مقدمه
سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی نقش مهمی در تأمین آسایش حرارتی در فضاهای مسکونی، تجاری و صنعتی ایفا می‌کنند. این سیستم‌ها عمدتاً بر اساس چرخه تبرید تراکمی کار می‌کنند که در آن، گرما از یک محیط جذب و به محیط دیگر منتقل می‌شود. با این حال، یکی از چالش‌های اساسی این سیستم‌ها، تشکیل برفک یا یخ‌زدگی روی کویل‌های اواپراتور، به‌ویژه در شرایط آب‌وهوایی سرد و مرطوب است. برفک می‌تواند مانند یک عایق عمل کند و مانع از انتقال حرارت مؤثر بین مبرد و محیط اطراف شود. این مسئله باعث کاهش راندمان دستگاه، افزایش مصرف انرژی و حتی اختلال در عملکرد سیستم می‌شود.
برای جلوگیری از این مشکل، فناوری‌های مختلفی برای برفک‌زدایی یا دیفراست توسعه یافته‌اند که به دستگاه امکان می‌دهند به‌صورت خودکار یا دستی یخ تشکیل‌شده روی کویل را ذوب کند. روش‌های دیفراست شامل استفاده از المنت‌های گرمایشی، معکوس کردن سیکل تبرید و برخی فناوری‌های نوین مانند استفاده از گرمای موتور احتراق داخلی در سیستم‌های GHP است. هر یک از این روش‌ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و بسته به نوع سیستم و شرایط محیطی، کارایی متفاوتی خواهند داشت. در این مقاله، علاوه بر بررسی علل تشکیل برفک، انواع روش‌های دیفراست و نحوه عملکرد آن‌ها را بررسی خواهیم کرد تا درک بهتری از این فرآیند و اهمیت آن در افزایش بازدهی سیستم‌های تهویه مطبوع داشته باشیم.
دیفراست یا برفک‌زدایی چیست؟
برای درک مفهوم دیفراست یا برفک‌زدایی، ابتدا باید نگاهی به نحوه عملکرد سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی مبتنی بر سیکل تبرید داشته باشیم. این سیستم‌ها، مانند یخچال‌ها، فریزرها و برخی از انواع کولرهای گازی، برای ایجاد سرما از فرایند تبخیر و میعان مبرد استفاده می‌کنند.
در این فرایند، ممکن است در بخش‌هایی از سیستم، مخصوصاً روی اواپراتور، رطوبت محیط تبدیل به یخ شده و به‌مرور زمان لایه‌ای از برفک تشکیل دهد. این برفک می‌تواند عملکرد دستگاه را مختل کند، بازدهی آن را کاهش دهد و حتی مصرف انرژی را افزایش دهد.
در ادامه، علاوه بر بررسی علل تشکیل برفک، روش‌های مختلف برفک‌زدایی یا دیفراست را معرفی خواهیم کرد تا ببینیم چگونه می‌توان این مشکل را برطرف کرد.
نحوه عملکرد سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی مبتنی بر چرخه تبرید
سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی مانند کولر گازی (اسپلیت)، داکت اسپلیت، دستگاه‌های VRF و GHP از چرخه تبرید تراکمی برای تنظیم دمای محیط استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها از یک یا چند کمپرسور به همراه دو کویل اصلی تشکیل شده‌اند که شامل :
• کندانسور (کویل مخصوص دفع گرما)
• اواپراتور (کویل مخصوص جذب گرما)
این دو کویل در مکان‌های مختلفی نصب می‌شوند؛ یکی در داخل و دیگری در خارج ساختمان.
عملکرد در فصول گرم سال
در فصل تابستان، زمانی که سیستم‌ها در حالت سرمایش کار می‌کنند :
• کویل داخلی (یونیت داخلی) نقش اواپراتور را دارد و گرمای محیط داخل ساختمان را جذب می‌کند.
• کویل خارجی (یونیت بیرونی) به‌عنوان کندانسور عمل کرده و این گرما را به محیط بیرون منتقل می‌کند.
عملکرد در فصول سرد سال
در زمستان، زمانی که دستگاه در حالت گرمایش قرار دارد، این فرآیند برعکس می‌شود :
• کویل داخلی این بار به کندانسور تبدیل شده و گرما را به داخل ساختمان منتقل می‌کند.
• کویل خارجی نقش اواپراتور را بر عهده دارد و گرما را از محیط بیرون جذب می‌کند.
