احتمالاً هنگام مطالعه و بررسی سیستم‌های تهویه مطبوع که عمدتاً از سیکل تراکمی تبرید استفاده می‌کنند، با اصطلاحات سوپرهیت و سابکولینگ مواجه شده‌اید. این دو اصطلاح به دو فرآیند در سیکل تبرید اشاره دارند که برای محافظت از قطعات اصلی و تضمین عملکرد صحیح سیستم به‌کار می‌روند.

آشنایی با چند تعریف مهم برای درک بهتر سیستم تبرید:

دمای اواپراتور

همان‌طور که توضیح داده شد، مایع مبرد در اواپراتور با دریافت حرارت از هوا یا سیال تبخیر می‌شود. تبخیر در فشار و دمای ثابتی انجام می‌شود (به‌جز برای مبردهای زیوتروپیک). به این دمای ثابت، دمای اواپراتور می‌گویند.

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 ۱۰۰ 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 و سابکولینگ

سوپرهیت (SUPERHEAT)

به معنای “فوق داغ” است و به نقطه‌ای اشاره دارد که مایع با دریافت گرما از حالت مایع به حالت گاز یا بخار تغییر فاز می‌دهد. این فرآیند زمانی رخ می‌دهد که بخار به دلیل دریافت گرمای اضافی، دمایی بالاتر از دمای جوش خود پیدا کند.

برای مثال، فرض کنید مایع مبرد در دمای ۴۰ درجه در اواپراتور تبخیر می‌شود. سپس دمای بخار مبرد به‌طور مداوم افزایش می‌یابد تا به ۵۰ درجه برسد. این افزایش دمای بخار بالاتر از دمای تبخیر، به‌عنوان سوپرهیت شناخته می‌شود.

محاسبه سوپرهیت در سیکل تبرید:

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

دمای تبخیر – دمای فعلی = سوپرهیت

در این مثال سوپرهیت، معادل ۱۰ درجه می‌باشد.

برای محاسبه میزان  لازم است، نوع مبرد مشخص باشد. چرا که اندازه‌گیری آن در مبردهای زئوتروپ، با دیگر مبردها تفاوت دارد.

برای محاسبه میزان سوپرهیت، دانستن دو پارامتر ضروریست:

• ۱–دمای خروجی اواپراتور
• ۲- 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 ۶۰٫۲psi در حال کار می‌باشد. دمای خروجی اواپراتور توسط ترمومتر اندازه‌گیری شده، برابر ۶ درجه سانتی‌گراد می‌باشد. میزان سوپرهیت این سیکل را محاسبه نمائید.

T_e – T_@psat = superheat             ۶ (T_e) – ۱٫۱ (T_@P60.2)= 4.۹c

در مثال بالا، میزان سوپرهیت محاسبه شده ۴٫۹c می‌باشد، که باتوجه به جدول (۱-۱)، برای کاربرد تهویه‌مطبوع عدد مناسبی می‌باشد.

اهمیت فرآیند سوپرهیت در سیکل تبرید:

این فرایند، 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 ۱۴۰ درجه وارد کندانسور می‌شود.

کندانسور این مبرد گازی شکل، را تا دمای ۱۲۰ درجه خنک می‌کند. (فرض کنیم ۱۲۰ 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 ۱۰۵ درجه، این مبرد را خنک می‌کند.

این‌جا می‌توان گفت: ۱۵ درجه سابکولینگ اتفاق افتاده است.

اهمیت فرایند در سیکل تبرید:

در یک سیکل تبرید این فرآیند، 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 دانستن دو پارامتر ضروریست :

• دمای مایع خروجی کندانسور
• ۲- 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 ۲۳۶٫۱psi، در حال کار می‌باشد. دمای خروجی کندانسور توسط ترمومتر اندازه‌گیری شده، و برابر ۳۵ درجه سانتی‌گراد می‌باشد. میزان سابکولینگ این سیکل را محاسبه نمائید.

T_@psat– T_c = subcooling             ۴۵ _{(T@psat )} – ۳۵ _(Tc) = ۱۰c

در مثال بالا میزان سابکولینگ ۱۰درجه بدست آمده است.

در محاسبه این فرآیند، 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.

نتیجه‌گیری:

در نهایت، فرآیندهای سوپرهیت و سابکولینگ نقش اساسی در بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع دارند. سوپرهیت به‌طور مؤثر از آسیب به کمپرسور جلوگیری می‌کند و سابکولینگ اطمینان می‌دهد که مبرد به‌طور کامل مایع شده و برای ورود به شیر انبساط آماده است. آگاهی از این مفاهیم و توانایی محاسبه دقیق آن‌ها به بهبود کارایی، کاهش هزینه‌ها و افزایش عمر مفید تجهیزات کمک می‌کند. بنابراین، استفاده از تخصص مهندسان تأسیسات برای تنظیم و نگهداری صحیح این سیستم‌ها بسیار مهم است.