کنید.
3. کانال‎کشی کولر را از کوتاه‎ترین مسیر انجام دهید. چنانچه کانال‎های کولر خارج از ساختمان قرار دارند، حتماً باید بوسیله عایق‎کاری با پشم شیشه یا عایق‎های دیگر از گرم شدن کانال‎ها و هدر رفتن سرما در اثر تابش مستقیم نور خورشید بر آنها جلوگیری شود. در این مورد حتی نصب یک سایبان ساده بر روی کولر و کانال‎ها هم موثر است.
4. هر چه مسیر کانال‎کشی کولرهای آبی پرپیچ و خم و طولانی‎تر باشد فشار هوا در مسیر کانال‎ها افت پیدا کرده و جبران آن به انرژی بیشتری نیاز دارد و سرمای حاصل شده نیز کمتر می‎شود. لذا باید حتی‎الامکان کوتاه‎ترین مسیر کانال‎کشی در نظر گرفته شود.
5. حتی‎الامکان، هر ساله نسبت به تعویض پوشال‎های کولر اقدام نمایید. تمیز کردن و رفع اشکالات کولر پیش از شروع به کار آن در فصل گرما، کارکرد کولر را بهبود بخشیده، مصرف انرژی آن را کاهش می‎دهد و از هدر رفتن سرما نیز جلوگیری می‎کند.
6. استفاده بی‎مورد و یا همزمان از وسایل خانگی گرمازا مانند : اجاق، سماور، لامپ‎های متعدد و … باعث افزایش گرمای محل کار و سکونت می‎شود و نیاز به استفاده از کولر را افزایش می‎دهد.
7. چنانچه امکان‎پذیر باشد باید از سیستم سرمایش موضعی استفاده گردد. به این معنی که تنها به اتاق‎هایی که مورد استفاده قرار می‎گیرد، هوای سرد را منتقل کنیم . به این منظور می‎توان دریچه‎های ورودی هوا به سایر اتاق‎ها را مسدود کرد. سرمایش موضعی در مورد فضاهای بزرگتر به ویژه سالن‎های کار مانند سالن مونتاژ به معنی سرمایش محدوده کار کارگر می‎باشد، به این ترتیب نیازی به سرمایش کل فضا نخواهد بود.
8. در حد امکان از روشن نگه داشتن مداوم کولر در طول روز پرهیز کنید و به ویژه تا حد امکان سعی کنید از دور آهسته کولر استفاده کنید تا فشار کمتری متحمل دستگاه شود.
9. کولرهای گازی از جمله پرمصرف‎ترین وسایل خانگی هستند . بنابراین در صورتی که ضرورتی به استفاده از این نوع کولرها وجود ندارد، در استفاده از آنها خودداری کنید. در صورت ضرورت استفاده از این نوع کولرها که هزینه سنگینی را نیز در بردارند، باید سعی شود تا از استفاده در ساعات پیک مصرف برق (از نیم ساعت قبل از اذان مغرب تا 5/2 ساعت بعد از آن) که مصرف انرژی الکتریکی در شبکه برق کشور به حداکثر می‎رسد، خودداری کرد.
10. هنگام خرید دستگاهی را انتخاب کنید که دارای علامت استاندارد و برچسب انرژی باشد و با توجه به برچسب انرژی دارای بالاترین درجه کارایی و بازدهی باشد.
11. کولرهای گازی معمولاً دارای درجه تنظیم دما (ترموستات) هستند. تنظیم دما بر روی دمای مناسب فصل گرما که بین 18 تا 22 درجه سانتیگراد است باعث می‎شود تا هنگام رسیدن دمای اتاق به درجه دمای تنظیم شده، کولر به طور خودکار خاموش شود و بنابراین انرژی کمتری مصرف کند. در مورد کولرهای آبی نیز، نصب یک ترموستات ساده در اتاق‎ها، می‎تواند مقدار زیادی از مصرف انرژی را کاهش دهد.
12. برای جلوگیری از خروج سرما، اطراف پنجره‎ها و درها را با نوارهای درزگیری عایق‎بندی کنید.
13. بهترین درجه حرارت منزل در تابستان بین 18 تا 22 درجه سانتیگراد است. از سرد کردن بیش از حد محل سکونت خود پرهیز کنید.
14. در شهرهای جنوبی کشور که دارای آب و هوای بسیار گرم و مرطوبی در تابستان‎ها هستند و عموماً از کولرهای گازی برای خنک کردن محیط استفاده می‎شود، کاشتن یک اصله درخت در نزدیک کولر گازی حدود 10 تا 15 درصد کاهش مصرف انرژی را به همراه خواهد داشت. به دلیل اینکه سایه درخت اولاً خود مانعی در برابر تابش نور مستقیم خورشید می‎باشد و ثانیاً هوای تازه‎ای که توسط درخت ایجاد می‎شود باعث می‎گردد تا در واقع هوای پشت کولر گازی تهویه شود.
15. نصب کندانسورهای کولرگازی در سایه باعث جلوگیری از اتلاف میزان قابل توجهی از انرژی مصرفی خواهد شد.
16. در صورت امکان کولر گازی خود را در مسیر باد نصب کنید، زیرا این کار بعلت کاهش فشار بر کولر باعث افزایش بازدهی آن و کاهش مصرف انرژی می‎شود.

