درسنامه آموزشی تعمیر و نگهداری تجهیزات گرمایشی و سرمایشی کلاس دهم مکاترونیک

واحد یادگیری 1: شایستگی هوشمندسازی کولر آبی

آیا تا به حال پی برده‌اید؟

- سیم‌کشی کولر آبی به چه صورتی انجام می‌گیرد و کلید کولر معادل چه کلیدهایی است؟
- ساختمان موتورهای استفاده شده در کولرهای آبی چگونه است و موتور استفاده شده جز کدام دسته از موتورهای تک فاز است؟
- پمپ مورد نیاز کولرهای آبی جزء کدام دسته از انواع موتورهاست و دارای چه ساختمانی است؟
- برای هوشمندسازی و مکاترونیکی کردن کولر آبی از چه المان‌های الکترونیکی بایستی، بایست و می‌بایست در جمله‌ای به‌کار می‌روند که ماضی باشد استفاده کرد و مدار کنترلی آن چگونه می‌باشد؟

هدف از این شایستگی آشنایی و کار با انواع کلیدهای روشنایی و ترکیب آن‌ها به عنوان کلید کولر در ابتدای بحث است. سپس به سراغ ساختمان کولر و اجزای آن می‌رویم و به صورت کلی انواع موتورهای استفاده شده در کولرهای آبی و همچنین پمپ‌های آب موجود در کولرها را بررسی می‌کنیم و به تشریح آن‌ها می‌پردازیم.

در ادامهٔ بحث و پس از شناخت کامل سیستم‌های سرمایشی و برودتی، به سراغ مدار راه‌اندازی کولر آبی می‌رویم و بعد از آن و با آگاهی از مدارات کنترلی میکرو، به سراغ مکاترونیکی کردن کولر و در اصطلاح علمی هوشمندسازی آن خواهیم رفت. در این مرحله با بستن یک مدار کنترلی الکترونیکی و با استفاده از میکروکنترلرهای AVR می‌توان کولر آبی را هم به‌صورت دستی و هم به‌صورت اتوماتیک کنترل کرد و حتی توسط یک تلفن همراه هوشمند و با استفاده از ماژول WIFI می‌توان آن را به راحتی کنترل نمود و هدایت آن را در اختیار گرفت.

استاندارد عملکرد

پس از اتمام واحد یادگیری و کسب شایستگی کولر آبی مکاترونیکی، هنرجویان قادر خواهند بود تا هر تجهیز الکتریکی یا مکانیکی دیگر را به‌صورت هوشمند کنترل کنند و با استفاده از مدارات الکترونیکی و میکرو کنترلر آن‌ها را توسط تلفن همراه هدایت نمایند.

مدار الکتریکی کلید تک‌پل

این مدار برای قطع و وصل وسایل الکتریکی و روشن و خاموش کردن لامپ‌ها در اتاق‌های کوچک، انباری، حمام، آشپزخانه، سرویس بهداشتی و... استفاده می‌شود.

مدار الکتریکی کلید دوپل

مدار کلید دوپل نیز همانند مدار کلید یک‌پل است، با این تفاوت که دو خروجی دارد، هر خروجی به سمت یک لامپ می‌رود. سیم‌نول به‌صورت مشترک به هر دو لامپ متصل است.

کاربرد

این مدار در محل‌هایی که دو دسته لامپ در کنار هم وجود دارد به‌کار می‌رود. مانند اتاق‌های پذیرایی بزرگ که بیش از یک لامپ یا لوستر دارند و لازم است در یک زمان یک دسته و زمان دیگر دستهٔ دیگری از لامپ‌ها و در موقع دیگر هر دو دسته لامپ‌ها روشن شوند.

مدار الکتریکی کلید تبدیل

این مدار برای خاموش و روشن کردن یک لامپ یا یک گروه لامپ از دو نقطه مورد استفاده قرار می‌گیرد و معمولاً از آن برای اتاق خواب، راهروها، راه‌پله‌ها و سالن‌های بزرگ، که خروجی‌های مختلف دارند و نیز در هال برخی واحدهای مسکونی، استفاده می‌شود.

طریقهٔ تعیین کنتاکت‌های کلید تبدیل

در کلید تبدیل دو کنتاکت غیر مشترک و یکی از کنتاکت‌ها مشترک است. کنتاکت‌های غیر مشترک و یکی از کنتاکت‌ها مشترک است. کنتاکت‌های غیر مشترک، کنتاکت‌هایی هستند که در هر دو وضعیت کلید به یکدیگر، اتصال ندارند. یعنی چنانچه اهم‌متر را به دو کنتاکت غیر مشترک اتصال یابد، در هر دو وضعیت مقاومت بی‌نهایت را نشان می‌دهد.

کلید مخصوص کولر

برای راه‌اندازی پمپ آب و موتور دو دور فن و کنترل دورهای تند و کند از سه کلید استفاده می‌شود.

- کلید یک‌پل جهت روشن و خاموش کردن پمپ؛
- کلید یک‌پل جهت روشن و خاموش کردن موتور دو دور فن؛
- کلید دور تند و کند (که یک کلید تبدیل است).

آشنایی با الکتروموتورهای تک‌فاز

موتورهای تک‌فاز به موتورهایی اطلاق می‌شود که جهت راه‌اندازی نیاز به جریان متناوب تک‌فاز (L1 و N) دارند. ساختمان داخلی این موتورها از یک قسمت ساکن (استاتور) و یک قسمت گردان (روتور) تشکیل شده است. این موتورها از اندازه‌های کوچک $\frac{1}{4}hp$ تا چند اسب بخار (حدود پنج اسب بخار) ساخته می‌شوند.

