التبريد

تبريد

Refrigeration -

التبريد

 وجيه ناعمة - محمد سعيد الجراح

يقصد بالتبريد cooling خفض درجة حرارة حيز أو جسم ما إلى ما دون درجة حرارة الوسط المحيط. والتبريد قديم عرفته شعوب الشرق الأوسط والهند منذ القدم، فقد كانوا يستخدمون أوعية فخارية ذات مسام لتبريد السوائل بالتبخير-ولاسيما مياه الشرب- وذلك بتعريضها للهواء الجاف، وكان الصينيون واليونان والرومان القدماء يخزنون الثلج والجليد في حفر تحت الأرض لتبريد الخمور والأغذية السريعة التلف، وهو تبريد معروف في بلاد الشام أيضاً؛ حيث كان الثلج يجمع من الجبال ويباع في المدن لهذه الغاية، كما كان ينقل منها إلى بغداد على ظهور الإبل.

وفي القرنين الثامن عشر والتاسع عشر كان الجليد الطبيعي يقطع من البحيرات والبرك المتجمدة في الشتاء ويخزن في أقبية ليستخدم في الصيف؛ بيد أن التبريد الميكانيكي لم يعرف إلا بعد اختراع مكنات صنع الجليد. ففي خمسينيات القرن الثامن عشر صمم الأستاذ الاسكتلندي وليم كولن W. Cullen عام 1755 مكنات صغيرة لصنع الجليد مهدت الطريق لهذه الصناعة التي شهدت قفزات سريعة في التبريد الميكانيكي في القرن العشرين في مجالات كثيرة؛ أهمها التبريد المباشر للأغذية السريعة التلف وتجميدها. يعتمد التبريد الميكانيكي على تطبيقات الترموديناميك حيث تدور المادة المبردة في دارة مغلقة فتبرِّد ما حولها بالتبادل الحراري ويعاد استخدامها، وأهمها دارات التبخير والامتصاص.

طرائق التبريد

1 – التبريد الناتج من التحول الطوري للمادة:

أ- الذوبان

يمكن الاستفادة من السوائل التي تتجمد في درجات الحرارة المنخفضة لأغراض التبريد، ولما كانت درجة حرارة تجمد الماء النقي (ذوبان الجليد) صفر سلزية. ويبقى جليداً في درجات حرارة أخفض منها يمكن الاستفادة من الماء المتجمد في التبريد حتى درجة حرارة ذوبانه.

ب- التبخر والتصعد

تجري عملية التبخر بثبات الضغط ودرجة الحرارة، ولإتمام عملية التبخر تحتاج المادة إلى كمية من الحرارة تمتص من الوسط المراد تبريده على حساب تبخر تلك المادة، وهو ما يعرف بالتصعد. ويمكن استخدام الجليد الكربوني الجاف مثالاً على عملية التصعد، فعندما يتصعد ثنائي أكسيد الكربون بحالته الصلبة يتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية مباشرة تحت الضغط الجوي النظامي عند درجة الحرارة -78.6°س ويمتص الحرارة من محيطه.

2- الخنق throttling

تجري عملية الخنق بتخفيض ضغط الغاز أو السائل في أثناء مروره في تضيقات مخصوصة - مثل الصمامات ذات الفتحات الصغيرة أو الأنابيب الشعرية - قادرة على إبقاء فرق في الضغط بين طرفيها، تحدث عملية الخنق هذه من دون إنجاز عمل خارجي، إذ تنخفض قيمة الضغط بسرعة بحيث يمكن أن تعدّ من دون تبادل حراري مع الوسط الخارجي فتنخفض درجة حرارة المائع (غاز او سائل).

3- التمدد

عند تمدد المادة من ضغط معين إلى ضغط أخفض يتم الحصول على عمل خارجي إذا جرت العملية في أسطوانة ناقلة للحرارة، وفي هذه الحالة ينجز العمل على حساب تغير المحتوى الحراري (أنطلبية المادة enthalpy) للمادة العاملة فتنخفض درجة حرارتها.

