1- مقدمه Introduction

با توجه به آنچه که در گزارش اول ، اسفند 1381 ( بررسی و چگونگی تعویض مبرد R-22 در چیلرهای مجتمع پتروشیمی اصفهان) به آن اشاره شد و پروژه‏های انجام شده در خصوص‏تعویضCFC ها در این مجتمع، PROPOSAL حذف برای مبردهای R-11 ، R-13 ، R-502 و R-12 صادر شده است و در طی سال گذشته و جاری دستگاههای سبک مجتمـع که با R-12 کار می‏کردند ، در زمـان تعمیرات و در واحد تهویه گاز آنها با مبرد R-134a با موفقیت تعویض شد که در این زمینه می‏توان به دو دستگاه آبسرد کن و دو دستگاه فریزر اشاره نمود.

واحد تهویه امیدوار است بتواند با انجام پروژه تعویض HCFC R-22 که برای اولین بار در کشور در این مجتمع انجام میگیرد ، رسالت خود را در خصوص تعهدات زیست محیطی و پروتکل مونترال تکمیل نموده و بدین ترتیب در کارنامة خود در خصوص RETROFIT تجربه جدید ( تعویض HCFC ها ) را به دستاوردهای خود اضافه نماید.

البته با توجه به تماس‏ها و مکاتباتی که از طریق اینترنت بعمل آمده است، از مبرد R-507 بجای فرئون R-22 فقط در دستگاههای سرد کننده‏ای که دمای آنها زیر صفر است (LOW AND MEDIUM TEMPERATURE) استفاده میشود و این مسئله هم اخیراً و آنهم بصورت یک پروژة تحقیقاتی که از طرف ASHRAE هزینه شده است ، عنوان گردیده و در واقع استفاده از R-507 بجای R-22 در سیستمهای سرد کننده با دمای بالای صفر (HIGH TEMPERATURE) و آنهم به کمک BRINE ( ضد یخ – اتیلن گلایکول ) برای اولین بار در این مجتمع صورت میگیرد که در صورت موفقیت علاوه بر تعویض HCFC ، مسئله بهینه‏سازی در مصرف انرژی نیز مدنظر قرار خواهد گرفت.

نکته : استفاده از گلایکول اتیلن و پائین آوردن دمای آب چیلر از 8°C به 1°C ، از سیستم میتوان بعنوان ICE CHILLER STORAGE بهره برد. ( باید در نظر داشت که مکانیزمها و سیستمهای بکار برده شده از نظر دما و فشار محدودیتی نداشته باشند )

استفاده از دستگاههای ICE STORAGE در طراحیهای جدید و آتی با دمای (1°C) 36°F علاوه بر بهینه کردن مصرف انرژی ، هزینه‏های لوله‏کشی ، داکت و کانال کشی ، پمپها و وسایل برقی را بدلیل کوچک شدن سایزشان کاهش داد.

2- مبردها Refrigerants

مبرد ماده‏ایست که با جذب حرارت از یک ماده و یا یک محیط و انتقال آن به محیط دیگر بصورت عامل خنک کننده عمل می‏کند. در یک سیکل تراکمی تبخیری ، ماده مبرد با تبخیر و تقطیر تناوبی ، به ترتیب حرارت را در اواپریتور جذب و در کاندنسر دفع مینماید.

مبرد میبایستی دارای خواص شیمیائی ، فیزیکی و ترمودینامیکی ویژه‏ای باشد که استفاده از آن مطمئن و از نظر اقتصادی به صرفه باشد.

البته مبردی وجود ندارد که برای همه کاربردها مناسب باشد ، بهمین دلیل میبایستی در انتخاب یک مبرد شرایطی را در نظر گرفت که بتواند نیازهای یک کاربرد بخصوص را تأمین نماید.

3- مبردهای جایگزین و معیارهای انتخاب

Retrofit Refrigerants & The Guide Lines Of Choise

با شرایط خاصی که در سالهای اخیر برای کرة زمین ایجاد شده است ومسئله صدمه دیدن لایة اوزن ، سازمانهای بین‏المللی استفاده از HCFC ها را نیز همانند CFCها محدود و برای حذف (PHASE OUT) کردن آنها برنامه زمان بندی شده‏ای را در نظر گرفته‏اند و شرکتهای تولید کنندة اینگونه مواد سعی بر این دارند که جایگزینهای مناسبی را تولید و در دسترس مشتریها و مصرف کننده‏ها قرار دهند.

