شارژ مبرد در سیستم‌های مجهز به رگولاتور کنترل فشار کندانسور

در این مقاله، نکات مهم شارژ مبرد در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع مجهز به رگولاتور کنترل فشار کندانسور بررسی می‌شود. همچنین روش‌های محاسبه شارژ اضافی مبرد، تفاوت شارژ تابستانی و زمستانی، کنترل هدپرشر، عملکرد رسیور و کندانسور، و مراحل صحیح شارژ سیستم در دماهای محیطی مختلف توضیح داده شده است. این راهنما برای تکنسین‌ها، مهندسان و فعالان حوزه تبرید صنعتی و سیستم‌های برودتی کاربردی است.

 

طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع و تبرید که از کندانسینگ یونیت­های هواخنک استفاده می‌کنند، شامل دو چالش اصلی است که برای عملکرد مطمئن و مقرون‌ به ‌صرفه­ی سیستم باید حل شوند:

• عملکرد در دمای محیطی بالا (High Ambient) و دمای محیطی پایین .(Low Ambient) اگر کندانسور به درستی انتخاب ظرفیت شده باشد، در دماهای محیطی بسیار بالا به ‌طور رضایت‌بخشی کار خواهد کرد، با این حال، از آنجایی که بیشتر کندانسینگ یونیت­ها در بخش عمده‌ای از سال ملزم به کار در دماهای محیطی پایین‌تر از دمای «حباب خشک» طراحی خود هستند، راه‌حل کارکرد در دمای محیطی پایین پیچیده‌تر است. بدون کنترل مناسب هد پرشر (High Side) در حین کارکرد در دمای محیطی پایین، سیستم ممکن است با مشکلاتی در هر دو  حالت در حال کار(Running Cycle)  و خاموشی (Off-Cycle) مواجه شود.

   دو مشکل که در سیکل­های در حال کار از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند

• از آنجایی که اختلاف فشار در دو سرِ پورتِ شیر انبساط ترموستاتیک (TEV) بر نرخ جریان مبرد تأثیر می‌گذارد، هد پرشر پایین عموماً باعث می‌شود مبرد ناکافی به اواپراتور تغذیه شود.
• هر سیستمی که از گاز داغ دیسشارژ برای دیفراست یا کنترل ظرفیت کمپرسور استفاده می‌کند، برای عملکرد صحیح باید هدپرشر مناسبی داشته باشد. در هر دو مورد، عدم وجود هدپرشر کافی منجر به فشار مکش پایین و/یا یخ‌زدگی کویل‌های اواپراتور خواهد شد.

مشکل اصلی در سیکل خاموش

• ناتوانی احتمالی در راه‌اندازی و وارد مدار کردن سیستم، در صورتی که مبرد به سمت کندانسور مهاجرت (Migration) کرده باشد، در این حالت، فشار اواپراتور ممکن است به نقطه وصل (Cut-in) کنترل‌کننده فشار پایین (Low Pressure Control) نرسد و با وجود نیاز به سرمایش، کمپرسور استارت نخورد. حتی اگر فشار اواپراتور به تنظیمات نقطه وصل برسد، جریان ناکافی از طریق شیر انبساط (TEV) باعث افت فشار مکش می‌شود که نتیجه آن قطع و وصل شدن مکرر (Cycling) کمپرسور است.

روش معمول برای حفظ هدپرشر در دمای محیطی پایین ( طبق اشره دمای محیط کمتر از 10 درجه سانتی­گراد) ، محدود کردن جریان مایع از کندانسور به مخزن رسیور و همزمان، هدایت گاز داغ به ورودی رسیور است. این عمل باعث تجمع مبرد مایع در کندانسور شده که ظرفیت آن را کاهش می‌دهد و به نوبه خود باعث افزایش فشار کندانس (Condensing Pressure) می‌شود. همزمان، گاز داغ فشار مایع را در رسیور بالا می‌برد و اجازه می‌دهد سیستم به‌طور عادی به کار خود ادامه دهد.

رگولاتورهای فشار کندانسور

رگولاتورهای فشار کندانسور دامنه وسیعی از تنظیم فشار کندانسور و رسیور (Receiver) ، یعنی همان هد پرشر را فراهم می‌کنند که برای عملکرد بهینه سیستم ‌های بزرگ با کندانسور هوا خنک مورد نیاز است. این رگولاتورها بخشی جدایی­‌ناپذیر از سیستم تبرید هستند و کنترل مستقیم فشار کندانسور و رسیور را فراهم می‌کنند تا سیستم با حداقل مصرف انرژی و عملکرد رضایت‌بخش کار کند.

