شیر انبساط یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع است که نقش مهمی در کنترل جریان مبرد و تنظیم فشار و دما دارد. این شیر با کاهش فشار مبرد از حالت مایع به حالت بخار، باعث کاهش دمای آن و جذب حرارت از محیط می‌شود. این فرآیند در نهایت منجر به خنک‌سازی فضای مورد نظر می‌گردد. به‌عبارت دیگر، شیر انبساط به عنوان یک تنظیم‌کننده عمل می‌کند که جریان مبرد را متناسب با نیاز سیستم تغییر می‌دهد و عملکرد بهینه آن را تضمین می‌کند.
انواع مختلفی از شیرهای انبساط وجود دارند که بسته به نیاز و نوع سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، شیر انبساط حرارتی، شیر انبساط الکترونیکی و شیر انبساط فشار ثابت از جمله انواع رایج این دستگاه‌ها هستند. هر کدام از این شیرها ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند. به‌عنوان مثال، شیر انبساط حرارتی با استفاده از حسگر دما و فشار، جریان مبرد را به‌صورت دقیق تنظیم می‌کند، در حالی که شیر انبساط الکترونیکی با استفاده از کنترل‌های الکترونیکی امکان تنظیم دقیق‌تر و بهینه‌تر را فراهم می‌آورد. انتخاب نوع مناسب شیر انبساط بسته به شرایط و نیازهای سیستم می‌تواند به بهبود عملکرد و افزایش کارایی آن منجر شود.
هدف استفاده از شیر انبساط در سیکل تبرید تنظیم ميزان مبرد ورودی به کمپرسور و کاهش میزان فشار مبرد می‌باشد. در ابتدا به توضیح عملکرد کلی شیر انبساط فارغ از نوع آن با یک مثال در سیستم می‌پردازيم:
فرض کنید که یک دستگاه داکت اسپلیت به ظرفیت هوا دهی 48000 Btu/hr با توجه به محاسبات بار از نرم افزار HAP برای یک فضا با کاربری ورزشی و با فرض حضور 10 نفر در نظر گرفته شده است. حال اگر در ساعت غیر پیک باشیم که تعداد نفرات کمتر است، بار فضا از ظرفیت انتخابی دستگاه کمتر خواهد بود. در اینجاست که مفهوم شیر انبساط نمود پیدا می‌کند.
با توجه به اینکه تمامی تجهیزات سیکل تبرید بر اساس ظرفیت 48000 Btu/hr انتخاب شده، بنابراین در شرایط غیر پیک تمامی تجهیزات در حالت Over Design خواهد بود و می‌بایست بر مبنای شرایط کارکرد، این مسئله برای سیستم قابل فهم شود.
از آنجایی که وظیفه اواپراتور در سیکل، جذب گرمای محیط می‌باشد، در شرایطی که در پیک بار نباشیم، اواپراتور گرمای کمتری جذب کرده و دمای مبرد خروجی از اواپراتور کمتر خواهد بود و احتمال ورود مبرد مایع به کمپرسور وجود دارد. چرا که سطح کویل اواپراتور برای جذب گرما ثابت بوده ولی میزان گرمای جذب شده توسط اواپراتور در حالت غیر پیک کمتر می‌باشد. پس باید میزان مبرد کمتری ارسال شود که اواپراتور با جذب گرمای محیط (در حالت غیر پیک) مبرد را به حالت سوپر هیت رسانده و مبرد در حالت سوپر هیت وارد کمپرسور شود. تنظیم میزان مبرد ارسالی توسط شیر انبساط انجام می‌شود.
شير انبساط بر روی لوله مایع مبرد قبل از اواپراتور نصب می‌شود. متداول‌ترین انواع شير انبساط عبارتند از:
- لوله مویین
- شير انبساط خودكار
- شير انبساط ترموستاتیک
- شير انبساط الكترونیکی
مطالب مرتبط: ظرفیت سنجی در تهویه مطبوع خانگی
لوله مويين
لوله مویین، ساده‌ترین کنترل‌کننده ماده مبرد است. این لوله با طول زیاد و قطر خیلی کم ساخته می‌شود و معمولاً بین کندانسور و اواپراتور قرار می‌گیرد. به علت مقاومت اصطکاک زیاد ناشی از طول زیاد و قطر کم، لوله مویین در مقابل جریان مبرد از کندانسور به اواپراتور مقاومت نمایانده و با کنترل دبی مبرد عبوری، اختلاف فشار مابین آن دو را در حد لازم نگه می‌دارد.