البته همانگونه که در گزارش اول به آن اشاره شده است واحد تهویه در نظر دارد که مسئله بهینه سازی انرژی را در زمان تعویض و انتخاب مبرد جایگزین ، مد نظر قرار داده تا بدین ترتیب در کاهش مصرف سوختهای فسیلی قدم مؤثری برداشته باشد. در نتیجه نسبت به تعویضهای گذشته میتوان اصل ششم یعنی ارزیابی انرژی مصرفی را به پنج اصل گذشته اضافه نمود.

الف ) عملکرد Performance

ب) ایمنی Safety

ج) اطمینان Reliability

د) ملاحظات زیست محیطی Environmental Consideration

هـ) ملاحظات اقتصادی Economic Consideration

و) مصرف انرژی Power Consumption

3-1- عملکرد Performance

ظرفیت برودتی (COOLING CAPACITY) ، ضریب عملکرد (COP) ، گرمای نهان تبخیر مبرد ، چگالی گاز و نقطة جوش مبرد فاکتورهائی است که عملکرد سیستم را مشخص می‏نماید.

3-2- ایمنی Safety

غیر سمی بودن ، غیر قابل اشتعال بودن و فشار کارکرد مبرد بعنوان مهمترین شاخصهای ایمنی مبرد در نظر گرفته میشود.

3-3- اطمینان Reliability

پایداری شیمیائی و سازش و تطابق آن با اجزای مختلف سیستم و مخصوصاً با روغن کمپرسور یکی از ویژگیهای مهم یک مبرد به حساب می‏آید. قابلیت حل شدن مبرد در روغن آنهم در دماهای کارکرد مختلف باید مورد قبول بوده و در برگشت روغن به کارتل کمپرسور خللی بوجود نیاید.

3-4- ملاحظات زیست محیطی Environmental consideration

در انتخاب مبرد جایگزین دو فاکتور مهم زیست محیطی مدنظر است

1- پتانسیل تخریب لایه اوزن OZON DEPLETION POTENTAIL

2- پتانسیل گرمایش گلخانه‏ای GLOBAL WARMING POTENTAIL

3-5- ملاحظات اقتصادی Economic Consideration

با توجه به مقررات جدید EC REQULATION 2037/2000 واضح است که در آینده‏ای نزدیک حذف و از رده خارج شدن CFC ها و بدنبال آنها HCFC ها حتمی است. در نتیجه علاوه بر گران شدن مبردهای قدیمی و نیز به سبب مقررات گمرکی که در واردات و صادرات اینگونه مواد در نظر گرفته شده است ، چنانچه در بازار هم یافت شوند ، بصورت قاچاق و گران خواهند بود ، علاوه بر این ، انتخاب یک مبرد جایگزین نیز در بعضی مواقع میتواند منجر به تعویض کامل کمپرسور ، روغن و یا تمام اتصالات لوله کشی شود بهمین دلیل در انتخاب یک مبرد جایگزین میبایستی مسائل اقتصادی و هزینه‏ها را در نظر گرفت.

3-6- مصرف انرژی Power Consumption

با توجه به مقایسه دقیق خصوصیات مبردها و اطلاعاتی که از طریق اینترنت دریافت شده است میتوان با لحاظ کردن

1) COP Of Refrigerants

2) Surface Coefficient Of Heat Transfer Of Refrigerants

3) Surface Coefficient Of Heat Transfer Of Oils

و حلالیت روغنهای POLYOIL ESTER که نسبت به روغنهای معدنی و الکالین بنزنی شرایط بهتری را دارا هستند ، مسئله مصرف انرژی به ازای هر تن برودت را کاهش و بدین ترتیب علاوه بر انتخاب مبرد ایده‏آل از نظر سازگاری آن با سیستم در بهینه کردن مصرف انرژی میتوان اقدام نمود.