کنترل فشار کندانسور به یک یا چند دلیل زیر لازم است:

• حفظ فشار کافی در رسیور برای اطمینان از جریان مقدار مناسبی از مبرد مایع به سمت اواپراتور، تا کنترل دما و ظرفیت تبرید به‌درستی انجام شود.
• امکان راه‌ اندازی در هوای سرد با ایجاد سریع فشار کافی در رسیور.
• تأمین مقدار کافی گاز داغ برای عملیات دیفراست (برفک‌زدایی)، ری‌هیت یا سیستم‌های هیت ریکلیم.
• جلوگیری از تشکیل فلش گاز در خطوط مایع.

در صورت نبود کنترل فشار، در دماهای محیطی بسیار پایین، مایع مبرد ممکن است تقریباً در حالت اشباع قرار گیرد، زیرا فشار تقطیر پایین است. نبود ساب‌کولینگ  ممکن است باعث شود مایع مبرد، زمانی که خطوط مایع از نواحی گرم عبور می‌کنند یا افت فشار رخ می‌دهد (مانند فیلترها، شیرها و غیره) شروع به تبخیر کند. وجود بخار فلش می‌تواند عملکرد شیرهای انبساط را مختل کند، باعث فرسایش شیرها، جریان نامنظم مبرد و کاهش ظرفیت سیستم شود.

وقتی از این روش در یک سیستم استفاده می‌شود، باید مقدار مبرد به اندازه‌ای باشد که در پایین‌ترین دمای محیط مورد انتظار، کندانسور بتواند از مایع مبرد پر شود (Flooding) و در عین حال هنوز شارژ کافی مبرد برای عملکرد صحیح سیستم باقی بماند. کمبود مبرد باعث می‌شود گاز داغ وارد خط مایع و شیر انبساط شود و در نتیجه عمل تبرید متوقف گردد. نکته دوم این است که رسیور باید ظرفیت کافی داشته باشد تا حداقل بتواند تمام مبرد مایع اضافی موجود در سیستم را در خود نگه دارد، زیرا در شرایط دمای محیط بالا این مبرد اضافی به رسیور بازمی‌گردد. اگر رسیور بیش از حد کوچک باشد، مبرد مایع در زمانی که دمای محیط بالا باشد در داخل کندانسور باقی می‌ماند و در نتیجه فشار دیسشارژ (Discharge Pressure) بیش از حد بالا در سیستم ایجاد خواهد شد.

تعیین مقدار شارژ مبرد (Determining Amount of Charge):

وقتی در یک سیستم از رگولاتور فشار کندانسور (Refrigerant‑side Head Pressure Control) استفاده می‌شود، یکی از مهم‌ترین عوامل، تعیین مقدار کل شارژ مبرد سیستم است. در بیشتر یونیت‌ها مقدار شارژ مورد نیاز روی دستگاه نوشته شده است، اما در سیستم‌هایی که در محل نصب و پروژه ساخته می‌شوند (Field built‑up systems)، سازنده نمی‌تواند مقدار دقیق شارژ را اعلام کند. معمولاً هنگام راه‌اندازی سیستم، مبرد اضافه می‌شود تا زمانی که عملکرد مناسب سیستم به­دست آید. اما این روش چندان رضایت‌بخش نیست. اگر قرار باشد سیستم در تمام طول سال به‌درستی کار کند، باید مقدار شارژ اضافی مورد نیاز از قبل محاسبه شود.

چنانچه سازنده کندانسور مقدار مبرد لازم برای پر شدن کندانسور (Flooding) را اعلام نکرده باشد، دو روش برای محاسبه شارژ اضافی مورد نیاز وجود دارد:

روش اول

کندانسور کاملاً پر (Completely Flooded Condenser): ساده‌ترین روش این است که حجم کویل کندانسور محاسبه شود و سپس با استفاده از ضریب چگالی مبرد که در جدول ۱ داده شده است، مقدار پوند مبرد لازم برای پر شدن کامل کندانسور در دمای محیط مورد نظر محاسبه گردد.

عوامل مؤثر در محاسبه مقدار مبرد اضافی عبارت‌اند از:

• طول لوله­‌­­­ها و خم­­‌های برگشت( U ها) (Return Bends) در کندانسور
• حداقل دمای محیطی که سیستم باید در آن کار کند.
• اندازه لوله و ضخامت دیواره آن
• نوع مبرد

نکته مهم در انتخاب ضریب چگالی مناسب این است که وقتی رگولاتور در حال محدود کردن جریان است، دمای مبرد تقریباً برابر با دمای محیط خواهد بود.

مثال: مقدار شارژ اضافی مبرد موردنیاز را برای یک روفتاپ پکیج با مبرد22 که در دمای کندانس 40 درجه فارنهایت و دمای کندانس 90 درجه فارنهایت کار می­کند و دارای سیستم کنترل ظرفیت تا 33 درصد است را حساب کنید.

