شرح مبادئ نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

مبدأ نظام التزويد المزدوج لمضخة الحرارة الهوائية

مبدأ عمل مضخة الحرارة الهوائية هو استخدام المبرد كوسط حراري في الشتاء، لامتصاص الطاقة الحرارية من الهواء، ثم استخدام ضاغط لتحويل الطاقة الحرارية المنخفضة إلى طاقة حرارية عالية الحرارة، مما يؤدي إلى تسخين الماء المتداول في النظام. في الصيف، يُستخدم المبرد لامتصاص البرودة في الهواء. يقوم الضاغط بتقليل الطاقة الحرارية العالية الحرارة إلى طاقة حرارية منخفضة الحرارة، ويدور الماء في نظام التبريد.

مبدأ نظام التبريد الدوامي

يتكون ضاغط التبريد الدوامي من دوامتين متحركتين وثابتتين، متشابكتين وفقًا لمعادلات وظيفية مزدوجة. أثناء عمليات الشفط والضغط والإخراج، يُثبّت القرص الثابت على الهيكل، ويُدار القرص المتحرك بواسطة عمود لامركزي، ويُقيّد بآلية مانعة للدوران، تدور في مستوى نصف قطر صغير حول مركز دائرة قاعدة القرص الثابت.

يُسحب الغاز إلى محيط القرص الثابت عبر فلتر هواء. مع دوران العمود اللامركزي، يُضغط الغاز تدريجيًا في عدة حجرات ضغط هلالية الشكل، ناتجة عن اندماج القرصين الثابتين، ثم يُطرد باستمرار من الفتحة المحورية للمكون المركزي للقرص الثابت.

 مبدأ التبريد بالامتصاص مبدأ التبريد بالامتصاص

تستخدم تقنية التبريد بالامتصاص مبردات طبيعية مثل الماء أو الأمونيا، وهي غير ضارة بالبيئة وطبقة الأوزون الجوية؛

باستخدام الطاقة الحرارية كمصدر للطاقة المحركة، بالإضافة إلى الاستفادة من الطاقة الحرارية التي تولدها بخار الغلايات والوقود، يمكن أيضًا الاستفادة من الطاقة الحرارية منخفضة الدرجة مثل الحرارة المهدرة والحرارة المهدرة والطاقة الشمسية، مما يحقق غرضين من التبريد والتدفئة (التدفئة) في نفس الوحدة.

معكوس مبدأ كارنوت

دورة كارنو العكسية هي دورة تبريد عكسية مثالية، تتكون من عمليتين بدرجة حرارة ثابتة وعمليتين حراريتين.

خلال الدورة، تبقى مصادر الحرارة العالية والمنخفضة ثابتة، ولا يوجد فرق في درجة حرارة انتقال الحرارة بين المُبرِّد ومصدر الحرارة في المُكثِّف والمُبخِّر. يتدفق المُبرِّد عبر مُعدّات مُختلفة دون أيِّ خسائر. لذلك، تُعدّ دورة كارنو العكسية دورة تبريد مثالية ذات أعلى مُعامل تبريد، ولكن لا يُمكن تطبيقها هندسيًا.

دورة ثاني أكسيد الكربون عبر الحرجة

يمتص مبرد ثاني أكسيد الكربون ذو درجة الحرارة المنخفضة والضغط المنخفض الحرارة من وسط البيئة المحيطة أو الجسم المبرد في المبخر، ويتغير من البخار السائل إلى البخار شديد الحرارة منخفض الضغط. يدخل بخار ثاني أكسيد الكربون منخفض الضغط إلى ضاغط التبريد ثاني أكسيد الكربون ويتم ضغطه بشكل ثابت إلى غاز عالي الضغط ودرجة حرارة عالية. يدخل بعد ذلك غاز ثاني أكسيد الكربون عالي الضغط ودرجة الحرارة المرتفعة إلى مبرد الهواء، ويتبادل الحرارة مع وسط التبريد، ويطلق الحرارة، ويتم تبريده عند ضغط ثابت.

