التبريد أو التبريد
الطاقة لا تُفقد، بل يمكن نقلها فقط. فكيف تنتج أجهزة التبريد البرد؟ الجواب الدقيق هو أنه لا يوجد جهاز ينتج البرودة، بل يمتص الحرارة من الجسم المرغوب فقط وينقلها إلى جسم آخر. يؤدي هذا العمل إلى تقليل كمية حرارة ذلك الجسم ونتيجة لذلك تنخفض درجة حرارته.
لا يتم انتقال الحرارة من جسم إلى آخر في الطبيعة إلا إذا كانت درجة حرارة الجسمين غير متساوية. وفي هذه الحالة تنتقل الحرارة من الجسم الساخن تلقائيًا إلى الجسم البارد حتى يصبح الجسمان عند نفس درجة الحرارة. الطبيعة تسعى دائما إلى التوازن. على سبيل المثال، إذا تم وضع بعض الثلج في كوب من المشروبات الغازية، لأن المشروب الغازي أكثر دفئا، فإنه يعطي حرارته للثلج البارد. بهذه الطريقة، يصبح المشروب الغازي أكثر برودة والثلج أكثر دفئًا.
ومع هذه التفسيرات، لكي نتمكن من خفض درجة حرارة البيئة أو جسم ما، يجب أن نضع جسماً درجة حرارته منخفضة في محيطه حتى يحدث انتقال الحرارة. وبعد أن يصل الاثنان إلى توازن درجة الحرارة، يجب تبريد جسم التبريد أو ممتص الحرارة مرة أخرى. وهذا ما يتم عمله في أنظمة التبريد، فقد كانوا يستخدمون الثلج كمبرد قديماً. تم وضع بعض الثلج في وعاء بجانب الطعام لإبقائه باردًا. فكلما ذاب الجليد، أي امتص الحرارة، تم استبداله بالثلج الطازج. وكان لهذا العمل مشاكله الخاصة، فكان عدم توفر الثلج في كل الفصول هو المشكلة الأكبر، لذلك كان الإنسان يبحث عن طريقة أفضل لتشغيل البرد.
أنظمة التبريد التبخيرية
يحتاج أي سائل إلى الحرارة حتى يتبخر. لذلك، إذا تم إنشاء حالة يتم فيها رش سائل مثل الماء على الجسم المطلوب، فسوف يمتص الحرارة ليتبخر من ذلك الجسم. ونتيجة لذلك، يصبح الجسم باردا. هذه هي الطريقة التي يعمل بها نظام التبخر.
مبرد الماء هو المثال الأكثر شهرة لنظام التبخر. يتم رش الماء على الملابس. تقوم المروحة بسحب الهواء الخارجي إلى الداخل. عندما يمر الهواء عبر الشبكة، فإنه ينقل حرارته إلى الماء. وبهذه الطريقة يتم تبريد الهواء ثم توجيهه إلى الغرفة عبر القنوات فيبرد الهواء الموجود في الغرفة.
يمكن اعتبار نظام التبخير من أقدم أنظمة التبريد التي صنعها الإنسان، حيث شوهدت الإصدارات الأولى منه في إيران. مصدات الرياح في المناطق الصحراوية هي نوع من نظام التبخر. يلعب الهيكل الطويل دور القناة لتوجيه الريح. يوجد أدناه برك المياه، أو الخزانات. ومع مرور الريح فوق الماء، تنخفض درجة حرارته ومن ثم يدخل الغرفة. يعد بادجير باغ دولت آباد في مقاطعة يزد مثالًا جيدًا لنظام التبريد القديم هذا.
ولكن اليوم يتم استخدام طرق أكثر تقدمًا لهذا الغرض. يعتبر مبرد الماء، وغسالة الهواء، وeconopack، وZent أمثلة على نظام التبريد التبخيري.
يمكن تقسيم أنظمة التبخر إلى فئتين:
نظام التبخر المباشر
ينتمي مبرد الماء وغسالة الهواء إلى هذه الفئة، وفي هذا النوع من أنظمة التبخر، يكون الماء والهواء على اتصال مباشر مع بعضهما البعض. في هذه الطريقة تزداد رطوبة الهواء بشكل كبير، وهو أمر غير فعال للمناطق ذات الرطوبة الجوية العالية، كما أن زيادة الرطوبة قد تكون غير مريحة للسكان.