ابر رسانایی
معرفی فناوری در حد شناخت کلی
1-1-8 مقدمه
شناخت ترانسفورماتورهای HTS مستلزم درک مفهوم ابررسانایی است. بدین منظور در این فصل ابتدا برای آشنایی با ابررسانایی، به اختصار مطالبی راجع به ابررسانایی، خواص آن و سیم های ابررسانا آورده میشود. در ادامه انواع سیمهای ابررسانا و متعلقات تجهیزات HTS بیان شده و در پایان نکات فنی ترانسفورماتورهای قدرت و وضعیت فناوری ترانسفورماتورهای HTS در جهان پرداخته میشود.
1-2- 8ابررسانایی
ابررسانایی1 پدیده ای است که در بعضی از مواد در دمای بسیار پایین اتفاق می افتد. در این حالت مقاومت الکتریکی و میدان مغناطیسی در این مواد به صفر می رسد.
مقاومت الکتریکی هادی های فلزی معمول، مثل مس و نقره، نیز با کاهش دما کم می شود، با این حال در اثر وجود ناخالصی در این هادی ها، حتی در دمای صفر مطلق نیز، مقاومت الکتریکی آنها صفر نخواهد بود. اما مقاومت الکتریکی یک ابررسانا، با کاهش دمای آن به زیر دمای مشخصی، که دمای بحرانی (TC) نامیده می شود، به صفر خواهد رسید[1].
خاصیت ابررسانایی در مواد مختلفی، شامل عناصر ساده همانند آلومینیوم و قلع، آلیاژهای فلزی مختلف و بعضی از نیمه هادی ها که به شدت به آنها ناخالصی افزوده شده است، رخ می دهد. لیکن این خاصیت در فلزات نجیب، مثل طلا و نقره، و در فلزات فرومغناطیسی اتفاق نمی افتد.
بعضی از خواص فیزیکی مواد ابررساناها با یکدیگر متفاوت است. از جمله ی این خواص، ظرفیت گرمایی و دمای بحرانی است که در آن خاصیت ابررسانایی از دست می رود. از طرفی خواص دیگری نیز وجود دارد که مستقل از نوع ماده به کار رفته می باشد. برای مثال همه ی ابررساناها در نبود میدان مغناطیسی، دقیقاً دارای مقاومت الکتریکی صفر هستند.
1-2-1-8 مهمترین خواص ابررساناها
در مورد مهمترین خواص ابررساناها می توان به موارد ذیل اشاره داشت:
– مقاومت ناچیز در مقابل عبور جریان مستقیم و توانایی عبور چگالی جریان بالا
– توانایی تولید میدانهای مغناطیسی قوی
– خاصیت تونل زنی
در ادامه توضیحات مختصری در ارتباط با هر یک از این خواص آورده می شود.
مقاومت ناچیز در مقابل عبور جریان مستقیم و توانایی عبور چگالی جریان بالا
امروزه صرفه جویی در مصرف انرژی، یکی از مهم ترین نیازهای کشورهای صنعتی است. بودجه های زیادی صرف تحقیقات در زمینه کشف راههای تازه و موثرتر برای یافتن انرژی های ارزان و با ریسک کمتر می شود. ابررسانایی با نقشی که می تواند در زمینه صرفه جویی در تولید و انتقال انرژی الکتریکی بازی کند، در آینده بشر نقشی اساسی خواهد داشت و به همین دلیل در سالهای اخیر بیش از ده هزار پژوهشگر با صرف هزینه های زیاد، تحقیقات خود را روی موضوع ابررسانایی و کاربردهای آن در علوم مختلف متمرکز ساخته اند. با توجه به مقاومت تقریباً صفر، ابررساناها درشبکه های توزیع و انتقال (ترانسفورماتورها و کابل ها و …) و همچنین ماشینهای الکتریکی قابل استفاده هستند.
توانایی تولید میدانهای مغناطیسی قوی
پدیده ابررسانایی در فناوری های جدید از توانایی های گسترده ای برخوردار است. خواص ابررسانایی در مواد، علاوه بر دمای محیط و شدت جریان عبوری، به میدان مغناطیسی هم بستگی دارد. یعنی حتی اگر جسم در دمایی پایین تر از حد ابررسانایی باشد، وقتی میدان مغناطیسی از میزان مشخصی بیشتر باشد، خاصیت ابررسانایی از بین خواهد رفت. از این میدان ها می توان در قطارهای مغناطیسی استفاده کرد. شدت این میدانها برای آلیاژ نیوبیوم و تیتانیوم (NbTi) به حدود 10 تسلا نیز می رسد. شدت میدان مغناطیسی در جهت از بین بردن خاصیت ابررسانایی عمل می کند. میدان بحرانی به شدت میدانی اشاره دارد که ابررسانا خاصیت خود را در آن شدت میدان از دست می دهد.
خاصیت تونل زنی
این مشخصه به این معنی است که اگر دو ابررسانا را خیلی به هم نزدیک کنیم، مقداری از جریان یکی به دیگری نشت می کند. در دو سر این پیوندگاه یا تونل هیچ ولتاژی وجود ندارد. یعنی میزان جریان نشتی به ولتاژ بستگی ندارد ولی حتی به مقادیر خیلی کوچک میدان و شار مغناطیسی بشدت وابسته است.
یک مدار ابررسانا قادر به حفظ جریان الکتریکی بدون وجود منبع تغذیه است. از این خاصیت در آهنربای الکتریکی که در MRI2 به کار برده می شود، استفاده می گردد. آزمایش های تجربی نشان می دهد که طول عمر جریان در چنین مداراتی حداقل برابر با صد هزار سال است. البته از لحاظ تئوری این طول عمر بیش از طول عمر جهان تخمین زده می شود.
1-2-2- 8تئوری عبور جریان
در یک هادی معمولی، جریان به صورت حرکت الکترون ها در شبکه یونی هادی تعریف می شود. الکترون ها در طول این حرکت به یون های موجود در شبکه یونی برخورد کرده و مقداری از انرژی خود را به یون ها می دهند. این انرژی تلف شده، در شبکه یونی تبدیل به گرما می شود. این پدیده، مقاومت الکتریکی نامیده می شود[1].
اما در ابررساناها، وضعیت متفاوت است. در یک ابررسانا جریان الکتریکی ناشی از جفت های الکترونی (Cooper Pairs) است. این جفت الکترون ها در اثر نیروی جاذبه ی بین الکترون ها، که ناشی از تبادل فونون3 ها بین آنها است، به وجود می آیند. وجود اختلاف سطح انرژی (ΔΕ) در طیف انرژی این جفت الکترون ها حاکی از آن است که برای تحریک کردن آنها حداقل به انرژی ΔΕ نیاز است. حال اگر انرژی گرمایی شبکه یونی KT (که در آن T دما و K ثابت بولتزمان است) کمتر از ΔΕ باشد، آنگاه جفت های الکترونی دچار پراکندگی و تلفات انرژی نمی شوند و در نتیجه مقاومت الکتریکی صفر خواهد بود.
در نزدیکی دمای بحرانی، مواد HTS در برابر عبور جریان الکتریکی و به واسطه وجود میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی، از خود مقاومت نشان می دهند. دلیل این امر وجود جریانات گردابی است که باعث اتلاف انرژی جفت الکترون ها می شود. در صورتی که دما به اندازه ی کافی کاهش یابد، این گرداب ها منجمد شده و مقاومت کاملاً صفر می شود.
1-2-3- 8تغییر فاز در ابررسانا
مشخصات ابررسانایی هنگامی ظاهر می شود که دمای آن کمتر از دمای بحرانی TC شود. مقدار این دما در مواد مختلف متفاوت است. برای مثال این دما در جیوه جامد 2/4 کلوین، در دی بوراید منیزیم (MgB2) 39 کلوین و در ابررسانای YBa2Cu3O7، که به اختصار YBCO نوشته می شود، 92 کلوین است. تئوری جفت الکترون در اثر تبادل فونون ها که در ابررساناهای معمولی صادق است، دیگر در ابررساناهای با TC بسیار بالا صدق نمی کند.
با شروع خاصیت ابررسانایی تغییرات ناگهانی در مشخصه های فیزیکی ماده به وجود می آید که حاکی از تغییر فاز در ماده است. برای مثال ظرفیت گرمایی ماده در رژیم عادی متناسب با دما است و در دمای بحرانی دچار ناپیوستگی شده و با کاهش دما تغییرات آن نمایی خواهد بود که نشانه وجود اختلاف انرژی است. تغییرات ظرفیت گرمایی (cv) و مقاومت یک ابررسانا (ρ) در شکل (1-1) نشان داده شده است.

