سردخانه‌ها امروزه جزء جدایی ناپذیر صنایع غذایی، کشاورزی، دارویی و … هستند. از سردخانه‌ها برای نگهداری طولانی مدت مواد و محصولاتی که احتمال فاسد شدنشان وجود دارد استفاده می‌شود. برای راه اندازی یک سردخانه نیاز به تأسیسات برودتی قدرتمندی وجود دارد؛ که قلب این تأسیسات برودتی کمپرسور سردخانه بوده و مهم‌ترین جزء آن محسوب می‌شود. امروزه با پیشرفت صنایع کمپرسوری، انواع مختلف کمپرسورها با ظرفیت‌های سرمایشی مختلفی تولید می‌شوند و این امکان را برای طراحان فراهم می‌کنند که سردخانه‌هایی با ظرفیت نگهداری مختلف و با بارهای حرارتی متفاوت احداث نمایند. در ساخت سردخانه‌ها ممکن است بسته به نوع طراحی آن از کمپرسورهای رفت و برگشتی، اسکرو، اسکرال و … استفاده شود. در این مقاله قصد داریم در مبحث موتور سردخانه به سراغ انواع کمپرسور سردخانه برویم، با آنها بیشتر آشنا شویم و در پایان ببینیم ملاک‌های انتخاب یک کمپرسور جهت احداث سردخانه چه چیزهایی خواهد بود.
آشنایی با سردخانه‌ها
برای شروع بحث اول با این سوال شروع کنیم که سردخانه چیست و با چه اهدافی ساخته می‌شود؟ از گذشته‌های دور آدمیان عادت به ذخیره سازی مواد غذایی با اهداف متفاوتی داشتند. مهم‌ترین هدف در ذخیره سازی مواد غذایی از گذشته تا امروز، داشتن اطمینان برای دسترسی به مواد غذایی در فصل‌های سخت سال بوده است. این کار در گذشته به روش‌های مختلفی از جمله نمک سود کردن مواد غذایی، فرو کردن مواد غذایی در دل خاک، ذخیره سازی در یخچال‌های طبیعی و … انجام می‌شد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی دستگاه‌های سرماساز به صورت عمده جایگزین روش‌های قدیمی ذخیره سازی شده‌اند و می‌توان گفت مهم‌ترین دغدغۀ انسان‌ها را از این نظر حل کرده‌اند. به شکلی که امروزه می‌توانیم در تمامی فصول سال به مواد غذایی مختلف از میوه‌های متفاوت تا محصولات پروتئینی متفاوت دسترسی داشته باشیم. البته تنها صنایع غذایی نیست که از راه اندازی سردخانه‌ها سود می‌برند. بلکه دیگر صنایع نیز مانند صنایع دارویی، صنایع کشاورزی، صنایع دامداری و پروتئینی و حتی صنایع دفاعی و … نیز می‌توانند از وجود سردخانه‌ها بهره ببرند.
نحوۀ عملکرد کلی سردخانه‌ها
سردخانه‌ها در حقیقت به مانند یک یخچال فریزر بزرگ عمل می‌کنند. به این معنا که نحوۀ طراحی آنها درست مانند یک یخچال ساده بوده و برای خنک سازی محیط داخل از سیکل تبرید تراکمی کمک می‌گیرند. در سیکل‌های تبرید تراکمی از کمپرسور به عنوان قلب اصلی سیکل نام برده می‌شود. این کمپرسور است که نیروی لازم جهت به گردش در آوردن سیال مبرد در طول سیکل را تأمین می‌کند. سیال مبرد بسته به نوع طراحی سردخانه ممکن است از نوع آمونیاک یا گازهای فریونی باشد. شروع سیکل از کمپرسور سردخانه است. سیال مبرد وارد کمپرسور شده و با شروع به فعالیت کمپرسور تا حد بالایی فشرده می‌شود. این عمل باعث بالا رفتن دما و فشار سیال مبرد می‌گردد. در دومین مرحله سیال مبرد وارد بخش کندانسور دستگاه می‌گردد. کندانسور واحدهای سردخانه‌ای ممکن است به صورت هواخنک یا آب خنک طراحی شوند. انتخاب نوع کندانسور بستگی به ظرفیت سرمایشی سردخانه و کاربرد آن دارد. در این مرحله سیال مبرد طی یک فرایند فشار ثابت دمای خود را تا حدی از دست داده و خنک می‌شود.
