پایان نامه مکانیک تهويه مطبوع و صنايع مرتبط به آن

پيشگفتار :
مهندسي مکانيک امروزه در برگيرنده طيف وسيعي از صنعت است که تهويه مطبوع يکي از شاخه هاي مهم آن مي باشد .
پيشرفتهايي که تا کنون در تهويه مطبوع و صنايع مرتبط به آن ، مخصوصا در کشورهاي مترقي و صنعتي حاصل شده ، بيش از پيش اهميت بخش مهندسي مکانيک در حرارت و سيالات را نمايان ساخته است .
استفاده از سيستم هايي با هزينه نصب و راهبري پايين و مصرف انرژي کم و ارزان قيمت از جمله خواسته هاي اوليه کليه استفاده کنندگان سيستم هاي تهويه مطبوع مي باشد که سازندگان بزرگ اين صنعت با استفاده از فن آوري هاي پيشرفته روز در تلاشند تا امکان تحقق هر چه بهتر اين خواسته ها را فراهم آورند .
در کشور ما صنايع تهويه مطبوع قدمت زيادي ندارد ولي با وجود نوپا بودن اين صعت پيشرفتهاي چشمگيري در زمينه توليد دستگاههاي حرارتي و برودتي و سيستم هاي مختلف هواساز و تهويه مطبوع داشته ايم .
توليد چيلرهاي رفت و آمدي ( کمپرسوري ) يا دستگاههاي تهويه مطبوع يک پارچه ( پکيج) در ايران گامي موثر در جهت جايگزيني سيستم هاي نوين تهويه مطبوع در صنعت بوده است و استفاده از روش هايي با تکنولوژي قديمي مانند کولرآبي و گازي در مکان هايي مختلف نظير برجها و ساختمانهاي مسکوني و اداري و غيره را منسوج نموده است . با گذشت زمان افزايش استفاده از اين نوع دستگاهها و با توجه به مصرف برق بالاي آن از يک طرف و گران بودن هزينه برق در کشور ما از طرف ديگر ، انتخاب اين سيستم براي مصرف کنندگان تا حدود زيادي مقرون به صرفه نبوده و در مکان هاي مختلف که اين سيستم را براي تهويه مطبوع برگزيده اند، مهندسين مجبور به تجديد نظر و انتخاب راهکارهاي ديگري براي تغيير سيستم شده اند .
مايع مبرد در چيلرهاي رفت و آمدي (کمپرسوري) که با کندانسورهايي هوايي يا آبي کار مي کنند از نوع گازهاي فريون CFC يا HCFC مي باشد .
اثر تخريبي گازهاي HCFC, CFC بر لايه ازن در سال 1985 توسط دانشمندان رسما اعلام گرديد و اين امر محققين را به تلاش در جهت يافتن ماده جايگزين مناسب واداشت و با استفاده از محلول ليتيوم برمايد در سيستم هاي جذبي اين نگراني تا حدود زياد برطرف شد .
بهره بردن از دانش روز براي همگان امري اجتناب ناپذير است لذا اين امر خطير وظيفه مهندسين و تکنسين هاي کشور ماست تا با مطالعه انواع انرژي هاي در دسترس، هزينه استفاده از سيستم هاي تهويه مطبوع را تا حد امکان پايين آورده و استفاده از منابع جديد را جايگزين سيستم هاي قديمي کنند . با توجه به کثرت گاز طبيعي در کشور ما و از طرفي هزينه بالاي توليد برق با امکانات محدود از قبيل نيروگاههاي حرارتي با سوخت فسيلي و غيره استفاده از چيلرهاي جذب حرارت مستقيم بهترين راهکار موجود براي از بين بردن مشکلات ناشي از مصرف بالاي انرژي الکتريکي مي باشد .
تکنولوژي جديد اين نوع سيستم ها با مصرف برق بسيار ناچيز در مقايسه با چيلرهاي معمولي (کمپرسوري) و استفاده از گاز طبيعي بعنوان سوخت که در کشور ما ارزان تر و فراوانتر مي باشد و نيز عدم نياز به بويلر جداگانه و حذف خود به خودي قسمتي از لوله کشي و شيرهاي لازم جهت انتقال بخار از مزاياي مهم اين نوع چيلرها مي باشد .