4- الظاهرة الإعصارية vortex phenomenon

اكتشفها العالم الفرنسي رانك G. Ranque عام 1933، حيث يرسل الهواء المضغوط عند درجة حرارة الوسط المحيط إلى أنبوبة أسطوانية من خلال ثقب مماسي للسطح الداخلي للأنبوبة. تحتوي الأنبوبة على خانق وثقب آخر من الطرف المقابل للأسطوانة، يندفع الهواء بحركة دُوّارية فينتقل من الثقب الأول إلى الخانق ليخرج منه ساخناً، ويخرج من الثقب المقابل بارداً (الأثر الإعصاري vortex effect). تمتاز هذه الطريقة ببساطة التركيب ورخص التكلفة؛ لكن الضياعات كبيرة ومردودها منخفض.

5- أثر بيلتيه Peltier effect

اكتشف العالم بيلتيه عام 1834 أنه إذا مُرّر تيار كهربائي ذو شدة معينة عبر سلسلة من موصلين كهربائيين مختلفين ينتج انخفاض في درجة حرارة أحد طرفي الاتصال وارتفاع في درجة حرارة الطرف الآخر بما يعرف بالأثر الكهرحراري. thermoelectric effect إن بساطة المخطط وغياب الأجزاء المتحركة وانتفاء الضجيج تجعل ظاهرة بيلتيه الحرارية ذات آفاق مستقبلية مهمة في إنتاج الفعل التبريدي. تستخدم الأجهزة الكهرحرارية في تدفئة الغواصات النووية وتكييفها وفي التحكم في درجة حرارة العناصر الإلكترونية (في الحواسيب والأجهزة الفضائية). ويمكن استخدام آلة التبريد هذه في البراد المنزلي وفي مكيفات الهواء، كما يمكن استخدام هذه الدارة للتدفئة أيضاً، وذلك بتغيير اتجاه التيار الكهربائي فقط، وفي هذه الحالة فإن استهلاك القدرة الكهربائية أقل مما هو في حال استعمال سخان كهربائي.

مكونات دارات التبريد ووظائفها

تعتمد دارات التبريد الميكانيكية في عملها على عملية الخنق، وتتألف الانضغاطية البخارية منها من أربعة أجزاء رئيسية مع عدد من التجهيزات المساعدة. ويبين الشكل (1) دارة تبريد انضغاطية بخارية تتألف من: مبخرّ وضاغط ومكثف وصمام تمدد.

الشكل (1) آلة تبريد انضغاطية بخارية.

1- الضاغط: وظيفته زيادة ضغط مائع التبريد (بحالته الغازية) من الضغط المنخفض (ضغط التبخر) إلى الضغط المرتفع (ضغط التكاثف)، وثمة عدة أنواع من الضواغط المستخدمة في دارات التبريد، منها المكبسية والدورانية والحلزونية.

2– المكثف: هو مبادل حراري يطرح كمية من الحرارة إلى الوسط المحيط فعندما يدخل مائع التبريد بحالته الغازية ودرجة حرارته المرتفعة إلى المكثف يتحول إلى سائل (يتكاثف)، ويرافق هذه العملية طرح كمية من الحرارة، ويبرّد المكثف إما بالهواء وإمّا بالماء.

3- صمام التمدد: يعمل صمام التمدد على خفض ضغط مائع التبريد من ضغط التكاثف إلى ضغط التبخر ويتحكم في معدل تدفق مائع التبريد إلى المبخر، ويتحول مائع التبريد خلال عملية التمدد (الخنق) من سائل إلى مزيج سائل وبخار.