ثم يدخل إلى جهاز الخنق (أو آلة التمدد) للخنق الأدياباتي (أو التمدد الأدياباتي) لإنتاج بخار رطب منخفض الضغط ودرجة الحرارة. يعود سائل ثاني أكسيد الكربون منخفض الضغط ودرجة الحرارة إلى المبخر لامتصاص الحرارة والتبخر تحت ضغط ثابت، مما يخفض درجة حرارة الوسط المبرد ويزيد من سعة التبريد. كرر الدورة بهذه الطريقة لتحقيق التبريد المستمر.

نظام دورة التبريد المتتالية

نظام تبريد متتالي يتكون من ثلاث دورات ضغط أحادية المرحلة. في هذه الدورة، يعمل ثاني أكسيد الكربون كغاز تغذية ومبرد، ويعمل النظام في دورة مفتوحة. 

ينقسم السائل عالي الضغط الخارج من المكثف إلى قسمين: يتم خنق الجزء الأول إلى ضغط متوسط ​​بواسطة صمام الخانق المبرد المتوسط ​​ويتبخر في المبرد المتوسط؛ يتدفق الجزء الآخر عبر المبرد المتوسط ​​داخل الملف ويتبادل الحرارة مع بخار المبرد المتبخر تحت الضغط المتوسط ​​خارج الأنبوب، مما يحقق غرض التبريد الفائق. 

ثم يدخل إلى جهاز إعادة التسخين لمزيد من التبريد الفائق، ويتم خنقه بواسطة صمام الخانق لتقليل ضغط التكثيف إلى ضغط التبخر قبل التبخر والتبريد في المبخر. 

يُعاد تسخين البخار المشبع لمادة التبريد الخارجة من المبخر بواسطة جهاز إعادة التسخين، ثم يسحبه ضاغط المرحلة منخفضة الضغط، ويُضغط إلى ضغط متوسط، ثم يُفرّغ في أنبوب شفط ضاغط المرحلة عالية الضغط. بعد اختلاطه بالبخار المشبع الخارج من المبرد البيني، يدخل ضاغط المرحلة عالية الضغط ويُضغط إلى ضغط التكثيف. ثم يتكثف إلى سائل عالي الضغط في المكثف، ثم يعود إلى الدوران.

نظام تسييل الهيدروجين مع تبريد الهيليوم

يتألف نظام تسييل الهيدروجين في تبريد الهيليوم من جزأين: عملية تسييل الهيدروجين ودورة تبريد الهيدروجين. في عملية تسييل الهيدروجين، يُبرَّد غاز الهيدروجين المضغوط مسبقًا بالهيليوم السائل، ثم يُكثَّف إلى سائل بواسطة غاز الهيليوم البارد في مبادل حراري.

مبدأ التبريد بالضغط البخاري

يتألف من ضاغط، ومكثف، وصمام تمدد، ومبخر، وهي متصلة بأنابيب لتكوين نظام مُحكم الغلق. يتبادل سائل التبريد الحرارة مع الجسم المُبرّد عند درجة حرارة منخفضة في المبخر، ويمتص حرارة الجسم المُبرّد ويتبخر، مُنتجًا بخارًا منخفض الضغط يسحبه الضاغط ويُضغط قبل تفريغه عند ضغط عالٍ.

يدخل سائل التبريد الغازي عالي الضغط، المُفرَّغ من الضاغط، إلى المُكثِّف، ويُبرَّد بماء التبريد أو الهواء ذي درجة الحرارة المحيطة، مُتكاثفًا إلى سائل عالي الضغط. عندما يتدفق السائل عالي الضغط عبر صمام التمدد، يُصبح خليطًا ثنائي الطور من غاز-سائل منخفض الضغط ودرجة الحرارة، ثم يدخل إلى المُبخِّر. يتبخر سائل التبريد السائل ويُبرَّد في المُبخِّر، ويُسحب البخار منخفض الضغط المُتولِّد إلى الضاغط مرة أخرى.

تتكرر هذه الدورة، تكرر نفسها باستمرار.