با توجه به اين که امروزه انبوه سازي مسکن يکي از راههاي پيشنهادي مناسب براي کاهش مشکلات موجود در زمينه شهرسازي مي باشد، استفاده از تجربه کشورهاي پيشرفته و موفقي نظير ژاپن، در اين مورد که در طول سالهاي اخير اين نوع سيستم را جايگزين انواع ديگر ساخته اند ، مي تواند راهگشاي متخصصين ما در حل مشکلات موجود باشد . در کشور ژاپن کارخانجات عظيم ابارا که سالهاست تحت ليسانس شرکت کرير آمريکا به توليد چيلرهاي جذبي اشتغال دارد ، اخيرا در زمينه چيلرهاي معمولي و حرارت مستقيم به پيشرفتهاي قابل ملاحظه اي دست يافته است . بطوريکه در حال حاضر کمپاني مذکور يکي از بزرگترين و معتبرترين سازندگان اين دستگاهها در جهان مي باشد .
مونتاژ اين نوع چيلر با توجه به تکنولوژي بالا و مزاياي آن بي شک گامي در جهت پيشرفت صنايع تهويه مطبوع کشور و مدرنيزه کردن آن مي باشد.
لذا با توجه به مطالب فوق و لزوم افزايش آگاهي مهندسين و متخصصين کشور و به خصوص دانشجويان و فراهم آوردن زمينه تحقيق و بررسي بيشتر در زمينه استفاده از انرژي کمتر و ارزانتر
برخورد لازم دانستم در جهت معرفي اين نوع چيلرها و مزايا و عملکرد و ديگر مشخصه هاي آن گامي هر چند کوچک و ناچيز بردارم و دست اندرکاران اين صنعت را به بررسي و مطالعه در اين باره فراخوانم.
ترديدي نيست رساله اي که پيش روي شماست خالي از اشکال و ايراد نيست . اميدوارم اساتيد محترم و دانشجويان عزيز با عنايت و بزرگواري از اين اشتباهات که مسلما ناشي از کمي تجربه در اين زمينه است در گذرندو با تحقيقات و مطالعات بيشتر خود در اين زمينه موجبات پيشرفت اين صنعت را در کشور فراهم آورند .
تاريخچه تبريد :
در کتابهاي چين قديم از چگونگي نگهداري يخ مطالبي بدست آمده است که تبريد را به عنوان يک حرفه شناخته شده در هزاران سال قبل معرفي مي کند. همچنين گفته اند که روسها و يونانيها برف فشرده را در انبارها نگهداري و در فصول گرم از آن استفاده مي کردند . هنديها و مصريها و ايرانيان قديم نيز با پر کردن ظروف سفالي از آب و نگهداري آن در محفظه هاي مخصوص ، آب سرد و يخ تهيه مي کردند .
اما حمل قطعات يخ بوسيله کشتي و نگهداري آن در انبارها که بين سالهاي 1810 الي 1850 ميلادي رواج پيدا کرد و استفاده از برودت را در سطح وسيعي گسترش داد، بعنوان تاريخ پيدايش تبريد ثبت شده است . در همين سالها شخصي بنام «تئودر» با ساختن يک سردخانه که از خاک اره بجاي عايق استفاده کرده بود قدم موثري جهت حمل و نگهداري يخ برداشت حمل يخ به نقاط مختلف دنيا و استفاده از آن بتدريج عادات و زندگي مردم را تغيير داد تا اينکه در سال 1880 کارخانه يخ مصنوعي براي رفع نياز مردم به بازار آمد .
اولين ماشين تبريد که با دست کار مي کرد در سال 1834 در انگلستان ساخته شد . در سال 1851 يک مخترع آمريکايي ماشين يخ سازي خود را که از هوا بجاي مبرد استفاده مي شد عرضه کرد و در سال 1860 نيز اولين ماشين اترسولفوريک براي ايجاد تبريد در استراليا ساخته شد که در صنايع نوشابه سازي مورد استفاده قرار مي گرفت .
در اوائل سال 1890 تبريد مصنوعي رواج يافت و سيستم هاي مختلف تبريد از جمله سيستم تبريد مکانيکي ( تراکمي ) عموميت يافت و سيستم تبريد جذبي نيز در کشورهاي مختلف پا به عرصه وجود گذاشت . در اوايل قرن نوزدهم کمپرسورهاي سيستم هاي تراکمي هنوز با بخار کار مي کردند
و سرعت آنها در حدود 50 دور در دقيقه بود در سال 1903 انجمن ماشين آلات تبريد و در سال 1904 انجمن مهندسين و متخصصين تبريد بوجود آمد .