اگر مقاومت لوله به گونه‌ای باشد که ظرفیت جریان آن بیشتر یا کمتر از ظرفیت پمپاژ کمپرسور در شرایط طراحی باشد، سیستم در غیر از شرایط طراحی به تعادل خواهد رسید. به عنوان مثال، اگر مقاومت لوله مویین خیلی زیاد باشد (لوله بلند و یا قطر آن کم)، حجم لوله مویین برای عبور مبرد مایع از کندانسور به اواپراتور از ظرفیت پمپاژ کمپرسور در شرایط طراحی کمتر خواهد بود. در این صورت، اواپراتور از مبرد خالی شده و مایع اضافی در قسمت تحتانی کندانسور در ورودی لوله مویین جمع می‌شود. خالی شدن اواپراتور باعث کاهش فشار مکش شده و جمع شدن مایع در کندانسور به دلیل کاهش سطح تقطیر آن، موجب افزایش درجه حرارت تقطیر می‌شود. اثر مقاومت خیلی زیاد لوله مویین در مقابل جریان مبرد، کاهش فشار مکش و افزایش فشار تقطیر را در پی خواهد داشت. در نتیجه، ظرفیت کمپرسور در غیر از شرایط طراحی کمتر از ظرفیت طراحی آن خواهد بود.
اواپراتورهایی که با لوله مویین کار می‌کنند، برای جلوگیری از برگشت مایع به کمپرسور در لحظه راه‌اندازی، امکان جمع‌آوری مبرد مایع را فراهم می‌سازند. به این منظور، در خروجی اواپراتور، محفظه‌ای به نام “آکومولاتور” قرار می‌دهند تا در صورت خروج مایع از اواپراتور، مایع به تله افتاده و به آرامی تبخیر شود.
شیر انبساط خودکار
شیر خودکار، با توجه به تغییرات بار تبرید، مقدار مبرد ورودی به اواپراتور را تنظیم می‌کند و فشار آن را در حد ثابتی نگه می‌دارد. این خاصیت از مقابله دو نیروی مخالف (فشار اواپراتور و فشار فنر) ناشی می‌شود. در هنگام کار کمپرسور، شیر با تعادل فشار اواپراتور و فنر، جریان مبرد را به اواپراتور ارسال می‌کند. همچنین، در زمان خاموشی کمپرسور، تبخیر مبرد در اواپراتور ادامه می‌یابد و فشار اواپراتور همواره از فشار فنر بیشتر است. با روشن شدن کمپرسور، فشار اواپراتور به کمتر از فشار فنر کاهش می‌یابد و شیر باز می‌شود تا تعادل مجدد بین فشارها برقرار شود.
شیر انبساط خودکار یک قطعه در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع است. این شیر از اجزای زیر تشکیل شده است:
- سوزن و نشیمنگاه: برای کنترل جریان مبرد ورودی به اواپراتور
- دیافراگم فشار: جلوگیری از تغییر فشار در اواپراتور
- فنر: با تنظیم فشار آن، شیر را در حالت تعادل نگه می‌دارد
- صافی در ورودی شیر: برای جلوگیری از ورود مواد خارجی و انسداد شیر
مزایا:
- کنترل دقیق: شیر انبساط الکترونیکی دارای دقت بالایی است و خطای آن به حداقل می‌رسد.
- کاهش مصرف انرژی: استفاده از شیر انبساط الکترونیکی منجر به کاهش مصرف انرژی می‌شود.
- کنترل دما و فشار: این شیر با کاهش فشار مبرد، دمای مایع را کنترل می‌کند و به تبخیر مبرد در اواپراتور کمک می‌کند.
معایب:
-
قیمت بالا: شیر انبساط الکترونیکی هزینه‌ی بیشتری نسبت به نسخه‌های ترموستاتیکی دارد.
-
پیچیدگی نصب و تعمیر: نصب و تعمیر شیر انبساط الکترونیکی نیازمند تخصص فنی بیشتری است.
-
کم‌راندمان بودن: شیرهای انبساط خودکار نسبت به سایر کنترل‌کننده‌های مبرد، کم‌راندمان‌تر هستند. این مشکل به دلیل ثابت بودن فشار در شیرها بوجود می‌آید. در نتیجه، ظرفیت و راندمان سیستم تبرید محدود می‌شود و نمی‌توان به ظرفیت‌های بالاتر دست یافت.
-
تنظیم دمای شیر: به دلیل ثابت بودن فشار در شیرهای انبساط خودکار، تنظیم دمای مورد نیاز اواپراتور برای کمترین درجه حرارت مشکل است. این موضوع می‌تواند منجر به کاهش ظرفیت و راندمان کمپرسور شود.