سومین مرحله از سیکل تبریدی سردخانه‌ها عبور سیال مبرد از یک شیر انبساطی یا همان فشارشکن است. فشار سیال مبرد با عبور از شیر انبساطی به یک باره کاهش می‌یابد که در نتیجه بخش عمده‌ای از سیال به گاز اشباع تبدیل شده و بخشی از آن نیز در حالت مایع اشباع باقی می‌ماند. با کاهش فشار محیط، فشار بخار سیال نیز کاهش یافته و در نتیجه دمای جوش سیال بسیار پایین‌تر از فشار جو خواهد بود. مسئله‌ای که از آن در چهارمین مرحله از سیکل تبرید تراکمی سردخانه استفاده می‌شود.
با ورود سیال مبرد به بخش اواپراتور، با توجه به اختلاف دمای موجود بین سیال مبرد جاری در اواپراتور و محیط اطراف، سیال مبرد گرمای محیط را جذب کرده و تماماً به گاز اشباع تبدیل می‌شود. و در نتیجه دمای محیط اطراف به شکل چشمگیری کاهش می‌یابد. سیال مبرد پس از عبور از بخش اواپراتور دوباره به کمپرسور سردخانه برخواهد گشت. اواپراتور سردخانه می‌تواند به شکل‌های متفاوتی ساخته شود. برای مثال ممکن است سرمایش از سمت دیواره‌های سردخانه یا از کف صورت بگیرد. یا حتی می‌توان از یک مبدل حرارتی پوسته لوله برای تکمیل فرایند سرمایش سردخانه کمک گرفت. در مجموع این کل فرایندی است که در سرخانه‌ها انجام می‌شود تا محیط سردخانه خنک شود.
دسته‌بندی سردخانه‌ها بر مبنای محدوده دمایی
یکی از دسته‌بندی‌های معمول برای سردخانه‌ها دسته بندی آنها بر مبنای دمای محفظۀ سردخانه است؛ که به دو دستۀ سردخانه‌های زیر صفر و سردخانه‌های بالای صفر تقسیم بندی می‌شوند.
سردخانه‌های زیر صفر
در سردخانه‌های زیر صفر محدوده دمایی سردخانه می‌تواند بین منفی پنج تا منفی چهل و پنج درجه سانتیگراد باشد. البته بسته به نیاز ممکن است سردخانه‌های زیر صفر به شکلی طراحی شوند که دماهای پایینتری را نیز تأمین نمایند. برای راه اندازی این سردخانه‌ها لازم است از کمپرسور سردخانه‌ای استفاده شود که توانایی تأمین چنین ظرفیت سرمایشی‌ای را داشته باشد. از سردخانه‌های زیر صفر معمولاً برای انجماد و نگهداری محصولات غذایی و کشاورزی مانند انواع گوشت‌ها و میوه‌ها استفاده می‌شود. کمپرسور سردخانه‌های زیر صفر به طور معمول قدرت پایین‌تر و قدرت تراکم کمتری دارند. دلیل این تفاوت این است که در زمان مکش نیاز به بارگیری کمتری در محفظۀ سیلندر وجود خواهد داشت و در نتیجه در زمان تراکم هم نیاز به فشار کمتری خواهد بود. تفاوت دیگری که کمپرسورهای زیر صفر با کمپرسورهای بالای صفر دارند، قطر سوپاپ مکش و دهش است که سوپاپ مکش دارای قطر بزرگتری بوده و قطر سوپاپ دهش کمتر خواهد بود. دلیل این شکل طراحی ، افزایش میزان جابجایی گاز در طول سیکل تبرید تراکمی است. گاهی نیز برای راه اندازی سردخانه‌های زیر صفر از کمپرسورهای چند مرحله‌ای به جای کمپرسورهای یک مرحله‌ای استفاده می‌شود که این کار باعث کاهش گرمای ایجاد شده در طول فرایند می‌شود.
