سیستم تهویه مطبوع مرکزی GHP چیست و از چه قطعاتی تشکیل شده است ؟

سیستم تهویه GHP چیست؟

دستگاه تهویه مطبوع GHP که در سال 1981 تحت عنوان پروژه ای مشترک در ژاپن توسعه داده شد به پمپ حرارتی (تراکمی) گاز سوز گفته می شود که انرژی مصرفی آن از گاز شهری تامین می شود. اساس کار تهویه GHP به این صورت است که در آن موتور احتراق درون سوز خاصی تعبیه گردیده که از انرژی گاز طبیعی جهت حرکت کمپرسورها استفاده می نماید. این موتور کم مصرف با عملکرد خود در دورهای متفاوت، مشابه اینورتر در سیستمهای الکتریکی ، بر اساس مقدار نیاز یونیت های داخلی ، دور کمپرسورهایی را که مستقیما به آن کوپل شده اند را کنترل و تغییر می دهد. سیستم GHP از طریق مبدل حرارتی ، انرژی حرارتی حاصل از گرمای موتور را به مایع مبرد منتقل کرده و در نتیجه COP پمپ حرارتی افزایش می یابد این دستگاه با بهره گیری از تمامی مزایای سیکل تراکمی و رفع تمامی محدودیت های آن، به عنوان کم مصرف ترین سیستم تهویه مطبوع شناخته می شود. یکی از نکات چشمگیر سیستم GHP تعبیه همزمان سیستم سرمایشی و گرمایشی در کنار هم و با سرعت بیشتر است، خصوصا در حالت گرمایش که حرارت حاصله از موتور را به سیکل تبرید اضافه می کند، استفاده از این حرارت که معمولا به هدر می رود، سبب می شود بر خلاف سیستم های تهویه مطبوع الکتریکی عملیات ایجاد گرمایش کاملا بهبود یابد و دستگاه نیازی به سیکل یخ زدائی نداشته باشد در فصل زمستان و در شرایط محیطی بسیار سرد، گرمایش تولید شده تهویه GHP به نحو موثری نگهداری می شود. حرارت اتلاف شده ناشی از موتور به عنوان یک منبع حرارتی ثانویه به منظور افزایش راندمان خروجی پمپ گرمایشی مورد استفاده قرار می گیرد، بنابراین کاهش راندمان سیستم برقی EHP در شرایط محیطی بسیار سرد در تهویه جی اچ پی مشاهده نمی گردد.

نحوه ی کارکرد سیستم GHP

در سیستمهای تبرید به روش تراکمی ، سیستم از دو قسمت پر فشار و کم فشار تشکیل می یابد . اجزاء سیستم عبارتند از :

اواپراتور ( تبخیر کننده یا بخش کم فشار) ، کندانسور ( مایع کننده یا بخش پر فشار ) ، کمپرسور ( جهت ایجاد فشار و متراکم کردن ) ، لوله موئی یا شیر انبساط ( جهت حفظ اختلاف فشار بین دو قسمت پر فشار و کم فشار ) .

برای ایجاد گرما در محیط داخل اتاق ، در سیکل فوق جای اواپراتور و کندانسور با همدیگرعوض میگردد که این کار با استفاده از یک عدد شیر چهار راهه برقی انجام میگیرد و گاز گرم و پرفشار خروجی از کمپرسور بجای رادیاتور یونیت بیرونی وارد رادیاتور یونیت داخلی میگردد و باعث میشود سیستم به محیط داخل حرارت داده و از محیط بیرون حرارت جذب نماید ( بعبارتی سیستم در حالت گرمایش حرارت را از محیط بیرون به محیط داخل پمپ میکند و در حالت سرمایش حرارت از محیط داخل به محیط بیرون پمپ میشود .)