اصول کار اغلب موتورهای تک‌فاز مانند موتورهای سه فاز بر خاصیت القایی استوار است. این موتورها به میدان دوّار نیاز دارند. در موتورهای تک‌فاز، میدان دوار ناشی از جریان‌های سه‌فاز وجود ندارد. به همین جهت برای راه‌اندازی آن‌ها نیاز به روش‌ها و وسایل دیگری است که به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت. از موتورهای تک‌فاز، نسبت به صنعت، بیشتر در وسایل خانگی استفاده می‌شود. موتورهای تک‌فاز را براساس ساختمان داخلی و روش راه‌اندازی به‌صورت زیر می‌توان طبقه‌بندی کرد:

- موتورهای القایی (فاز شکسته-خازن‌دار- قطب چاک‌دار)
- موتورهای دفعی (رپولسیونی)
- موتورهای اونیورسال
- موتورهای سنکرون با قطب چاکدار (رلوکتانسی- هیسترزیسی)

پلاک اتصال موتورهای تک فاز (تخته کلم)

به طور کلی بر روی تخته کلم موتورهای تک فاز، در استاندارد قدیم از حروف V و U برای مشخص کردن دو سر سیم پیچ اصلی و از حروف Z و W برای تعیین دو سرِ سیم پیچ کم یک استفاده می‌شود (تصویر 9).

در استاندارد IEC از حروف U1 و U2 برای نشان دادن سرهای سیم‌پیچ اصلی و از حروف Z1 و Z2 برای مشخص کردن سرهای سیم‌پیچ کمکی استفاده می‌شود (تصویر 10).

چون در موتورهای رپولسیونی و قطب چاک‌دار از یک دسته سیم‌پیچی استفاده می‌شود، لذا تخته کلم این موتورها را به‌صورت تصویر 11 نشان می‌دهند.

حروف اختصاری به‌کار رفته در تخته کلم موتورهای اونیورسال به‌صورت تصویر 12 است.

تغییر جهت گردش در موتورهای تک‌فاز

برای تغییر جهت گردش موتورهای الکتریکی تک‌فاز، جهت جریان در سیم‌پیچی کمکی را عوض می‌کنیم یعنی جای سر و ته کلاف متصل شده به فاز و نول عوض می‌شود. این کار در موتورهای اونیورسال با تغییر جهت جریان در آرمیچر انجام می‌شود. بر اثر این جابه‌جایی، جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده در فضای داخلی استاتور و بالطبع نیروی وارده بر روتور عوض می‌شود. با عوض شدن جهت نیروی وارده طبیعتاً جهت گردش موتور نیز عکس حالت اول می‌شود.

تصویر 13 مداری و تصویر 14 تخته کلم موتور تک‌فاز را در حالت راست گرد نشان می‌دهد.

تصویر 15 شکل مداری و تصویر 16 شکل تخته کلم موتور تک‌فاز را درحالت چپ گرد نشان می‌دهد.

کلید دستی تک‌فاز زبانه‌ای ساده

امروزه در صنعت از کلیدهای زبانه‌ای، به دلیل مزایای زیاد آن‌ها نسبت به دو نوع دیگر، استفاده بیشتری می‌شود چون نسبت به کلید غلتکی عمر زیادتری دارد و نسبت به کلید اهرمی جریان بیشتری را از خود عبور می‌دهد. در این کلید مطابق شکل روبه‌رو به جای استفاده از نوارهای هادی و تیغه‌های ثابت، استوانه را طوری طراحی می‌کنند که چندین برجستگی و فرورفتگی داشته باشد و باحرکت استوانه به دور محور خود، زبانه بالا و پایین برود. زبانهٔ مزبور کنتاکت‌های متحرک (پلاتین) را به کنتاکت‌های ثابت وصل یا از آن‌ها جدا می‌کند.

توضیح: معمولاً سیم نول را نیز مانند فاز از طریق کلید به سر سیم‌های موتور اتصال می‌دهند.

مدار راه‌اندازی موتور تک‌فاز با کلید زبانه‌ای را در شکل زیر مشاهده می‌کنید. در این نقشه و در لحظهٔ راه‌اندازی پیچ‌های 1 با 2، 3 با 4 و 5 با 6 اتصال دارند بنابراین ${U_1}$ با ${L_1}$ و ${Z_1}$ با ${L_1}$ و ${Z_2}$ و ${U_2}$ با $N$ وصل می‌شوند تا زمانی که کلید قطع نشود موتور به کار خود ادامه می‌دهد.

راه‌اندازی موتورهای تک‌فاز آسنکرون با سیم‌پیچ راه‌انداز موقت

موتورهای یک‌فاز از دو گروه سیم‌پیچی تشکیل شده است که با هم حدود 90 درجه اختلاف فاز الکتریکی دارند. برای راه‌اندازی آن‌ها ابتدا باید هر دو سیم پیچ در مدار قرار گیرد و پس از اینکه سرعت موتور به 75% سرعت نامی رسید، سیم‌پیچ راه‌انداز از مدار خارج شود. ساختمان داخلی این کلید مشابه کلید زبانه‌ای نوع سادهٔ تک‌فاز است، با این تفاوت که ساختمان داخلی آن به‌صورتی طراحی شده که در حالت صفر، ارتباط الکتریکی موتور کلید از شبکه قطع است. در حالت استارت هر دو سیم‌پیچی موتور تغذیه می‌شوند. در شکل زیر تصویر نمونه‌ای از این کلیدها را مشاهده می‌کنید.

نحوهٔ اتصال پیچ‌های این کلید به این صورت است که پیچ‌های 1 با 2 و 3 با 4 و 5 با 6 اتصال دارند. پس از راه‌اندازی و رسیدن دور موتور به 75 درصد سرعت نامی خود باید کلید موتورهای یک‌فاز از دو گروه سیم‌پیچی تشکیل شده است که با هم حدود 90 درجه اختلاف فاز الکتریکی دارند. برای راه‌اندازی آن‌ها ابتدا باید هر دو سیم‌پیچ در مدار قرار گیرد و پس از اینکه سرعت موتور به 75% سرعت نامی رسید، سیم‌پیچ راه‌انداز از مدار خارج شود.