سردخانه‌های بالای صفر
از سردخانه‌های بالای صفر جهت نگهداری مواد غذایی و دارویی‌ای استفاده می‌شود که نیازی به یخ زدن و انجماد آنها نیست و اتفاقاً در صورت منجمد شدن ممکن است به ساختار فیزیکی و شیمیایی این محصولات آسیب وارد شود. محدوده دمایی سردخانه‌های بالای صفر در حدود مثبت پانزده درجه سانتیگراد به پایین است. انتخاب حد پایینی این سردخانه‌ها بستگی به نوع طراحی و هدف مورد نظر طراحان دارد. کمپرسور سردخانه‌های بالای صفر باید قدرت و ظرفیت تراکمی بالاتری نسبت به نوع زیر صفر داشته باشند. اگر به اشتباه از کمپرسور سردخانه‌ای زیر صفر در ساخت سردخانه‌های بالای صفر استفاده شود، به خاطر ضعیف بودن موتور کمپرسورهای زیر صفر، به مرور عملکرد کمپرسور دچار مشکل شده و خیلی زود می‌سوزد. در صورت برعکس بودن این اتفاق، یعنی به کارگیری یک کمپرسور پرقدرت برای راه اندازی سردخانه‌های زیر صفر، بازهم فرایند دچار اختلال می‌شود. در این حالت چون موتور قوی‌تر است، در نتیجه گرمای بیشتری تولید کرده و اگر برای این گرمای تولید شده در موتور کمپرسور چاره‌ای اندیشیده نشود، می‌تواند باعث خرابی کمپرسور و از کار افتادن آن گردد.
دسته‌بندی سردخانه‌ها بر مبنای انواع کمپرسور سردخانه
کمپرسورهایی که در سردخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، ممکن است از نوع هرمتیک و یا سمی هرمتیک باشند. همچنین طراحی کمپرسورها می‌تواند به صورت تک مرحله‌ای یا چند مرحله‌ای صورت گرفته باشد. با توجه به اینکه کمپرسور قلب متحرک سیکل‌های تبرید تراکمی به حساب می‌آید، انتخاب نوع موتور روی ظرفیت سرمایشی سردخانه و گنجایش آن نیز تأثیر می‌گذارد. اینکه از کدام یک از انواع کمپرسور سردخانه بالا در ساخت سردخانه‌ها استفاده شود، بستگی به گنجایش حجمی سردخانه، ظرفیت سرمایشی سردخانه و کاربرد آن دارد. در ادامه به صورت مختصر به معرفی هر یک از این دسته‌ها خواهیم پرداخت.
بررسی موتور سردخانه ای هرمتیک و سمی هرمتیک
کمپرسورها معمولاً به سه شکل باز، بسته و نیمه بسته طراحی می‌شوند. منظور از هرمتیک همان کمپرسورهای بسته بوده و سمی هرمتیک نیز به معنای کمپرسورهای نیمه بسته می‌باشد. در کمپرسورهای بسته یا همان هرمتیک موتور و سایر اجزای کمپرسور در داخل یک پوسته قرار گرفته و طراحی آن به شکلی است که امکان دسترسی به قطعات داخلی کمپرسور وجود ندارد. به همین خاطر است که اگر کمپرسورهای هرمتیک دچار مشکل شوند، امکان تعمیرات آنها به شکل کلی وجود ندارد و اغلب به صرفه نیست. از سیستم‌های هرمتیک برای راه اندازی سردخانه‌های کوچک و با ظرفیت سرمایشی پایین استفاده می‌شود. مهم ترین مزیت کمپرسورهای هرمتیک این است که از آسیب‌های محیطی مانند ورود ذرات گردوغبار و … به داخل محیط کمپرسور و موتور در امان خواهد بود.