علت تشکیل برفک در حالت گرمایشی
زمانی که این دستگاه‌ها در حالت گرمایش کار می‌کنند، کویل بیرونی (اواپراتور) گرمای محیط را جذب کرده و به داخل ساختمان منتقل می‌کند. در این فرآیند، رطوبت موجود در هوای اطراف کویل خارجی با سطح سرد آن تماس پیدا کرده و به یخ یا برفک تبدیل می‌شود.
این لایه‌ی برفک مانند یک عایق حرارتی عمل می‌کند و مانع از تبادل گرما بین هوای محیط و مبرد درون لوله‌ها می‌شود. در نتیجه :
• راندمان سیستم کاهش می‌یابد، زیرا دستگاه مجبور می‌شود با مصرف انرژی بیشتری کار کند تا دمای مطلوب را حفظ کند.
• ممکن است در صورت انباشت بیش‌ازحد برفک، جریان هوا از میان کویل مختل شده و عملکرد کلی دستگاه با مشکل مواجه شود.
برای جلوگیری از این مشکل، سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی به مکانیزم دیفراست (برفک‌زدایی) مجهز هستند که در ادامه به روش‌های مختلف آن می‌پردازیم.
روش‌های دیفراست (برفک‌زدایی)
برای جلوگیری از کاهش راندمان و مشکلات ناشی از تجمع برفک روی اواپراتور بیرونی، سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی از مکانیزم‌های دیفراست استفاده می‌کنند. چندین روش برای برفک‌زدایی وجود دارد، از جمله :
1. استفاده از المنت‌های حرارتی : در این روش، المنت‌های گرمایشی در اطراف کویل بیرونی تعبیه شده‌اند و در فواصل زمانی مشخصی روشن می‌شوند تا یخ و برفک را ذوب کنند.
2. معکوس کردن سیکل تبرید : یکی از رایج‌ترین و کارآمدترین روش‌های دیفراست، تغییر جهت گردش مبرد در سیستم است که در ادامه توضیح داده شده است.
دیفراست با معکوس کردن سیکل تبرید
در این روش، دستگاه با استفاده از یک شیر چهارطرفه، جهت جریان مبرد را موقتاً برعکس می‌کند. به این ترتیب :
• اواپراتور بیرونی (کویل خارجی) که در حالت عادی سرد بود، برای مدت کوتاهی به کندانسور تبدیل می‌شود و گرم می‌شود.
• این گرما باعث ذوب شدن برفک و یخ روی کویل بیرونی می‌شود.
• پس از برفک‌زدایی، شیر چهارطرفه دوباره مسیر جریان مبرد را به حالت اولیه برمی‌گرداند و دستگاه به کار عادی خود ادامه می‌دهد.
این روش یکی از موثرترین و سریع‌ترین روش‌های دیفراست است، زیرا از انرژی موجود در سیکل تبرید برای گرم کردن کویل و از بین بردن یخ استفاده می‌کند، بدون اینکه به المنت‌های حرارتی اضافی نیاز باشد.
سیکل دیفراست با شیر چهارطرفه
در حالت گرمایشی، سیستم‌های مبتنی بر چرخه تبرید تراکمی مانند کولر گازی، داکت اسپلیت و VRF از شیر چهارطرفه برای تغییر مسیر مبرد استفاده می‌کنند. این قطعه کلیدی امکان معکوس کردن جریان مبرد را فراهم کرده و در فرآیند برفک‌زدایی (دیفراست) نقش مهمی دارد.
در حالت عادی گرمایش، کمپرسور مبرد را فشرده کرده و از طریق شیر چهارطرفه آن را از مسیر A و C عبور می‌دهد. مبرد داغ وارد کویل داخلی (کندانسور) شده و گرمای خود را به محیط داخل ساختمان منتقل می‌کند. سپس، مبرد از طریق شیر انبساط وارد کویل خارجی (اواپراتور) می‌شود و با جذب حرارت، تبخیر شده و مجدداً به کمپرسور بازمی‌گردد. این چرخه به‌صورت مداوم تکرار می‌شود تا دمای محیط را گرم نگه دارد.
با گذشت زمان، به دلیل تماس هوای مرطوب با کویل خارجی (اواپراتور)، برفک روی آن تشکیل می‌شود. این برفک مانند یک عایق عمل کرده و مانع از تبادل گرما بین مبرد و هوای بیرون می‌شود. در این شرایط، سنسور دمای کویل خارجی، وجود برفک را تشخیص داده و به سیستم کنترل مرکزی فرمان می‌دهد که عمل دیفراست را آغاز کند.
