احتمالا در مطالعه و بررسی سیستم‌های تهویه مطبوع، که عمدتا از سیکل تراکمی تبرید بهره می‌برند، اصطلاحات سوپرهیت و سابکولینگ، را زیاد شنیده‌اید. این دو اصطلاح، که در واقع دو فرآیند در سیکل تبرید می‌باشند، جهت محافظت از قطعات اصلی سیکل تبرید، و همچنین کارکرد درست این سیکل به‌کار برده می‌شوند.

آشنایی با چند تعریف مهم, برای درک بهتر سیستم تبرید:

دمای اواپراتور

همان طور که گفته شد مایع مبرد در اواپراتور، با دریافت حرارت از هوا یا سیال تبخیر می‌شود. عمل تبخیر در فشار و دمای ثابتی انجام می‌شود. (البته بجز برای مبردهای زیوتروپیک). به این دمای ثابت ، دمای اواپراتور گفته می‌شود.

فشار اواپراتور

فشار ثابتی که مبرد، در اواپراتور تبخیر می‌شود، فشار اواپراتور، نام دارد. این همان فشاری است، که فشارسنج مکش نشان می‌دهد.

دمای کندانسور

گاز مبرد در کندانسور، با دفع حرارت به محیط بیرون مایع می‌شود. عمل میعان در فشار و دمای ثابتی، انجام می‌شود، (البته بجز برای مبردهای زیوتروپیک).، به این دمای ثابت، دمای کندانسور گفته می‌شود.

فشار کندانسور

فشار ثابتی که گاز مبرد در کندانسور مایع می‌شود، فشار کندانسور نام دارد. این فشار همان فشاری است، که فشارسنج تخلیه نشان می‌دهد.

دمای اشباع مایع

مقداری آب در یک ظرف را تصور کنید. هنگامی که به آب حرارت داده می‌شود، دمای آن افزایش می‌یابد، تا به 100 درجه برسد، سپس آب شروع به تبخیر می‌کند، در این هنگام دمای آب ثابت می‌ماند، به این دما دمای اشباع مایع می‌گوییم.

دمای اشباع بخار

هنگامی که دمای بخار مقداری کاهش یابد، در یک دمای ثابت شروع به میعان می‌کند، تا آنکه تمام آن مایع شود، به این دما، دمای اشباع بخار می‌گویند.

فشار اشباع

در هر فشاری، مبرد یک دمای اشباع مخصوص دارد. در جداول ترمودینامیکی، این اعداد وجود دارند.

سوپرهیت (SUPERHEAT)

سوپرهیت از نظر لغوی به معنای (فوق داغ) نقطه جوشش یا تبخیز زمانی است، که مایع با گرفتن گرما از حالت مایع به حالت گاز، یا بخار تغییر فاز می‌دهد.

این فرایند زمانی اتفاق می‌افتد، که بخار حاصل شده، با گرفتن گرمای اضافه بالاتر از دمای جوش خود، باشد.

برای مثال فرض کنید، یک مایع مبرد در دمای 40 درجه در اواپراتور تبخیر می‌شود. به طور مداوم دمای بخار مبرد افزایش داده می‌شود، تا به 50 درجه برسد. این افزایش دمای بخار بالاتر، از دمای تبخیر ماده به عنوان سوپرهیت شناخته می‌شود.

محاسبه سوپرهیت در سیکل تبرید:

در واقع فرمول محاسبه سوپرهیت، حاصل اختلاف دمای فعلی، و دمای جوشش، یا تبخیر می‌باشد.

دمای تبخیر – دمای فعلی = سوپرهیت

در این مثال سوپرهیت، معادل 10 درجه می‌باشد.

برای محاسبه میزان سوپرهیت در سیکل تبرید لازمست، نوع مبرد مشخص باشد. چرا که اندازه‌گیری سوپرهیت در مبردهای زئوتروپ، با دیگر مبردها تفاوت دارد.

برای محاسبه میزان سوپرهیت، دانستن دو پارامتر ضروریست:

• 1–دمای خروجی اواپراتور
• 2- فشار اواپراتور (فشار ساکشن)

با قرائت فشار اواپراتور، یا همان فشار مکش کمپرسور، از روی گیج LP به جدول اشباع گاز مربوطه مراجعه می‌کنیم، و دمای اشباع متناظر با آن فشار را، بدست می‌آوریم. با داشتن این دما، و اندازه‌گیری دما در خروجی اواپراتور توسط ترمومتر، می‌توان سوپرهیت را محاسبه نمود :

T_e – T_@psat = superheat

برای مثال فرض نمائید سیکل تبریدی، با مبرد در فشار مکش 60.2psi در حال کار می‌باشد. دمای خروجی اواپراتور توسط ترمومتر اندازه‌گیری شده، برابر 6 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. میزان سوپرهیت این سیکل را محاسبه نمائید.