شکل(1-1)8: تغییرات ظرفیت گرمایی(cv) و مقاومت یک ابررسانا (ρ) به ازای تغییرات دما
1-3- ابررساناهای با دمای بحرانی بالا یا HTS
قبل از کشف ابررساناهای با دمای بحرانی بالا یا HTS در سال 1986، مواد LTS4 (ابررسانای با دمای بحرانی پایین) مورد استفاده قرار می گرفت. دمای بحرانی در ابررساناهای LTS معمولاً زیر 20 کلوین می باشد. برای نمونه می توان به هادیهای Nb3Sn5 و Nb3Al6 اشاره کرد. دمای مورد نیاز در این هادی ها 4 کلوین میباشد که عموماً توسط هلیوم مایع تامین می شود.
از سویی این دما در هادی های HTS در حدود 77 کلوین، دمای نیتروژن مایع، است. تعداد مواد HTS که تا به حال شناخته شده اند چندان زیاد نیست و از این تعداد تنها دو گروه به لحاظ اقتصادی مورد استفاده قرار گرفته اند. این دو گروه شامل BSCCO7 (یا هادی نسل اول) و YBCO8 (یا هادی نسل دوم) می باشد که نام آنها نمایانگر ترکیب شیمیایی آنهاست. هر دو گروه از نوعی سرامیک ساخته می شوند که به دلیل شکنندگی، مانند هادی های فلزی قابلیت شکل بندی خوبی ندارند. علاوه بر این ترتیب قرارگیری کریستالهای موجود در سرامیک، باید در راستای طول هادی باشد و وجود هر گونه آلودگی در آن باعث افزایش مقاومت می شود. بنابراین ساخت یک کابل ابررسانا بلند چندان ساده نیست.
در شکل (1-2) دو گروه اصلی این سیم ها نشان داده شده است. هر یک از این سیم ها، چگالی توان بالا و مقاومت الکتریکی کمی دارند، اما تفاوت آنها در نوع ماده ابر رسانا، تکنولوژی ساخت و کاربرد آنها است.