ساختمان داخلی این کلید مشابه کلید زبانه‌ای نوع سادهٔ تک‌فاز است، با این تفاوت که ساختمان داخلی آن به‌صورتی طراحی شده در حالت صفر، ارتباط الکتریکی موتور کلید از شبکه قطع است. در حالت استارت هر دو سیم‌پیچی موتور تغذیه می‌شوند. در شکل روبه‌رو تصویر نمونه‌ای از این کلیدها را مشاهده می‌کنید.

نحوهٔ اتصال پیچ‌های این کلید به این صورت است که پیچ‌های 1 با 3، 2 با 4 و 5 با 6 اتصال دارند. پس از راه‌اندازی و رسیدن دور موتور به 75 درصد سرعت نامی خود باید کلید را از حالت «استارت» به حالت «یک» بُرد. در این حالت موتور به‌کار خود ادامه می‌دهد و اتصال پیچ‌های 5 و 6 قطع می‌شود و در نتیجه سیم‌پیچ راه‌انداز از مدار خارج می‌گردد. مدار راه‌اندازی موتور تک‌فاز با کلید زبانه‌ای دارای حالت راه‌انداز در شکل زیر نشان داده شده است.

کلید دستی تک‌فاز چپ گرد- راست گرد زبانه‌ای

برای تغییر جهت گردش در موتورهای تک‌فاز باید جهت جریان در سیم‌پیچ راه‌انداز را عوض کرد. ضمناً لازم است به این نکته توجه شود که با هربار تعویض جهت گردش، سیم‌پیچ راه‌انداز باید تا رسیدن سرعت موتور به 75 درصد سرعت نامی خود در مدار قرار داشته باشد و سپس از مدار خارج شود.

مدار اتصال موتور تک‌فاز به کمک این کلید را در شکل زیر مشاهده می‌کنید.

سیستم‌های سرمایشی و برودتی

جدول 1

سیستم‌های تبخیری	کولر آبی	کولر آبی پوشالی	ثابت
			متحرک
		کولر آبی سلولزی (ثابت)
		ایرواشر (بهارساز)
سیستم‌های انبساط مستقیم (DX) (Direct Expansio)	انواع کولرهای گازی پنجره‌ای
	انواع اسپیلیت
سیستم‌های آب چیلر (Chilled Water)	فن کوئل
	انواع هواساز
فن‌ها	انواع پنکه‌ها

سیستم‌های سرمایشی تبخیری

سرمایش تبخیری یک فرایند بسیار قدیمی است که منشأ آن به هزاران سال قبل، در تمدن‌های باستانی ایران و مصر باز می‌گردد. خنک‌کننده‌های تبخیری نوین بر اساس نمونه‌های اولیه‌ای که در دههٔ 1900 آمریکا ساخته شد تولید می‌شوند. سرمایش تبخیری می‌تواند به‌صورت مستقیم یا غیرمستقیم و خود به خودی یا مختلط، انجام شود.

در سرمایش تبخیری مستقیم، مقدار آب موجود در هوای خنک‌شده افزایش می‌یابد. در سرمایش تبخیری غیرمستقیم، تبخیر در درون یک مبدل حرارتی انجام می‌شود و مقدار رطوبت موجود در هوای خنک‌شده، تغییری نمی‌کند. از آنجایی که بالا بودن نرخ تبخیر رطوبت نسبی را افزایش می‌دهد و ممکن است آسایش محیط را سلب کند، روش سرمایش تبخیری مستقیم باید در مناطقی اجرا شود که رطوبت نسبی در آنجا کم باشد. هرگاه فرایند تبخیر به‌طور طبیعی انجام شود تبخیر خود به خودی انجام می‌شود.

در صورتی می‌توان یک فضا را با تبخیر خودبه‌خودی خنک نمود که در آن سدی از آب راکد یا در جریان، مانند حوضچه یا فوارهٔ آب وجود داشته باشد. در مواردی که تبخیر توسط دستگاه‌های مکانیکی انجام شود تبخیر مختلط است. واضح است که در این نوع تبخیر انرژی مصرف می‌شود، ولی مقدار انرژی مصرفی در مقایسه با تهویهٔ مطبوع بسیار کمتر است.

اساس روش سرمایش تبخیری، ترمودینامیک تبخیر آب یا به عبارت دیگر، تغییر حالت آب از مایع به بخار است. به دلیل استفاده از این نوع کولر در ایران بیشتر از هر جای دیگری در جهان، گاه این نوع کولرها با عنوان کولر ایرانی شناخته می‌شوند. قدیمی‌ترین نمونهٔ کولر آبی در جهان، که همان بادگیر است، در حدود هزاران سال پیش در ایران اختراع شد. کارکرد بادگیرها به این ترتیب است که هوای جاری بیرون از خانه را به داخل خود می‌کشد و با تشت‌های آبی که درونش تعبیه شده است، هوا را خنک و سبک می‌کند و به داخل خانه هدایت می‌نماید.

در کولر آبی معمولی, هوای خنک با استفاده از ریزش آب روی پوشال‌ها و عبور هوا از میان پوشال‌های خیس ایجاد می‌شود ولی در کولر آبی سلولزی به جای پوشال از ورقه‌های سلولز استفاده می‌گردد که به‌دلیل پیوستگی حجمی سلولز نسبت به پوشال هوای خنک‌تری در کولرهای سلولزی تأمین می‌شود.