ghp — در حالت گرمایش، کمپرسور که توسط موتور احتراقی به گردش در می آید، سیال مبرد را که حالت گاز دارد فشرده کرده و از طریق لوله های مسی به سمت اواپراتور که واحدی در درون یونیت داخلی است می فرستد. مبرد به شکل گاز که در اثر فشرده شدن گرم شده است، گرمای خود را از طریق کویل های پر پیچ و خم اواپراتور به فضای داخل ساختمان تزریق کرده و کم کم با از دست دادن گرمای خود در هوای محیط به مایع تبدیل می شود. این مایع بعد از انجام این فرآیند از طریق سیستم لوله کشی به کندانسور یونیت بیرونی باز می گردد و از یک شیر انبساط می گذرد و به سرعت در دمای محیط شروع به تبخیر شدن می کند و دوباره بعد از عبور از کویل های کندانسور و تبادل حرارت با هوایی که توسط فن های یونیت بیرونی از روی کویل های کندانسور دمیده شده است، به حالت گاز تبدیل شده و وارد کمپرسور می شود تا سیکل فوق مجددا تکرار شده و پیوسته عمل گرمادهی انجام شود.

با شروع بکار کمپرسور GHP گاز مبرد از قسمت کم فشار وارد کمپرسور شده و در این ناحیه ایجاد خلاء نسبی مینماید ( این خلاء نسبی میباشد و در مقایسه با حالت تعادل ( حالت خاموش بودن کمپرسور ) فشار پائین تری دارد هرچند در مقایسه با فشار محیط بیرون ( فشار اتمسفری ) دارای فشار بیشتری است .) . گاز ورودی به کمپرسور فشرده شده ودر نتیجه گرم میشود و به سوی کندانسور حرکت میکند . این گاز در کندانسور با استفاده از حرکت اجباری هوا ( فن یونیت بیرونی ) و رادیاتور ( کندانسور ) حرارت خود را به محیط داده و خنک میشود . گاز پر فشار و کم حرارت حاصل به مایع تبدیل میشود و بسوی اواپراتور حرکت میکند . این گاز قبل از ورود به اواپراتور از سیستم ایجاد اختلاف فشار ( لوله موئی یا شیر انبساط ) عبور کرده و وارد اواپراتور میگردد . در صورت عدم استفاده از سیستم ایجاد اختلاف فشار ، فشار کل نقاط سیستم با هم یکی شده و عملاً تبخیر و میعان نخواهیم داشت . مبرد مایع شده ورودی به اواپراتور به دلیل پائین بودن فشار در ناحیه اواپراتور تبخیر شده و با جذب حرارت نهان تبخیر از محیط داخل اتاق ، ایجاد برودت مینماید . مبرد تبخیر شده مجدداً به داخل کمپرسور مکش شده و سیکل فوق تکرار میگردد .

قطعات داخلی یونیت بیرونی دستگاه تهویه GHP

1- کمپرسور

کمپرسورها از جمله مهمترین اجزای تشکیل دهنده یک سیستم تهویه مطبوع هستند، عملکرد کمپرسور در یک دستگاه تهویه نقش بسیار مهمی روی سایر اجزای آن سیستم نیز دارد، وظیفه کمپرسور فشرده سازی گاز مبرد می باشد

به لحاظ کارکرد می توان کمپرسورها را به دو دسته بندی کرد :

1- دور ثابت : عملکرد کمپرسور دور ثابت دو حالته است، بدین معنی که یا در حال کارکرد با یک دور یکنواخت می باشد و یا خاموش است، عیب کمپرسور با این ساختار استهلاک بالا و عمر مفید کوتاهتر به نسبت کمپرسور دور متغیر است

2 – دور متغیر : کمپرسور دور متغیر به میزان تقاضای بار، دور خود را تغییر می دهد این فرآیند به معنای واقعی اینورتر نام دارد؛ کمپرسورهای موجود در سیستم GHP دو عدد از نوع اسکرال هستند که به وسیله کلاچ به نوبت وارد مدار می شوند

2- اکومولاتور

این قطعه قبل از ورودی کمپرسور قرار گرفته و وظیفه جلوگیری از ورود مبرد مایع به داخل کمپرسور را بر عهده دارد