کمپرسورهای سمی هرمتیک سردخانه‌ای تقریباً از نظر شکل طراحی شبیه کمپرسورهای هرمتیک هستند. به شکلی که همچنان از یک پوستۀ واحد جهت محافظت از موتور و قطعات کمپرسور استفاده می‌شود. اما یک تفاوت اصلی بین سیستم‌های سمی هرمتیک و هرمتیک وجود دارد. و آن این است که در صورت لزوم امکان دسترسی به قطعات داخلی کمپرسور نیز فراهم خواهد بود. از کمپرسورهای سمی هرمتیک برای راه اندازی سردخانه‌هایی با ظرفیت‌های سرمایشی متفاوت می‌توان سود برد.
بررسی موتور سردخانه ای تک مرحله‌ای و چند مرحله‌ای
هدف اصلی از به کارگیری کمپرسورها در دل سیکل‌های تبریدی فشرده سازی سیال مبرد است. اما به خاطر مسائل ترمودینامیکی زمانی که فشار سیال را بالا می‌بریم و حجم آن را کاهش می‌دهیم، به ناچار دمای آن نیز افزایش می‌یابد. این اتفاقی است که در سیکل‌های تبرید تراکمی چندان مطلوب ما نیست و به همین خاطر است که بلافاصله پس از خروج سیال از کمپرسور آن را وارد بخش کندانسور می‌کنیم تا دمای سیال را تا حد مناسبی پایین بیاوریم. با این وجود در سردخانه‌ها (و به خصوص سردخانه‌های زیر صفر) گاهی برای کاهش دمای سیال مبرد، از کمپرسورهای چند مرحله‌ای استفاده می‌شود. در کمپرسورهای چند مرحله‌ای عمل فشرده سازی سیال مبرد در دو یا چند مرحله انجام می‌شود. به طوری که در بین مراحل فشرده سازی قدری از گرمای سیال گرفته شده و دوباره راهی مرحلۀ بعد می‌شود. این کار باعث بالا رفتن عمر قطعات داخلی کمپرسور می‌شود. از کمپرسورهای چند مرحله‌ای جهت راه اندازی سردخانه‌های بزرگ و همچنین زیر صفر استفاده می‌شود. کمپرسورهای تک مرحله‌ای قیمت پایینتری دارند و در سردخانه‌های کوچکتر از آنها کمک گرفته می‌شود.
بررسی کمپرسور سردخانه‌ای بر مبنای نحوۀ طراحی
مواردی که تا به اینجا از آن صحبت کردیم، ممکن است بین تمامی کمپرسورها مشترک باشد. برای مثال برای هر دو کمپرسور اسکرال و اسکرو می‌توان از طراحی سمی هرمتیک استفاده کرد. اما نوع فرایندی که در این کمپرسورها برای فشرده سازی سیال استفاده می‌شود متفاوت است. در اینجا قصد داریم به سراغ انواع کمپرسورهایی برویم که ممکن است در ساخت سردخانه‌ها مورد استفاده قرار بگیرند. از کمپرسورهای سیلندری پیستونی گرفته تا کمپرسورهای اسکرو، اسکرال و … برای این کار دربارۀ هرکدام از این کمپرسورها به صورت مختصر توضیحاتی نیز ارائه خواهیم کرد.
کمپرسور سردخانه سیلندری پیستونی
کمپرسورهای سیلندری پیستونی یا همان کمپرسورهای رفت و برگشتی، جزء پرقدرت‌ترین کمپرسورهای موجود در بازار هستند. سال‌های سال است که از کمپرسورهای پیستونی در ساخت سیکل‌های تبرید تراکمی استفاده می‌شود. در طراحی سردخانه‌ها نیز این کمپرسورها جزء انتخاب‌های متداول به حساب می‌آیند. دلیل این اولویت انتخاب، تنوع ظرفیت سرمایشی کمپرسورهای سیلندری پیستونی است. از این کمپرسورها می‌توان برای راه اندازی سردخانه‌هایی با گنجایش‌های مختلف و ظرفیت‌های سرمایشی متفاوت بهره برد. کمپرسورهای سردخانه‌ای سیلندری پیستونی ممکن است دارای یک تا چند محفظۀ پیستون باشند و کار فشرده سازی سیال مبرد را انجام دهند.