شکل (1-2)8: دو گروه اصلی این سیم های HTS محصول شرکت AMSC

در نمای نزدیک شکل سمت چپ ساختار داخلی سیم HTS ، که ترکیبی از چند رشته (نسل اول یا 1G) است نمایش داده شده است. این سیم محصول شرکت AMSC است و حدود 20 کشور در سطح دنیا در کاربردهای مختلف از آن استفاده می کنند. شکل سمت راست نیز ساختار نسل دوم (2G) سیم های ابررسانای شرکت AMSC که دارای 344 یا 348 هادی ابررسانا است، نشان می دهد. این محصول از سال 2005 به بازار معرفی شد و دارای 100 متر طول و عرض 4 سانتیمتر مطابق شکل (1-3) می باشد (طبق گفته شرکت AMSC ، در یکی دو سال آینده محصولاتی با طول 1000 نیز به بازار عرضه خواهد شد).

شکل (1-3)8: سیم های HTS نسل دوم شرکت AMSC
این سیم ها همان طور که قبلاً اشاره شد در مقایسه با سیم های سنتی مسی، چگالی توان بالایی دارند و کاربردهای بسیاری در وسایلی مانند ترانسفورماتورها، موتور کشتی ها، کابل های انتقال برق، موتورهای الکتریکی، ژنراتورهای سنکرون و محدود کننده های جریان خطا دارند.
خوشبختانه کریستال های موجود در ابررسانای BSCCO با استفاده از فشار مکانیکی مناسب، در وضعیت مطلوب قرار می گیرند ولی به دلیل استفاده از نقره در ساختار این ابررسانا، قیمت تمام شده آن نسبت به مس خیلی بیشتر می باشد. هادیهای YBCO نسبت به BSCCO ارزانتر هستند و در آینده نزدیک می توانند تبدیل به رقیبی برای هادیهای مسی شوند. یک ابررسانای HTS حدوداً قادر به حمل جریان تا 140 برابر یک هادی مسی معمولی است. در شکل (1-4) مقدار سیم مسی و نوار HTS لازم برای انتقال توان یکسان مقایسه شده است.

