چیلر هوایی و چیلر آبی چیست و چگونه کار می کنند؟

نحوه عملکرد و کاربرد چیلرهای هوایی و آبی

چیلر یکی از سیستم های سرمایشی مناسب در صنعت تهویه مطبوع و برودت صنعتی است. دستگاه چیلر (Chiller) بر اساس اصول علم مهندسی مکانیک و فرآیندهای ترمودینامیک کار می کند. در این مقاله با استفاده از منابع و اطلاعات شرکت مهندسی تهویه نگار سعی می کنیم انواع چیلرها را معرفی کنیم. سپس اجزای چیلرها را تشریح کنیم و در نهایت نحوه عملکرد و کاربرد آن ها را به طور کامل و جامع بررسی فنی خواهیم کرد.


 

در برودت صنعتی، آب سردِ چیلر، جهت خنک کاری مکانیزم ها و ماشین آلات خطوط تولید، در گسترۀ وسیعی از صنایع مختلف استفاده می شود. نمونه ای از این صنایع عبارتند از: پلاستیک، تزریق و ریخته­گری، فلزکاری، جوشکاری، ماشین ابزار، پتروشیمی، داروسازی، بهداشت و درمان، تولید و نگهداری مواد غذایی، پرورش ماهی، کاغذ و سیمان، راهسازی و ... در صنعت می توان از چیلرهای هوا خنک برای تولید آب سرد تا دمای 10- درجۀ سانتی گراد استفاده کرد که مستلزم طراحی های ویژه ای خواهد بود.

انواع چیلر

دستگاه چیلر را می توان بر اساس پارامترهای مختلفی دسته بندی کرد. مهم ترین عامل دسته بندی این ماشین برودتی، نوع سیکل برودتی آن است. بر این اساس چیلرها به دو نوع دسته بندی می شوند:

  • چیلر تراکمی
  • چیلر جذبی

انواع چیلر

ظرفیت برودتی بسیاری از سیستم های سرمایشی از جمله چیلرها بر حسب تن تبرید اعلام می شود. هر تن تبرید (TR) معادلِ میزان گرمایی است که یک تن یخ با دمای صفر درجۀ سانتی گراد در طول مدت 24 ساعت جذب کرده و کاملاً به آب صفر درجۀ سانتی گراد تبدیل می شود. یک تن تبرید برابر است با سه و نیم کیلو وات ( 3.517kW) و 12000 بی تی یو بر ساعت ( 12000Btu/hr)

چیلر تراکمی چگونه کار می کند و چه کاربردی دارد؟

چیلرهای تراکمی بر مبنای سیکل تبرید تراکمی قادر به ایجاد فرآیند سرمایش هستند. این سیکل بر اساس اصول مکانیکی کار می کند و مجهز به کمپرسور است. اجزای اصلی این این سیکل برودتی به شرح زیر اس:

  • کمپرسور (واحد متراکم سازی)
  • اواپراتور (واحد تبخیر کننده مبرد)
  • شیر انبساط (اکسپنشن ولو)
  • کندانسور (واحد تقطیر کننده مبرد)
  • ماده مبرد (ماده سرمازا)


نحوه عملکرد این سیکل طبق شکل فوق بدین صورت است که ماده مبرد در حات گازی شکل توسط کمپرسور متراکم می شود. در اثر این تارکم، مبرد دچار افزایش فشار و دما می شود و به سمت کندانسور حرکت می کند. در واقع کمپرسور انرژی لازم برای به حرکت درآمدن ماده سرمازا در داخل سیکل را فراهم می کند. پس از آن در کندانسور، به وسیله جریان هوا (کندانسورهای هوایی) و یا به وسیله جریان آب (کندانسورهای آبی)، دمای این گاز را از طریق دفع گرمای آن به محیط کم می کنیم.

به دنبال این کاهش دما، مبرد از حالت گاز به حالت مایع تبدیل می شود. تبدیل شدن سیال از گاز به مایع را فرآیند چگالش یا تقطیر می نامند و به همین دلیل کندانسور را با نام تقطیر کننده یا چگالنده هم معرفی می کنند.

در خروجی کندانسور، مبرد در حالت مایع درمیآید و پس از عبور از شیر انبساط دچار افت فشار و دما می شود. این ماده در حالت دو فازی (ترکیبی از مایع و گاز) وارد اواپراتور می شود. اواپراتور در حقیقت یک مبدل حرارتی است و وقتی ماده سرمازا با دمای پایین وارد آن شود، می توانیم با عبور جریان آب یا هوا از روی لوله ها، جریان سیال مد نظر را کاهش دهیم. در تمامی چیلرها هدف ما تولید آب سرد هست و به همین دلیل با عبور جریان آب از روی لوله های اوپراتور، می توانیم آب سرد تولید کنیم.