-
عدم تطابق با کنترل‌کننده فشار کم: شیرهای انبساط خودکار نمی‌توانند همراه با کنترل‌کننده فشار کم استفاده شوند. این به دلیل ثابت بودن فشار در طول سیکل کاری سیستم است و کنترل‌کننده فشار کم نمی‌تواند به تغییرات فشار اواپراتور در طول سیکل پاسخ دهد.
به طور کلی، انتخاب نوع شیر انبساط باید با توجه به نیازهای سیستم و محیط مورد استفاده انجام شود. این شیرها هر کدام مزایا و معایب خود را دارند و باید با دقت انتخاب شوند.
مطالب مرتبط: IoT و کاربرد آن در صنعت HVAC
شیر انبساط ترموستاتیک
شیر انبساط ترموستاتیک (Thermostatic Expansion Valve یا TEV) یکی از قطعات اصلی سیستم‌های سرمایشی است که وظیفه کنترل جریان مبرد به داخل اواپراتور را بر عهده دارد. این شیر با تنظیم میزان مبرد وارد شده به اواپراتور، دما و فشار آن را تنظیم کرده و از این طریق عملکرد بهینه سیستم را تضمین می‌کند.
عملکرد این شیر بر اساس تغییرات دمای گاز خروجی از اواپراتور و فشار بخار مبرد است. زمانی که دمای گاز خروجی افزایش می‌یابد، فشار در بالن حرارتی زیاد شده و دیافراگم را به پایین فشار می‌دهد، در نتیجه سوزن شیر بیشتر باز می‌شود و مقدار بیشتری مبرد وارد اواپراتور می‌شود. اگر دما کاهش یابد، عکس این فرآیند رخ می‌دهد.
- دیافراگم (Diaphragm): دیافراگم در بالای شیر قرار دارد و به کمک نیروی حاصل از فشار گاز داخل بالن حرارتی و فشار مبرد از سمت اواپراتور، موقعیت سوزن شیر را کنترل می‌کند.
- بالن حرارتی (Sensing Bulb): یک سنسور دما است که در انتهای خروجی اواپراتور نصب می‌شود. این بالن با مایع یا گاز پر شده و دمای گاز خروجی از اواپراتور را اندازه‌گیری می‌کند. تغییرات دما باعث تغییر فشار در داخل بالن می‌شود و این تغییرات فشار به دیافراگم منتقل می‌شود.
- لوله مویین (Capillary Tube): این لوله بین بالن حرارتی و شیر قرار دارد و وظیفه انتقال فشار از بالن به دیافراگم را بر عهده دارد.
- سوزن شیر (Valve Needle): این قطعه جریان مبرد را کنترل می‌کند. موقعیت آن با تغییرات فشار دیافراگم تغییر می‌کند و این تغییرات باعث باز یا بسته شدن شیر می‌شود.
- فنر (Spring): فنر در زیر دیافراگم قرار دارد و به عنوان یک مقاومت مکانیکی عمل می‌کند. این فنر به تنظیم میزان باز شدن سوزن شیر کمک می‌کند.
مزایا:
- کنترل دقیق دما: شیر انبساط ترموستاتیک می‌تواند مقدار مبرد را به‌طور دقیق کنترل کند که باعث عملکرد بهینه سیستم می‌شود.
- کاهش مصرف انرژی: به دلیل عملکرد بهینه و کنترل دقیق مبرد، این شیر به کاهش مصرف انرژی کمک می‌کند.
- افزایش طول عمر سیستم: با کنترل دقیق دما و فشار، فرسایش قطعات سیستم سرمایشی کاهش می‌یابد.
معایب:
-
پیچیدگی تنظیمات: تنظیم دقیق این شیر نیاز به دانش فنی دارد و اگر به درستی تنظیم نشود، ممکن است عملکرد سیستم مختل شود.
-
حساسیت به شرایط محیطی: تغییرات شدید دما و فشار ممکن است بر عملکرد شیر تأثیر بگذارد.
-
هزینه بالا: قیمت بالاتر این شیر نسبت به سایر انواع شیرهای انبساط.
شیر انبساط الکترونیکی
شیر انبساط الکترونیکی (Electronic Expansion Valve یا EEV) یکی از انواع شیرهای انبساط است که در سیستم‌های سرمایشی و تهویه مطبوع به کار می‌رود. این شیر با استفاده از سیگنال‌های الکترونیکی کنترل می‌شود و بر اساس نیاز سیستم، جریان مبرد را به‌صورت دقیق تنظیم می‌کند. این نوع شیر نسبت به شیرهای انبساط ترموستاتیک عملکرد دقیق‌تر و واکنش سریع‌تری دارد.