البته استفاده از گلایکول اتیلن بعنوان ضد یخ در آب چیلر این فرصت را به صاحب دستگاه خواهد داد که دمای آب چیلر را پائین‏تر آورده و زمان استراحت دستگاه را بیشتر نماید. بدیـن تـرتیـب تعـداد ON و OFF هـای سیستـم در 24 ساعـت کاهش یافته و در دیماند و آمپرهای راه اندازی که خود باعث افزایش هزینه‏های الکتریکی می‏گردد ، صرفه‏جوئی نماید.

4- انواع مبردها Kinds Of Refrigerants

بطور کلی مبردها ( مبردهای قدیم و جدید ) به سه دسته تقسیم می‏شوند :

1- مادة خالص (SINGLE FLUID) مانند R-22 , R-134a

2- مخلوط آزئوتروپ (AZEOTROPIC) مانند R-502 , R-507

3- مخلوط زئوتروپ (ZEOTROPIC) مانند R-404 A , R-407 C

البته بهترین مبردها ، مبردهائی هستند که از یک ماده خالص تشکیل شده باشند ( به دلیل ایجاد دما و فشار ثابت در اواپریتور و کاندنسر ) ، ولی با توجه به موارد گوناگون و تنوع در کاربرد سیستمهای تبرید ، استفاده از یک مبرد خالص (SINGLE FLUID) همیشه امکان پذیر نبوده و با محدودیت‏هائی مواجه است اما لزوم جایگزینی (RETROFITTING) استفاده از مبردهای مخلوط را هم اجتناب ناپذیر مینماید.

به دلایل زیر انتخاب آزئوتروپها نسبت به زئوتروپها بعنوان جایگزین و تعویض مبردهای تخریب کنندة لایة ازون بهتر است.

1- ضریب انتقال حرارت

2- دمای گلاید TEMPERATURE GLIDE

3- مسئله نشتی و تغییر در غلظت یکی از عناصر تشکیل دهندة مخلوط

از نظر ضریب انتقال حرارت آزئوتروپها از زئوتروپها بهتر عمل می‏کنند همچنین در صورت نشتی ، در نسبت وزنی عناصر تشکیل دهنده زئوتروپها تغییرات فاحشی ایجاد می‏شود که نهایتاً منجر به تغییر ضریب عملکرد (COP) دستگاه شده و حتی ممکن است نیاز باشد که کل گاز دستگاه تخلیه و دوباره شارژ مجدد شود در صورتیکه آزئوتروپها در این مورد تقریباً همانند مادة خالص عمل می‏کنند ( بدلیل صفر بودن و یا پائین بودن دمای گلاید )

مقاله بررسی کاربرد مبردها در 16 صفحه ورد قابل ویرایش

1- مقدمه Introduction

با توجه به آنچه که در گزارش اول ، اسفند 1381 ( بررسی و چگونگی تعویض مبرد R-22 در چیلرهای مجتمع پتروشیمی اصفهان) به آن اشاره شد و پروژه‏های انجام شده در خصوص‏تعویضCFC ها در این مجتمع، PROPOSAL حذف برای مبردهای R-11 ، R-13 ، R-502 و R-12 صادر شده است و در طی سال گذشته و جاری دستگاههای سبک مجتمـع که با R-12 کار می‏کردند ، در زمـان تعمیرات و در واحد تهویه گاز آنها با مبرد R-134a با موفقیت تعویض شد که در این زمینه می‏توان به دو دستگاه آبسرد کن و دو دستگاه فریزر اشاره نمود.

واحد تهویه امیدوار است بتواند با انجام پروژه تعویض HCFC R-22 که برای اولین بار در کشور در این مجتمع انجام میگیرد ، رسالت خود را در خصوص تعهدات زیست محیطی و پروتکل مونترال تکمیل نموده و بدین ترتیب در کارنامة خود در خصوص RETROFIT تجربه جدید ( تعویض HCFC ها ) را به دستاوردهای خود اضافه نماید.