شکل(1-4)8: سیم های مسی در برابر نوارهای HTS

یکی از خواص مهم ابررساناها، مقاومت الکتریکی بالا به ازای دمای بیشتر از دمای بحرانی یا در اثر افزایش بیش از حد میدان مغناطیسی اطراف آن می باشد. در صورتی که بتوان دمای یک ابررسانا را کاهش داد، این حد میدان مغناطیسی قابل تحمل افزایش می یابد.
همچنین نوسانات موجود در میدان مغناطیسی باعث کاهش هدایت در ابررسانا می شود. پس می توان گفت ابررساناها در برابر جریان AC (جریان متناوب) از خود مقاومت نشان می دهند. بنابراین در کاربردهای جریان متناوب HTS (ترانسفورماتور، کابل انتقال انرژی الکتریکی و …) نیاز به طراحی دقیقتر و دمای عملکرد پایین تری است.
به دلیل داشتن چگالی جریان بیشتر و مقاومت کمتر، هادی های HTS می توانند جایگزین مس (و دیگر هادیهای فلزی) در کابل های برق و کاربردهایی که در آنها از میدان های مغناطیسی قوی استفاده می شود (برای مثال آهنرباهای الکتریکی، ترانسفورماتور، ژنراتور و موتورهای الکتریکی) شوند. با وجود این مزایا و همچنین قیمت رو به کاهش ابررساناها، قیمت بسیار بالای تجهیزات مورد نیاز برای تبرید ابررسانا (شامل قسمت های خنک کننده)، به لحاظ اقتصادی قابل توجه است. می توان نتیجه گرفت که زمانی استفاده از ابررسانا مقرون به صرفه است که سود استفاده از مزایای آنها بیشتر از هزینه سیستم تبرید باشد. مخصوصاً در مواردی که به جز ابررسانا، تجهیزات دیگری نیز به دمای بسیار پایین نیاز داشته باشند[2].
طراحی و توسعه تجهیزات ابررسانا به هیچ وجه ساده نیست، در دمای عملکرد آنها بسیاری از گازها جامد شده و فرضیات طراحی تجهیزات عادی، دیگر صادق نیستند.
1-3-1- 8اصطلاحات فنی سیم های HTS
برخی از مهمترین اصطلاحات رایج و فنی در به کار بردن سیم های HTS به شرح زیر است:
– Back Tension : مقدار نیرویی که در راستای طولی به سیم وارد می شود.
– قطر خمش (Bend Diameter): قطر خمش، مقدار خمیدگی است که هنگام سیم پیچی یا قرار گرفتن سیم به دور قرقره در سیم ایجاد می شود. مقدار خمش بحرانی مربوط به حالتی است که سیم بدون آسیب دیدگی خم می شود.
– BSCCO 2223 : برای نام گذاری مواد به کاربرده شده در HTS های نسل اول که ترکیبی به صورت Bi(2-x)PbxSr2Ca2Cu3O10 دارند، استفاده می شود. این مواد در HTS های ترکیبی چند رشته ای استفاده شده و به طور نوعی دمای تغییر حالت 110 درجه کلوین دارند.
– دمای بحرانی یا TC : مقدار دمایی است که اگر دمای سیم کمتر از آن باشد خاصیت ابررسانایی حفظ می شود.
– جریان بحرانی (Critical Current) یا IC : به جریانی اطلاق می گردد که افت ولتاژ آن در سیم بیش از یک مقدار از پیش تعریف شده، گردد. این مقدار با توجه به نوع مواد سیم های مختلف، متفاوت است. این مقدار برای سیم های HTS معمولاً 1 microvolt/cm می باشد.
– چگالی جریان بحرانی یا JC : چگالی جریان برابر مقدار جریان بحرانی تقسیم بر سطح مقطع عرضى سیم می باشد و معمولاً برای سنجش کیفیت مواد سیم HTS به کار می رود.
– منحنی I-V : این منحنی در واقع افت ولتاژ در سیم ابر رسانا را برحسب تابعی از جریان عبوری آن نشان می دهد و برای بدست آوردن پارامترهای فیزیکی سیم مانند جریان بحرانی به کار می رود.
– اندوکتانس سیم پیچی: وقتی سیم به صورت یک سیم پیچ استفاده می شود (مانند ترانسفورماتور و ژنراتور)، عبور جریان از آن باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی و ذخیره انرژی در آن میدان می شود. از این رو می توان برای این سیم پیچ یک اندوکتانس مغناطیسی تعریف نمود.
1-3-2-8 متعلقات تجهیزات HTS
معمولاً هر دستگاه HTS دارای تجهیزات زیر می باشد:
– نوار و سیم پیچ های ابررسانا
– سیستم تبرید
– منبع تغذیه و قسمت های کنترلی
– مدارات مغناطیسی
در ادامه به اختصار به شرح هر یک از موارد فوق پرداخته می شود[3].
نوار و سیم پیچ های ابررسانا
نوارهای HTS همان نقش هادی های الکتریکی معمول را به عهده دارند. اولین مرحله در ساخت هر دستگاه HTS ، اطمینان از عدم وجود عیب و نقص در نوار یا هادی ابررسانا است. در صورت وجود، پس از رفع آن می توان آن را برای استفاده در کابل به هم تابانید یا به صورت سیم پیچ در آورد تا در کاربردهایی مثل ترانسفورماتور، آهنربا، ژنراتور و موتور استفاده شود. همچنین این هادی ها باید دارای روکش عایق باشند. جنس عایق باید به نحوی انتخاب شود که مانع از نفوذ میدان مغناطیسی نگردد. برای مثال این عایق میتواند از جنس کاغذ سرامیکی باشد. سیم پیچی ابررسانا باید به گونه ای انجام شود که از آسیب های احتمالی آن جلوگیری به عمل آید.
طراحی ابررسانا و مواد مورد استفاده در آن باید به نحوی باشند که در برابر نیروهای مغناطیسی، تنش گرمایی و تنش های فیزیکی موجود در موتورها و ژنراتورها مقاومت کنند. در پایان برای اطمینان از عملکرد درست، ابررسانا مورد آزمایش قرار می گیرد.

