سیکل تبرید یا چرخه سرمایش، فرآیندی است که طی آن عمل سرد سازی و انتقال گرما به صورت چرخه ای انجام می گیرد. این چرخه یک چرخه ترمودینامیکی است که با حرکت یک سیال در طول سیکل موجبات انتقال حرارت از محیطی با دمای کم را به محیطی با دمای بالا سبب می شود. از سیکل یا سیستم تبرید در تهیه و نگهداری مواد غذایی، تهویه مطبوع و صنایع شیمیایی ودارویی استفاده وسیعی می شود.
سیکل تبرید به سه دسته اصلی قابل تقسیم بندی است که عبارتند از :
1- سیلکل تبرید تراکمی (compression refrigeration cycle):
این سیکل شامل چهار عضو اساسی و مهم است :
1- کمپرسور یا واحد تراکم: وظیفه متراکم سازی و افزایش فشار گاز مبرد ( گاز فریون همانند R134, R22) را برعهده دارد. انواع مختلفی از کمپرسورها می توانند در سیکل تبرید مورد استفاده قرار بگیرند از جمله کمپرسورهای اسکرو، اسکرال، پیستونی و سانتریفیوژ.
2- کندانسور یا واحد چگالش: نوعی مبدل حرارتی است زیرا گاز مبرد فشرده شده با دمای بالا در این قسمت دمای خود را از دست داده و تبدیل به مایع مبرد می شود. کندانسورها نیز همانند کمپرسورها انواع مختلفی دارند. آنها در واقع به دو گروه اصلی هوایی یا هوا خنک و آبی یا آب خنک تقسیم می شوند. البته نوع سومی هم وجود دارد به نام کندانسور تبخیری که زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد.
3- شیر انبساط یا واحد اختناق: مایع مبرد پس از خروج از کندانسور از شیر انبساط عبور داده می شود تا در این قسمت دچار افت فشار شود. این شیر نقش مهمی در کنترل دما و میزان جریان مبرد ورودی به اواپراتور را دارد. دو نوع از شیر انبساط وجود دارد که عبارتند از: شیر انبساط مکانیکی و شیر انبساط الکترونیکی. شیر انبساط، سیکل تبرید را به دو ناحیه فشار بالا و فشار پایین تقسیم می نماید.
4- اواپراتور یا واحد تبخیر: همانند کندانسور به صورت نوعی مبدل حرارتی عمل نموده بطوریکه مایع مبرد با فشار و دمای پایین پس از خروج از شیر انبساط و ورود به اواپراتور، حرارت را از محیط یا سیال اطراف اواپراتور دریافت و تبدیل به گاز مبرد می شود. در حقیقت اواپراتور محیطی را جهت تبخیر مایع مبرد فراهم نموده و عمل تبرید یا سردسازی سیال دیگر که می تواند هوا یا آب باشد را ایجاد می نماید، از این رو اواپراتور نیز به دو صورت، اواپراتور هوایی یا خنک کننده هوا و اوپراتور آبی یا خنک کننده آب وجود دارد.
اساس کار سیکل تبرید تراکمی به این صورت است که مبرد ( گاز فریونی ) در کمپرسور فشرده و متراکم شده سپس وارد کندانسور شده و حرارت خود را در آنجا از دست داده و به مایع تبدیل می شود. مایع مبرد از کندانسور خارج و به سمت شیر انبساط سوق داده می شود. در شیر انبساط فشار و دمای مایع مبرد کاهش یافته و به سوی اواپراتور هدایت می شود. در اواپراتور مایع مبرد دما و حرارت سیال اطراف اواپراتور را جذب نموده و به این ترتیب به گاز مبرد تبدیل و به کمپرسور ارسال می گردد تا سیکل دوباره از سر گرفته شود. از این نوع سیکل تبرید بیشتر در دستگاههای تولید تهویه مطبوع همانند داکت اسپیلیت، چیلر و سیستم های VRF استفاده می شود.