البته با توجه به تماس‏ها و مکاتباتی که از طریق اینترنت بعمل آمده است، از مبرد R-507 بجای فرئون R-22 فقط در دستگاههای سرد کننده‏ای که دمای آنها زیر صفر است (LOW AND MEDIUM TEMPERATURE) استفاده میشود و این مسئله هم اخیراً و آنهم بصورت یک پروژة تحقیقاتی که از طرف ASHRAE هزینه شده است ، عنوان گردیده و در واقع استفاده از R-507 بجای R-22 در سیستمهای سرد کننده با دمای بالای صفر (HIGH TEMPERATURE) و آنهم به کمک BRINE ( ضد یخ – اتیلن گلایکول ) برای اولین بار در این مجتمع صورت میگیرد که در صورت موفقیت علاوه بر تعویض HCFC ، مسئله بهینه‏سازی در مصرف انرژی نیز مدنظر قرار خواهد گرفت.

نکته : استفاده از گلایکول اتیلن و پائین آوردن دمای آب چیلر از 8°C به 1°C ، از سیستم میتوان بعنوان ICE CHILLER STORAGE بهره برد. ( باید در نظر داشت که مکانیزمها و سیستمهای بکار برده شده از نظر دما و فشار محدودیتی نداشته باشند )

استفاده از دستگاههای ICE STORAGE در طراحیهای جدید و آتی با دمای (1°C) 36°F علاوه بر بهینه کردن مصرف انرژی ، هزینه‏های لوله‏کشی ، داکت و کانال کشی ، پمپها و وسایل برقی را بدلیل کوچک شدن سایزشان کاهش داد.

2- مبردها Refrigerants

مبرد ماده‏ایست که با جذب حرارت از یک ماده و یا یک محیط و انتقال آن به محیط دیگر بصورت عامل خنک کننده عمل می‏کند. در یک سیکل تراکمی تبخیری ، ماده مبرد با تبخیر و تقطیر تناوبی ، به ترتیب حرارت را در اواپریتور جذب و در کاندنسر دفع مینماید.

مبرد میبایستی دارای خواص شیمیائی ، فیزیکی و ترمودینامیکی ویژه‏ای باشد که استفاده از آن مطمئن و از نظر اقتصادی به صرفه باشد.

البته مبردی وجود ندارد که برای همه کاربردها مناسب باشد ، بهمین دلیل میبایستی در انتخاب یک مبرد شرایطی را در نظر گرفت که بتواند نیازهای یک کاربرد بخصوص را تأمین نماید.

3- مبردهای جایگزین و معیارهای انتخاب

Retrofit Refrigerants & The Guide Lines Of Choise



با شرایط خاصی که در سالهای اخیر برای کرة زمین ایجاد شده است ومسئله صدمه دیدن لایة اوزن ، سازمانهای بین‏المللی استفاده از HCFC ها را نیز همانند CFCها محدود و برای حذف (PHASE OUT) کردن آنها برنامه زمان بندی شده‏ای را در نظر گرفته‏اند و شرکتهای تولید کنندة اینگونه مواد سعی بر این دارند که جایگزینهای مناسبی را تولید و در دسترس مشتریها و مصرف کننده‏ها قرار دهند.

البته همانگونه که در گزارش اول به آن اشاره شده است واحد تهویه در نظر دارد که مسئله بهینه سازی انرژی را در زمان تعویض و انتخاب مبرد جایگزین ، مد نظر قرار داده تا بدین ترتیب در کاهش مصرف سوختهای فسیلی قدم مؤثری برداشته باشد. در نتیجه نسبت به تعویضهای گذشته میتوان اصل ششم یعنی ارزیابی انرژی مصرفی را به پنج اصل گذشته اضافه نمود.

الف ) عملکرد Performance

ب) ایمنی Safety

ج) اطمینان Reliability

د) ملاحظات زیست محیطی Environmental Consideration

هـ) ملاحظات اقتصادی Economic Consideration

و) مصرف انرژی Power Consumption

3-1- عملکرد Performance



7- محاسبات سیستم سرد کننده ساختمان سایت آفیس در شرایط موجود با گاز R-22

7-1- محاسبات ترمودینامیکی سیکل با مبرد R-22 ( سیکل ایده‏آل)

سیکل مبرد R-22 را میتوان در نمودار فشار – انتالپی (p-h) مطابق شکل زیر نمایش داد. سیکل ، ایده‏آل بوده و راندمان کمپرسور و افت فشار در لوله‏ها در نظر گرفته نشده است. مقادیر فشار و دما در نقاط مختلف سیکل براساس استاندارد تبرید تراکمی صورت میگیرد. (مخصوص چیلرها)

فرآیندهای مختلف در این سیکل عبارتند از :

فرآیند 1-2 : تراکم بخار مبرد در کمپرسور که در شرایط ایده‏آل و بصورت آیزونتروپیک است.