4- المبخر: مبادل حراري موجود ضمن الحيز المراد تبريده، يدخل مائع التبريد إلى المبخر ويستمد الحرارة اللازمة لتبخره من هواء الحيز المبرد، حيث تنخفض درجة حرارة الحيز ويخرج المائع من المبخر بحالته الغازية ليعود إلى الضاغط.

5- أجهزة مساعدة: تشتمل دارة التبريد أيضاً على عدد من الأجهزة وهي:

- المبادلات الحرارية: وظيفتها زيادة تبريد مائع التبريد الخارج من المكثف على حساب زيادة تسخين بخار مائع التبريد الخارج من المبخر.

- الأوعية البينية: تستعمل في دارات التبريد المتعددة المراحل للتبريد الإضافي للبخار الخارج من ضاغط المرحلة الأولى قبل دخوله إلى ضاغط المرحلة الثانية، ويستفاد منها أيضاً في تبريد مائع التبريد المتجه إلى المبخر.

- فاصل الزيت: مهمته فصل قطيرات الزيت العالقة ببخار مائع التبريد الخارج من الضاغط.

- مجمع الزيت: هو وعاء أسطواني شاقولي يخزن الزيت القادم من فاصل الزيت ويفرغه دوريّاً.

- خزان تجميع مائع التبريد: مهمته تفريغ المكثف من مائع التبريد ودخوله إلى صمامات التمدد، ويكون توضعه بعد المكثف.

- فواصل السائل: مهمتها فصل قطرات السائل العالقة ببخار مائع التبريد القادم من المبخر.

- المرشحات filters: تستخدم لحماية أجزاء الدارة من الأوساخ والترسبات العالقة بمائع التبريد.

مخطط دارات التبريد الترموديناميكي

يمثل الشكل (2) مخطط الضغط – الأنطلبية (p-h) لدارة التبريد المبينة في الشكل (1).

الشكل (2) تمثيل الدورة الأحادية المرحلة على مخطط الضغط- الأنطلبية.

يدخل بخار مائع التبريد إلى الضاغط (النقطة 1) ويكون بخاراً مشبعاً جافاً أو بخاراً محمصّاً، ويجب ألا يحتوي على قطرات سائلة تؤدي إلى تخريب الضاغط، وعندما يضغط وسيط التبريد هذا في عملية كظومة تثبت الإنتروبية entropy ويرتفع الضغط من ضغط السحب عند النقطة 1 إلى ضغط الدفع عند النقطة 2، ويعبر عن عمل الانضغاط بالعلاقة (1):

حيث: عمل الانضغاط بالكيلو واط.

: أنطلبية مائع التبريد قبل الدخول إلى الضاغط وبعد الخروج من الضاغط كيلو جول لكل كيلوغرام.

m: معدل تدفق وسيط التبريد ضمن الدارة كيلوغرام في كل ثانية.

عند جريان وسيط التبريد ضمن المكثف، العملية (23)، يجري طرح الحرارة إلى الجو المحيط ذي درجة الحرارة الأخفض من درجة حرارة مائع التبريد، ثم يخرج المائع من المكثف (النقطة 3) بحالته المائعة وتكون كمية الحرارة المطروحة في المكثف بحسب العلاقة (2):

حيث: كمية الحرارة المطروحة في واحدة الزمن في المكثف كيلو واط.

تتألف العملية (34) من عملية الخنق ضمن صمام التمدد وتؤدي إلى خفض ضغط مائع التبريد من ضغط التكاثف إلى ضغط التبخر، وهي عملية كظومة من دون عمل، حيث تتم بتثبيت أنتروبية مائع التبريد، أما العملية (41) ضمن المبخر فيتبخر فيها مائع التبريد مع سحب كمية من الحرارة من جو الحيز الداخلي المبَّرد، ويعبر عن كمية الحرارة المسحوبة بالعلاقة (3):

حيث : كمية الحرارة المسحوبة في واحدة الزمن في المبخر .