کولر آبی

الکتریکی

- الکتروموتور دو دور
- پمپ آب
- جعبه اتصال
- خازن راه‌انداز
- خازن اصلاح ضریب قدرت
- کابل 4 رشته
- کلید مخصوص

مکانیکی

- بدنه
- ناودان‌ها
- فن
- شناور
- کانال‌های داخلی و خارجی
- یاتاقان
- پولی کولر آبی
- تسمه پروانه
- سه‌راهی آب

چگونگی عملکرد کولر آبی

1- کولرهای آبی جهت تأمین سرمایش در مناطقی با آب و هوای خشک انتخاب مناسبی است. کولرهای آبی، علاوه بر تأمین سرمایش، به لطافت هوای داخل منازل نیز کمک می نمایند. از این‌رو استفاده از کولرهای آبی در مناطق شمالی و جنوبی کشور زیاد توصیه نمی‌شود. متوسط توان کولرهای آبی درحدود 600 وات است، در صورتی که در کولرهای گازی، متوسط توان معادل 2400 وات است. مصرف برق در کولرهای آبی در مقایسه با کولرهای گازی حدود 25٪ مصرف کولرهای گازی را شامل می‌شود. استفاده از کولرهای آبی برای سرمایش ساختمان‌ها معمول است، زیرا نسبتاً ارزان‌تر و نسبت به دیگر مدل‌های دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع (کولرهای گازی و ...) دارای مصرف انرژی کمتری هستند.

2- در واقع کولر آبی یک جعبهٔ فلزی یا پلاستیکی با کناره‌های باز به منظور عبور هواست. فن سانتریفیوژی که در داخل کولر آبی تعبیه گردیده است توسط موتور الکتریکی و تسمه به چرخش در می‌آید و موجب حرکت هوا در داخل کولر آبی می‌گردد.

از طرف دیگر پمپ آب تعبیه شده در محفظهٔ کولر آبی به‌صورت مداوم به منظور ادامهٔ روند خنک‌سازی موجب مرطوب کردن پوشال‌های کولر می‌گردد. هوا به‌وسیلهٔ فن از طریق روزنه‌های موجود در کناره‌های دستگاه و از میان پوشال‌های مرطوب عبور می‌کند و حرارت هوا موجب تبخیر آب از روی پوشال‌ها می‌گردد. سرمای تولید شده با رطوبت موجود در پوشال‌های کولر و آب داخل حوضچه کولر برخورد می‌کند و به‌واسطهٔ کانال‌ها از طریق یک دریچه در سقف و یا دیوار به فضای اتاق منتقل می‌گردد. در واقع کولرهای آبی از طریق تبخیر آب، هوای محیط را خنک می‌نمایند.

3- از طرف دیگر، نگهداری کولر آبی به‌دلیل وجود فقط دو قطعهٔ مکانیکی در دستگاه (فن موتور و پمپ آب) کم هزینه است. بعدها نیز در صورت نیاز به تعمیرات، این قطعات با هزینهٔ اندک توسط مالک به آسانی قابل تعویض و تعمیر است.

کولر آبی سلولزی

کولرهای آبی سلولزی از جدیدترین سری کولرهای آبی به شمار می‌آیند. عملکرد کولرهای آبی سلولزی دقیقاً مشابه مکانیسم عمل کولرهای آبی پوشالی است. با این تفاوت که در کولرهای سلولزی از پد سلولزی به جای پوشال استفاده می‌گردد.

کولرهای آبی سلولزی توانایی بیشتری در خنک‌کردن هوا دارند. پدسلولزی به دلیل داشتن ساختار یکنواخت دارای سطح تماس بسیار زیاد میان آب و هواست و توانایی انتقال جریان هوای بهتری را از بیرون به داخل فضای محیط دارا دارد.

همچنین کولرهای آبی سلولزی قادرند تا مقداری از آلودگی‌های هوا را به خود جذب و از ورود آن‌ها به کانال جلوگیری کنند.

پد سلولزی در کولرهای آبی سلولزی یا همان واسطهٔ سرمایش تبخیری، در سیستم‌های با راندمان تبخیری بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. پد سلولزی از ورقه‌های نازک منظم و موج‌دار از جنس سلولز، با خاصیت رطوبت‌پذیری زیاد، ساخته شده و به هم پیوند خورده‌اند. پد سلولزی در مقابل تجزیه و فاسد شدن نیز مقاوم است.

پد سلولزی با جذب آب به خود مرطوب می‌شود و هوای گرم و خشک با عبور از پد سلولزی حرارت خود را به آب می‌دهد تا به‌طور کامل تبخیر گردد و بخار آب خالص و بدون آلودگی و در نتیجه هوای خنک و مطبوع را تولید نماید.

کولرهای آبی سلولزی نسبت به نمونهٔ هم قدرت خود در کولرهای آبی پوشالی حدوداً 30 الی 40 درصد گران‌تر است.

استفاده از پدسلولزی در کولرهای آبی عملکرد آن‌ها را بهبود می‌بخشد. لذا کولرهای آبی سلولزی، نسبت به کولرهای آبی پوشالی معمولی، مصرف انرژی‌شان یک الی دو رتبه بهینه‌تر است.

ایرواشرها

طرز کار ایرواشرها مانند کولر آبی است، با این تفاوت که ایرواشر با اسپری کردن آب به درون هوا باعث خنک شدن هوا می‌شود. در ایرواشرها آب توسط سیستم پمپاژ و نازل‌ها به پودر تبدیل می‌شود. راندمان سیستم‌های ایرواشر بالاتر است، زیرا با اسپری کردن جذب مولکولی بین مولکول‌های آب و هوا بیشتر می‌شود. پمپ آب را حدود 3 یا 4 اتمسفر فضا آب را بالا می‌برد تا پودر شود.