در ایالات متحده این تحقیقات توسط شرکتIGC و با همکاری لابراتور ملی Oak Ridge انجام می شود. IGC باحمایت های مالی Waukesha Electric و Rochester Gas & Electric، طرح یک ترانسفورماتور HTS ،1000KVA ارائه کرده و در حال ساخت آن است. در این ترانسفورماتور از نوارهای نقره با پوشش HTS استفاده شده است. استفاده ازسیستم BSCCO-2212 عملکرد پایدارسیستم را تا دمای 30 درجه کلوین عملی می سازد. درصورت استفاده از هادی هایBSCCO-2223، می توان دمای عملکرد ترانسفورماتور را به 77 کلوین رساند. در این وضعیت هزینه تبرید به خاطر بالاتر بودن دما کاهش می یابد ولی از سویی قیمت کابل (BSCCO-2223) بالاتر و عملکرد ترانسفورماتور (بعلت بالا رفتن دما) ضعیف تر می شوند. گرچه نمونه اولیه ترانسفورماتور مذکور برای قدرت 1MVA ارائه گردید، اما هدف نهائی موسسه IGC و Waukesha ساخت یک ترانسفورماتور 30MVA ،138KV/13.8 KV ، 60Hz و امپدانس 10% با اتصال مثلث-ستاره است.
از طرف دیگر شرکت ABB با همکاری Electricite de France ، با استفاده از نوارهای چند رشته ای BSCCO-2223 ساخت ASC9 ، یک ترانسفوماتور 50HZ , 13.72 KV / 0.42 KV , 630KVA و امپدانس 4.6% با اتصال مثلث-ستاره ساخته است.
در ژاپن نیز پس از طراحی و ساخت یک ترانسفورماتور 220 KVA , LTSتوسط شرکت Alsthom و عملکرد موفق آن تحت بار70KW، به منظور بررسی رفتار ترانسفورماتورهای LTS ، ترانس های کوچکتر با قدرتهای 10 KVA تا 100 KVA فراوانی ساخته شد. پس از آن ترانس های با قدرت بیشتر توسط دانشگاه Nagoya با همکاری Takaoka (100KVA)،kansai Electric با همکاری Mitsubishi (2000KVA با استفاده از Nb3Sn)، دانشگاه Osaka با همکاری Toshiba (40 KVA) و دانشگاه Kyushu با همکاری Toshiba (1000KVA) ساخته و تحت آزمایش قرار گرفت.
در ایالات متحده و اروپا شرکتهای برق سهم بزرگی در توسعه برنامه های ترانسفورماتورهای ابررسانا بر عهده دارند اما در ژاپن، قسمت عمده کار بر عهده مراکز صنعتی و دانشگاهی بوده و حمایت آشکاری از سوی شرکت های برق دیده نمی شود. ژاپنی ها که در زمینه ساخت ترانسفورماتورهای LTS فعالیت گسترده ای داشته اند، گزارش چندانی در مورد ترانسفورماتورهای HTS ارائه نکرده اند. در سال 1996 در ژاپن جزئیاتی از برنامه ساخت ترانسفورماتور HTS، 500 KVA تحت حمایت شرکتهای Fuji ElectricوSEC10 ، ارائه گردید. احتمالاً تامین نوارهای HTS بر عهده Sumitomo و طراحی و ساخت ترانسفورماتور به عهده Fuji Electric و دانشگاه Kyushu است. در جدول (1-3) مشخصات نوارهای HTS و توالی های سیم پیچی آمده است[6].