يعبر معامل أداء دارة التبريد عن كمية الحرارة التي يمتصها مائع التبريد في المكثف بالنسبة إلى العمل المصروف على الانضغاط وتعطى بالعلاقة (4):

تفترض هذه الحسابات التحولات المثالية المعبر عنها بخطوط مستقيمة، أما الدورة الفعلية فتمثل بالخط المستمر الغامق في الشكل (2).

موائع التبريد

تُعدُّ موائع التبريد refrigerant fluids العنصر الأساس في دارات التبريد، وينتج من تبخر مائع التبريد داخل المبخر امتصاص الحرارة من الأجسام المجاورة، وتتولى بقية مكونات وحدة التبريد تخليصه من الحرارة التي امتصها ليستخدم من جديد.

يمكن تحديد مائع التبريد المناسب على أساس درجة حرارته وضغطه المنخفضين في حالة التبخر؛ ودرجة حرارته وضغطه المرتفعين في حالة التكاثف. ولكي يكون مائع التبريد مناسباً للاستعمال في دارات التبريد المختلفة يجب أن يتمتع بصفات كيميائية وفيزيائية وحرارية تجعله اقتصادياً ومأموناً وغير ملوّثٍ للمنتجات المبردة والبيئة؛ وغير ضار بطبقة الأوزون.

ليس هناك مائع تبريد مثالي نظراً لاختلاف شروط التشغيل بين تطبيق وآخر، فلا يوجد مائع تبريد يصلح لجميع التطبيقات الهندسية، ولكن لكل مائع تبريد مميزات تجعله مناسباً عند حدود معينة من ضغط التبخر والتكاثف.

1- أنواع موائع التبريد

أ- موائع التبريد العضوية

ومنها الهدروكروبونات مثل الإيتان ويرمز له بالرمز R170، والبروبان ويرمز له ب R290، والإزوبوتان ويرمز له ب R600a. والهالوكربونات، وهي مركبات الكربون والفلور والكلور والهدروجين، وهي على أنواع ومنها الكلوروفلوروكربون (CFCS) chlorofluorocarbon  والهدروكلوروفلوروكربون (HCFC) hydrochlorofluorocarbon والهدروفلوروكربون (HFCS) hydrofluorocarbon، والاسم التجاري لها هو الفريونات freons.

إن الرمز R يعني Refrigerant متبوعاً بثلاثة أرقام (ROOO) تدل على نوع المائع؛ وفقاً لتسمية الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد والتكييف The American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineer (ASHRAE).

ب- موائع التبريد غير العضوية

وهي الأمونيا والماء وثنائي أكسيد الكربون، والهواء وثنائي أكسيد الكبريت. ويُرمز إلى الموائع غير العضوية بالرمز R7 متبوعاً برقم الوزن الجزيئي للمادة، ومثالها النشادر (الأمونيا). ولما كان الوزن الجزيئي للأمونيا هو 17 فقد اصطلح على أن يرمز إليها بالرمز R717 ، ويرمز للماء بالرمز R718، وإلى ثنائي أكسيد الكربون بالرمز R744. وتميز كل أسطوانة حفظ مائع تبريد بلون معين لتسهيل معرفة نوعية المائع الذي تحويه الأسطوانة.

وتصنَّف هذه الموائع بحسب درجة أمانها في ثلاث مجموعات:

1- المجموعة الأولى: هي أكثر الموائع أماناً (الهالوكربونات – الفريونات) مثال عليها: الفريون 12، الفريون 22، الفريون 502، الفريون 134 صديق البيئة، الفريون 404، الفريون 407، الفريون 411.

2- المجموعة الثانية: هي مجموعة سامة قابلة للاشتعال إلى حد ما، مثال ذلك كلوريد المِتيلين R-40 وثاني أكسيد الكبريت R-764.

3- المجموعة الثالثة: هي مجموعة موائع التبريد القابلة للاشتعال، مثال ذلك الإيتان والبروبان.