ماده مبرد هم با دریافت گرمای آب تبخیر می شود و به همین دلیل آن را تبخیر کننده هم می نامند. مجدداً مبرد در حالت گازی شکل به سمت کمپرسور حرکت می کند و تمامی مراحل فوق به طور دائم در سیکل تبرید چیلرهای تراکمی تکرار می شود.

انواع چیلرهای تراکمی

با توجه به شناخت و نحوه عملکرد چیلرهای تراکمی، حال می توانیم آن ها را دسته بندی کنیم. چیلر تراکمی بر اساس نوع کندانسور و یا نوع کمپرسور دسته بندی می شود. اما دسته بندی بر اساس نوع کنداسور مهم تر است چراکه نوع تجهیزات و نحوه عملکرد چیلر تراکمی را متفاوت می کند. به همین دلیل چیلرهتی تراکمی با توجه به نوع کندانسور در دو گروه قرار می گیرند:

  • چیلر تراکمی هوا خنک (چیلر هوایی)
  • چیلر تراکمی آب خنک (چیلر آبی)

چیلر تراکمی هوایی و آبی

در چیلر هوا خنک یا چیلر هوایی از کندانسور هوایی استفاده می شود و فقط با استفاده از جریان هوای محیط و بدون مصرف آب قادر به تولید آب سرد هستیم. این خصوصیت در کشور ایران به دلیل کمبود منابع آب بسیار مهم است. اما در چیلر آب خنک از کندانسور آبی استفاده می شود. اما از طرفی چیلر آبی به دلیل استفاده از جریان آب و ظرفیت گرمایی بالاتر آب، توانایی ساخت در ظرفیت های برودتی بالاتر اما در ابعاد کوچک تر را دارد.

یکی دیگر از فاکتورهای مهم دسته بندی چیلر تراکمی، نوع کمپرسور بکار رفته در آن هاست. برخی از کمپرسورهای رایج در محصولات برودتی در زیر نام برده شده است:

  • کمپرسور اسکرال
  • کمپرسور اسکرو
  • کمپرسور پیستونی (رفت و برگشتی)
  • کمپرسور روتاری
  • کمپرسور سانتریفیوژ

اغلب تولید کنندگان در اکثر چیلرهای تراکمی، از کمپرسورهای اسکرال برای ظرفیت های پایین، و برای ظرفیت های برودتی بالاتر از کمپرسور اسکرو استفاده می کنند. کمپرسور مهم ترین عنصر موجود در سیکل چیلر تراکمی است که بیشترین قیمت از کل تجهیزات دستگاه را نیز به خود اختصاص می دهد. به همین دلیل استفاده از برندهای معتبر کمپرسور نظیر BITZER، COPELAND، DANFOSS مورد توجه تولید کنندگان و طراحان چیلر است.

اصلی ترین استفاده کمپرسورهای سانتریفیوژ، در چیلرهای آب خنک می باشد؛ چراکه نسبت تراکم تولیدی این کمپرسورها در مقایسه با کمپرسورهای دیگر پایین تر است. لذا، عمدتاً در چیلرهای آب خنک که بواسطه استفاده از کندانسور آبی در آنها، دمای چگالش پایین تر بوده و تراکم کمتری نیز برای گاز مبرد لازم است، کمپرسورهای سانتریفیوژ می توانند عملکرد بهتری داشته باشند.

مزایای چیلر هوا خنک

 واقعیت این است که چیلر هوایی به دلیل مزایای دیگری امروزه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد:

  • تعمیرات و نگهداری آسان تر
  • عدم نیاز به کولینگ تاور یا برج خنک کننده
  • قابلیت کارکرد در شرایط آب و هوایی مختلف
  • عمر مفید بیشتر

در مقایسۀ طول عمر مفید چیلرهای هوایی و آبی به دو نکته می بایست توجه داشت:

  1. هوای غبارآلود اغلب شهرهای ایران منجر به کثیف شدن آب برج خنک کننده می شود. این موضوع علاوه بر تشدید استهلاک برج باعث رسوب گذاری بیشتر آب در لوله های کندانسورِ چیلر شده که می تواند یکی از عوامل کاهش طول عمر مفید چیلرهای آب خنک باشد.
  2. به علت کارکرد کمپرسورهای هوا خنک با دما و فشارِ دیسشارژِ بیشتر، استهلاک کمپرسور تا حدودی در این چیلرها بیشتر خواهد بود.

عمر مفید چیلرهای هوا خنک به پارامترهای مختلفی از جمله: نوع کاربری چیلر، شرایط اقلیمی محل پروژه، کیفیت طراحی و ساخت و همین طور نوع کمپرسور بستگی دارد. ولی در مجموع شاید بتوان گفت طول عمر آنها حدوداً بین 20 تا 25 سال می باشد. البته بهتر است بازدید فنی از دستگاه و بررسی صحت عملکرد آن توسط شرکت های معتبر چک شود.