کلید هوشمند تنظیم دور موتورکولرهای آبی

به هنگام شروع فصل گرما، انسان نیاز به شرایط آب و هوایی مناسب برای ادامه زیستن دارد. زمان گرمای هوا و تابستان، تمامی اماکن مسکونی و تجاری به دستگاه ها و سیستم های تهویه و برودتی رو می آورند. از آنجایی که سیستم های تهویه دارای رنج های گوناگون می باشند، هر کدام در مکان مناسب قرار گرفته و استفاده می شود. از پرمصرف ترین وسیله های برودتی و سرما زا برای مکان های مسکونی و تجاری می توان به کولر ها اشاره نمود. کولر خود بر دو نوع کلی، گازی و آبی می باشد.
امروزه صرفه جویی انرژی الکتریکی تنها از دیدگاه اقتصادی آن مورد توجه قرار نمی گیرد، بلکه آثار زیست محیطی آن نیز روزبه روز اهمیت بیشتری پیدا می کند. از این رو صرفه جویی انرژی به معنای حفاظت از محیط زیست است.
بیش از 65% انرژی الکتریکی در صنایع، در موتورهای الکتریکی مصرف می شود.فن ها، پمپ ها و کمپرسورها، بارهای اصلی موتورهای الکتریکی هستند.
می توان اقدامات مختلفی برای صرفه جویی انرژی الکتریکی در الکتروموتورهای صنعتی به عمل آورد. در حالت کلی این اقدامات به دو دسته تقسیم می شود:
1- اقدامات مربوط به طراحی موتور
2- اقدامات مربوط به بهره برداری از موتورها
تولید کنندگان موتور اینک موفقیتهای خوبی در زمینه طراحی و ساخت موتورهای با راندمان بالا بدست آورده اند. هر چند که قیمت این موتورها بالاتر است، ولی محاسبات ساده ای نشان می دهد که استفاده از این موتورها بسیار اقتصادی تر از انواع قدیمی ترشان است.
اقدامات مربوط به بهره برداری از موتورها را نیز می توان به دو دسته تقسیم نمود:
1
– اقدامات روی موتور نظیر تهویه، روغنکاری، و بارگذاری
2- استفاده از درایو
در کنار ماموریت اصلی درایوها که همان تنظیم دور موتور است، مزایای بی شمار دیگری نیز عاید می گردد. که صرفه جویی انرژی یکی از این مزایا است.استفاده از کنترل کننده های دور موتور هم در بهبود بهره وری تولید و هم در صرفه جویی مصرف انرژی – توانایی بازیافت انرژی تلفاتی در ترمزهای مکانیکی و یا انرژی تلف شده در مقاومت ترمز درایوهای معمولی به شبکه – در کاربردهای صنعتی ، علاوه بر پیامدهای اقتصادی آن ، کاهش آلاینده های محیطی را نیز به دنبال خواهد داشت.
قوانین افینیتی در کاربردهای فن و پمپ، پایه ی نظری صرفه جویی انرژی، با استفاده از درایو هستند. بر طبق این قوانین تنها باکاهش ده درصد از دور موتور، 27% در مصرف انرژی الکتریکی صرفه جویی خواهد شد. همچنین اگر دور موتور را 20% کاهش دهیم، باید انتظار 49% صرفه جوئی انرژی داشته باشیم.
باید توجه کرد که فن ها و پمپ ها عمده ترین بارهای موتورهای الکتریکی هستند. این ها از ادواتی نظیر دمپرها و یا شیرهای خفه کن برای تنظیم دبی استفاده می کنند. اما این روش ها انرژی را تلف می کنند.
عملکرد این تجهیزات را می توان به راننده ی اتومبیلی تشبیه نمود که برای کاهش سرعت، در حالی که پدال گاز را تا آخر فشرده است، از پدال ترمز استفاده می کند. نمونه های عملی متعددی از کاربرد درایو در صرفه جویی انرژی الکتریکی وجود دارد. برای مثال شرکت اطلس کوپکو با استفاده از درایو موفق شده است، مصرف انرژی کمپرسورهای تولیدی خود را به میزان 35% کاهش دهد.
در کنار این دستاورد مهم، اطلس کوپکو توانسته است، با استفاده از درایو، فشار کمپرسور را با انعطاف و پایداری بیشتری کنترل نماید- جریان راه اندازی را به کمتر از 10% جریان نامی موتور کاهش دهد و ضریب قدرت را به بیش از 95% برساند. و بدین ترتیب کمپرسورهای اطلس کوپکو نیازی به خازن اصلاح ضریب قدرت ندارند.
از سال 1994 به بعد که شرکت اطلس کوپکو این کمپرسورها را معرفی کرده است توانسته است بازار کمپرسورهای دنیا را تسخیر کند.
در کاربردهایی نظیر پمپ و فن، استفاده از درایوها تا 50% در کاهش مصرف انرژی موثر است.
پتانسیل قابل توجهی برای صرفه جویی انرژی در نیروگاه ها وجود دارد. مصرف داخلی نیروگاه ها می تواند بین 5 تا 14 درصد برق تولیدی نیروگاه باشد. این میزان انرژی، عمدتا" در ID فن، FD فن، فیدواتر پمپ، فن های کولینگ تاور و پمپ های سیرکولاسیون و خنک کن مصرف می شود.
یک مطالعه ی موردی از صرفه جویی مصرف انرژی در نیروگاه های هند نشان می دهد که از مجموع 22 واحد نیروگاهی 210 مگاواتی، با به کارگیری درایو در فن های ID و یا پمپ های BFP ، سالانه بالغ بر 158 میلیون کیلووات ساعت انرژی، به ارزش 11.3 میلیون دلار صرفه جویی حاصل می گردد. این درحالی است که ارزش سرمایه گذاری اولیه 25.7 میلیون دلار بوده است. و به این ترتیب می توان انتظار داشت که در کمتر از 2.3 سال، سرمایه گذاری اولیه مستهلک شده و عواید سرشاری نصیب نیروگاه ها گردد.
پتانسیل صرفه جویی انرژی در صنایع سیمان از نیروگاه ها نیز بالاتر است. در ایران حدود 9% انرژی الکتریکی در کارخانجات سیمان مصرف می شود. در یک مطالعه نشان داده شد که میزان مصرف انرژی الکتریکی در کارخانجات منتخب سیمان در ایران، در مقایسه با استانداردهای جهانی آن ، خیلی بالاتر است.
برآوردها نشان می دهد که در کارخانجات منتخب، سالانه بالغ بر 138 میلیون کیلووات ساعت امکان صرفه جویی انرژی وجود دارد.
محاسبات ساده ای نشان خواهد داد که در هر خط تولید سیمان، به طور متوسط سالانه تا 1.5 میلیون دلار و در کل خطوط تولید سیمان در ایران، که بالغ بر 65 خط تولید می شود، سالانه پتانسیل 90 میلیون دلار صرفه جویی انرژی وجود دارد.