در ایرواشرهای خانگی یا بهارسازها سوراخ‌های نازل توسط رسوب آب و گچ آب گرفته شده و بنابراین تعمیر و نگهداری سخت دارد و بیشتر در مکان‌های صنعتی استفاده می‌شود. در مصارف خانگی بهتر است ابتدا آب تصفیه و سپس از آن استفاده گردد. از محاسن ایرواشرها این است که نیاز نیست ایرواشر روی پشت بام یا فضای باز باشد زیرا هوای تازه را توسط کانال به دستگاه می‌رسانیم.

طرز کار کولر آبی

آب توسط الکتروپمپ از تشتک به ناودان‌های در بالای پوشال‌ها هدایت می‌شود و سپس بر روی پوشال‌ها می‌ریزد و آن‌ها را خیس نگه می‌دارد. با کار الکتروفن هوا از روی پوشال‌های مرطوب عبور می‌کند به طرف کانال یا داخل سالن هدایت می‌شود. عبور هوا از روی پوشال‌های مرطوب موجب تبخیر آب پوشال‌ها می‌شود و آب برای تبخیر شدن، گرمای هوا را جذب می‌کند و در نتیجه موجب خنک شدن هوا می‌شود. هوای خنک با رطوبت حدود 90 درصد وارد سالن می‌گردد. این کولر در نقاطی که دارای آب و هوای خشک است با بازده خوب کار می‌کند، اما در نقاط مرطوب و کنار دریا کارایی ندارد.

ظرفیت کولر

کولرهای آبی را در اندازه‌های مختلف تا ظرفیت 13000 می‌سازند و آن‌ها را بر اساس ظرفیت می‌شناسند. عبارت کولر 4500 به معنی این است که ظرفیت هوادهی کولر 4500 فوت مکعب در دقیقه است.

نکات مهم در راندمان حرارتی سیستم‌های تبخیری

دمای خشک (Tdb)

دمایی که دماسنج‌های معمولی برای ما اندازه‌گیری می‌کند.

دمای تر (Twb)

اگر هوای همان فضا را به حالت اشباع برسانیم. یعنی آب تزریق کنیم تا رطوبت %100 شود، دمای هوا پائین می آید. حال اگر مقداری پنبه را خیس کنیم و محفظهٔ جیوهٔ دماسنج را داخل آن بگذاریم دماسنج در نقطه ای ثابت م یشود و تغییر نم یکند که به آن «دمای تر» می‌گوییم. $\eta \% $ راندمان تبخیری در سیستم‌های تبخیری است و برحسب درصد بیان می شود. (Ts= دمای خروجی دستگاه)

$\eta \% = \frac{{Tdb - Ts}}{{Tdb - Twb}}$

اگر سیستم تبخیری خوب کار کند و راندمان 100% باشد دمای خشک را به دمای تر می‌رساند. هر چه دمای خشک به دمای تر نزدیکتر شود راندمان دستگاه بهتر خواهد بود. ماکزیمم راندمان کولر آبی پوشالی 80٪ و کولر آبی سلولزی 85٪ و در ایرواشرها 90٪ است.

لازم است دما بین 23 تا 29 درجه سانتی‌گراد باشد تا آسایش افراد تأمین گردد. دمای بین 29 تا 31 درجهٔ دمای قابل تحمل و دمای بیشتر از 31 درجه دمای غیر قابل تحمل است. همچنین رطوبت نسبی قابل تحمل برای افراد بین 30 تا 60 درصد است. دمای بیش از 60 درصد موجب سلب آسایش و کمتر از 30 درصد موجب سوزش چشم و خشک شدن مخاط بینی می‌شود. گرمایش هوا باعث کاهش رطوبت نسبی می‌شود (هر چه رطوبت بالاتر رود باید دما را کاهش دهیم تا به شرایط آسایش برسیم).

رطوبت نسبی 

نسبت فشار جزئی (بخار آب موجود در هوا) تقسیم بر فشار جزئی موجود در حالت اشباع. ظرفیت دستگاه‌ها بر حسب ظرفیت فن اسم‌گذاری می‌شوند و برحسب شرایط اقلیمی خشک و تر بودن ظرفیتشان عوض می‌شود. مثلاً کولر آبی 6000 یعنی فن قدرت دارد تا 6000 متر مکعب هوا را در یک ساعت منتقل کند.

موتورهای دو دور کولر

موتورهای دو دور کولر، پروانه یا فن را می‌چرخانند و هوای محیط را تهویه می‌کنند. موتورهای دو دور کولر به دو دستهٔ کلی تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از:

الف) موتور دو دور با خازن دائم‌کار

دورهای تند و کند این موتور به ترتیب حدود 1500 و 1000 دور در دقیقه است و 4 دسته سیم‌پیچ دارد. هر یک از دورهای این موتور یک سیم‌پیچ اصلی، یک سیم‌پیچ کمکی و یک خازن دارد. خازن با سیم پیچ کمکی به طور سری قرار می‌گیرد. در هر دور، سیم‌پیچ‌های اصلی، کمکی و خازن مربوط به آن دور همواره در مدار قرار دارند. از این‌رو به آن‌ها موتورهای با خازن دائم‌کار می‌گویند.

ب) موتور دو دور با سیم‌پیچ راه‌انداز

در موتورهای کولر با سیم‌پیچ راه‌انداز سه دسته سیم‌پیچ وجود دارد که عبارت‌اند از:

- سیم‌پیچ اصلی برای دور تند با سربندی چهار قطب وسرعت تقریبی 1500 دور در دقیقه؛
- سیم‌پیچ اصلی برای دور کند با سربندی شش قطب و سرعت تقریبی 1000 دور در دقیقه؛
- سیم‌پیچ راه‌انداز با سربندی چهار قطب.

در این نوع موتورها در شروع حرکت، سیم‌پیچ راه‌انداز با سیم‌پیچ اصلی دور تند به‌طور موازی قرار می‌گیرند و هنگامی که دور روتور به حدود 75 درصد نامی آن رسید، سیم‌پیچ راه انداز از مدار خارج می‌شود. در این حالت سیم‌پیچ اصلی دور تند به تنهایی روتور را می‌چرخاند.