تقسم موائع التبريد أيضاً إلى مجموعتين أولية وثانوية؛ حيث تستخدم موائع التبريد الأولية في أعمال التبريد، أما موائع التبريد الثانوية فتستخدم في نقل الحرارة من مكان إلى آخر، والأكثر استعمالاً منها الماء وكلوريد الكلسيوم وكلوريد الصوديوم والمحاليل الملحية والإتلين والميتانول والغليسرين.

وتستعمل موائع تبريد منخفضة درجة حرارة التكاثف انخفاضاً شديداً - مثل الهليوم السائل والآزوت السائل والهواء السائل - في التبريد المفرط cryogenics.

2- خصائص موائع التبريد

تتميَّز موائع التبريد بعددٍ من الخصائص، أهمها الخصائص الفيزيائية والكيميائية، والخصائص الحرارية.

أ- الخصائص الفيزيائية والكيميائية

هي خصائص أساسية في اختيار مائع التبريد، تتعَّلق بالرائحة والسميّة وقابلية الاشتعال، والذوبان في الماء والزيت.

ب- الخصائص الحرارية لموائع التبريد

تُعدُّ هذه الخصائص أساسية يعتمد عليها في تحديد النوع المناسب لكلِّ منظومة تبريد، وتتعلَّق بدرجة حرارة غليانه وحرارته الكامنة، والضغط ودرجة الحرارة اللازمين لتحويله من غاز إلى سائل، يبيّن الجدول (1)درجة حرارة غليان بعض موائع التبريد. تُعدُّ الحرارة الكامنة والتأثير التبريدي من أهم هذه الخصائص التي تتمتَّع بها موائع التبريد. حيث تعَّرف الحرارة الكامنة بأنها كمية الحرارة اللازم امتصاصها أو منحها لواحد كيلوغرام من مائع التبريد لتحويله من طورٍ إلى آخر.

تختلف مميزات موائع التبريد بحسب تركبيها، ويمكن أن يكون هناك أكثر من مائع مناسب لدارة تبريد معينة، ولكلٍّ إيجابياته وسلبياته. لذلك تسهم أمورٌ أخرى في تحديد الخيار الأنسب بحسب طبيعة الدارة، وظروف التشغيل والكلفة وطبيعة المواد الملامسة للمائع. على سبيل المثال؛ درست مزائج من موائع التبريد؛ فوجد أن لبعضها درجة حرارة غليان واحدة ثابتة azeotropic، وأخرى تختلف درجة حرارة غليانها بحسب نسب المزج سميت zeotropic mixtures، أي تصبح درجة حرارة غليانها ضمن مجال من درجات الحرارة يختلف باختلاف الضغط أيضاً (تميز درجة حرارة نقطة الفقاعات bubble point عندما يكون السائل مشبعاً، أو درجة حرارة نقطة الندى dew point عندما يكون البخار مشبعاً. ويسمى الفرق بين درجتي الحرارة المقابلتين؛ انزلاق درجة الحرارة glide temperature).

يبين الجدول (2) طبيعة مائع التبريد المستخدم في دارات التبريد المختلفة مع مجال درجة حرارة التبخر المناسبة.

3- تأثير موائع التبريد في البيئة

أ- خطر مركبات الكلوروفلوروكربون على طبقة الأوزون:

يتكون جزيء غاز الأوزون () من ثلاث ذرات من الأكسجين، وهو غاز مهيج لونه أزرق فاتح وسام حتى عند درجات تركيز منخفضة.