کلید هوشمند تنظیم دور موتورکولرهای آبی
به هنگام شروع فصل گرما، انسان نیاز به شرایط آب و هوایی مناسب برای ادامه زیستن دارد. زمان گرمای هوا و تابستان، تمامی اماکن مسکونی و تجاری به دستگاه ها و سیستم های تهویه و برودتی رو می آورند. از آنجایی که سیستم های تهویه دارای رنج های گوناگون می باشند، هر کدام در مکان مناسب قرار گرفته و استفاده می شود. از پرمصرف ترین وسیله های برودتی و سرما زا برای مکان های مسکونی و تجاری می توان به کولر ها اشاره نمود. کولر خود بر دو نوع کلی، گازی و آبی می باشد.
کولرهای گازی دارای محاسن بسیار زیادی بوده که استفاده از آن را برای عموم مردم میسر ساخته است ولی قیمت تقریبا ً بالای آن باعث شده است که افراد زیادی به استفاده از کولر های آبی رو بیاورند. کولرهای آبی دارای محاسن و معایبی می باشند که در ذیل به برخی از آن ها اشاره می نماییم.
محاسن:
* قیمت تقریباً مناسب
* مصرف پایین
* بازده سرمایش بالا
معایب:
* بکابردن آب جهت سرد ساختن محیط معایبی را از قبیل :
* گرفتگی پوشال ها
* گرفتگی پمپ ها
* ایجاد زنگ زدگی و…
* مصرف تقریباً زیاد آب
* عدم انتخاب دما
اما قیمت مناسب و سرمایش عالی کولر های آبی باعث شده است که تقریباً %82 از مردم کشور که از کولرها به عنوان وسیله سرما ساز استفاده می کنند، به کولر های آبی روی آورند. هنگامی که خانواده ای از کولرهای آبی استفاده می نمایند، مجبور به انتخاب سه وضعیت برای کولر خویش می باشند که عبارتند از:
* خاموش Off
* دورتند High
* دورکند Low
حال به هنگام استراحت و یا انجام فعالیت، انسان ها نیاز به هوایی با دمای ثابت وایده آل خود دارند، اما چون کولرهای آبی فقط در سه رنج محدود می شود، انتخاب دما برای افراد و اشخاص دشوار می شود. به عنوان مثال یک نفر اگر کولر را بر روی دور تند بگذارد و بخواب رود، احساس سرما می کند و اگر بر روی دور کند تنظیم کند، احساس گرما می کند. حال مشکلات فوق الذکر که در کولرهای گازی (به دلیل استفاده از موتورهای یونیورسال وDC) حل شده می باشد بر سر راه استفاده از کولرهای آبی قرار دارد.
کلید هوشمند کولرهای آبی این امکان را به ما می دهد که با مشاهده دمای کنونی منطقه، درجه دلخواه خود را انتخاب نماییم و درجه انتخابی را با وارد شدن به قسمت تنظیمات دستگاه(Menu) به سیستم اعلام نماییم. از هم اکنون کولر به صورت اتوماتیک (هر زمان که نیاز باشد روشن- دورتند- دورکند) دمای محیط را به دمای اعلام شده می رساند و دما را در همان حالت تنظیمی ثابت نگه می دارد.
با استفاده از این نوع کلید کولرها که به دو صورت کنترل از راه دور وکنترل از روی پنل می باشد می توانیم دمای ثابت دلخواه را توسط کولر آبی مهیا سازیم.
شایان ذکر است که این کلید در صورت کلی دارای دو حالت تنظیمات اتوماتیک و تنظیم دستی (خاموش _ تند _کند)می باشد و قادر به Power Switch بین این دو حالت می باشد.
کلیه قسمت های پردازنده این سیستم توسط یک مینی قلب (PLC) کنترل می شود. با تنظیمات اتوماتیک دما توسط این دستگاه، مصرف آب کولرهای آبی به شدت کاهش پیدا می کند.
از مزایای دیگر این سیستم می توان به کاهش مصرف انرژی برق اشاره نمود.
اهم مزایای استفاده از کلید هوشمند کولر آبی:
1- قابلیت تعریف دما برای محیط.
2- رویت دمای محیط توسط دماسنجPLC .
3- کاهش تلفات در مصرف آب.
4- کاهش مصرف انرژی الکتریکی.
5- افزایش عمر قطعات مکانیکی.
6- ازدیاد عمر مفید الکتروموتور کولر و پمپ آب .
7- جلوگیری از خراب شدن پوشال ها (کاهش سرعت خشک شدن پوشال ها).

1- Superconductivity
2- Magnetic Resonance Imager
1- معادل فوتون در الکترومغناطیس بوده و مشخص کننده سطح انرژی آکوستیکی است.
4- Low Temperature Superconductor
5- Niobium-Stannum
6- Niobium-Aluminum
7- Bismuth- strontium-Calcium-Cupper-Oxide
8- Yttrium-Barium-Cupper-Oxide
1- American Superconductor Corporation
10- Sumitomo Electric Corporation
—————

————————————————————

—————

————————————————————

42