هنگامی که کولر با دور کند راه‌اندازی می‌شود، ابتدا سیم‌پیچ اصلی دور تند و سیم‌پیچ راه‌انداز وارد مدار می‌شوند و پس از رسیدن دور موتور به 75٪ دور نامی، توسط کلیدی که در داخل موتور تعبیه شده است هر دو سیم‌پیچ از مدار خارج می‌شود و سیم‌پیچ اصلی دور کند را وارد مدار می‌کند و روتور با دور کند می‌چرخد.

موتورهای کولر با سیم‌پیچ راه‌انداز به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از:

1- موتورهای کولر با راه‌انداز مقاومتی
2- موتورهای کولر با خازن راه‌انداز

قدرت الکتروموتورهای کولر به شرح زیر است:

- الکتروموتورهای با قدرت $\frac{1}{4}$ اسب بخار برای کولرهای 2500 و 3000
- الکتروموتورهای با قدرت $\frac{1}{3}$ اسب بخار برای کولرهای 3500 و 4000
- الکتروموتورهای با قدرت $\frac{1}{2}$ اسب بخار برای کولرهای 4500 و 5000
- الکتروموتورهای با قدرت $\frac{3}{4}$ اسب بخار برای کولرهای 7000

(از خازن‌های راه‌انداز فقط در این موتورها استفاده می‌شود و سبب می‌گردد که موتور سریع‌تر به دور نامی برسد).

در موتور راه‌انداز مقاومتی (با فاز شکسته)، مقاومت اهمی سیم‌پیج راه‌انداز از مقاومت اهمی سیم‌پیچ اصلیِ هم قطب آن، که در این موتور چهار قطب است، بیشتر است. به همین دلیل به آن موتور راه‌انداز مقاومتی گفته می‌شود.

پمپ آب کولر

پمپاژ یا تلمبهٔ آب از تشتک آب کولر به سه‌راهی انشعاب آب، به وسیلهٔ پمپ کولر انجام می‌شود. موتور الکتریکی پمپ آب کولر فقط از نوع یک فاز القایی با قطب چاکدار است، که به آن‌ها موتور قطب چاکدار گفته می‌شود.

پمپ‌های کولر از نظر ساختمانی به دو دستهٔ کلی زیر تقسیم می‌شوند:

الف- پمپ آب با استاتور بوبینی

ب- پمپ آب با استاتور بالشتکی

لوازم الکتریکی کولرهای آبی

لوازم الکتریکی برای راه اندازی و بهره برداری کولر

1- کلید فیوز مینیاتوری
2- کابل با سیم رابط بین فیوز و کلید مخصوص کولر
3- کلید مخصوص کولر
4- کابل چهار رشته کولر
5- جعبه ترمینال
6- کابل سه رشته‌ی ارتباط ترمینال به موتور دو دور
7- سیم رابط ترمینال به پمپ آب کولر
8- خازن اصلاح ضریب قدرت
9- سیم اتصال زمین

کلید فیوز مینیاتوری

برای حفاظت الکتریکی خط تغذیهٔ کولر آبی هوایی، کلید فیوز مینیاتوری و نوع G آن (حفاظت‌کنندهٔ موتور که دارای عنصر حفاظتی جریان زیاد و بار زیاد است) مشابه شکل مقابل است. محدودهٔ قطع سریع این کلید فیوز 7 تا 10 برابر جریان نامی آن است.

کابل با سیم رابط کلید فیوز مینیاتوری و کلید مخصوص

کابل با سیم رابط حد فاصل کلید فیوز مینیاتوری و کلید مخصوص حداقل با مقطع $3 \times 1/5$ میلی‌متر مربع انتخاب و نصب شود.

کابل چهار رشتهٔ کولر

برای ارتباط الکتریکی مخصوص به ترمینال کولر از کابل چهار رشتهٔ $4 \times 1/5$ که مقطع هر رشتهٔ آن 1/5 میلی‌متر مربع است استفاده می‌شود تا افت ولتاژ در سیم‌های رابط در حد مجاز باقی بماند.

جعبهٔ ترمینال و اتصال سیم‌های رابط موتور دو دور و پمپ آب به آن

ارتباط الکتریکی موتور دو دور فن، پمپ آب و خازن اصلاح ضریب قدرت از طریق جعبهٔ ترمینال مشابه تصاویر زیر است.

خازن اصلاح ضریب قدرت

سیم‌های رابط خازن اصلاح ضریب قدرت کولرهای آبی با سیم‌های رابط پمپ موازی و به ترمینال‌های نول و فاز پمپ وصل می‌شوند. ظرفیت الکتریکی خازن اصلاح ضریب قدرت 20 میکروفاراد با خطای مثبت و منفی 5 درصد است. ولتاژ نامی این خازن 400 ولت متناوب است. وظیفهٔ خازن اصلاح ضریب قدرت، خنثی کردن ضربه‌ها و شوک‌های ناشی از راه اندازی موتورهای کولر، کلیدزنی و اضافه ولتاژ است. در راه‌اندازی کولر آبی با موتور دو دور از نوع تک‌فاز با خازن دائم‌کار، قدرت مکانیکی موتور در دور تند $\frac{1}{2}$ اسب بخار و در دور کند، $\frac{1}{6}$ اسب بخار است. خازن C1 مربوط به دور تند 14 میکروفاراد و با ولتاژ نامی 450 ولت و خازن C2 مربوط به دور کند 9 میکروفاراد و با ولتاژ نامی 450 ولت AC است. در راه‌اندازی کولر آبی با موتور تک فاز از نوع راه‌انداز مقاومتی خازن C برای اصلاح ضریب قدرت مدار استفاده شده است و مقدار ظرفیت آن 20 میکروفاراد است و توان راکتیو موتور و پمپ را اصلاح می‌کند. همچنین در راه‌اندازی کولر آبی با موتور تک‌فاز و راه‌انداز خازنی خازن C1 به ظرفیت 20 میکروفاراد و ولتاژ 450 ولت AC برای اصلاح توان راکتیو موتور در دور کند، تند، پمپ و خازن C2 به ظرفیت 430 تا 480 میکرو فاراد و ولتاژ 125 ولت AC برای راه‌اندازی است.