2- سیکل تبرید جذبی ( Absorption refrigeration cycle):
در این سیکل برعکس سیکل تبرید تراکمی که از انرژی مکانیکی برای ایجاد سرمایش استفاده می کند، از یک منبع حرارتی استفاده می شود. اجزاء اصلی این سیکل عبارتند از:
1- کندانسور
2- اواپراتور
3- شیر انبساط
4- ژنراتور یا مولد حرارتی
5- جذب کننده
6- مبدل حرارتی
اساس کار به این صورت است که از سیال محلول آب و آمونیاک استفاده شده که بواسطه یک پمپ به سمت مولد حرارتی که یک ژنراتور می باشد هدایت می شود. در آنجا با دریافت حرارت از ژنراتور بخشی از محلول بخار شده که قسمت عمده این بخار را آمونیاک تشکیل می دهد، سپس این بخار وارد یک جداکننده می شود تا آب از آمونیاک تفکیک شده و آب به ژنراتور برگشت داده شود. آمونیاک خالص به سمت کندانسور هدایت می گردد تا در آنجا خنک شده و تبدیل به حالت مایع شود و سپس از شیر انبساط عبورداده می شود تا در زمان ورودش به اواپراتور دما و فشار آن کاهش یابد. در نتیجه آمونیاک مایع در اواپراتور بدلیل وجود فشار خلأ تبخیر شده و تبدیل به بخار آمونیاک می شود و گرمای مورد نیاز خود را از محیط اطراف اواپراتور جذب می نماید و به این ترتیب محیط اطراف اواپراتور سرد می گردد. بخار آمونیاک پس از اواپراتور در جذب کننده با آب مخلوط شده و تشکیل محلول آب و آمونیاک داده و سیکل دوباره تکرار می گردد. در این سیستم مبرد، آمونیاک و ماده جاذب، آب است. در حال حاضر در سیستم های جذبی معمولا از لیتیوم بروماید به عنوان ماده جاذب استفاده می شود. این سیکل تبرید بیشتر در صنایع و سردخانه ها مورد استفاده قرار می گیرد.
3- سیکل تبرید تبخیری (Evaporative refrigeration cycle):
در این نوع سیکل هوا بر اثر تبخیر شدن آب، خنک می شود. البته این نوع سیکل تبرید برای محیط هایی با آب و هوای گرم و خشک مناسب است زیرا در این شرایط است که دمای هوا براحتی کاهش می یابد. بر اساس تماس یا عدم تماس آبی که تبخیر می شود با هوایی که قرار است خنک بشود، خنک کننده های تبخیری به دو دسته اصلی خنک کننده های مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شوند. البته دسته سومی هم وجود دارد که ترکیبی از این دو دسته می باشد تحت عنوان سیستم تبخیری ترکیبی.
1- سیستم تبخیری مستقیم: در این سیستم هوا در تماس مستقیم با آب قرار گرفته و تبادل حرارتی بین آنها صورت می گیرد. روش کار هم به این صورت است که هوا مستقیما از روی فیلم نازکی از آب عبور داده می شود تا گرمای آن توسط مولکولهای آب گرفته شده و تبخیر شوند. هر چقدر اختلاف دمای بین آب و هوا بیشتر باشد سرعت تبخیر هم بیشتر خواهد بود و همچنین هر چقدر سطح تماس بین مولکولهای آب و هوا بیشتر باشد سرعت تبخیر نیز بیشتر می باشد. از جمله دستگاههایی که با این نوع سیستم کار می کنند می توان به کولر آبی و ایرواشر اشاره نمود.
2- سیستم تبخیری غیر مستقیم: در این روش ابتدا دمای هوا کاهش یافته( توسط پوشال های خیس) سپس توسط فن به یک مبدل حرارتی فرستاده می شود تا در آنجا با هوایی با دمای بالاتر که از سمت دیگر مبدل وارد شده بدون هیچ گونه تماسی با یکدیگر،تبادل حرارتی انجام دهند. در این روش سرمایشی، رطوبت هوای خنک شده که قرار است وارد فضای مورد نظر بشود، افزایش نمی یابد، درست برعکس روش سرمایشی مستقیم که هوای خنک شده دارای رطوبت بالا می باشد. این سیستم کاربرد چندانی ندارد.