روش دوم:

کندانسور با پرشدگی جزئی (Partially Flooded Condenser ): به دلیل شرایط آب‌وهوایی معتدل‌تر نسبت به آنچه در روش ۱ فرض شده است، در بسیاری از سیستم‌ها، نیازی نیست برای حفظ هد پرشر(معادل دمای تقطیر حدود 90 درجه فارنهایت)، کندانسور را به طور کامل پر کرد. بنابراین روش دومی نیز وجود دارد، با استفاده از اطلاعات اضافی موجود در جداول ۲ و3 ، می‌توان مقدار شارژ لازم برای فلاد کردن (Flooding) بهینه کندانسور را جهت تأمین هدپرشر کافی در دماهای مختلفِ حداقلِ محیط، با دقت بیشتری محاسبه کرد (در این روش، ضرایب جداول در مقدار «شارژ اضافی مبرد» که در روش ۱ برای پر شدن کامل کندانسور محاسبه شده بود، ضرب می‌شوند.).

اغلب کندانسینگ یونیت های با مکش پایین و متوسط در دماهای محیطی کمتر از 20 درجه فارنهایت معمولاً %75 یا بیشتر از کندانسورشان پر از مبرد است، برای این یونیت‌ها حتی در صورت استفاده از آنلودر، داده‌ای ارائه نشده است. روش معمول این است که برای این نوع یونیت‌ها در صورت وجود آنلودر، بین 90 تا 100 درصد کندانسور با مبرد پر شود.

مثال: مثال قبلی به کمپرسوری مجهز به آنلودر (Unloaders) اشاره دارد. از آنجایی که کمپرسور در دماهای محیط پایین آنلود می‌کند، در نظر گرفتن این موضوع امری ضروری است، زیرا با آنلود شدن کمپرسور، ظرفیت کندانسور افزایش می‌یابد و بنابراین به Flooding بیشتری نیاز است. با استفاده از همان روف‌تاپ پکیجی که در مثال قبلی بررسی شد (اواپراتور۴۰ درجه فارنهایت و حداقل دمای محیط منفی ۲۰ درجه فارنهایت)، ضریب ۰٫۷۹ در جدول ۲ نمایش داده شده است. چون ما آنلودر داریم (33 درصد)، این عدد ۰٫۷۹ برای ورود به جدول ۳ استفاده می‌شود تا ضریب ۰٫۹۵ به دست آید. این ضریب نهایی روی ۱۱۹ پوندی که قبلاً محاسبه شده بود اعمال می‌گردد تا مقدار شارژ اضافی نهایی به دست آید:  باید مقدار   ۱۱۳= ۱۱۹ × ۰٫۹۵پوند به شارژ معمولی سیستم اضافه می‌گردد تا شارژ کل سیستم به دست آید.

روش‌های شارژ مبرد (Refrigerant Charging Procedures)

معمولاً این اطلاعات توسط سازنده تجهیزات ارائه می‌شود و در صورت در دسترس بودن باید از همان دستورالعمل‌ها پیروی کرد. اگر این اطلاعات از طرف سازنده موجود نباشد، توصیه‌های زیر قابل استفاده هستند. پس از محاسبه مقدار مبرد اضافی مورد نیاز، هنگام شارژ سیستم باید دقت شود تا مقدار صحیح مبرد وارد سیستم شود. این موضوع به‌خصوص زمانی اهمیت دارد که دمای محیط کمتر از 70درجه فارنهایت باشد و رگولاتور خروجی کندانسور در حال محدود کردن جریان مبرد از کندانسور باشد. در ادامه، روش مرحله‌ به ‌مرحله برای دو وضعیت احتمالی ارائه می‌شود. بسته به دمای محیط در زمان شارژ سیستم، باید هر روش به‌دقت دنبال شود تا عملکرد صحیح سیستم در تابستان و زمستان تضمین گردد.

نکته: هنگام شارژ هر سیستمی که دارای هد پرشر کنترل است، باید دمای محیط بیرون مشخص باشد. همچنین اگر سیستم دارای آنلودر کمپرسور است، باید مشخص شود که آیا در هنگام شارژ در حال کار هستند یا خیر؟ جهت ساده‌تر شدن فرآیند شارژ، توصیه می‌شود آنلودرها در زمان شارژ غیرفعال شوند( یعنی کمپرسور در حالت بار کامل کار کند).