سیم اتصال زمین

برای جلوگیری از خطر برق‌گرفتگی و انتقال الکتریسیتهٔ القا شده در بدنهٔ کولر، حتماً سیم اتصال زمین را به ترمینال آن که در داخل بدنهٔ کولر تعبیه شده است، وصل می‌کنند.

تغییر تعداد دور یک موتور یک‌فاز از طریق تغییر امپدانس سیم‌پیچی، تغییر تعداد قطب سیم‌پیچی با تعویض و تغییر سربندی سیم‌پیچ و تغییر تعداد قطب‌های سیم‌پیچی با استفاده از سیم‌پیچ‌های جدا از هم امکان‌پذیر است.

بیشتر موتورهایی که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند به صورت دو دورند. آن‌ها دو دور سیم‌پیچ اصلی برای تغییر قطب و یک سیم‌پیچ برای راه‌اندازی دارند. در حالتی که موتور به شبکه وصل است، تنها یکی از سیم‌پیچ‌های اصلی در مدار قرار می‌گیرد و سیم‌پیچ اصلی دیگر قطع است.

در این‌گونه موتورها، برای دور تند و کند تنها از یک راه‌انداز استفاده می‌شود و مانند موتورهای یک دور با سیم‌پیچ راه‌انداز، پس از این که دور موتور به حدود 70 درصد مقدار نامی رسید، این سیم‌پیچ توسط کلید از مدار خارج می‌شود (موتورهای یک‌فازی نیز ساخته می‌شود که هر سیم‌پیچ اصلی یک سیم‌پیچ راه‌انداز دارد).

سیم‌پیچ راه‌انداز را برای تعداد قطب کمتر (دور بیشتر) می‌پیچند. در صورتی که بخواهیم موتور با دور کند کار کند، با اتصال کلید روی دور کند ابتدا سیم‌پیچ اصلی دور تند و سیم پیچ راه‌انداز در مدار قرار می‌گیرد و راه‌اندازی می‌شود. پس از رسیدن به حدود 70 درصد دور کند، سیم‌پیچی دور تند و سیم‌پیچ راه‌انداز توسط کلید گریز از مرکز یا رله از مدار خارج می‌شود و تنها سیم‌پیچ اصلی دور کند در مدار قرار می‌گیرد. از این پس موتور با دور کند به گردش خود ادامه می‌دهد.

با قرار دادن کلید در وضعیت تند، سیم‌پیچ دور تند و سیم‌پیچ راه‌انداز در مدار قرار می‌گیرند. پس از رسیدن دور به حدود 4/3 دور نامی، کلید گریز از مرکز، مدار سیم‌پیچ راه‌انداز را قطع می‌کند و موتور با دور تند به گردش خود ادامه می‌دهد. اگر کلید در وضعیت دور کند قرار گیرد، باز سیم‌پیچ دور تند و سیم‌پیچ راه‌انداز در مدار قرار می‌گیرند و موتور با دور تند راه‌اندازی می‌شود. پس از رسیدن دور به مقدار ذکر شده، کلید گریز از مرکز مدار سیم‌پیچ راه‌انداز و سیم‌پیچ اصلی دور تند را قطع می‌کند. این بار سیم‌پیچ مربوط به دور کند را به مدار وصل می‌کند و موتور با دور کم به گردش خود ادامه می‌دهد.

مکانیزم خنک کنندگی کولرهای آبی

با وصل کلید پمپ آب و کارکرد آن، آب به سه راهی آب پمپاژ می‌شود و به داخل آب‌پخش‌کن‌ها می‌ریزد. آب موجود در آب‌پخش‌کن‌ها به ناودان‌هایی که در قسمت فوقانی در پوش‌های کولر قرار دارند، می‌ریزند.

آب موجود در ناودان‌های درپوش‌ها از طریق شیارهایی که در ناودان‌ها تعبیه شده است به پوشال‌ها می‌ریزد و پس از خیس کردن ذرات پوشال به‌صورت قطرات ریز آب در می‌آید.

با وصل کردن کلید روشن الکتروموتور کولر، روتور آن به چرخش در می‌آید و پولی سر محور موتور مطابق شکل زیر در جهت حرکت عقربه‌های ساعت به چرخش در می‌آید.

حرکت پولی موتور توسط تسمه به پولی سر محور پروانه منتقل می‌شود و پروانهٔ کولر را در جهت حرکت عقربه‌های ساعت به چرخش در می‌آورد و هوای خشک خارج از کولر را به داخل کولر می‌کشد.

هوای خشک، ضمن عبور از پوشال‌های خیس، با قطرات‌ریز آب برخورد می‌کند و حرارت خود را به آن‌ها می‌دهد. در نتیجه قطرات آب تبخیر می‌شود و هوای داخل محفظهٔ کولر را خنک می‌کند.

هوای مرطوب از طریق کانال داخلی و کانال خارجی به دریچهٔ هوای داخل ساختمان می‌رسد. هوای مرطوب خروجی از دریچهٔ هوا به محیط منزل پخش می‌شود.

برای تهویهٔ بهتر و خنک شدن هوای محیط منزل، هوای داخل منزل پس از تهویه، باید از طریق پنجره، یا درِ خروجی ساختمان گردش کند و مجددا پس از کاهش درجهٔ حرارت توسط کولر به محیط منزل برگردد.