3- اویل سپراتور

گاز خروجی کمپرسور همیشه همراه با روغن است، این قطعه روغن را از گاز جدا نموده و گاز با خلوص بالا را عبور می دهد 4- مبدل پلیتی

این قطعه فقط روی حالت گرمایش سیستم کاربرد دارد، وظیفه آن انتقال دمای آب داغ به گاز مبرد، به منظور کمک به سیکل گرمادهی می باشد 5- مبدل حرارتی

دفع دمای اگزوز بوسیله گردش آب سرد در حالت سرمایش، و کمک به سیکل گرمادهی در حالت گرمایش 6- مافلر (منبع)

اگزوز به دلیل ساختار مارپیچ گونه داخل این قطعه، سطح صدای خروجی اگزوز به شکل چشمگیری کاهش می یابد 7- ساب کولر

این قطعه بعد از کندانسور تعبیه گردیده و وظیفه عبور ماده مبرد بصورت مایع با خلوص بالا، به سمت شیر انبساط را بر عهده دارد 8- پمپ روغن بیرونی

این قطعه به منظور تسریع فرآیند چرخش روغن موتور در سیکل، جدا از پمپ روغن داخلی موتور تعبیه گردیده است

9- شیر سه طرفه

دو عدد از این قطعه در سیستم GHP تعبیه شده که یکی عملکردی مشابه ترموستات داشته و دیگری تعیین می کند فرآیند کاهش دما توسط آب، در کدام قسمت (بین رادیاتور و مبدل پلیتی) اولویت بیشتری دارد

10- مخزن روغن موتور

مخزن 40 لیتری روغن موتور + گالن 4 لیتری رزرو

11- رگولاتور

گاز تثبیت کننده جریان گاز ورودی شهری

اجزای پنل داخلی تهویه GHP

اولین جزء پنل داخلی برد الکترونیکی یا PCB می باشد که به همراه ترانس تقلیل ولتاژ ( معمولاً 1 الی 4 ولتاژ متفاوت برای قسمتهای مختلف برد ) و ترمینال ارتباطی ( جهت برق ورودی به سیستم و ارتباط با یونیت بیرونی و ارتباط با ریموت کنترل در سیستمهای ریموت کنترل با سیم ) و چشمی گیرنده امواج ارسالی از ریموت کنترل (در سیستمهائی که از ریموت کنترل بدون سیم استفاده میکنند) و صفحه نشانگر یا چراغ سیگنال (معمولاً در سیستمهای ساده بجای صفحه نشانگر از یک سری چراغ سیگنال ( LED ) با رنگهای مختلف برای نشان دادن برخی از اطلاعات از جمله متصل بودن سیستم به منبع تغذیه ( برق 220 ولت) ، فعال بودن سیستم ، فعال بودن تایمر و برخی از کدهای خطا ( با چشمک زدن برخی از چراغها به تعداد خاص و فواصل زمانی خاص ) ، استفاده میشود . در سیستمهای جدید بجای استفاده از چراغ سیگنال از یک صفحه نشانگر از نوع LCD یا VFD که میتوانند اطلاعات را بطور رساتر و کامل تر به نمایش گذارند استفاده میشود .)
الکتروموتور و فن مربوطه جهت به حرکت در آوردن هوا دومین جزئ از اجزای اصلی پنل داخلی می باشد .
انواع فیلترهای میکرونیزه گردگیر و آنتی باکتریال و ضد بو و … جهت تصفیه هوا .
لامپ UV که در پنل داخلی سیستم تهویه GHP تعبیه شده است .این لامپ بطور انتخابی و در برخی از ایندور یونیت های مدرن مورد استفاده قرار میگیرد و با استفاده از روش پلاسما اشعه ماوراء بنفش تولید میکند . اشعه ماوراء بنفش دارای سه طیف میباشد که یک طیف آن که بطور انتخابی تولید میگردد خاصیت گند زدائی داشته و در تصفیه آب و همچنین تصفیه هوا مورد استفاده قرار میگیرد . در این روش بجای استفاده از فیلترهای مرسوم آنتی باکتریال و یا سیستم نانو سیلور از اشعه برای حذف موجودات ریز مضر معلق در هوای داخل اتاق استفاده میگردد . ( چنانچه بخواهیم از این لامپ در سیستم استفاده نمائیم بایستی در ریموت کنترل سیستم GHP نیز گزینه ای برای فعال کردن این لامپ ایجاد نموده و با انتخاب کاربر این سیستم را فعال نمائیم .
استپ موتور و دریچه خروج هوا جهت تغییر مسیر و توزیع مناسب هوای خروجی از سیستم که در پنل داخلی سیستم GHP کاربرد زیادی دارد. معمولاً یک عدد استپ موتور جهت تغییر مسیر عمودی هوا مورد استفاده قرار می گیرد . اگر بخواهیم توزیع هوا در جهت افقی نیز با استپ موتور باشد ، دو عدد استپ موتور مورد نیاز خواهد بود .
شیر انبساط ( expansion valve )