فرآیند 2-3 : کاهش دمای مبرد در تحول فشار ثابت ( در لوله دیسچارج و کاندنسر)

فرآیند 3-4 : تقطیر یا کاندنس کامل مبرد در یک تحول فشار و دما ثابت

فرآیند 4-5 : تحـول خفقان یا انتالپی ثابت که در وسیله انبساطی صورت می‏گیـرد (اکسپنشن ولو )

فرآیند 5-6 : تحول تبخیر در اواپریتور (CHILLER) که بصورت دما و فشار ثابت انجام می‏گیرد.

فرآیند 6-1 : ناحیه‏سوپرهیت است که در واقع‏برای‏جلوگیری از صدمه‏رسیدن به کمپرسور ، بخار اشباع در اواپریتور را قبل از ورود به کمپرسور کمی گرم می‏کنند تا بصورت بخار داغ (SUPERHEAT) وارد کمپرسور شود.

در محاسبة سیکل تبرید مورد نظر با مبرد R-22 و بصورت ایده‏آل از داده‏های موجود در مرکز اسناد و کاتالوگ شرکت سازنده چیلر (CLIMAVENTA) استفاده شده است. البته لازم به ذکر است که بار حرارتی کاندنسر در محاسبات انجام شده براساس اختلاف دمای 6 درجه (INLET 29°C , OUTLET 35°C) صورت گرفته است درصورتیکه طبق LOG SHEETهای پیوست اختلاف دمای آب ورودی و خروجی کاندنسر چیزی در حدود 10 درجه است که این مسئله باعث افزایش ظرفیت کاندنسر خواهد شد. ( مشخصات فنی و داده‏های سیستم در پایان گزارش پیوست میباشد )

7-2- جزئیات محاسبات سیکل تبرید R-22 ( سیکل واقعی )

از آنجائی که جریان سیال در دو مبدل کاندنسر و اواپریتور دو فازی ( اشباع SATURATION ) میباشد ، افت فشار ناچیزی ایجاد می شود که تأثیر آن در محاسبات قابل اغماض و ناچیز است. همچنین افت فشار لوله‏های رابط نیز در موازنة حرارتی سیکل قابل چشم‏پوشی است.

و تنها عامل مهم در محاسبات سیکل بصورت واقعی ، راندمان ((?C کمپرسور است.، که میبایستی در نظر گرفته شود.

البته راندمان کمپرسورهای سیلندر پیستونی فرئونی که توسط خود شرکتهای سازنده ارائه میگردد ، چیزی در حدود 70 تا 80 درصد است. لذا به منظور دقت در محاسبات و آنهم برای تعویض R-507 مقدار راندمان 75 درصد در نظر گرفته شده است.

راندمان یک کمپرسور سیلندر پیستونی رابطة مستقیمی با نسبت تراکم آن دارد.

البته با توجه به تمامی LOG SHEET های پیوست در این گزارش که توسط افراد گروه تهویه و در تابستان سال جاری و در شرایط مختلف تکمیل شده است راندمان کمپرسور چیلر مورد نظر بالای 75 درصد است.

8- محاسبات سیستم سردکنندة ساختمان سایت آفیس با R-507

8-1- محاسبات ترمودینامیکی سیکل با مبرد R-507 ( سیکل ایده‏آل )

براساس گزارشات و مقالاتی که از طریق اینترنت دریافت شده است ، درصورت جایگزین کردن R-507 ، فشار دیسچارج کمپرسور در حدود (3.4 BARG ) +50 PSIG نسبت به R-22 افزایش خواهد داشت و بر عکس دمای دیسچارج کمتر خواهد شد.

لذا محاسبات ترمودینامیکـی سیکل با مبرد R-507 براساس داده‏های شرکت سازنده چیلر ( دمای اواپریتور 0°C و 10°C سوپر هیت گاز ورودی کمپرسور ) و با لحاظ کردن افزایش +50 PSIG به فشار خروجی کمپرسور انجام گرفته است.