تتصف مركبات الكلوروفلوروكربون (مثل و) بأنها مستقرة جداً بحيث يدوم بقاؤها في الجو من 80 إلى 120 سنة بدءاً من وقت تسربها إلى الجو. تتفكك هذه المركبات في طبقات الجو العليا فقط عندما تلاقي هذه المركبات الأشعة فوق البنفسجية العالية الطاقة. يحدث هذا التلاقي في طبقة الستراتوسفير حيث تمتص مركبات الكلوروفلوروكربون ضوء الشمس، وهذا ما يؤدي إلى تفاعل عناصر الكلوروفلوروكربون- ذرة الكلور- مباشرة مع جزيء أوزون، وينتج من التفاعل أحادي أكسيد الكلور بحسب التفاعل (1):

يتحد أحادي أكسيد الكلور مع ذرة الأكسجين لينفصل بعدها الأكسجين والكلور بحسب التفاعل (2):

يقضي هذان التفاعلان على جزيء الأوزون، ويبقى الكلور ليقوم بتفاعل تسلسلي آخر شبيه، فينقرض غاز الأوزون مع مرور الزمن وتتركز ذرات الكلور.

ب- علاج المشكلة والبدائل

فرض بروتوكول مونتريال – الأول الذي أقر عام 1987م تحت رعاية برنامج الأمم المتحدة للبيئة- تجميداً فورياً لإنتاج مركبات الكلوروفلوروكربون واستخدامها، وفي عام 1990 عُدِّل البروتوكول بفرض حظر كامل على جميع مركبات الكلوروفلوروكربون مع نهاية عام 2000؛ على أن يستبدل بها مركب رباعي فلوروإيتان الخالي تماماً من ذرات الكلور، أو مركبات هدروكلوروفلوروكربون الانتقالية المحتوية على عدد أقل من ذرات الكلور.

ج- موائع التبريد البديلة

يجري حالياً تصنيع بدائل لموائع التبريد صديقة للبيئة لتحل محل موائع التبريد القديمة وتعمل في مختلف مجالات التبريد وتكييف الهواء (الجدول 3):

وقد وجد أنه حتى موائع التبريد البديلة تساهم بتفاقم أثر ظاهرة الدفيئة، ودفع هذا بعض البلدان -كالدنمارك والنرويج والسويد- إلى التفكير في التخلص من موائع التبريد، والبحث عن تقنيات حديثة، وموائع تبريد بديلة - كالتي تستعمل في الدارات الامتصاصية - مثل الهدروكربون، والنشادر (الأمونيا) () R717، وثنائي أكسيد الكربون () R744، والهواء (R729)، والماء ()-R718.

أنواع دارات التبريد

1- دارات التبريد الانضغاطية البخارية

أ- دارات التبريد الانضغاطية البخارية بمرحلة واحدة

هي الدارة المبينة بالشكل (1) وسبق شرحها، ويمكن رفع معامل أداء هذه الدارة باستخدام مبادل حراري استرجاعي يزيد في تسخين بخار مائع التبريد الخارج من المبخر على حساب زيادة تبريد المائع الخارج من المكثّف كما هو مبين في الشكل (3). ويبين الشكل (4) مخططاً بيانياً لتغير الضغط فيها كتابع للأنطلبية حيث يلاحظ الاختلاف بين الخطوط المنقطة والمستمرة.

الشكل (3) دارة تبريد انضغاطية بخارية أحادية المرحلة مع مبادل استرجاعي.

الشكل (4) تمثيل الدورة الأحادية المرحلة مع مبادل استرجاعي على مخطط الضغط – الأنطلبية.

ب- دارات التبريد الانضغاطية البخارية المتعددة المراحل

عند انخفاض درجة حرارة تبخر مائع التبريد وارتفاع درجة حرارة تكاثفه يزداد الفرق ما بين ضغط التبخر والتكاثف، وهذا يزيد في استهلاك الضاغط من الطاقة، ويسيء إلى مردوده، لذلك يكون الحل في الاعتماد على دارات بعدة مراحل انضغاطية التي لها عدة أنواع. يبين الشكل (5) دورة تبريد انضغاطية بخارية ثنائية المرحلة مع وعاء بيني. يدخل مائع التبريد إلى الوعاء البيني النقطة (6) ويكون مزيجاً من مائع وبخار، فيتم فيه فصل المزيج وإرسال البخار مباشرة إلى ضاغط المرحلة الثانية لعدم فائدة دخوله إلى المبخر؛ لأنه يأخذ حيزاً ضمن المبخر ولا ينجز أي عمل.