نظام التبخر غير المباشر
في هذه الطريقة، يتم أولاً تبريد بعض الهواء وفقًا للطريقة المباشرة. ثم يتم تبريد الهواء الآخر بواسطة مبادل حراري. الاثنان لا يتصلان ببعضهما البعض أبدًا. مع هذه الطريقة، لن تحدث مشكلة زيادة الرطوبة. ولا تتمتع هذه الطريقة بالكفاءة المطلوبة، لأن قدرتها منخفضة جداً مقارنة بسعرها المرتفع. وأيضًا، إذا كانت المنطقة المرغوبة بها رطوبة عالية، فستظل كفاءة النظام أقل.
أنظمة التبريد التنموية
مع تقدم العلوم، وخاصة علم الديناميكا الحرارية، تم تطوير طرق أكثر كفاءة للتبريد. في عام 1805، صمم المخترع الأمريكي أوليفر إيفانز جهازًا يمكنه إنتاج الجليد في دورة مغلقة. ومن خلال تطبيق الطاقة على الأثير، يتسبب هذا الجهاز في قيام الأثير أولاً بامتصاص حرارة الماء فيتحول الماء إلى ثلج، ثم في الجزء الآخر من الدورة، يقوم بطرد حرارته إلى البيئة الخارجية. لم يتم بناء هذا الجهاز أبدا.
لكن في عام 1834، قام المخترع البريطاني جاكوب بيركنز ببناء أول نظام تبريد بالتكثيف. ووصف جهازه على النحو التالي:
وباستخدام المواد المتطايرة، تمكنت من تبريد وإنتاج الثلج. بينما يتم تقطير نفس المادة واستخدامها مرة أخرى بعد التبخر.
في هذا النظام، باختصار، يمتص السائل الحرارة ويبددها عن طريق التبخر والتقطير. أولاً، يتم زيادة ضغط السائل، الذي يسمى غاز التبريد أو غاز التبريد، بواسطة الضاغط ويدخل إلى المكثف. هناك، يسيل مع رفض الحرارة ويدخل في صمام التمدد. وهناك، مع انخفاض الضغط، يصبح جاهزاً للدخول إلى المبخر وامتصاص الحرارة والوصول إلى نقطة بداية الدورة.
تشمل فوائد هذا النظام:
لا يتم فقدان سائل التبريد أبدًا ويتم استخدامه دائمًا
الرطوبة لا تزيد
يمكن استخدامه لقدرات مختلفة
لديها عائد مرتفع للغاية
أنظمة التبريد القابلة لإعادة الشحن
كان هذا النوع من أنظمة التبريد شائعًا جدًا في أوائل القرن العشرين. ولكن بعد تطوير أنظمة الضغط أصبح استخدامها أقل بسبب معامل أدائها. معامل أداء الامتصاص هو 1.5 ضغط. تعتبر ثلاجات الزيت القديمة من أشهر أجهزة الامتصاص.
في أنظمة التبريد بالامتصاص، على عكس أنظمة التبريد بالضغط التي تستخدم الطاقة الميكانيكية (الضاغط)، يتم استخدام مصادر الحرارة كطاقة مدخلة للنظام. وبما أن هذه الطاقة الميكانيكية يتم توفيرها عن طريق الكهرباء، ففي الحالات التي لا يوجد فيها وصول سهل ومنخفض التكلفة إلى مصادر الكهرباء وبدلاً من ذلك توجد طاقة حرارية مثل الطاقة الشمسية أو الحرارة المهدرة في الأنظمة الحرارية الأخرى، فإن استخدام أنظمة التبريد الامتصاصية هو أكثر بأسعار معقولة.
طريقة عمل نظام التبريد بالامتصاص هي كما يلي: بواسطة مولد، يتم تسخين محلول الماء والأمونيا تحت ضغط عالٍ، ويتم فصل المادتين عن بعضهما البعض. وينتج عن ذلك محلولين، من ناحية بخار بتركيز عالي من الأمونيا، وهو ما يسمى المحلول المركز، ومن ناحية أخرى، محلول سائل بتركيز منخفض من الأمونيا، وهو ما يسمى بالمحلول المخفف.
بعد المرور عبر المكثف، يتم تبريد بخار الأمونيا المركز ويصبح سائلاً. يدخل المحلول الذي يحتوي على نسبة عالية من الأمونيا إلى المبادل الحراري لتقليل ضغطه عند دخول المبخر. ونتيجة لاختلاف الضغط الناتج، تتبخر الأمونيا عند درجة حرارة منخفضة وتمتص الحرارة، وبالتالي تتم عملية التبريد.
تشمل فوائد نظام الامتصاص:
استهلاك منخفض للطاقة
حياة مفيدة عالية
القدرة على استخدام الطاقة الشمسية
القدرة على استعادة الطاقة الحرارية المهدرة في الأنظمة الأخرى
عدم استخدام غازات الكلوروفلوروكربون