در سال 1905 که کمپرسور دو زمانه به ثبت رسيد تا سال 1911 که تکميل گرديد، سرعت آن از 100 به 300 دور در دقيقه افزوده شد و در سال 1915 اولين کمپرسور مدرن دو زمانه شناخته شد و تا سال 1940 بخوبي از آن استفاده مي شد و در همين سالها بود که توليدات صنايع تبريد و تهويه مطبوع به نقطه اوج خود رسيد و دستگاههاي تبريد صنعتي و خانگي به ميزان قابل توجهي توليد گرديد .
تا سال 1960 که خراب نشدن غذاها در اثر انجماد به ثبوت رسيد ، تسهيلات و تغييراتي در ساختمان سردخانه ها بوجود آمد . در سالهاي اخير نيز پيشرفتهاي فراواني در صنعت تبريد حاصل گرديده که تاثير مستقيم آنها بر زندگي انسانها کاملا مشهود است .
موارد استفاده از تبريد:
زماني از صنعت تبريد فقط براي تهيه يخ استفاده مي شد ولي امروزه براي تهيه و نگهداري مواد غذايي بطور موثر و در عمليات صنعتي و تهويه مطبوع براي خنک سازي در سطح وسيعي از تبريد استفاده مي شود . کاربرد تبريد در رشته هاي مختلف صنعتي و زندگي موجودات زياد بوده ولي بطور خلاصه مي توان آنها را به چهار دسته تقسيم کرد :
1- در تهيه و نگهداري مواد غذايي
2- در صنايع شيميايي
3- در دستگاههاي سرد کننده خانگي و مخصوص
4- در تهويه مطبوع و تهويه صنعتي
با توجه به اهميت تهويه مطبوع و تهويه صنعتي و نياز اين صنعت به چيلر در اين مورد بيشتر توضيح داده مي شود.
بررسي چيلرها :
تا حدود 30 سال پيش انتخاب چيلرها کار ساده اي بود و نتايج مربوطه تقريبا قابل پيش بيني بودند و در اکثر موارد انتخاب چيلر به دو نوع رفت و آمدي ( کمپرسوري ) و يا چيلرسانتريفوژ محدود مي گرديد که با کندانسور هوايي يا آبي کار مي کردند . مايع مبرد هر دو نوع چيلر از گازهاي فريون CFC و يا HCFC مي باشند، در موارد خاصي نيز از چيلر چرخ دنده اي و يا چيلرهاي جذبي استفاده مي گرديد. ولي در دهه 70 ( 1970 ميلادي) اتفاقاتي رخ داد که تحول عظيمي در بازار چيلر بوقوع پيوست و انتخاب چيلر را براي طراحان سيستم هاي تهويه مطبوع مشکلتر نمود.
اولين واقعه بالا رفتن شديد و مداوم قيمت برق بود. دو برابر شدن و حتي چند برابر شدن قيمت نفت در جهان باعث گرديد که اکثر دولتهاي اروپايي و آمريکايي و ژاپن قيمت برق را منتاسبا افزايش دهند .
نتيجه مستقيم اين اقدام، بالا رفتن سرمايه گذاري اوليه و هزينه هاي نگهداري تاسيسات تهويه مطبوع بود که باعث محدود شدن ساعات کار اين سيستم ها و در بعضي از موارد منجر به تغيير و تعويض کلي اين تاسيسات گرديد .
وارد شدن عامل « هزينه انرژي » و عدم اطمينان از مقدار آن در آينده ، محاسبات اقتصادي انتخاب چيلر را براي طراحان سيستم هاي تهويه مطبوع مشکل نمود. علاوه بر عامل انرژي ، اثر گازهاي HCFC, CFC بر تخريب لايه ازن ، اگر چه از سال 1976 بطور مشکوک توسط
دانشمندان عنوان شده بود، در سال 1985 بطور رسمي و غيرقابل انکار اعلام و آينده سيستم هاي تهويه مطبوع جزو يکي از داغ ترين بحث هاي روز گرديد . حالا ديگر طراحان علاوه بر پارامترهاي اقتصادي هزينه برق مي بايست در انتخاب مايع مبرد چيلرها نيز تحقيق نموده و عواقب آتي استفاده از انواع مبردها را در انتخاب چيلر ملحوظ بدارند.