شارژ سیستم‌های با هد پرشر کنترل در دمای محیط بالاتر از 70 درجه فارنهایت (21 درجه سانتیگراد) :

قبل از راه‌اندازی سیستم (BEFORE STARTING SYSTEM):

1. سیلندر مبرد را به پورت شارژ یا پورت گیج روی شیر خروجی رسیور متصل کنید.
2. شیر رسیور را حدود نیمه باز کنید ( به‌طوری‌که رسیور و خط مایع به پورت شارژ یا گیج متصل باشند).
3. مبرد مایع را به سمت فشار بالای (High Side) سیستم شارژ کنید. توصیه می‌شود مقدار شارژ وزن شود. شارژ اولیه معمولاً حدود 2.5 پوند (1.13 کیلوگرم) به ازای هر تن تبرید (3.517کیلووات) سیستم است.
4. مخزن مبرد را جدا کرده و آن را به سمت مکش کمپرسور متصل کنید.
5. بخار مبرد را به سمت فشار پایین (Low Side) شارژ کنید تا فشار از فشار اتمسفریک بالاتر برود. مایع مبرد را به سمت فشار پایین وارد نکنید( اما مبردهای ترکیبی باید به آرامی و به صورت مایع(سلیندر وارونه قرار بگیرد!) به قبل از آکامولاتور تزریق شوند).

* قبل از شروع پروسه راه اندازی( تست نشتی، وکیوم و شارژ گاز) یک Shrader Valve به قبل از آکامولاتور جهت شارژ مبرد اضافه گردد.

6. سیستم را راه‌اندازی کنید.
7. سایت گلس (در خروجی رسیور) را مشاهده کنید تا مشخص شود آیا سیستم برای چرخه تبرید عادی به‌درستی شارژ شده است یا خیر.

     هشدار: وجود حباب در سایت گلس ممکن است به دلیل فلش شدن مبرد ناشی از افت فشار در لوله‌ها یا تجهیزات جانبی باشد، نه لزوماً کمبود مبرد.

8. اگر در سایت گلس حباب دیده شود، باید مبرد بیشتری اضافه شود و زمان کافی داده شود تا مبرد در سیستم پایدار شده و حباب‌ها از بین بروند.
9. اکنون مقدار مبرد اضافی مورد نیاز برای هدپرشر کنترل باید وزن شده و با وارد کردن مبرد مایع به سمت فشار بالا به سیستم اضافه شود.

شارژ سیستم‌های دارای هدپرشرکنترل در دمای محیط کمتر از 70 فارنهایت(21 درجه سانتیگراد):

نکته مهم: شارژ در دما­های زیر 70 فارنهایت بسیار حساس است. رعایت دقیق مراحل زیر الزامی است. عدم رعایت این مراحل باعث اورشارژ شدن سیستم خواهد شد.

مراحل کار:

• مراحل 1 تا 7 بخش قبلی را دقیقاً اجرا کنید.
• اگر تنظیم شیر برای سیستم صحیح باشد، احتمالاً مقداری از مبرد در کندانسور جمع می‌شود و سایت گلس وجود حباب در خط مایع را نشان خواهد داد.
• مبرد بیشتری اضافه کنید و زمان کافی بدهید تا مبرد در سیستم پایدار شود و حباب‌های سایت گلس از بین بروند.
• در این مرحله، سیستم برای این نوع هدپرشرکنترل و در همین دمای محیط فعلی، به‌درستی شارژ شده است.
• اگر سیستم قرار است در دمایی پایین‌تر از دمای فعلی محیط کار کند، باید اکنون مقدار شارژ اضافی بیشتری به سیستم اضافه شود.

   محاسبه شارژ اضافی مورد نیاز برای محاسبه مقدار مبرد اضافی:

از روش‌های توضیح داده‌شده در بخش Refrigerant Charge استفاده کنید. توجه داشته باشید که بخشی از «شارژ مخصوص کنترل هدپرشر» قبلاً وارد سیستم شده است. به جداول 2 و 3 مراجعه کنید. اختلاف درصدها بین حداقل دمای طراحی محیط و دمای محیط هنگام شارژ برابر است با درصد شارژ اضافی که هنوز باید به سیستم اضافه شود. به‌عنوان مثال، اگر این سیستم در دمای محیط 50 درجه فارنهایت شارژ شده باشد، تقریباً 40٪ از شارژ اضافی در سیستم موجود است. این موضوع تا زمانی معتبر است که در هنگام شارژ، سیستم کاهش ظرفیت (Unloader) کمپرسور فعال نبوده باشد. بنابراین، مقدار شارژ اضافی موردنیاز برابر است با 95 درصد منهای 40 درصد، یعنی 55 درصد از کل شارژ اضافی که قبلاً محاسبه شده است.

56lb = 119 * 0.55

در نتیجه، مقدار شارژ اضافی موردنیاز برابر با 65 پوند خواهد بود.