در سیکل دیفراست، شیر چهارطرفه مسیر مبرد را معکوس می‌کند، یعنی سیستم موقتاً از حالت گرمایش به سرمایش تغییر وضعیت می‌دهد. با این کار، کویل خارجی که قبلاً سرد بود، به کندانسور تبدیل شده و گرم می‌شود. این گرما موجب ذوب شدن برفک‌ها و پاک شدن سطح کویل خارجی می‌شود. در این مدت، فن یونیت داخلی خاموش می‌شود تا از انتشار هوای سرد در محیط جلوگیری کند.
پس از اتمام دیفراست، سیستم دوباره به حالت گرمایش بازمی‌گردد و فن داخلی روشن می‌شود. این فرآیند ممکن است بسته به شرایط محیطی و میزان برفک، چندین بار در طول روز انجام شود. مدت‌زمان دیفراست در دستگاه‌های مختلف متغیر است اما در تمامی سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی مبتنی بر کمپرسور و مبرد، مانند اسپلیت، داکت اسپلیت و VRF، اتفاق می‌افتد تا بازدهی دستگاه حفظ شده و مصرف انرژی کاهش یابد.
رفع مشکل سیکل دیفراست با دستگاه GHP
برای رفع مشکل برفک‌زدایی و کاهش نیاز به سیکل دیفراست، سیستم تهویه مطبوع مرکزی GHP به بازار عرضه شده است. این سیستم برخلاف سایر دستگاه‌های مبتنی بر کمپرسور الکتریکی، از یک موتور احتراق داخلی که با گاز طبیعی (گاز شهری) کار می‌کند، به‌عنوان منبع اصلی تأمین انرژی استفاده می‌کند.
یکی از ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد GHP، استفاده از آب داغ رادیاتور موتور و دود خروجی اگزوز برای جلوگیری از تشکیل برفک روی اواپراتور یونیت خارجی است. در این سیستم، یک مبدل حرارتی ویژه طراحی شده است که گرمای آب رادیاتور و گازهای داغ خروجی حاصل از احتراق را به لوله‌های اواپراتور یونیت خارجی منتقل می‌کند. این فرآیند مانع از سرد شدن بیش‌ازحد کویل خارجی شده و از تشکیل برفک روی سطح آن جلوگیری می‌کند.
علاوه بر برفک‌زدایی مؤثر، سیستم تهویه مطبوع GHP مزایای زیادی دارد. با توجه به دسترسی گسترده به گاز طبیعی در ایران، این سیستم پتانسیل بالایی برای تبدیل‌شدن به اصلی‌ترین راهکار تهویه مطبوع سرمایشی و گرمایشی در کشور را دارد. همچنین، مصرف کمتر برق و کارایی بالاتر در شرایط جوی سرد، از دیگر ویژگی‌های برجسته این فناوری محسوب می‌شود.
نتیجه‌گیری
برفک‌زدایی یا دیفراست یکی از فرآیندهای کلیدی در حفظ عملکرد بهینه سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی است. تشکیل برفک بر روی کویل‌های اواپراتور، در صورت عدم کنترل، می‌تواند منجر به کاهش راندمان، افزایش مصرف انرژی و در نهایت خرابی دستگاه شود. برای مقابله با این چالش، روش‌های متنوعی توسعه یافته‌اند که هر یک بسته به نوع سیستم، شرایط جوی و نیاز کاربر، کاربرد متفاوتی دارند.
روش‌هایی مانند المنت‌های گرمایشی، معکوس کردن سیکل تبرید و فناوری‌های نوین مانند استفاده از گرمای موتور احتراق داخلی در سیستم‌های GHP، هر کدام دارای مزایای خاصی هستند. در حالی که المنت‌های حرارتی می‌توانند فرآیند دیفراست را به‌طور مستقل انجام دهند، روش معکوس کردن سیکل تبرید کارایی بالاتری دارد و بدون نیاز به تجهیزات اضافی، از انرژی موجود در سیستم برای ذوب برفک استفاده می‌کند. از سوی دیگر، فناوری GHP با استفاده از گرمای حاصل از موتور احتراق داخلی، رویکردی نوین برای جلوگیری از تشکیل برفک ارائه داده است که به کاهش نیاز به چرخه‌های دیفراست و افزایش بازدهی دستگاه کمک می‌کند.
در نهایت، انتخاب روش مناسب برای دیفراست تأثیر مستقیمی بر عملکرد کلی سیستم، هزینه‌های نگهداری و مصرف انرژی دارد. آگاهی از نحوه عملکرد این فرآیند و در نظر گرفتن شرایط محیطی، می‌تواند به انتخاب بهینه‌ترین راهکار برای جلوگیری از مشکلات ناشی از برفک کمک کند. توسعه فناوری‌های جدید و بهبود روش‌های دیفراست، نقشی اساسی در افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های انرژی در سیستم‌های تهویه مطبوع آینده خواهد داشت.