تعريف تبريد و تهويه مطبوع :
تعريف تبريد:
از نظر لغوي تبريد به معني ايجاد محيطي سردتر از محيط اطراف است. تعاريفي که بعضي از دانشمندان براي تبريد ارائه داده اند، در ذيل مي آيد:
N.R.Sparks تبريد را به صورت زير تعريف مي کند:
خارج کردن گرما به نحوي که در يک جسم يا در يم حجم دمائي کمتر از آنچه در شرايط عادي مي داشت به وجود آيد . يا آن طور که ASRE تبريد را تعريف مي کنند:
تبريد ، علم ايجاد يا حفظ دماهايي کمتر از دماي محيط کمتر از شرايط موردنظر ما باشد، بايد عمل گرمايش صورت گيرد . وسيله اي که عمل گرمايش را انجام مي دهد ، پمپ حرارتي نام دارد. تفاوت اصلي ما بين سيستم تبريد و پمپ حرارتي را مي توان اينگونه توضيح داد که سيستم تبريد حرارت را محيط سيستم پمپ مي کند .
تعريف تهويه مطبوع:
در حالت کلي تهويه مطبوع به صورت زير تعريف مي شود :
کنترل همزمان دما ، رطوبت ، پاکي و سرعت هوا ، بسته به نياز ، تهويه مطبوع به دو شاخه تقسيم مي شود که عبارتند از : تهويه مطبوع تابستاني و تهويه مطبوع زمستاني ، در سيستم تهويه مطبوع تابستاني ، رطوبت گير استفاده مي شود . در حاليکه در سيستم تهويه مطبوع زمستاني از يک پمپ حرارتي و يک رطوبت زن استفاده مي شود .
علاوه بر تقسيم بندي فوق مي توان تهويه مطبوع را به دو شاخه تهويه مطبوع صنعتي و تهويه مطبوع غيرصنعتي تقسيم نمود . در تهويه مطبوع غير صنعتي آسايش انسان ها مطرح است که در آن بايد کنترل سر و صدا را مد نظر قرار داد . در حاليکه در تهويه مطبوع صنعتي هدف ايجاد محيطي مناسب براي محصولات صنعتي، آزمايشگاهها ، لابراتورهاي صنعتي ، کارخانجات توليد ابزارهاي دقيق صنعتي ، کارهاي چاپي ، عکاسي ، سردخانه ها و داروخانه ها، کامپيوترها ، سدها وغيره مي باشد.
لزوم استفاده از سيستم هاي تبريد و تهويه مطبوع :
براي زندگي و کار عادي انسانها بايد مقادير کافي ويتامين، پروتئين ، هيدروکربنها، نمکها و غيره در بدن موجود باشد که ممکن است اين مواد از طريق رژيمهاي غذايي مناسب و يا از طريق يک
رژيم متناسب از قرص ها و کپسول هايي که چنين موادي را در خود داشته باشند به بدن برسند براي اشخاصي که از سلامتي کامل برخوردار نباشند، استفاده از قرص ها تجويز مي شود تا کمک کند که سيستم سوخت و ساز بدن او به حالت اوليه و عادي خود باز گردد . ولي معمولا مردم سالم ترجيح مي دهند که اين مواد را از طريق مواد غذايي به دست آورند تا هم مواد لازم به بدن برسد و هم از خوردن غذا لذتي برده باشند.ولي براي اين کار لازم مي باشد که بعضي غذاها تا مدتي نگهداري شود و سپس مورد مصرف قرار گيرد . زيرا در بعضي مواقع سال برخي از مواد غذايي به طور طبيعي در دسترس نمي باشد مثلا بعضي ميوه ها هستند که تنها در طول تابستان به بار مي آيد ولي تقاضا براي مصرف آنها در تمام طول سال وجود دارد از اين رو بايد به طور مصنوعي محيطي ايجاد شود که در آن حداقل اتلاف براي اين مواد غذايي موجود باشد لازمه ايجاد چين محلي ايجاد تبريد مصنوعي براي استفاده در سيستم هاي تهويه مطبوع صنعتي است. يکي از موارد ديگر که در آن استفاده از تهويه مطبوع و تبريد الزامي است وسايل علمي خاصي هستند که براي کسب نتيجه مناسب مي بايست در شرايط آب و هوايي محيط کار مي تواند تاثير زيادي بر راندمان کاري کارگران داشته باشد . چنانچه محيط کاري نامناسب باشد بخصوص اگر خيلي گرم باشد، کارگران زود خسته مي شوند و قدرت توليدي آنها به شدت کاهش مي يابد.
بنابراين مي توان تنها با معکوس کردن جهت کار دستگاه يک سيستم تبريد را تبديل به يک پمپ حرارتي نمود.