سیستمهائی که از شیر انبساط ( expansion valve ) برای حفظ اختلاف فشار استفاده میکنند میتوانند از حالت ظرفیت متغییر برای یونیت داخلی بنحو مطلوبتری در مقایسه با سیستم لوله موئی استفاده کنند . در این حالت نیز تغییرات دور فن میتواند در تغییر ظرفیت به مقدار کمی ( حداکثر 15% ) موثر باشد . اما تاثیر اصلی را شیر انبساط با قابلیت تغییر و تنظیم دبی ( مقدار گذر حجمی ) سیال مبرد عبوری از رادیاتور یونیت داخلی ، دارا میباشد . مکانیزم این شیر بگونه ای است که با استفاده از یک عدد استپ موتور میتواند سطح مقطع مجرای عبور سیال مبرد و در نتیجه دبی سیال و بعبارتی ظرفیت سیستم را تنظیم نماید . فرمان استپ موتور شیر فوق با استفاده از اطلاعات سنسورهای دمای محیط ( دمای هوای ورودی به یونیت داخلی و دمای هوای خروجی از آن ) و سنسورهای دمای لوله ( دمای لوله حامل سیال مبرد ورودی به یونیت داخلی و دمای لوله حامل سیال مبرد خروجی از یونیت داخلی ) و دمای خواسته شده ( set point ) توسط مصرف کننده ، تنظیم و ارسال میگردد . بعبارت دیگر برد الکترونیکی یونیت داخلی با آنالیز اطلاعات فوق و بهره گیری از یک سیستم کنترلی مناسب دمای محیط را در محدوده دمای خواسته شده بطور یکنواخت ( با نوسان بسیار جزئی در محدوده نیم درجه سانتیگراد ) و بدون خاموش و روشن کردن متناوب و پله ای سیستم ، کنترل میکند .

برای ایجاد اختلاف فشار در سیستمهای ظرفیت ثابت با کنترل دمای پله ای از لوله موئی استفاده میشود که این لوله موئی یک قطعه لوله مسی با سطح مقطع بسیار کم ( در مقایسه با لوله های منتقل کننده سیال مبرد ) میباشد ( حدود 0.8 mm الی 2.5 mm) که باعث میشود سیال در ناحیه ورودی به لوله موئی پر فشار باقی بماند .