T_e – T_@psat = superheat             6 (T_e) – 1.1 (T_@P60.2)= 4.9c

در مثال بالا، میزان سوپرهیت محاسبه شده 4.9c می‌باشد، که باتوجه به جدول (1-1)، برای کاربرد تهویه‌مطبوع عدد مناسبی می‌باشد.

اهمیت فرآیند سوپرهیت در سیکل تبرید:

فرآیند سوپرهیت در سیکل تبرید، نقش بسیار مهمی دارد، زیرا مبرد پس از تبخیر در اواپراتور، باید به‌طور کامل به حالت گاز درآمده، و سپس وارد کمپرسور شود، چرا که ورود مبرد مایع هرچند اندک، باعث خسارت و خرابی کمپرسور می‌شود.

در دستگاه‌هایی نظیر: چیلر و روفتاپ پکیج که از کمپرسورهای گرانی استفاده می‌کنند، خرابی کمپرسور می‌تواند هزینه بسیار بالایی برای استفاده‌کنندگان داشته باشد.

سابکولینگ (SUBCOOLING)

همان‌طور  که تبخیر و سوپرهیت در اواپراتور اتفاق می‌افتد، چگالش و سابکولینگ در کندانسور رخ می‌دهد.

چگالش زمانی اتفاق می‌افتد، که یک گاز گرمای خود را از دست بدهد، تا به حالت مایع درآید.

در اینجا نیز سابکولینگ یعنی: مایع زیر دمای چگالش خود، سرد شود.

برای مثال: یک مبرد با دمای تبخیر 140 درجه وارد کندانسور می‌شود.

کندانسور این مبرد گازی شکل، را تا دمای 120 درجه خنک می‌کند. (فرض کنیم 120 درجه دمای چگالش مبرد باشد).

در این دما مبرد از حالت گاز به مایع، تغییر شکل می‌دهد، اما خنک‌سازی مبرد توسط کندانسور متوقف نمی‌گردد، و برای مثال تا 105 درجه، این مبرد را خنک می‌کند.

این‌جا می‌توان گفت: 15 درجه ساب‌کولینگ اتفاق افتاده است.

اهمیت فرایند سابکولینگ در سیکل تبرید:

در یک سیکل تبرید فرآیند سابکولینگ، بسیار مهم می‌باشد، چراکه مبرد باید تماما به شکل مایع از کندانسور خارج شده، و وارد شیر‌انبساط شود.

مانند: سوپرهیت فرمول ساب‌کولینگ به شرح زیر می‌باشد:

دمای فعلی- دمای جوش = سابکولینگ

محاسبه سابکولینگ در سیکل تبرید

برای محاسبه میزان ساب‌کولینگ دانستن دو پارامتر ضروریست :

• دمای مایع خروجی کندانسور
• 2- فشار کندانسور (فشار دیسچارج)

با قرائت فشار کندانسور (فشار دیسچارج کمپرسور)، از روی گیج HP، به جدول اشباع گاز مربوطه مراجعه می‌کنیم، و دمای اشباع متناظر با آن فشار، را بدست می‌آوریم. با داشتن این دما و دمای اندازه‌گیری شده در خروجی کندانسور توسط ترمومتر، میزان ساب‌کولینگ از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

T_@psat– T_c = subcooling

برای مثال فرض نمائید: سیکل تبرید با مبردR22 در فشار کندانسور 236.1psi، در حال کار می‌باشد. دمای خروجی کندانسور توسط ترمومتر اندازه‌گیری شده، و برابر 35 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. میزان ساب‌کولینگ این سیکل را محاسبه نمائید.

T_@psat– T_c = subcooling             45 _{(T@psat )} – 35 _(Tc) = 10c

در مثال بالا میزان سابکولینگ 10درجه بدست آمده است.

در محاسبه ساب‌کولینگ، در مبردهای زئوتروپ نظیر R410,R407  ، با داشتن فشار کندانسور و مراجعه به جدول اشباع مبرد، کافیست  دمای مبرد را در Bubble Point  مشاهده کنید.