اصول ترموديناميک :
بر مبناي اصول ترموديناميک ( اصل صفرم ) گرما از محيط گرمتر به محيط سردتر انتقال پيدا مي کند اما انتقال گرما از محيط سرد به محيط گرم به خودي خود انجام نمي گيرد اين امر با استفاده از طرق مکانيکي امکان پذير است . تبريد مراحلي است که در طي آن دماي محيط مورد نظر به پايين تر از دماي محيط اطراف مي رسد ، به بيان ديگر جذب حرارت از فضاي مشخص و دفع آن حرارت به محيط خارج را تبريد مي گويند .
براي جذب حرارت از جسم مورد نظر از ماده اي به نام مبرد استفاده مي شود .
تاريخچه صنعت تبريد مربوطه به هزاران سال پيش مي باشد از زماني که توليد و نگهداري يخ با شيوه هاي ابتدائي توسط هندي ها ، مصري ها ، ايراني ها ، چيني ها صورت مي پذيرفت ، اولين دستگاه توليد يخ که با اتر کار مي کرد در سال 1834 توسط « جاکوب پرکنيز» در انگلستان ساخته شد . اولين مبرد جذبي در دوران جنگ هاي داخلي امريکا بوسيله « فرديناندکار» ساخته شد . و اولين يخچال خانگي نيز در سال 1913 توسط « لارسن » وارد بازار شد . در دهه 40 شرکت « دپوانت » مبردهاي جديدي را به نام فريون ها به بازار عرضه کرد .
با توجه به توسعه سريع صنعت تبريد در چند دهه اخير استفاده از آن در مصارف خانگي ، تجارتي ، صنايع غذايي ، ايجاد سردخانه براي نگهداري و توزيع مواد غذايي براي هر جامعه اي امري الزامي و ضروري بشمار مي آيد . امروزه صنعت تبريد يکي از بزرگترين رشته هاي صنايع را تشکيل مي دهد ، موارد استفاده از صنعت تبريد را مي توان به گروههاي زير تقسيم کرد :
1- تبريد خانگي مانند يخچال ها و فريزرهاي خانگي
2- تبريد تجاري که در تهيه و نگهداري و توزيع انواع و اقسام مواد غذايي در سردخانه هاي کوچک ثابت و متحرک مانند رستوران ها کاربرد دارد .
3- تبريد صنعتي که شکل بزرگتري از تبريد تجاري است و در پالايشگاهها، کارخانه هاي يخ سازي، سردخانه هاي بزرگ مورد استفاده قرار مي گيرد .
4- تبريد براي حمل و نقل که در کشتي ها، وکاميون ها و قطارها و غيره مورد استفاده قرار مي گيرند .
5- تبريد در تهويه مطبوع و تهويه صنعتي
6- تبريد در دماي بسيار پايين که بويژه در علوم پزشکي ، داروسازي ، سخت کردن فلزات ، توليد هيدروژن و هليوم مايع وغيره مصرف عمده اي دارد .
استاندارها و قوانين تبريد:
محل و نصب وسايل سرد کننده بايستي مطابق با قوانين محلي يا قواعد ديگر انتخاب شود ساخت و توليد تجهيزات نيز بايستي با قوانين ايمني ASAB 901 مربوط به تبريد وفق داده شود.
اين قوانين نشان دهنده حداقل الزاماتي است که در طراحي ، نصب و بازرسي بايد مد نظر باشد. شرايط استاندارد ، تعيين سرعت معمولا بوسيله سازنده واحد تراکمي که تهويه مطبوع به کار برده مي شود مطابق با گروه IV تعيين مي شود . اين گروه بر مبناي درجه حرارت بخار مبرد ورودي F 55 و درجه حرارت بخار اشباع خروجي F 105 ، درجه محيط F 9 و بدون سرمايش مايع مشخص شده است .
استاندارد هاي ARI براي سرد کننده هاي مايع نوع پيستوني شرايطي را توصيه مي نمايد که در يک نمونه سرد کننده آبي با اين شرايط بدست آمده است .
درجه حرارت آب سرد خروجي F44 ، تغييرات آب F10 ، ضريب رسوب گيري 0005/0 در چگالنده و سرد کننده درجه حرارت آب خروجي از چگالنده F 95 و افزايش درجه حرارت آب چگالنده F 10 اين شرايط استاندارد را مي توان براي تراکم بين کمپرسورها بکار برد . ويژگيهاي دستگاه بايد با اين استانداردها و قواعد مطابقت داشته باشد تا کيفيت بالاي آنها را تضمين نمايد .

فایل : 262 صفحه

فرمت : Word