شیر انبساط ترموستاتیک از اجزای زیر تشکیل شده است:
- محرک الکترونیکی (Electronic Actuator): این بخش مسئول کنترل باز و بسته شدن شیر است. محرک الکترونیکی می‌تواند از نوع استپر موتور (Stepper Motor) یا محرک‌های الکترومغناطیسی باشد. این محرک به سیگنال‌های الکترونیکی که از واحد کنترل مرکزی (کنترلر) ارسال می‌شود، پاسخ می‌دهد.
- سنسور دما (Temperature Sensor): این سنسور دمای ورودی و خروجی اواپراتور را اندازه‌گیری می‌کند. اطلاعات به دست آمده به کنترلر ارسال می‌شود تا بر اساس آن تصمیم‌گیری برای تنظیم جریان مبرد انجام شود.
- سنسور فشار (Pressure Sensor): سنسور فشار وظیفه اندازه‌گیری فشار مبرد در نقاط مختلف سیستم (مثل ورودی یا خروجی اواپراتور) را دارد. این داده‌ها نیز به کنترلر ارسال می‌شود.
- کنترلر الکترونیکی (Electronic Controller): کنترلر مغز متفکر سیستم است که اطلاعات دریافتی از سنسورها را پردازش می‌کند و بر اساس آن، دستورات لازم را به محرک الکترونیکی می‌فرستد تا موقعیت شیر را تنظیم کند. کنترلر می‌تواند بر اساس الگوریتم‌های پیچیده کار کند و عملکرد سیستم را بهینه کند.
- سوزن شیر (Valve Needle): سوزن شیر توسط محرک الکترونیکی کنترل می‌شود و میزان باز یا بسته شدن شیر را تنظیم می‌کند. موقعیت سوزن شیر، جریان مبرد ورودی به اواپراتور را کنترل می‌کند.
- عملکرد شیر انبساط الکترونیکی: شیر انبساط الکترونیکی بر اساس داده‌های ورودی از سنسورها و دستورات کنترلی که از کنترلر دریافت می‌کند، موقعیت سوزن شیر را به‌صورت پیوسته تغییر می‌دهد. این شیر می‌تواند به‌طور دقیق و در زمان واقعی به تغییرات دما و فشار پاسخ دهد و میزان مبرد ورودی به اواپراتور را بهینه‌سازی کند.
مزایا:
- کنترل دقیق‌تر: دقت بالای شیر انبساط الکترونیکی به بهینه‌سازی بیشتر عملکرد سیستم و افزایش راندمان انرژی کمک می‌کند.
- واکنش سریع: تغییرات لحظه‌ای در شرایط سیستم به‌سرعت توسط این شیر اعمال می‌شود، که عملکرد پایدارتر و کنترل بهتر دما را فراهم می‌کند.
- انعطاف‌پذیری بیشتر: امکان برنامه‌ریزی و تنظیمات پیشرفته‌تر نسبت به شیرهای مکانیکی.
- افزایش عمر تجهیزات: کنترل دقیق فشار و دما به کاهش فرسایش و استهلاک قطعات کمک می‌کند.
معایب:
- پیچیدگی و هزینه: سیستم‌های الکترونیکی پیچیده‌تر و گران‌تر هستند و نیاز به نصب و نگهداری تخصصی دارند.
- نیاز به برق: عملکرد این شیرها وابسته به تأمین برق است، که ممکن است در صورت قطع برق عملکرد سیستم مختل شود.
- حساسیت به عوامل محیطی: این شیرها ممکن است به نویز الکترونیکی و تغییرات دما یا رطوبت حساس باشند.
متخصصین تهویه مطبوع شرکت مهندسی و مشاوره صنایع مبتکران گلدیران به شما کمک می کنند تا کیفیت هوای داخل منزل یا محل کار خود را بهبود بخشید و خانواده خود را راحت تر و ایمن تر کنید. فرقی نمی کند که به دنبال یک تصفیه کننده هوا هستید یا یک سیستم تهویه مطبوع، ما اینجا هستیم تا در هر مرحله از این فرآیند به شما کمک کنیم.
با تکمیل فرم مشاوره خرید آنلاین یا تماس با شرکت مهندسی و مشاوره صنایع مبتکران گلدیران می توانید از خدمات مشاوره رایگان ما بهره مند شوید.
بدون دیدگاه