کاهش درجهٔ حرارت هوای محیط منزل به عوامل زیر بستگی دارد:

1- درجهٔ حرارت هوای خشک خارج از ساختمان؛
2- درجهٔ حرارت هوای مرطوب داخل ساختمان (که باید سرد شود)؛
3- قدرت کولر.

قسمت تغذیهٔ مدار

همان‌طور که مشخص است یک دیود برای محافظت قرار داده شده است.

دو عدد رگولاتور که یک ولتاژ 5 ولت برای میکرو و دیگری ولتاژ 3/3 ولت برای WIFI را تأمین می‌کند و خازن‌های موجود نیز نقش مؤثری در عملکرد مدار مخصوصاً WIFI دارد.

قسمت میکرو

همان‌طور که مشخص است از پورت C برای اتصال ال‌سی‌دی استفاده شده است.

از پایه‌های 14 و 15 برای ارتباط سریال استفاده می‌شود.

پایهٔ AVcc به این دلیل به مثبت 5 ولت متصل شده است که ما داریم از پورت A و مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده می‌کنیم (ADC) و از این پایه به عنوان مرجع ما در قسمت ADC استفاده می‌شود. پایهٔ Reset میکرو توسط یک مقاومت به مثبت 5 ولت متصل شده است، به این دلیل که از ریست‌شدن ناگهانی و اشتباهی میکرو جلوگیری شود.

پایهٔ 40 به خروجی حسگر (حسگر دما) متصل است (که به‌صورت ولتاژ است) و این ولتاژ توسط واحد ADC میکرو اندازه‌گیری می‌شود.

پایه‌های 34، 33 و 3 میکرو برای کنترل و Set کردن سیستم توسط سوییچ‌های فشاری هستند. پایه‌های 1، 2 و 4 متصل به اپتوکوپلر و کارشان کنترل موتور و دور کند و تند آن است. (کنترل سوییچ رله‌ها).

به پایهٔ 12 و 13 میکرو یک کریستال با فرکانس 11/0592 متصل است. ضرورت بودن این فرکانس خاص تنها به این دلیل است که بتوانیم برای ارسال و دریافت اطلاعات از وای فای، ارتباط سریال بدون هیچ خطایی داشته باشیم.

پایهٔ 10 و 11 هم که قبلاً اشاره شد.

قسمت ال‌سی‌دی (LCD)

از ال‌سی‌دی برای نمایش اطلاعات موردنظر استفاده شده است و آن‌را به یکی از پورت‌های میکرو متصل کرده‌ایم که در آن پمپ آب، دور تند و دور کند در هنگام کار نمایان می‌شوند.

ترتیب وصل کردن پایه‌های ال‌سی‌دی

به پایهٔ 1 ال‌سی‌دی منفی و به پایهٔ 2 ال‌سی‌دی مثبت 5 ولت وصل می‌شود.

به پایهٔ 3 ال‌سی‌دی یک پتانسیومتر (مقاومت متغیر) و متصل به زمین (برای تنظیم کنتراست ال‌سی‌دی) اتصال می‌دهیم.

پایه‌های 4، 5، 6، 11، 12، 13 و 14 مانند تصویر به میکرو متصل می‌شوند (برای انتقال اطلاعات). پایهٔ 15 با یک مقاومت به مثبت 5 ولت (برای بک‌لایت ال‌سی‌دی) و پایهٔ 16 به منفی (بک‌لایت ال‌سی‌دی) متصل شده است.

حسگر دما

از حسگر دمای lm35 برای اندازه‌گیری دما استفاده شده است. ساختمان این نوع حسگرهای آنالوگ می‌تواند به‌صورت یک مقاومت یا خازن حساس به دما باشد که در یک تقسیم مقاومتی از آن استفاده شده است. با تغییر دما و در نتیجهٔ تغییر مقاومت یا ظرفیت خازنی و در نهایت تغییر ولتاژ خروجی، می‌توان به مقدار دما دست پیدا کرد. خروجی این حسگر به‌صورت ولتاژ آنالوگ است به همین دلیل به قسمت adc میکرو کنترلر متصل شده است (واحد adc میکرو، وظیفهٔ تبدیل ولتاژ آنالوگ به دیجیتال را بر عهده دارد). این حسگر یکی از پرکاربرد‌ترین حسگرهای دماست ولی دقت آن کم است و به همین دلیل در کارهای دقیق از آن استفاده نمی‌شود و می‌توان برای کارهای دقیق و مهم از سری‌های dht-sht یا pt100 استفاده کرد.

قسمت ماژول وای‌فای (WIFI)

این ماژول با دستورات (at_command) توسط میکرو قابل کنترل است. این دستورات در دیتاشیت شرکت سازنده به‌صورت کامل موجود است.

کلیدها

کلیدهایی که برای تنظیمات به کار می‌روند و همچنین پایه‌ها توسط مقاومت پول دان شده‌اند تا پس از فشار دادن و رها کردن کلیدها پایه‌ها به حالت صفر منطقی برگردد.

بهتر است برای مطمئن شدن از یک بار فشرده شدن کلیدها و گرفتن دیبانس آن‌ها یک خازن حدود 100 نانو فاراد با آن‌ها موازی کنیم.

قسمت کنترل خروجی (رله‌ها)

رله‌ها تحریک 12 هستند.

دیودهایی که روی سیم‌پیچ تحریک رله‌ها قرار دارند دیودهای نویزگیر (هرزگرد) هستند.

از اپتوکوپلر به این دلیل استفاده شده است که ما مطمئن باشیم قسمت میکرو ما نسبت به برق کاملاً ایزوله است. همان‌طور که مشخص است اپتوکوپلر از یک فتو ترانزیستور و یک دیود نورانی تشکیل شده تا هر وقت دیود روشن شود ترانزیستور نیز عمل می‌کند.