موتور سردخانه اسکرال
در میان انواع کمپرسور سردخانه کمپرسورهای اسکرال جزء کمپرسورهایی هستند که در سالیان گذشته به عنوان جایگزین مناسب کمپرسورهای رفت و برگشتی مطرح شده‌اند. نحوۀ طراحی کمپرسورهای اسکرال به گونه‌ای است که از دو مارپیچ برای فشرده سازی سیال مبرد استفاده می‌شود. مارپیچ بالایی ثابت بوده و گردش مارپیچ پایینی باعث فشرده سازی سیال مبرد می‌گردد. در کمپرسورهای اسکرال اتلاف انرژی به حداقل میزان ممکن می‌رسد و بازدهی عملکرد موتور در حد ایده‌آلی خواهد بود. به همین خاطر است که در ساخت انواع سردخانه‌ها با ظرفیت‌های سرمایشی مختلف از کمپرسورهای اسکرال استفاده می‌شود. کمپرسورهای اسکرال گاهی به صورت هرمتیک و گاه به شکل سمی هرمتیک طراحی و ساخته می‌شوند که بنا به نوع کاربرد مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم ترین مزیت کمپرسورهای اسکرال طول عمر بالای آنها است. با توجه به اینکه قطعات متحرک در کمپرسورهای اسکرال به حداقل میزان ممکن می‌رسد، در نتیجه از میزان اصطکاک بین قطعات و صدمات احتمالی نیز تا حد بالایی کاسته می‌شود.
کمپرسور سردخانه اسکرو
کمپرسورهای اسکرو از نظر نوع عملکرد تقریباً شبیه نوع اسکرال هستند. با این تفاوت که در کمپرسورهای اسکرو عمل فشرده سازی سیال با کمک دو رزوه مارپیچ گردان صورت می‌گیرد. این شکل از فشرده سازی باعث می‌شود تا کمپرسورهای اسکرو حتی توانایی فشرده سازی مقادیر کم سیال مبرد را نیز داشته باشند. مهم ترین مزیت کمپرسورهای اسکرو مصرف پایین انرژی الکتریکی در آنهاست. ضمن اینکه به واسطۀ نوع طراحی کمپرسورهای اسکرو، این کمپرسورها دیگر نیازی به سوپاپ مکش و دهش نخواهند داشت و عمل خنک سازی قطعات داخلی کمپرسور و رزوه‌های آن به کمک پاشش روغن روی قطعات انجام می‌گیرد. کمپرسورهای سردخانه‌ای اسکرو ممکن است به صورت هرمتیک و یا سمی هرمتیک طراحی شوند. از این کمپرسورها در طراحی سردخانه‌هایی با ظرفیت سرمایشی متفاوت می‌توان بهره برد.
موتور سردخانه آمونیاکی
در اغلب سیکل‌های تبرید تراکمی از گازهای مبرد فریونی یا همان CFC و HFC استفاده می‌شود. اما گاهی نیز از سیال‌های دیگری مانند آمونیاک در ساخت سردخانه‌ها استفاده می‌شود؛ که کمپرسور به کار رفته در سردخانه‌های آمونیاکی را اصطلاحاً کمپرسور آمونیاکی می‌نامند. گاز آمونیاک پس از خروج از کمپرسور تماماً در حالت بخار متراکم بوده و با دما و فشار بالایی وارد بخش کندانسور می‌شود؛ که در این مرحله عمل کندانس روی سیال آمونیاک انجام شده و از حالت گازی به حالت مایع اشباع درمی‌آید.
استفاده از آمونیاک جهت راه اندازی سردخانه‌ها محاسنی دارد از جمله اینکه طول عمر سردخانه را افزایش می‌دهد. زیرا در سیکل‌های آمونیاکی میزان اصطکاک‌ها کمتر شده و در نتیجه قطعات دستگاه دیرتر فرسوده می‌شوند. مزیت دیگر این سردخانه‌ها امکان استفاده از یک موتورخانۀ مرکزی برای کل فضای سالن‌های سردخانه است. این مزایا سبب شده تا برای راه اندازی سردخانه‌هایی با تناژ بالا از این سیال مبرد و موتور سردخانه آمونیاکی استفاده شود.