الشكل (5) دارة تبريد انضغاطية بخارية ثنائية المرحلة مع وعاء بيني.

يوضح الشكل (6) تمثيل الدورة السابقة على مخطط الضغط – الأنطلبية

الشكل (6) تمثيل الدورة ثنائية المرحلة مع وعاء بيني على مخطط الضغط – الأنطلبية.

ج- دارات التبريد الامتصاصية

تنقل دارة التبريد الحرارة بالامتصاص من الوسط المبرد المنخفض درجة الحرارة إلى الوسط الخارجي المرتفع درجة الحرارة عن طريق صرف طاقة حرارية، في حين تصرف في مكنة التبريد الانضغاطية البخارية قدرة ميكانيكية. يُستخدم في هذه الدارة وسيطا تبريد على الأقل، وهما مائع التبريد والمادة الماصة. ينتشر حاليّاً استعمال آلات التبريد العاملة على الماء والأمونيا أو الماء وبروميد الليثيوم. وهناك أيضاً عدة أنواع من مكنات التبريد الامتصاصية، منها مايعمل بوجود مضخة، كما في دارة التبريد الامتصاصية مع ضاغط ناظم بخاري، وتستعمل حين تكون درجة حرارة المنبع الحراري للمولد منخفضة، ومنها دارات تبريد بالامتصاص من دون مضخة، وتستخدم في البرادات المنزلية والمكيفات. تمتاز هذه الدارات بعدم وجود أي أجزاء متحركة فيها، وهذا مايساعدها على العمل مدداً طويلة من دون الحاجة إلى صيانة تذكر، لكن هذه الآلات غير اقتصادية مقارنة بآلات التبريد الانضغاطية البخارية. يبين الشكل (7) دارة التبريد الامتصاصية البسيطة.

الشكل (7) دارة التبريد الامتصاصية البسيطة.

د- دارات التبريد الكهرحرارية

يمكن إنتاج الأثر التبريدي باستخدام المزدوجة الحرارية التي تتألف من مادتين من أنصاف النواقل، تصل بينهما صفيحتان معدنيتان تشكلان قطبي المزدوجة الحرارية؛ وذلك بتمرير تيار كهربائي بينهما. وتدعى الدارات التي تعمل وفق هذا المبدأ دارات التبريد الكهرحرارية، وفيها تمتص كمية من الحرارة من القطب البارد (السالب) وتنتشر كمية من الحرارة من القطب الموجب. تمتاز أجهزة التبريد العاملة على مبدأ المزدوجات الحرارية بأنها سهلة النقل والصيانة ولا تحتوي على أجزاء متحركة، إضافة إلى كون هذه المبردات تعمل من دون الحاجة إلى مائع تبريد، لكن هذه الدارات غير اقتصادية مقارنة بمكنات التبريد الانضغاطية البخارية الشكل (8).

الشكل (8) دارة التبريد الكهرحرارية البسيطة.

هـ- دارات التبريد الهوائية

استعملت آلة التبريد بالهواء قديماً على نطاق واسع قبل انتشار آلات التبريد الانضغاطية البخارية العاملة على الأمونيا والفريونات، وسميت دارات هوائية لأنها تستعمل الهواء وسيط تشغيل. يستفاد من آلة التبريد بالهواء على نطاق واسع في عملية تكييف الهواء في الطائرات التجارية، وتُبذل حاليّاً جهود لرفع أداء هذه الآلات باستعمال المبادلات الحرارية الاسترجاعية فيها.