سیستمهائی که از لوله موئی برای حفظ اختلاف فشار استفاده میکنند ظرفیت دستگاه تقریباً ثابت بوده و تنها با استفاده از تغییر دور فن ( در حالت انتخاب دور فن اتوماتیک ) میتوان ظرفیت را تغییر داد. بنابراین سیستم تا رسیدن دما به نقطه تنظیمی ( set point ) یکسره کار کرده و پس از حصول دمای خواسته شده خاموش میشود و با دور شدن مجدد دمای محیط از دمای خواسته شده ( set point ) سیستم مجدداً شروع بکار میکند . در سیستمهای الکتریکی ( کمپرسور با الکتروموتور ) جهت ایجاد تعادل فشاری بین قسمت پر فشار و کم فشار باید تاخیر زمانی ( حدود 3 دقیقه ) در نظر گرفته شود (با توجه به این که الکتروموتور کمپرسور از نوع روتوری بوده و قادر به اعمال گشتاور زیاد جهت شروع بکار در حالتهای غیر متعادل ( قسمت تخلیه کمپرسور پرفشار و قسمت مکش کم فشار باشد ) نمیباشد . بنابراین برد الکترونیکی ( PCB ) این کولرها طوری برنامه ریزی میشود که کمپرسور پس از روشن شدن ، حداقل 3 دقیقه روشن بماند و پس از خاموش شدن ، حد اقل 3 دقیقه خاموش باقی بماند . این مکانیزم باعث میشود کنترل دمای محیط بصورت پله ای انجام گیرد . ( بعنوان مثال اگر در این سیستم دمای خواسته شده ( set point ) 27 درجه سانتیگراد باشد . در عمل دما محیط بین 25 تا 29 درجه متغیر خواهد بود ) .

7. فلوتر و پمپ درین ، با توجه به این که عمل سرمایش در یونیت داخلی تهویه GHP همراه با تعریق بر روی فن های رادیاتور صورت می گیرد ، لازم است آب میعان شده به نحوی از سیستم تخلیه شده و به محیط بیرون منتقل شود . در سیستم تهویه مطبوع انواع مختلفی از پنل داخلی مورد استفاده قرار میگیرند که اهم آنها عبارتند از : مدل دیواری ( که برروی دیوار نصب میشوند ) ، مدل کاستی ( که در سقف کاذب نصب میشوند ) ، مدل داکتی ( که در داخل سقف کاذب یا داکت نصب شده و قابلیت اتصال به کانال را دارند ) ، مدل استند ( که بر روی کف زمین قرار میگرند ) و… . در برخی از این ایندور یونیتها ، آب میعان شده در اثر نیروی ثقل زمین تخلیه شده و با لوله به بیرون از محیط داخلی منتقل میشوند ( مانند مدلهای دیواری و استند) . ولی برخی از مدلها بدلیل نحوه خاص نصب شان ( بعنوان مثال در داخل سقف کاذب و در فواصل طولانی نمیتوان شیب لازم برای حرکت آب میعان شده را در داخل لوله ایجاد کرد ) نیاز به یک نیروی محرکه جهت تخلیه آب میعان شده دارند . این نیروی محرکه توسط یک پمپ کوچک تامین میگردد . برای این که بتوان زمان فعال بودن این پمپ را مشخص کرد از یک فلوتر جهت اندازه گیری حجم ( ارتفاع ) آب موجود در حوضچه درین یونیت داخلی استفاده میشود . بعبارتی هنگامی که سطح آب حوضچه درین از یک حد مشخصی فراتر رود میکروسوئیچ فلوتر فعال شده و پمپ درین شروع بکار میکند . پس از فعال شدن پمپ و پائین آمدن سطح آب از یک حد معیین شده ، میکروسوئیچ فلوترغیر فعال شده و باعث خاموش شدن پمپ میشود . ( معمولاً در ایندور یونیتهای مدل کاستی و داکتی از پمپ درین استفاده میشود )

8.رادیاتور ، که متشکل از یک مجموعه چند لایه از لوله های مسی ( با قطر داخلی 6 mm یا 8 mm ) میباشد . این مجموعه لوله مسی برای افزایش انتقال حرارت از سیال مبرد به سطح داخلی لوله مسی ، از داخل دارای شیارهای مارپیچی ( مانند خان لوله تفنگ ) و جهت افزایش انتقال حرارت بین سطح خارجی لوله مسی با هوا ، دارای پره های چاکدار آلومینیومی ( فین ) میباشد که معمولاً این پره ها با لایه از مواد هیدروفیل ( جهت تسهیل حرکت وتخلیه آب میعان شده در حالت سرمایش از روی فین ) پوشش داده میشود .