چیلر به معنای خنک‌ساز یا سردساز است. هر جا شما نیاز به خنکسازی یک منبع یا یک دستگاه داشته باشید چیلرها میتوانند کاربرد داشته باشند. در این مقاله به تقسیم بندی چیلرها از ۳ دیدگاه خواهیم پرداخت و کاربردهای هر کدام را بررسی خواهیم کرد. آشنایی با انواع چیلر میتواند یک دید همه جانبه در مورد کارکرد کلی آنها به شما بدهد.
تقسیم بندی چیلر از نظر نوع سیکل
چیلرها از نظر نوع مکانیزم و سیکلی که دارند به دو دسته تقسیم میشوند:
-
چیلرهای تبرید تراکمی
چیلرهای تبرید تراکمی از تراکم بخار در یک سیکل مشخص استفاده میکنند. سیکل تبرید تراکمی شامل ۴ عنصر اصلی میباشد که اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط نام دارند، در اواپراتور حرارت از محیط گرفته میشود و در کمپرسور فشار و دمای مبرد بالاتر می‌رود و سپس در کندانسور حرارت خود را از دست میدهد و مجددا در شیر انبساط مبرد به فشار کاری اواپراتور می‌رسد و این سیکل دائما تکرار میشود تا خنکسازی انجام شود.
چیلر تراکمی از انرژی الکتریکی به عنوان منبع اصلی شروع فعالیت خود استفاده میکند. نحوه کارکرد آن به شرح زیر است.
در چیلرهای تراکمی وظیفه تراکم گاز بر عهده کمپرسور خواهد بود که پس از متراکم شدن، این گاز وارد کندانسور میشود. در کندانسور دمای این گاز کاهش مییابد و به مایع تبدیل میشود.
پس از عبور این مایع از شیر انبساط و هدایت آن به سمت خنک کننده، به دلیل جذب گرمای اتاق، آن مایع به بخار تبدیل میشود که این امر باعث کم شدن دمای هوای اتاق خواهد شد. سپس بخار ناشی از تبخیر دوباره به کمپرسور انتقال مییابد و این سیکل همواره ادامه پیدا میکند.
از ویژگی‌های شاخص چیلرهای تراکمی
- از این نوع چیلر می‌توان در هر منطقه و هر نوع آب و هوایی استفاده کرد.
- در مدل‌های پیشرفته‌تر چیلرهای تراکمی به گونه‌ای طراحی شدهاند که در مصرف برق صرفه جویی شده است.
- تمام قسمت‌های چیلر با استفاده از دستگاه‌های الکترونیکی قابل کنترل است.
- چیلر تراکمی قابلیت نصب شدن در محیطهای بسته را دارد.
-
چیلرهای جذبی
چیلرهای جذبی سیکل مشابهی دارند و در آنها نیز کندانسور و شیر انبساط و اواپراتور داریم تنها تفاوت در دو مورد است اول اینکه مبرد استفاده شده در این سیکل آمونیاک و آب و لیتیم برمید است و مورد دوم تفاوت در مکش و تراکم است. در سیکل تبرید جذبی تراکم و مکش با دو دستگاه جداگانه که جاذب و ژنراتور نامیده میشوند انجام میشود که جاذب جریانی از مبرد را با استفاده از پدیده‌ی جذب پدید می‌آورد و انرژی موردنیاز هم برخلاف سیکل تبرید تراکمی از نوع حرارت است که در جاذب و ژنراتور استفاده میشود. در حالت کلی اگر به جای کمپرسور، جاذب و ژنراتور قرار دهیم و نوع انرژی ورودی را هم تغییر دهیم سیکل تبرید جذبی چیلر نامیده میشود.
شباهت‌های چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی :
- در هر دو نوع این چیلرها مبرد، در یک سیکل به صورت دائم در حال گردش است.
- اساس کار هر دو دستگاه بر مبنای تبخیر سیال و کاهش دمای آن‌هاست.
- در هر دو نوع چیلر گاز مبرد در کندانسور تقطیر میشود.
- هم در چیلر تراکمی و هم چیلر جذبی، در اواپراتور از گرمای آب برای تبخیر یک مبرد فرار در فشار پایین استفاده میشود.
- در هر دو نوع چیلر گاز مبرد فشار پایین از اواپراتور گرفته شده و گاز مبرد فشار بالا به کندانسور فرستاده خواهد شد.
تفاوت‌های چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی :
- چیلرهای تراکمی انرژی اولیه مورد نیاز خود را از انرژی الکتریکی تامین میکنند، این در حالی است که چیلرهای تراکمی انرژی اولیه خود را از انرژی گرمایی تامین میکنند.
- چیلرهای جذبی اغلب برای تامین تناژهای کم به کار می‌روند، این در حالی است که استفاده از چیلرهای تراکمی در تناژ بالا مناسب‌تر است.
- در چیلرهای تراکمی از کمپرسور استفاده شده است اما، در چیلر جذبی به جای کمپرسور از ژنراتور و یک جاذب استفاده شده است.
- مبرد در چیلرهای جذبی معمولا آمونیاک یا آب خواهد بود در حالی که در چیلر تراکمی از انواع کلروفلئوروکربن یا هالوکلروفلئوروکربن استفاده میشود.
- وزن دستگاه چیلر جذبی بیشتر از دستگاه چیلر تراکمی است.
- عمر مفید چیلرهای تراکمی نسبت به چیلرهای جذبی بیشتر خواهد بود.
- ضریب عملکرد چیلرهای تراکمی بیشتر از ضریب عملکرد چیلر جذبی میباشد.
- قیمت خرید اولیه دستگاه‌های چیلر جذبی گران‌تر از چیلر تراکمی است.
- در تناژ یکسان، ظرفیت اشغال شده توسط چیلر جذبی بسیار بیشتر از نوع تراکمی آن است.
- در تناژهای زیاد استفاده از چیلرهای تراکمی نسبت به چیلرهای جذبی به خصوص در مناطق گرم و مرطوب بهینه‌تر است.
- حمل و نصب چیلرهای تراکمی نسبت به چیلرهای جذبی آسان‌تر خواهد بود. به دلیل حجیم بودن و سنگین بود قطعات چیلرهای جذبی اغلب در دفعات متعدد و به صورت تکه تکه تا محل نصب حمل میشود.
همچنین نوع دیگری از تقسیم بندی چیلرها وجود دارد که بر اساس نوع کاربرد، به دو دسته چیلر صنعتی و تهویه مطبوع تقسیم بندی میشوند.
چیلرهای تهویه مطبوع در ساختمان‌ای مسکونی واحدهای تجاری و اداری جهت سرمایش هوا کاربرد دارند.
چیلرهای صنعتی برای خنک کردن محصولات و ماشین‌آلات در صنایع ریخته‌گری، صنایع دارویی و صنانیع غذایی و … کاربرد دارند.
همانطور که در بخش‌های قبل متذکر شدیم چیلرها با توجه به ویژگی‌ها و نحوه کارکرد خود انواع مختلفی دارند به همین دلیل، یکی از اصلیترین دغدغه‌های سازندگان ساختمانی، انتخاب نوع چیلر متناسب با نیازهای کاربری ساختمان و راندمان بالای آن است. عوامل مختلفی در طراحی و انتخاب نوع چیلر در مکانی خاص نقش دارند.
تقسیم‌بندی چیلرها از نظر نوع کمپرسور
در چیلرهای تبرید تراکمی از کمپرسورهای متنوعی استفاده میشود که انواع چیلر و نامگذاری آنها نیز عمدتا با استفاده از همین کمپرسورها میباشد.
-
چیلر اسکرو
چیلر اسکرو یک چیلر تبرید تراکمی است که از کمپرسور اسکرو یا چرخشی استفاده میکند. کمپرسورهای اسکرو عمل تراکم را با استفاده از چرخش دنده‌ها انجام می‌دهند و نیروی ورودی آنها نیز عموما برق میباشد. با این حال اگر کمپرسور استفاده شده در چیلر از نوع اسکرو باشد به چیلر اسکرو معروف است.
اجزای سازنده چیلر اسکرو
چیلر اسکرو مانند بقیه‌ی سیستم‌های تبرید و خنککن از یک کمپرسور، یک اواپراتور، یک شیر انبساط، کندانسور، مبرد و لوله‌های داخلی و کنترل‌‌ها ساخته شده است. کمپرسور چیلرهای اسکرو اصلیترین جزء آن میباشد و تفاوت انواع چیلرهای دورانی در کمپرسورهای آن میباشد که با استفاده از دو روتور مارپیچ، گاز مبرد را متراکم و وادار به حرکت میکنند.
کمپرسورهای دورانی یا مارپیچی چیلرهای اسکرو از دو روتور مارپیچی نر و ماده که همزمان با هم کار میکنند استفاده میکند که در یک محفظه‌ی ثابت نگهداری میشوند. یک محفظه‌ی نسبتا ضخیم برای نگهداری اجزای چیلر نیز وجود دارد که از آلودگی‌های محیطی و نشت گرد و غبار و مواد شیمیایی به اجزای داخلی چیلر جلوگیری میکند.
عملکرد چیلر اسکرو
چرخش کمپرسور باعث میشود تا گاز مبرد به وسیله‌ِ‌ی کاهش حجم آن کاملا متراکم شود و با توجه به خاصیت انتقال گرما، مبرد تبدیل به بخار میشود. این بخار در سیکل تبرید تراکمی جریان مییابد و در کویل‌های اواپراتور گرمای محیط را جذب میکند و سپس مجددا در کندانسور گرمای خود را از دست میدهد و به مایع تبدیل میشود و در سیکل جریان مییابد.
فرایند مکش، فشرده‌سازی و تخلیه در یک جهت خطی رخ میدهد و وجود روغن روانکاری در روتورها مثل یک عامل درزگیر عمل میکند تا مبرد مسیر خود را به درستی طی کند. کویل‌های اواپراتور معمولا در محلی قرار می‌گیرند که قرار است حرارت از آن گرفته شود.
مبرد استفاده شده در چیلر با استفاده از دمای کاری آن مشخص میشود و بیشتر از آب و مبردهای نوع R یا همان فرئون‌ها استفاده میشود. آب میتواند به عنوان یک خنک‌ساز در داخل سیستم به کار گرفته شود و از ظرفیت گرمایی ویژه‌ی آن برای سیستم تبرید استفاده میشود. ظرفیت چیلرهای اسکرو از ۷۰ تا ۵۰۰ تن تبرید میباشد که بسیار موردتوجه میباشد.
مزایای تولید چیلر اسکرو و استفاده از آنها
با گسترش سیستم‌های جدید تهویه مطبوع در حال حاضر چیلرهای اسکرو اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند و بازده نسبتا خوبی را در این سیستم‌ها فراهم میکنند. در ادامه به چند مزیت سیستم‌های تهویه چیلر اسکرو خواهیم پرداخت:
- جای کمتری را اشغال میکنند: چیلر اسکرو به دلیل استفاده از کمپرسور اسکرو یا دورانی جای کمتری را اشغال میکند و نصب آنها در تاسیسات و مجمتع‌های مسکونی بسیار راحت میباشد.
- بازده خنکسازی متناسب با ظرفیت ساختمان را دارا میباشد: استفاده از مبرد و کمپرسور با ظرفیت مشخص و محدود باعث میشود که فضای خانه بیش از حد خنک شود و دقیقا در حد موردنیاز، دمایی متناسب با محیط را تامین میکند.
- بازده انرژی: می‌توان به جرات گفت که چیلر اسکرو نسبت به تمام تکنولوژیهای خنکسازی بازده انرژی بالاتری دارد چرا که می‌توان به راحتی میزان خنکسازی بهینه را کنترل کرد و هدررفت انرژی به کمترین میزان ممکن می‌رسد.
- سروصدای کم: چون آب اصلیترین منبع خنککاری در برج خنککن و کمپرسورهای چیلر اسکرو میباشد میزان ارتعاش در چیلر بسیار کمتر است. عملکرد طبیعی و صحیح چیلرهای اسکرو کاملا بی‌صداست.
- هزینه تعمیر و نگهداری آن کم است: این چیلر از قطعات بسیار کم و ساده‌ای تشکیل شده است و عملکرد بسیار ساده‌ای دارد و خیلی کم پیش میآید نیازمند تعمیر و یا تعویض قطعات شود، از این رو هزینهی تعمیر و نگهداری آن نیز بسیار کمتر است.
- مناسب برای ساختمان‌های بلند: ساختمان‌های تجاری و یا مجتمع‌های مسکونی بلند در حین استفاده از سیستم HVAC باید به دنبال یک چیلر کامل قابل اعتماد باشند تا نیاز ساختمان را برآورده کند. چیلر اسکرو با توجه به بازده بالا و سیستم پایپینگ مناسبش بهترین گزینه است.
- دوام بالا: وقتی یک چیلر اسکرو نصب می‌کنید می‌توانید بدون هیچ مزاحمتی تا مدت‌ها از آن استفاده کنید. این دوام و ماندگاری بالای چیلر دورانی یکی از مهمترین شاخصه‌های آن میباشد.
-
چیلر اسکرال
کمپرسور اسکرال، تراکم را به روش دیگری انجام می‌دهند و عملکرد آنها حول یک مارپیچ میباشد که در داخل کمپرسور تعبیه شده است. بازده این چیلرها نسبتا بالا است و چیلرهایی که از این نوع کمپرسور استفاده میکنند چیلر اسکرال نامیده میشوند.
چیلر اسکرال چگونه کار میکند؟
چیلر اسکرال مانند هر چیلر دیگری یک ابزار خنککاری است. مکانیزم عملکرد چیلر اسکرال تزریق مقدار معینی از آب در کندانسور و حرارت گرفتن از محیط اواپراتور(داخل خانه، یا حتی خنکسازی آب ) است. سپس به وسیلهی پمپها وکندانسور و سایر اعضا این آب خنک میشود تا بتواند نیاز سیستم را برآورده کند و یا باعث خنک شدن یک ناحیه مشخص شود.
برای تشریح بهتر عملکرد چیلر اسکرال بهتراست ابتدا با قسمت های مختلف سیستم آشنا شویم و کار هریک را بشناسیم.
عملکرد چیلر اسکرال با سیستم گردش مبرد
مبرد مایع در اواپراتور حرارت را از آب میگیرد و تبخیر میشود و این کار به دلیل اختلاف دمایی که بین آب و مبرد به وجود میآید انجام میشود. بعد از اینکه مبرد مایع کاملا تبخیر شد وارد یک کمپرسور اسکرال میشود و دما و فشار آن توسط این کمپرسور اسکرال افزایش مییابد و با این دمای بالا وارد کندانسور میشود و حرارت را تخلیه میکند و مجددا تبدیل به مایع میشود و از طریق یک شیر انبساط یا لوله مویین فشار آن دوباره کاهش مییابد تا به فشار کاری اواپراتور برسد و این سیکل دوباره تکرار میشود.
اجزای تشکیل دهندهی این چیلرها عبارتند از :
- کمپرسور
کمپرسور هستهی سیستم تبرید است و برای متراکم سازی مبرد به کار گرفته میشود. در حقیقت اثر نیروی حرارتی و نیروی مکانیکی به هم تبدیل میشوند تا این عملیات شکل بگیرد. کمپرسور این چیلر از نوع اسکرال میباشد که طراحی عملکرد آن مشابه مارپیچ ارشمیدسی میباشد و از طریق چرخش در این مارپیچ عملیات متراکم سازی مایع انجام میشود.
- کندانسور
در فرایند تبرید کندانسور مانند یک منبع حرارتی خروجی کار میکند و مبرد را تقطیر میکند. در حقیقت بخار فراگرم وارد کندانسور میشود و حرارت خود را از دست میدهد. عملکرد کلی کندانسور مانند یک مبدل گرمایی است که گرما را از طریق فرایند همرفت به محیط بیرونی تخلیه میکند.
- مخزن
مخزن در داخل قسمت کندانسور تعبیه شده است که مستقیما به لوله زهکشی کندانسور متصل است. مبرد مایع کندانسور باید بتواند بدون محدودیت در جریان قرار بگیرد تا به طور کامل حرارت خود را از دست بدهد. از طرفی وقتی تغییرات حرارتی در اواپراتور صورت میگیرد. چیلر اسکرال نیازمند تغییراتی درفرم مبرد میباشد و این مخزن آب بیشتر به منظور سرعت گرفتن کار سیکل و ایجاد اختلاف دمای بیشتر بین کندانسور و اواپراتور میباشد. چرا که با توجه به قوانین ترمودینامیک هرچه این اختلاف دما بیشتر باشد بازده عملکرد سیکل تبرید هم بیشتر است.
- فیلتر خشک
فیلتر خشک عموما برای جلوگیری از رطوبت و گرد و غبار در سیکل تبرید میباشد. این رطوبت میتواند ناشی از روغنها یا منابع آب باشد و گرد و غبار موجود در محیط هم میتواند از برخی راه ها وارد این سیستم شود. چون در کمپرسورها عموما هوازدایی انجام میشود و راه هایی برای نفوذ این عوامل به داخل سیستم میباشد. این فیلتر علاوه بر این کارها از یخ زدن و انجماد آب هم جلوگیری میکند. این یخ زدن آب برخی مواقع باعث میشود تا سیکل تبرید کاکرد درستی نداشته باشد.
- شیر انبساط حرارتی
شیر انبساط در داخل سیستم تبرید صرفا برای تغییر فشار و جریان نیست. این شیر انبساط بین اواپراتور و کندانسور قرار میگیرد و پلی بین این دو مبدل گرمایی است. شیر انبساط دمای مبرد را کمتر از دمای محیط اواپراتور میکند تا عمل جذب حرارت در اواپراتور انجام بگیرد. عملکرد دیگر شیر انبساط جلوگیری ازبرگشت پذیر بودن سیکلها بسیار حائز اهمیت میباشد.
- اواپراتور
عملکرد اواپراتور در چیلر اسکرال بسیار ساده است. نقطه ای که نیاز به خنک شدن دارد از طریق اواپراتور حرارت خود را از دست میدهد. چون دمای مبرد کمتر از دمای محیط است در نتیجه حرارت از محیط به مبرد انتقال مییابد و رفته رفته محیط خنک تر میشود. فشار کاری اواپراتور بسیار کم است و این حرارت کاملا تدریجی و با سرعتی کمتر در مقایسه با کندانسور منتقل میشود.
- مبرد
مبردهایی که در چیلر اسکرال استفاده میشوند عموما R22 ، R407C و R410A هستند و این مبردها شرایط ویژه و خاص خود را دارند که آن ها را به یک عنصر اساسی در سیکل تبرید بدل کرده است.
توسعه و تولید چیلر اسکرال
چیلر اسکرال در حال حاضر یکی از تکنولوژیهای برتر خنک سازی میباشد که از آب تلف شده برای خنک سازی استفاده میشود و کشور چین یکی از بزرگترین تولیدکنندگان این چیلرها میباشد. تولید چیلر اسکرال در حقیقیت با توجه به تغییر فرم برج های خنک کن قدیمی صورت گرفته است و با اضافه کردن سیستم تبرید و خنکسازی از طریق مبرد و کمپرسورهای اسکرال ظرفیت سرمایی آن ها تا حد زیادی افزایش پیدا کرده است.
درحال حاضر تولید چیلر اسکرال بسیار پیشرفته تر شده است و با اضافه کردن پمپهای گردشی و برجهای خنککن سرعت عملکرد چیلر اسکرال را بسیار بهبود دادهاند و تبدیل به یکی از مهمترین ابزارها در صنعت خنکسازی شدهاند.
۴ مزیت عمده چیلرهای اسکرال
چیلرهای اسکرال عموما استفاده صنعتی دارند و برای مصارف بزرگتر و در مقیاس وسیعتر استفاده میشود.
دو مزیت عمده عبارتند از :
سرعت بالا در مقیاسهای بزرگ: عملکرد چیلر اسکرال با استفاده از پمپهای چرخشی سرعت بسیار بالایی به این چیلرهای اسکرال میدهد و برای فرایندهای صنعتی در مقیاس بزرگتر که نیاز به سرعت بالایی در سردسازی دارند بسیار مناسب میباشد.
فرایندهای سردسازی در صنایع غذایی و یا خنکسازی اجزا و وسایل مکانیکی در نیروگاه ها با استفاده از چیلر اسکرال به راحتی انجام میگیرد.
استفاده از آب بیمصرف: از آب راکد گرفته تا آب تصفیه نشده میتوانند در این چیلرها استفاده شوند و نیازی نیست در منبع حتما از آب تمیز و یا آب دریاچه استفاده شود. پمپ ها میتوانند این آب را داخل چیلر به جریان دربیاورند و از این جهت در مصرف آب صرفه جویی میشود و مناطقی که در دسترسی به آب ندارند هم میتوانند از این چیلرها استفاده کنند.
بازده انرژی بالا : مزیت بعدی چیلرهای اسکرال بازدهی است که تامین میکنند. سرعت بالای کمپرسورهای چند طبقه و استفاده از منابع آب با سرعت و دبی بالا میتواند بالاترین انرژی و ظرفیت سرمایی را برای مصارف صنعتی فراهم میکند.
آلودگی کمتر: بسیاری از کمپانی ها به دنبال راههایی برای کاهش میزان آلایندههای مخرب برای لایه اوزون هستند و چیلرهای اسکرال از این نظر که میزان انتشار آلاینده ها در آن بسیار کمتر است بسیار متناسب هستند.
نکات نصب و راه اندازی چیلر اسکرال
عملکرد چیلر اسکرال رابطه مستقیمی با محل نصب آن دارد. به عبارتی چیلرهای اسکرال باید در یک محیط با تهویه مناسب نصب شوند تا کارایی بالاتری داشته باشند. وجود هر گونه اسید، گرد و غبار و یا بخار آب به نحوی کار چیلر را مختل میکند و با اینکه فیلترهایی داخل سیستم وجود دارد تا از این گرد و غبار و بخارات جلوگیری کند اما همچنان وجود این عناصر کار سیستم را مختل میکنند. البته این محل نصب چیلر در مصارف صنعتی را بیان میکند و برای استفادهی ان در تهویه لزوما نیازی به این موارد نیست.
نکته ی بعد در نصب و راه اندازی چیلر اسکرال سیستم پایپینگ و شیرهای آنها میباشد که باید کاملا متناسب با نوع چیلر باشند. استفاده از شیرهایی با دبی بالاتر و یا لوله ها در ابعاد نامناسب مطمئنا عملکرد چیلر را دچار اختلال میکند. در انتخاب کویل مناسب هم دقت کنید و به طور مثال اگر در محیط اسیدی فعالیت دارید بهتر استکویل هایی را برای تهویه انتخاب کنید که دچار خورندگی نشوند و بتوانند در محیط اسیدی دوام بیاورند.
کنترل ظرفیت چیلر هم یکی از المانهای اساسی در طراحی و تولید چیلرها میباشد و در هنگام نصب و راه اندازی باید دقیقا به میزانی که نیاز دارید از آن کار بکشید و استفاده بیش از حد از آن هم مصرف انرژی شما را بالاتر میبرد و هم خنکسازی بیش از حد برای محیط چندان مطلوب نیست و دما باید در یک دامنه مشخص باشد.
موارد استفاده از چیلر اسکرال
چیلرهای اسکرال برای تهویه ساختمان های بزرگ و متوسط بسیار مناسب هستند و عمده استفاده از این چیلرها در صنعت به تاسیسات برمیگردد، تهویه با استفاده از چیلرهای اسکرال هزینهی نسبتا کمتری دارد، چیلرهای جریان هم جهت و خلاف جهت نیز هر کدام بازده خاص خود را دارند و بازده چیلرهای اسکرال خلاف جهت بیشتر از نوع هم جهت آن میباشد.
در نیروگاهها برای خنکسازی موتورهای متحرک و سایر اجزای نیروگاهها از این چیلر استفاده میشود. در محیطهای شیمیایی با فرایندهای شیمیایی واکنش دهنده چیلرهای اسکرال میتوانند بازده بالاتری داشته باشند چرا که فیلتر خشک آن میتواند ذرات مواد شیمیایی را در تله بیندازد.
Cop یا بازده عملکرد چیلرهای اسکرال هواخنک بین ۳٫۲ تا ۴٫۸۶ میباشد و نوع آب خنک آن بازده عملکردی بین ۴٫۴۵ تا ۶٫۲ دارند که برای مصارف صنعتی تا حد زیادی ایدهآل می باشد.
-
چیلر رفت و برگشتی (Reciprocating)
دسته سوم انواع چیلر ، چیلر رفت و برگشتی یا متقابل میباشد که از کمپرسورهای رفت و برگشتی استفاده میکنند. این چیلرها از همان سیستم تراکم سیلندر پیستون اما به شکلی پیشرفته‌تر استفاده میکنند. این کمپرسورها معمولا سروصدای بیشتری نسبت به بقیه دارند اما برای استفاده در سیکل بسیار مناسب هستند.
تقسیم بندی چیلرها از نظر نوع خنکسازی
همانطور که می‌دانید در داخل کندانسور حرارت به محیط اطراف تخلیه میشود و اگر بخواهیم روند را به صورت طبیعی انجام دهیم سیکل نمی‌تواند به درستی کار کند، در نتیجه از هوا یا آب برای خنکسازی کندانسور در سیکل استفاده میشود و انواع چیلر از نظر نوع خنکسازی به دو دسته تقسیم میشوند:
-
چیلر آب خنک
در چیلر آب خنک، کندانسور مجموعه توسط آب خنک میشود. یعنی در قسمت فوقانی یا کناره‌های کویل‌های کندانسور از ظرفیت گرمایی ویژه آب استفاده میشود تا کندانسور به سرعت خنک شود. در این قسمت عموما برج خنککن هم داریم که منبع آب محسوب میشود و یک سیستم هیدرولیک شامل پمپ هم وظیفه جریان دادن به آب را در داخل سیستم برعهده دارد. چیلرهای آب خنک بازده بالایی دارند اما وجود یک قسمت مجزا با سیستم باعث میشود تا قیمت آنها نسبتا بالاتر باشد.
چیلر آب خنک چگونه کار میکند؟
سیستم چیلر آب خنک به منظور افزایش انتقال حرارت از آب به سیستم تبرید در یک سیکل بسته استفاده میشود. در یک سیکل تبرید حرارت توسط مبرد در اواپراتور دریافت میشود سپس در کمپرسور فشرده میشود و مبرد را به جایی پمپ میکند تا حرارت اتلافی را به محیط باز انتقال دهد، اگر از منبع آب برای دفع حرارت استفاده شود می‌توان چیلر را از نوع آب خنک دانست. گرمای محیط معمولا باعث گرم شدن منابع آب چیلر آب خنک میشود و این کار باعث بروز مشکلاتی در سیستم میشود. چیلر آب خنک برای پایین آوردن دمای آب به زیر دمای محیط استفاده میشود که باعث عملکرد بهتر سیستم میشود.
در یک سیستم ساده‌ی چیلر آب خنک، آب و اتیلن یا تنها آب در سیستم به جریان درمی‌آید و یا در برج خنککن مستقر است تا بتواند سیستم را خنک نگه دارد. حالا اگر کمپرسور مجموعه از نوع دورانی باشد به چیلر آب خنک اسکرو معروف است و اگر از سایر انواع کمپرسور هم استفاده شود می‌توان به همین ترتیب آن را نامگذاری کرد.
اجزای سیستم چیلر آب خنک
سیستم چیلر آب خنک شامل ۴ قسمت می باشد که با هم و در ارتباط مستقیم با یکدیگر کار میکنند. این قسمت‌ها عبارتند از:
- برج خنککن: برای جذب حرارت از کندانسور و تامین دمای مناسب برای مبرد به منظور تقطیر آن
- پمپ آب: برای ایجاد جریان مداوم آب،
- منبع تامین آب: میتواند آب شهری، آب دریاچه و یا آب چاه باشد.
- چیلر: به منظور خنکسازی آب موجود در برج خنک کن تا در دمایی کمتر از دمای محیط باشد.
یک نکته‌ی مهم در چیلرهای آب خنک نرخ جریان آب میباشد. از ترمودینامیک می‌توان اثبات کرد که هر چه قدر دبی ورودی آب به یک مبدل حرارتی بیشتر باشد نرخ انتقال حرارت نیز بیشتر میشود. در نتیجه پمپ آب نقش مهمی را در میزان خنکسازی مبرد در کندانسور دارد و یکی از اجزای مهم سیستم چیلرهای آب خنک به حساب میآید.
مزایای استفاده از چیلر آب خنک
چیلر آب خنک برج خنککن دارد و به همین دلیل بازده بالاتری نسبت به چیلرهای هواخنک دارد. چیلر هوا خنک برای سردسازی از فن‌ها استفاده میکند و به نیروی برق برای این کار نیاز است و مصرف انرژی آن نیز بالاتر است. البته این چیلرها با اینکه برج خنککن دارند اما اندازه‌ی آنها به نسبت کوچکتر است و جای زیادی را اشغال نمی‌کنند. در نیروگاهها هم معمولا اندازه‌ی این چیلرها در مقایسه با سایر عناصر نیروگاه به مراتب کوچکتر است.
هزینه و بازده معیارهای مهمی برای یک چیلر محسوب میشوند و از این نظر چیلرهای هواخنک هزینه‌های نصب و تعمیر و نگهداری کمتری دارند چون نیازی به کندانسور آب خنک و برج خنک کن ندارند. اما هزینه‌های عملکرد چیلر آب خنک به مراتب کمتر است چون بازده بسیار بالاتری دارند. در صنعت صرفا زمانی از چیلر هواخنک استفاده میشود که منابع آب در دسترس نباشند، در غیر این صورت چیلر آب خنک کاملا به‌صرفه‌تر است.
ظرفیت چیلرهای هوا خنک در حدود ۵۰۰ تن تبرید است در حالی که چیلرهای آب خنک حداقل ۳۰۰۰ تن تبرید ظرفیت دارند و در برخی طراحی‌ها حتی ظرفیت ۱۰۰۰۰ هم تامین میشود که میتواند بسیار جالب توجه باشد.
چیلرهای آب خنک به طور معمول دوام بیشتری نسبت به سایر چیلرها دارند. این چیلرها بیش از ۲۰ سال میتوانند در شرایط ایده‌ال کار کنند. یکی از دلایل دوام بالای این چیلرها indoor بودن آن‌هاست (یعنی در داخل محوطه سرپوشیده کار گذاشته میشوند نه فضای بیرونی) در ضمن اجزای چیلر آب خنک نسبت به نوع هواخنک تحرک کمتری دارند در نتیجه میزان خورندگی آنها هم کمتر است و از این نظر هم دوام بالایی دارند.
-
چیلر هوا خنک
چیلر هوا خنک از فن‌هایی که در قسمت بالایی کندانسور تعبیه شدهاند برای خنکسازی مجموعه استفاده میکند. این فن‌ها عموما با سرعت بالایی می‌چرخند تا به نوعی کندانسور را خنک کنند و جریان هوا را در قسمت‌های جانبی کویل‌ها ایجاد کنند تا فرایند انتقال حرارت از کندانسور به محیط با سرعت بیشتری انجام شود. تعداد این فن‌ها بسته به اندازه چیلر و نوع کاربرد آن متفاوتند.
چیلرهای هوا خنک چگونه کار میکنند؟
تولید چیلر هوا خنک فرایند سخت و پیچیده‌ای است تا جزئیات دقیق کارکرد آن به درستی انجام شود. با این حال چیلر هوا خنک، حرارت را از یک منبع آب جذب میکند و این حرارت را به هوای بیرون واحد چیلر انتقال میدهد. این واحد چیلر که به واحد تخلیه معروف است معمولا در جایی قرار میگیرد که مشکلی از نظر حرارتی ایجاد نکند. از طرفی در برخی مواقع از این گرما در جاهای دیگری نیز استفاده میشود و کار نسبتا کمی از آن دریافت میشود.
سیکل با یک اواپراتور شروع میشود که مبرد مایع از داخل کویل‌های اواپراتور عبور میکند و با دریافت حرارت تبخیر میشود. سپس وارد کمپرسور میشود تا مجددا متراکم و به سمت کندانسور پمپ شود. دما و فشار مبرد طی عبور از کمپرسور افزایش مییابد سپس در کندانسور این حرارت دفع میشود و به محیط هوا داده میشود و فن‌هایی نیز برای خنکسازی در کندانسور وجود دارند که این کار را انجام می‌دهند. سپس مبرد سرد شده وارد شیر انبساط میشود و دوباره فشار آن کاهش مییابد و به اواپراتور وارد میشود و سیکل تکرار میشود.
انواع چیلر هواخنک
چیلرهای هوا خنک در دو دسته ثابت و پرتابل موجود هستند و هر کدام استفاده‌های خاص خود را دارند. چیلرهای ثابت زمانی استفاده میشوند که گرمای تخلیه شده در یک محیط مشکلی به بار نمی‌آورد اما نوع پرتابل آن قابلیت متحرک بودن دارد و می‌توان آنها را به نقاط مختلفی جابجا کرد. درنظر داشته باشید که ثابت یا متحرک بودن آنها میتواند در برخی معیارهای کیفی چیلر دخیل باشد.
ظرفیت چیلرهای پرتابل عموما کمتر از ۴۰ تن تبرید میباشد اما چیلرهای ساکن میتوانند تا ۵۰۰ تن تبرید هم ظرفیت داشته باشند. دمای کاری آنها هم عموما میتواند بین ۲۰ و -۷۰ درجه فارنهایت متغیر باشد.
چند ویژگی چیلرهای هواخنک
- چیلرهای هواخنک ظرفیت سرمایی بین ۵ تا ۵۰۰ تن تبرید دارند.
- با ولتاژهای پایین‌تر از ۲۲۰ ولت هم کار میکنند و از ۲۰۸ ولت تا ولتاژهای بالا نظیر ۴۸۰ با فرکانس ۶۰ هرتز کار میکنند و میتوانند عملکرد بهتری در ولتاژهای بالا داشته باشند.
- هزینه‌های نصب و راه‌اندازی آن بسیار کمتر است و نصب راحت آن جزو ویژگی‌های مهم این چیلرها به حساب میآید.
- سروصدای نسبتا کمی دارند و در حال حاضر انواع آکوستیک آنها که هیچ صدایی ندارند هم وجود دارند که قیمت نسبتا بالاتری دارند.
- از نظر محیطی چندان آسیب‌زا نیستند و می‌توان از آنها به راحتی استفاده کرد.
- بسته به نوع کمپرسور می‌توان این چیلرها را در انواع اسکرال، اسکرو، سانتریفیوژی و رفت و برگشتی هم دسته بندی کرد اما این دسته بندی چندان رایج نیست. هرچند در خرید چیلر میتواند یک گزینه‌ی خوب باشد.
- بازده چیلر هوا خنک نسبت به نوع آب خنک نسبتا کمتر است اما اجزای کمتری دارد و هزینه تعمیر نگهداری آنها چندان زیاد نیست.
- نوع کمپرسور میتواند تاثیر مستقیم در بازده و عملکرد و همچنین قیمت چیلر هواخنک داشته باشد.
- فن‌های داخلی این چیلرها که برای جریان هوا در نزدیکی‌های کندانسور به کار گرفته میشوند تاثیر زیادی در میزان خنکسازی و دمای کاری مبرد دارند.
تفاوت چیلر آب خنک و چیلر هوا خنک در چیست؟
چیلرهای هوا خنک و آب خنک تقریبا مشابه‌اند و اجزای آنها یعنی اواپراتور و کمپرسور و کندانسور و شیر انبساط کاملا یکسان هستند. با این تفاوت که در چیلر آب خنک از آب برای خنکسازی سیال در کندانسور استفاده میشود و در چیلر هواخنک از هوا برای این کار استفاده میشود.
چند تفاوت جالب دیگر:
- چیلرهای هوا خنک بسیار راحت‌تر و کم‌هزینه‌تر از چیلرهای آب خنک هستند.
- چیلر هواخنک نیازی به برج خنککن برای سردسازی کندانسور ندارد.
چیلرهای هواخنک مصرف انرژی بالاتری نسبت به نوع آب خنک دارند و هزینه‌های عملیاتی آنها بالاتر است.
مینی چیلر
استفاده از سیستم‌هایی که کمترین میزان مصرف انرژی را دارند و راندمان بالایی هم دارند در حال حاضر به طور گسترده‌ای افزایش یافته است و مدل‌های مینی‌چیلر با امکانات و قابلیت‌های بالا برای استفاده در سیستم‌های تهویه و سایر سیستم‌های خنکسازی تولید میشوند. در این مقاله به تولید مینی چیلر و انواع و ویژگی‌های هر کدام خواهیم پرداخت.
مینی چیلر چیست؟
مینی چیلر همانند یک چیلر معمولی برای خنکسازی است با این تفاوت که ابعاد آن نسبتا کمتر است و معمولا در اندازه‌ِ‌های ۱۰ سانتی‌متری و بیشتر وجود دارد. مینی چیلرها برای سیستم‌های کوچک نظیر کولرهای گازی و سیستم‌های تهویه کوچکتر کاربرد دارند. چیلرها عملکرد ساده‌ای دارند و سیکل مشخصی برای خنکسازی دارند.
مینی چیلرها عموما در نوع هوا خنک وجود دارند چرا که با پره‌های متصل میتوانند حرارت دفع شده از نقطه هدف را جذب و وارد محیط کنند. مینی چیلرها معمولا سیستم الکتریکی خاص خود را دارند و برای ایجاد کار لازم برای فعالیت به نیروی برق نیاز دارند. مینی چیلرها همانند سایر چیلرها از یک سیستم حاوی اواپراتور، کمپرسور و کندانسور و شیر انبساط تشکیل میشوند. همانطور که گفته شده در قسمت کندانسور پره‌هایی وجود دارد که حرارت مینی‌چیلر را وارد محیط میکند.
البته مینی چیلرهای آب خنک نیز وجود دارند که از اتصالات هیدرولیک استفاده میکنند تا خنکسازی و تخلیه حرارت به وسیله آب انجام شود. چیلرهای نوع آب خنک قیمت نسبتا بالاتری دارند و مصرف انرژی آنها هم مقداری بالاتر است چرا که یک پمپ الکتریکی در داخل اتصالات هیدرولیک آن موجود میباشد که از برق تغذیه میکند. البته مصرف این پمپ الکتریکی چندان زیاد نیست اما نسبت به نوع هوا خنک مصرف کمتری دارند.
مینی چیلرهای ترکیبی آب و هوا خنک نیز وجود دارند که هم دارای تجهیزات هیدرولیک هستند و هم فن‌هایی برای خنکسازی بر روی آن تعبیه شدهاند که بازده این مینی چیلرها را به مقدار بیشینه رسانده‌اند. در حال حاضر تولید مینی چیلر ترکیبی، یکی از تکنولوژیهای جدید محسوب میشود که کمپانی‌های زیادی در حال کار کردن بر روی آن هستند و هنوز به دنبال روش‌هایی برای بهینه سازی آنها می‌باشند.
مینی چیلر در نقش یک معکوس کننده که عموما با یک مبرد نظیر R-410A و یا سایر مبردهای سری R کار میکند ظاهر میشود. این واحدهای مینی چیلر عموما در سیستم‌های سردسازی و پمپهای حرارتی کار میکنند و مزیت اصلی این معکوس کننده این است که کنترل کامل بار حرارتی، با دقت بسیار بیشتری انجام میشود. استفاده از تجهیزات تک‌فاز، این مینی چیلرها را به بهترین نوع چیلر برای استفاده‌های مسکونی تبدیل کرده است.
مینی چیلر با بازده انرژی بالا
تکنولوژی مینی چیلر با دقت بسیار بیشتری کار میکند و میتواند یک دمای مشخص را برای سیستم تعیین سازد. این کار باعث میشود تا انرژی کمتری مصرف شود و بتوان به راحتی با آن کار کرد. چرا که نه سرد است و نه داغ، بلکه دمایی کاملا متعادل دارد. این یک مزیت عمده در سرعت‌های مختلف محسوب میشود که میتواند توسط یک سیستم الکتریکی کمپرسور را در حالت خاموش یا روشن قرار دهد، به همین دلیل مصرف انرژی کمپرسور تا حد زیادی پایین میآید.
کنترل دما بر اساس آب یا مبرد خروجی از اواپراتور انجام میشود و میزان کارایی یک مینی چیلر هم بر اساس اختلاف دمای بین این نقاط تعیین میشود و هر چه میزان اختلاف دما بیشتر باشد یعنی مینی چیلر کارکرد مطلوبی دارد.
استفاده از صفحه‌های استیل ضدخش در اواپراتور که به بهبود کارایی کلی سیستم می‌انجامد نیز یکی دیگر از مزایای استفاده از مینی چیلرها با بازده انرژی بالا است. معمولا حرکت معکوس مبرد در این مبدل‌های حرارتی نیز ضریب انتقال حرارت را بالاتر میبرد و عبور و تماس نیمه مستقیم آب و مبرد نیز در بازده بیشینه مینی چیلر تاثیر دارد.
کمپرسور و کندانسور مینی چیلر
تولید مینی چیلر با ویژگی‌های بهبود یافته در کارایی کلی آن تاثیر دارد. کویل‌های کندانسور که در قسمت انتهایی و فوقانی مینی چیلر واقع هستند با پره یا فین‌های آلومنیومی و بازده انتقال حرارت بالا کار میکنند. این فین‌ها سطح تماس مبرد یا آب را با ناحیه‌ی بیرونی افزایش می‌دهند تا مینی چیلر که مساحت سطح بسیار کمی دارد بتواند ماکزیمم کارایی را در تخلیه حرارت به بیرون داشته باشد. دقیقا بالای کندانسور هم فن‌هایی برای تخلیه حرارت سریع کندانسور وجود دارد.
کمپرسور مینی چیلر بیشتر از نوع رفت و برگشتی است و نیروی رفت و برگشتی آن نیز توسط نیروی برق AC و DC تامین میشود. کمپرسور مینی‌چیلر باید کارایی بالایی را در حجم نسبتا کم از خود نشان دهد و به همین دلیل از نوع رفت و برگشتی استفاده میشود. البته انواع دورانی کمپرسور نیز در تعدادی از مینی چیلرها استفاده میشود که در نوع خود کارایی قابل توجهی دارند ولی چون حجم کاری آنها پایین است در نتیجه راندمان کمتری نسبت به نوع رفت و برگشتی دارند.
نویز و سر و صدا در مینی چیلرها
سروصدایی که یک مینی چیلر تولید میکند بسیار مهم است و یک فاکتور مهم در میزان ارتعاش اجزای مینی چیلر و همچنین دوام و کارایی بالای آن دارد. بیشتر حجم صدا نیز مربوط به کمپرسور و فن‌ها میباشد. در طراحی اغلب مینی چیلرها از دمپرهای جذب ارتعاش دورانی و ارتعاش مستقیم استفاده میشود که این دمپرها مانند فنرهایی مستحکم جلوی ارتعاش کلی سیستم و در نتیجه نویز و سر و صدای ناشی از آن را می‌گیرند.
در حال حاضر مینی چیلرهایی با سروصدایی نزدیک به ۶۴ dBA تولید میکنند که مقدار بسیار کمی است، برخی مینی چیلرها حالت Silent Mode هم دارند که صدا را تا نزدیک ۳ dBA کاهش می‌دهند و از این نظر بسیار بهینه هستند.
المان‌ها و اجزای تولید مینی چیلر
در ادامه به برخی از مهمترین اجزای مینی چیلر خواهیم پرداخت و ویژگی‌های مهم آنها را بیان خواهیم کرد.
محفظه: محفظه مینی چیلر عموما از فولاد ساخته میشود و بیشتر مواقع با پلی‌استر پوشیده میشود. محفظه توسط پیچ چفت و بست میشود و می‌توان آن را به راحتی باز و بسته کرد.
کمپرسور: کمپرسور عموما از نوع هرمتیک یا مستقل است که هیچ اتلاف حرارتی ندارد و عموما عایق میباشد تا ماکزیمم توان دریافتی را منتقل کند. همانطور که در بالا اشاره شد از کمپرسورهای رفت و برگشتی بیش از سایر انواع کمپرسور استفاده میشود.
مبرد و اتصال سردساز: لوله‌های پرشده از مایع همراه با فیلتر برای تغییر فشار که مبرد اصلی این فرایند عموما مبردهای دسته‌ی R هستند.
اواپراتور: کویل‌های اواپراتور عموما از استیل ساخته میشوند که در داخل آن از Icing Protection استفاده میشود که از انجماد مبرد در داخل اواپراتور و کل سیکل جلوگیری میکند.
کندانسور: وجود پره‌ها و فین‌های انتقال حرارت بر روی کویل‌ها با یک شبکه‌ی استیل نرخ انتقال حرارت را افزایش میدهد. جنس کندانسور هم عموما از استیل میباشد.
فن محوری: تعداد یک یا دو فن محوری فلزی برای تهویه داخلی مینی چیلر و همچنین تخلیه سریع حرارت کندانسور در بالای کندانسور نصب شده است.
اتصالات هیدرولیک: در مینی چیلرهای آب خنک از این اتصالات هیدرولیک نیز استفاده میشود که شامل پمپ الکتریکی، کانتینر حاوی آب و شیرهای تنظیم فشار و دبی جریانی آب میباشد.
کنترل دما: میکروپروسسورهایی در داخل مینی چیلر تعبیه شده اند. که داده‌ها را از سنسورهای حرارتی میگیرد و دما را به صورت دیجیتالی نمایش میدهد و یا می‌توان برای آنها یک دمای نهایی تعیین کرد تا کنترل دما توسط آن انجام شود. این ابزارهای کنترل دمایی در حقیقت میزان اتلاف انرژی مینی چیلرها را به کمترین حد ممکن می‌رسانند.
موارد استفاده مینی چیلر
تولید مینی چیلر بیشتر به منظور استفاده در سیستم‌های تهویه انجام میشود. مینی چیلرها عموما در سیستم‌های HVAC استفاده میشوند. سیستم‌های خانگی که نیاز به خنک کن دارند نیز استفادهی دیگر این چیلرها می‌باشند. در برخی صنایع کوچک نظیر مونتاژ UPVC هم از مینی چیلرها برای خنکسازی وسایل و تجهیزات کاری استفاده میشود. محفظه‌هایی خلاء آزمایشگاهی عموما به وسیلهی این مینی چیلرها خنکسازی میشوند و بسیاری استفاده‌های دیگر نیز دارند.
مینی چیلرها قدرت کمتری نسبت به انواع بزرگ آن دارند و این کاملا طبیعی است چرا که اولا این تجهیزات بسیار سایز کوچکی دارند و در علم ترمودینامیک سایز کوچکتر به معنای سطح تماس کمتر و در نتیجه قدرت انتقال حرارت کمتر میباشد. هر چند با استفاده از ترفندهایی نظیر فین، این سطح تماس را افزایش می‌دهند اما همچنان حجم کاری آنها چه در کمپرسور و چه اواپراتور کمتر است و دبی جریان مبرد هم به مراتب کمتر است و همه‌ی این‌ها به معنای تاثیر کمتر مینی چیلر میباشد.
در نظر داشته باشید که وزن کم مینی چیلرها آنها را به یک دستگاه پرکاربرد بدل کرده است و حتی در جاهایی که امکان دسترسی به برق شهری وجود ندارد نیز می‌توان از نوع باتری دار آن استفاده کرد و بدون هیچ مشکلی از آنها استفاده کرد.
موارد استفاده از چیلر
چیلرها کاربردهای گوناگونی در صنعت دارند. بیشترین کاربرد این چیلرها در تهویه میباشد که میتوانند برای خنکسازی یک ساختمان یا مجتمع بزرگ کاربرد داشته باشند. استفادهی بعدی آنها در صنعت برای خنکسازی ادوات و وسایل میباشد. به طور مثال در یک نیروگاه برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد ادوات از چیلر استفاده میکنند. به طور کلی هر جا که نیاز به خنکسازی وجود داشته باشد چیلرها میتوانند کارکرد داشته باشند.
بدیهی است که استفاده از چیلر با توجه به میزان عملکرد آنها و یا ظرفیت سرمایشی آنها انجام میشود و برای مصارف صنعتی کوچک عموما از چیلر با ظرفیت کمتر استفاده میکنند و در استفاده‌های صنعتی نظیر نیروگاهها و مواردی از این دست، چیلرهای با ظرفیت بالا مورداستفاده قرار می‌گیرند.
منابع:
https://www.thermalcare.com/air-cooled-vs-water-cooled/
https://www.advantageengineering.com/airCooledWaterChiller/airCooledWaterChiller.php
https://www.trane.com/commercial/north-america/us/en/products-systems/equipment/chillers/air-cooled-chillers.html
https://dms.hvacpartners.com/docs/1001/public/0c/tdp_796-055_preview.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=1knDrYEClJ4https://www.araner.com/blog/difference-between-air-cooled-and-water-cooled-chiller/