چیلرهای آبی، خصوصاً در ظرفیت های برودتی بالا، در مقایسه با چیلرهای هوایی، به مراتب مصرف برق کمتری داشته و هزینه خرید آن ها نیز پایین تر است، اما با این وجود این روزها به دلایل متعددی، بکارگیری چیلرهای آب خنک در مصارف تهویه مطبوع کمتر شده است که برخی از این دلایل عبارتند از:

  • هزینه های بالاتر بهره برداری
  • کمبود منابع آبی در کشور
  • محدودیت استفاده با توجه به شرایط اقلیمی


معایب چیلر هوایی

یکی از معایب اصلی چیلر هوا خنک یا چیلر هوایی، میزان آلودگی صوتی ناشی از کارکرد کمپرسور و همچنین صدای فن های کندانسور است. با اتوجه به این نکته که چیلر هوایی ممکن است در مجتمع های مسکونی بکار روند، نکاتی را برای کاهش این صدا در نظر می گیرند.

چیلر هوایی

در مقایسۀ میزان صدای چیلرهای هوا خنک و آب خنک بایستی سه نکته را مورد توجه قرار داد:

میزان صدای تولیدیِ کمپرسور در چیلرهای آبی کمی کمتر از چیلرهای هوایی می باشد؛ چراکه اولاً در ظرفیت های یکسان، سایز کمپرسور در چیلرهای آبی کوچکتر است و ثانیاً بدلیل پایین تر بودن نسبت تراکم کمپرسور در این چیلرها، کمپرسور صدای کمتری تولید می کند.اساساً چیلرهای آب خنک در موتورخانه نصب می شوند؛ بنابراین عملاً صدای کمپرسورها توسط ساکنین ساختمان شنیده نمی شود.

در چیلرهای هوایی معمولاً صدای کمپرسورها بر صدای فن های کندانسور غالب می باشد و تنها در چیلرهای هوا خنک با ظرفیت های سنگین است که صدای فن ها غالب می شود.

روش های کاهش صدای کمپرسور عبارتند از:

  • کانوپی صداگیر
  • ژاکت صداگیر
  • سیستم های کنترل دور فن
  • استفاده از فن های اّکسی تاپ
  • استفاده از تکنولوژی فلوگرید

با استفاده از موارد فوق تا حد مطلوبی می توان تنها ایراد چیلرهای هوایی یعنی همان صدای زیاد را کنترل نمود.

مینی چیلر هوایی

چیلرهایی که قدرت برودتی آن ها پایین تر از 10 یا 15 تن تبرید باشد، مینی چیلر نام دارند. هدف اصلی مینی چیلر ایجاد سرمایش برای واحدهای مسکونی است اما در صنایع هم ممکن است مورد اتسفاده قرار بگیرند.

مینی چیلر هوایی

معمولاً در ساختمان های مسکونی که بیشتر از 10 واحد هستند توصیه می شود که از چیلر هوا خنک به صورت مرکزی استفاده شود؛ چون هم هزینۀ خرید بمراتب کمتر می شود و هم اینکه هزینۀ مصرف برق پایین تر خواهد بود. ضمن آنکه فضای مورد نیاز برای نصب یک چیلر مرکزی، خیلی کمتر از فضایی است که برای نصب تعداد زیادی مینی چیلر نیاز می باشد.

نتیجه گیری:

در یک جمع بندی ساده باید بگوییم که نیاز دقیق یک پروژه و مقایسه سیستم های مختلف تبرید و تهویه مطبوع در پروژه های مختلف، نیاز به اطلاعات کافی و بررسی آن توسط متخصصان این حوزه دارد که با وجود تامین نیازهای فنی یک پروژه، صرفه اقتصادی نیز برای کارفرمایان در نظر گرفته شود و در واقع هدف، رسیدن به یک نقطه تعادل (Trade off) منطقی است تا مناسب ترین سیستم یا دستگاه در پروژه مورد نظر انتخاب شود.

چیلر آبی قیمت و مصرف برق کم تری دارد اما تجهیزات بیشتر و نگهداری پیچیده تری دارد. چیلر هوایی به دلیل عدم مصرف آب می تواند یکی از بهترین سیستم های سرمایشی برای آپارتمان ها و کارگاه های صنعتی باشد. چیلر آبی در سال های اخیر بیشتر در صنعت و سردخانه ها مورد استفاده قرار می یگرد و کاربرد ان ها در تهویه مطبوع کمتر شده است. مینی چیلرها نیز با هدف اشغال فضای کم تر از نوع چیلر هوایی هستند و معمولا در بالکن یا پشت بام نصب می شوند.

البته بهتر است برای مجتمع های بیشتر از 10 واحد، از چیلر مرکزی استفاده کنیم تا هزینه های مصرف برق و هزینه خرید دستگاه کاهش یابد.

/ 0 نظر / 42 بازدید