التطورات الحديثة

1- دارات التبريد باستخدام تدفق متغير لمائع التبريد

يستخدم ضاغطان في دارات التبريد العاملة بتدفق متغير لمائع التبريد، يعمل كل منهما بنصف استطاعة المجموعة المطلوبة؛ استطاعة أحدهما ثابتة؛ أي يعمل بنظام (تشغيل - إيقاف) يعطي عند التشغيل كامل استطاعته. والضاغط الثاني متغير الاستطاعة، مزود بمقوم للتيار المتناوب إلى تيار مستمر؛ بحيث يتمكن الضاغط من تدريج الاستطاعة، ومن ثُم توفر المجموعة الاستطاعة المناسبة لتبريد المكان عن طريق ضخ كمية مناسبة من مائع التبريد ضمن الدارة، ويعدّ هذا النظام من تطبيقات دارات التبريد الانضغاطية البخارية. ويستخدم هذا النظام استخداماً واسعاً في منظومات تكييف الهواء؛ إذ يزود الحيز المكيَّف بكمية من مائع التبريد مناسبة لحمله الحراري ويعدّ من الأنظمة الاقتصادية؛ حيث تتناسب كمية الطاقة المصروفة مع قيمة الحمل الحراري. يتميز هذا النظام بإمكان استخدام أشكال مختلفة من الوحدات الداخلية ضمن المناطق المكيفة بما يتناسب مع تصميم الغرف واستخداماتها وباستطاعات مختلفة.

2- دارات التبريد باستخدام غاز ثنائي أكسيد الكربون

يستخدم في دارات التبريد الانضغاطية البخارية حديثاً غاز ثنائي أكسيد الكربون بوصفه مائع تبريد؛ لكونه وسيط تبريد آمناً، وتأثيره في طبقة الأوزن معدوم. يختلف ثنائي أكسيد الكربون عن الفريونات بحجمه النوعي وضغطه التشغيلي المرتفعين، فعند درجة حرارة 25°س يكون ضغطه نحو 62 باراً. ونظراً لحجمه النوعي المرتفع -بالمقارنة بالفريونات- فإن كمية أقل منه تحقق الإنتاجية التبريدية نفسها. إن مكونات نظام التبريد العامل على ثنائي أكسيد الكربون هو نفسه النظام المستخدم للفريونات، ولكن الضغط التشغيلي المرتفع يتطلب استخدام عناصر قادرة على تحمل ارتفاع الضغط هذا.

3- دارات التبريد بالطاقة الشمسية

تركزت الأبحاث خلال العقود القليلة الماضية على الاستفادة من مصادر الطاقات المتجددة، وتبوأت الطاقة الشمسية مكانة خاصة ضمن البدائل المتعلقة بالطاقات المتجددة، وتأتي أهميتها من كونها طاقة هائلة من حيث مخزونها وكميتها؛ إضافة إلى كونها طاقة مجانية يعتمد استخدامها على الكلفة التأسيسية فقط. تتوزع الطاقة الشمسية على سطح الكرة الأرضية وتصل إلى الجميع من دون حاجة إلى نقلها وتوزيعها، وهي عملية من ناحية استخدامها؛ وقابلة للتحول إلى أنواع أخرى من الطاقة؛ كالطاقة الحرارية والميكانيكية والكهربائية. كما تعد مصدراً نظيفاً للطاقة من حيث تأثيرها في البيئة، وهي طاقة مباشرة، وسهلة الاستخدام ومتجددة وتحافظ على الجودة نفسها. يعتمد التبريد بالطاقة الشمسية على دارة التبريد بالامتصاص، حيث يستفاد من الطاقة الشمسية لتسخين مائع التبريد والمادة الماصة ضمن المولد كما يبين الشكل (9).

الشكل (9) دارة تبريد امتصاصية تعمل بالطاقة الشمسية.

التصنيف : العلوم الهندسية وتقاناتها

النوع : العلوم الهندسية وتقاناتها

المجلد: المجلد السادس

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية