معرفی چیلر تراکمی
باید گفت چیلرهای تراکمی به دو دسته کلی چیلر هوایی (هوا خنک) و چیلر آبی (آب خنک) تقسیم می شوند که اصول کارکرد و قطعات آنها بسیار شبیه به هم بوده و با این تفاوت که در چیلر تراکمی هوا خنک (هوایی)، کندانسور به صورت هوا خنک بوده و با استفاده از فن هایی (فن های نصب شده در بالای چیلر) که هوا را از روی لوله های کندانسور عبور میدهند، خنک می شود. مبرد دائما بین اجزا سیرکوله می شود و در اواپراتور است که حرارت را از آب می گیرد و دمای آب را کاهش می دهد. بعد از آن در اثر مکش کمپرسور به داخل کمپرسور راه یافته و تحت فشار شدیدی قرار می گیرد و داغ و پر فشار می گردد. حال باید به نحوی این مبرد داغ بتواند حرارت مازاد خود را از دست بدهد که در کندانسور این اتفاق می افتد. در کندانسور یا توسط فن این حرارت مازاد را از دست می دهد و آن را به بیرون دفع می کند که به آن چیلر هوایی می گوییم یا توسط آب آن را به بیرون دفع می کند که به آن چیلر آبی می گوییم.
انواع چیلر تراکمی
چیلر تراکمی آب خنک (آبی)، کندانسور با استفاده از آب خنک شده و این آب بعد از گرفتن حرارت کندانسور، به وسیله پمپ به برج خنک کننده ارسال می شود تا مجددا در برج، خنک شود. اواپراتور همان نقش سرمایش آب را بر عهده دارد ولی کندانسور آن دیگر با فن حرارت مبرد را دفع نمی کند و توسط آب این حرارت گرفته شده و سپس آب به برج خنک کننده پمپاژ می گردد تا حرارتی که گرفته را به هوای آزاد دهد و در ادامه به کندانسور برگردد و با این سیرکولاسیون بتواند دائما حرارت اضافه مبرد در کندانسور را گرفته و به بیرون دفع کند. دقت کنید که آب در برج خنک کننده به شکل تبخیری حرارت خود را از دست می دهد (برخورد مستقیم مولکول های آب با هوا) و در نتیجه مقداری از آب تبخیر شده و باید به مدار آن آب تازه تزریق کرد و بنابرین این نوع از چیلرها مصرف آب هم دارند.
سیکل چیلر تراکمی آب خنک
چیلر تراکمی هوا خنک که به آن چیلر هوا خنک یا چیلر هوایی نیز گفته می شود، یکی از مناسب ترین دستگاه ها جهت سرمایش هوای ساختمان های مسکونی، مراکز خرید و مجتمع های تجاری، ادرای، صنعتی، آموزشی، ورزشی و نیز تجهیزات، ماشین آلات و دستگاه های صنعتی است مخصوصا در مناطقی که با مشکل تامین آب، مصرف و هزینه بالای آن مواجه هستیم. زیرا که چیلر هوایی بر خلاف چیلر آبی، مصرف آب ندارد. شاید متوجه شده باشید که چرا چیلر هوایی مصرف آب ندارد و علت آن هم این است که برای دفع گرمای مبرد از فن استفاده می کند و نه آب. آبی هم که در اواپراتور سرد می شود در یک مدار کاملا بسته سیرکوله شده و در نتیجه تبخیر نمی گردد و هنگام راه اندازی دستگاه برای اولین بار این آب به مدار تزریق شده و دیگر به آب مصرفی نیازی ندارد.
سیکل چیلر تراکمی هوا خنک
وظیفه چیلرهای تراکمی
وظیفه چیلر این است که آب را در یک مدار بسته، سرد کرده و با پمپ به یونیت های داخل ساختمان مانند فن کویل، هواساز و یا به دستگاه های صنعتی (جهت خنک کاری) پمپاژ کنند. آب سرد در لوله های فن کویل و هواساز (و یا مدار دستگاه صنعتی) جاری شده و یک فن با دمیدن هوا از اطراف لوله ها (کویل)، دمای هوا را کاهش داده و در ساختمان توزیع می کند.
اجزای اصلی چیلر تراکمی
- کمپرسور:
قلب سیستم که وظیفه فشرده‌سازی و گردش مبرد را بر عهده دارد. انواع مختلف کمپرسورهای مورد استفاده شامل پیستونی، اسکرو، اسکرال و گریز از مرکز می‌باشد.
- کندانسور:
دستگاهی که مبرد گازی داغ را خنک کرده و به مایع تبدیل میکند. کندانسورها می‌توانند هوا خنک یا آب خنک باشند.
- شیر انبساط:
وسیله‌ای که فشار مبرد را کاهش داده و شرایط لازم برای تبخیر در اواپراتور را فراهم میکند.
- اواپراتور:
جایی که مبرد مایع با جذب حرارت از محیط به گاز تبدیل می‌شود و باعث خنک شدن محیط می‌گردد.
- مبرد:
ماده‌ای که در سیکل تبرید برای انتقال حرارت استفاده می‌شود.
نحوه کار کرد سیستم های چیلر تراکمی چگونه است؟
کل مدار چیلر در ۳ بخش پر فشار، کم فشار و مدار آب خلاصه می شود. کمپرسور با فشرده نمودن مبرد، دما و فشار آن را به شدت افزایش داده و به سمت کندانسور می فرستد. دمای مبرد در کندانسور کاهش یافته و مبرد پس از عبور از فیلتر درایر و اکسپنسن ولو، وارد اواپراتور می شود. اواپراتور مبدلی است که در یک سمت آن آب جاریست و در سمت دیگر آن مبرد جاریست. مبرد که برای تبخیر شدن به گرما نیاز دارد، گرمای آب را گرفته و دمای آب را کاهش می دهد. آب سرد با پمپ به سمت مصرف کننده (برای مصارف سرمایشی ساختمان مثل فن کویل و هواساز یا برای مصارف سرمایش صنعتی مثل کولینگ دستگاه ها و ماشین آلات صنعتی) پمپاژ می شود.
انواع چیلر بر اساس نوع کمپرسور (اینکه اسکرال باشد یا اسکرو و …)، موقعیت و جهت قرار گیری فن های کندانسور، مجهز بودن یا نبودن به شیر انبساط الکترونیکی، نوع اواپراتور، دارا بودن یا نبودن کنترلر PLC و … به دسته های مختلفی تقسیم بندی می شود.
مزایای چیلر تراکمی
در کاربردهایی که در اغلب اوقات، چیلر باید با ظرفیت کم کار کند بهتر است که به صورت ۲ یا ۴ مدار طراحی و ساخته شود. فرض کنید که در یک کاربرد خاص به ۱۲۰ تن تبرید برودت نیاز باشد. در این صورت اگر دستگاه تک مدار باشد، همواره کل تجهیزات دستگاه باید در حال کار باشد (حتی اگر در مواقعی مثلا به ۲۰% برودت نیاز باشد) و معایب زیادی از جمله افزایش مصرف انرژی و همچنین کاهش عمر مفید دستگاه را در پی خواهد داشت. برای جلوگیری از این معایب می توان دستگاه را به طور ۲ یا ۴ مدار طراحی و تولید کرد. یعنی مثلا در حالت ۲ مدار، کل دستگاه به دو مدار کاملا مجزای ۶۰ تن تبرید تقسیم شده و در ساعاتی از شبانه روز که به کمتر از ۶۰ تن برودت نیاز باشد، فقط یکی از مدارها (نصف تجهیزات) شروع به کار می کند. بدین ترتیب در اغلب اوقات نیمی از کمپرسورها خاموش هستند. در حالت ۴ مدار، کل دستگاه به ۴ مدار مجزا تقسیم و به صورت ۲۵% به ۲۵% وارد عمل می شوند.
برخی از مزایا عبارتند از :
- کاهش مصرف برق دستگاه
- افزایش عمر مفید کمپرسورها و دیگر قطعات سیکل تبرید
- امکان کارکرد دستگاه با ۵۰ یا ۷۵ درصد توان کل ( در صورت معیوب شدن احتمالی یکی از مدارها)
- کارکرد متناسب با مقدار برودت درخواستی از سوی مصرف کننده
شایان ذکر است در چنین حالتی قطعا مقداری به قیمت دستگاه افزوده خواهد شد ولی مزایای بسیار زیاد و قابل توجهی در سیستم ایجاد خواهد شد.
انواع چیلرهای تراکمی بر اساس نوع کمپرسور
مهمترین قطعه در چیلرها کمپرسور و موتور الکتریکی آن است که باید با توجه به کاربرد آن به نحو صحیح انتخاب گردد.
سه نوع از بهینه ترین کمپرسورها در صنعت چیلرسازی عبارتند از :
- نوع اسکرال Scroll یا حلزونی
- نوع اسکرو Screw یا مارپیچی
- نوع سانتریفویژ Centrifugal یا گریز از مرکز
مزایای کمپرسور اسکرال
- دارای کمترین تعداد قطعات متحرک و در نتیجه کارکرد بدون صدا و ارتعاش به نحوی که کم صداترین و کم ارتعاش ترین نوع کمپرسور است.
- طول عمر بسیار بالا، نگهداری کم هزینه و داشتن کمترین میزان خرابی به علت کم بودن گشتاور لحظه استارت
- مقاومت کمپرسور در برابر بازگشت مایع
- ضریب عملکرد COP بیشتر نسبت به نوع سیلندر و پیستونی
- قیمت پایین
مزایای کمپرسور اسکرو
- داشتن COP بیشتر نسبت به کمپرسور رفت و برگشتی (پیستونی) که در تناژ برابر، مصرف برق کمتری دارد. یعنی اینکه یک چیلر تراکمی آب خنک مجهز به کمپرسورهای اسکرو در مقایسه با کمپرسورهای رفت و برگشتی با مشخصات و تن تبرید برابر برق مصرفی کمتری دارد
- استهلاک و ارتعاش کمتر به دلیل داشتن قطعات متحرک کمتر و داشتن حرکت دورانی به جای حرکت رفت و برگشتی.
- مقاومت در برابر بازگشت مایع (یعنی اینکه این کمپرسورها در برابر برگشت مبرد به شکل مایع به داخل کمپرسور، مقاومت بالایی دارند و از آسیب احتمالی آن جلوگیری می شود)
- دارای سیستم کنترل ظرفیت به صورت پیوسته و در نتیجه ثابت نگه داشتن راندمان آن تحت بارهای کاری مختلف و در نتیجه افزایش راندمان چیلر
مزایای کمپرسور سانتریفیوژ
مناسب برای کاربردهایی که در آن چیلر مجبور است که در تمام ساعات کارکرد خود با حداکثر توان کار کند. زیرا نوع سانتریفیوژ دارای یک ایمپلر (توربین) است که در حالت های کاری با بار کم یا متوسط، دچار افت راندمان شدید می شود و لذا باید از آن فقط در حالت تمام بار (full load) استفاده نمود.
نکته اینکه کمپرسور از هر نوعی که باشد می تواند به شکل چند مدار در کنار یکدیگر طراحی و مستقر شود و می توان از مزایایی که این نوع از طراحی ایجاد می کند، بهره برد.
راهنمای انتخاب نوع و برند کمپرسور چیلر تراکمی
معمولا با توجه به محدوده ظرفیت چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک از کمپرسورهای زیر در مدار استفاده می شود. هر چند در برخی پروژه ها ممکن است با توجه به نیاز یا درخواست مشتری، در ظرفیتی مشخص، از نوع دیگر آن نیز استفاده شود.
- ظرفیت های بیشتر از ۱۰۰ تن تبرید ⇐ معمولا کمپرسورهای اسکرو برند Bitzer , Hanbell
- ظرفیت های بین ۲ تا ۱۰۰ تن تبرید ⇐ معمولا کمپرسورهای اسکرال برند Danfoss و Copeland
- چیلر هوایی یا آبی با ظرفیت های بالا و کارکرد مداوم با حداکثر توان ⇐ کمپرسورهای سانتریفیوژ یا همان گریز از مرکز
نتیجه گیری
- چیلرهای هوا خنک قیمت بالاتری نسبت به چیلرهای آب خنک دارند. زیرا کندانسور آن از تعداد زیادی کویل مسی ساخته شده و فن های جهت جریان هوا از روی این کویل ها در آن به کار می رود در حالی که در نوع آبی (آب خنک) قیمت تمام شده کندانسور شل اند تیوب (به همراه برج خنک کننده) نسبت به کنداسور هوایی کمتر است.
- از جمله مهمترین مزایا و برتری هایی که چیلر آب خنک نسبت به چیلر هوا خنک ایجاد می کند این است که نوع آب خنک راندمان بیشتری دارد زیرا راندمان برج خنک کننده برای کاهش دمای کندانسور نسبت به فن های هوا خنکی که در کندانسور چیلر هوا خنک مورد استفاده قرار می گیرند بیشتر است. میزان برق مصرفی فن های کندانسور هوا خنک نسبت به میزان برق مصرفی یک پمپ (برای ارسال آب کندانسور به برج) و نیز فن برج خنک کننده، بیشتر است ولی نباید این موضوع را فراموش کرد که در چیلر آبی، مصف آب هم داریم که در نوع هوا خنک مقدار آن صفر است و از این جهت، آب مصرفی جزء معایب چیلر آبی محسوب می شود.
- بهتر است از چیلرهای آب خنک در مناطقی که رطوبت هوا بالاست (مثل مناطق جنوبی و شمالی کشور) استفاده نکرد. زیرا راندمان برج خنک کننده در آب و هوای مرطوب به شدت افت میکند و دمای آبی که از سوی کندانسور چیلر می آید را نمی تواند به مقدار مورد انتظار کاهش دهد.
- چیلرهای آب خنک مصرف آب دارند. در واقع این برج خنک کننده متصل به چیلر است که مصرف آب دارد. در برج خنک کننده یک مدار باز آب وجود دارد که دائما بین کندانسور چیلر و برج گردش می کند. چون این آب برای خنک شدن در تماس مستقیم با هوا است (جریان هوایی که توسط فن برج ایجاد می شود) بخار شده و باید آب جایگزین به مدار تزریق شود.
- چیلر هوا خنک مصرف برق بالاتری نسبت به چیلر آب خنک در همان ظرفیت دارد زیرا راندمان آن نسبت به نوع آب خنک کمتر است. ولی باید این را هم در نظر بگیریم که نوع هوا خنک اصلا مصرف آب ندارد ولی نوع آب خنک وابسته به مصرف آب بوده و باید هزینه مصرف آب را نیز به مجموع هزینه های مصرف انرژی دستگاه افزود.