البته در کنار این مزایا معایبی نیز برای سردخانه‌های آمونیاکی وجود دارد. از جمله اینکه گاز NH3 در صورت استشمام می‌تواند منجر به مسمومیت افراد و کارکنان سردخانه شود و در نتیجه نیاز به ایمنی بالایی دارد. از جمله اینکه نیاز است تا نیروهای سردخانه آموزش‌های لازم را از پیش ببینند و اپراتورهای سردخانه تخصص کافی برای راه اندازی و مدیریت آن را داشته باشند.
راهنمای انتخاب کمپرسور سردخانه
در انتخاب کمپرسور مناسب برای احداث یک سردخانه موارد مشخصی را باید در نظر گرفت. نخست اینکه هدف اصلی از راه اندازی سردخانه چیست و قرار است چه محصول یا محصولاتی را در آن نگهداری کرد. سپس لازم است مشخص کنید که برای نگهداری این محصولات نیاز به چه محدودۀ دمایی دارید و تناژ کلی سردخانه قرار است چه مقداری باشد. پس از مشخص کردن این موارد نوبت به طراحی سردخانه می‌رسد. برای انتخاب یک کمپرسور مناسب برای ساخت سردخانه در این مرحله لازم است تمامی بارهای گرمایی وارد شده به سردخانه یا هدررفت گرما را در فضای سردخانه محاسبه کرد. فراموش نکنید که هدف اصلی در سردخانه‌ها مدیریت دمای محیط سالن‌های آن است. و در واقع وظیفۀ کمپرسور و سیکل تبرید تراکمی در سردخانه‌ها همین است. این بارهای گرمایی شامل انرژی گرمایی هدررفته از دیواره‌ها، انرژی گرمایی حاصل از ورود افراد به سالن‌ها، بار گرمایی حاصل از روشنایی سالن‌ها، بار گرمایی حاصل از فن‌های اواپراتور و … می‌شود. پس از محاسبۀ تمامی این بارهای گرمایی نوبت به انتخاب تجهیزات مناسب برای راه اندازی سردخانه می‌رسد.
در مراحل برنامه ریزی برای انتخاب نوع موتور سردخانه، محاسبات ریاضیاتی زیادی انجام می‌گیرد؛ که انجام این محاسبات برعهدۀ طراح بوده و نیازی نیست به عنوان یک خریدار به دنبال یادگیری این محاسبات باشید. به طور کلی انتخاب کمپرسور مناسب و راه اندازی سردخانه از مرحلۀ تعریف جزئیات سردخانه شروع شده سپس نوبت به مراحل محاسبات می‌رسد. بعد از آن نیز لازم است سایر محاسبات طراحی انجام گرفته و در پایان برآورد قیمت صورت بگیرد.
جمع‌بندی
کمپرسورها به عنوان قلب متحرک سیکل‌های تبرید تراکمی عمل می‌کنند. در حقیقت این کمپرسور است که انرژی لازم برای گردش سیال مبرد در طول سیکل را فراهم می‌کند. سردخانه‌ها دسته‌ای دیگر از صنایع تبریدی هستند که به منظور حفظ و نگهداری محصولات غذایی، کشاورزی، دارویی و … ساخته می‌شوند. کمپرسور سردخانه‌ها بسته به نوع کارایی سردخانه و تناژ آن مشخص می‌شود. موتور سردخانه‌ها برمبناهای متفاوتی دسته بندی می‌شوند. از جمله دسته بندی‌های معمول، دسته بندی بر مبنای کمپرسورهای سردخانه‌ای زیر صفر و بالای صفر، کمپرسورهای هرمتیک و نیمه هرمتیک، نوع طراحی کمپرسور و … است. برای انتخاب کمپرسور مناسب در میان انواع کمپرسور سردخانه موجود انجام این موارد لازم است : 1- تعریف 2- محاسبات بارهای گرمایی 3- محاسبات حاشیه‌ای جهت انتخاب سایر دستگاه‌ها 4- انجام برآورد قیمت. جهت خرید و اطلاع از قیمت انواع کمپرسور با ما تماس بگیرید.
