چیلر تراکمی

چیلرها از مهمترین تجهیزات سرمایشی و تولید برودت در ساختمان ها و کارخانه های صنعتی بحساب می آیند. به زبان ساده چیلر دستگاهی است که آب سرد تولید می کند. به کمک این آب سرد می توان از طریق فن کویل ها و یا هواسازها، فضای داخلی هر ساختمانی را خنک کرد و یا از آن در ماشین آلات صنعتی و انواع فرایندهای تولید که به خنک کاری نیاز دارند، استفاده نمود.

پیشنهاد مطالعه:

چیلر چیست؟

چیلرها دو دسته اند. تراکمی و جذبی که هریک انواع مختلفی دارند. در این مقاله سعی خواهیم کرد با نحوۀ عملکرد چیلر تراکمی و انواع آن بیشتر آشنا شویم.

پیشنهاد مطالعه:

چیلر جذبی چگونه کار می کند؟

چیلر تراکمی بخار (Vapor compression chiller) یا به اختصار چیلر تراکمی بر اساس سیکل تبرید تراکمی بخار (کارنو) طراحی شده است. سیکلی ترمودینامیکی که از طریق گردش سیال مبرد (R22، R407C، R134a، R410A، R404A و …) به عنوان یک واسطه، گرما را از محیط هدف (آب یا هوا) جذب کرده و در محیط دیگری دفع می کند.

پیش از این نیز طی مقاله دیگری، به تفصیل به بررسی کارکرد چیلر و انواع آن پرداخته ایم. جهت یادآوری می توانید مقاله چیلر را از قسمت زیر مطالعه کنید.

دسته بندی انواع چیلر تراکمی
انواع چیلر تراکمی

فهرست مطالب

طرز کار چیلر تراکمی

تمامی چیلرهای تراکمی از چهار مؤلفه اصلی تشکیل شده اند:

  1. کمپرسور (واحد تراکم)
  2. کندانسور (واحد چگالش)
  3. شیر انبساط (واحد اختناق)
  4. اواپراتور (واحد تبخیر)
سیکل تبرید تراکمی بخار در چیلر تراکمی
تصویر شماتیک سیکل تبرید تراکمی بخار

نحوه عملکرد چیلر تراکمی به این ترتیب است که سیال مبرد به شکل بخار داغ (Super Heat) وارد کمپرسور شده و تا فشار بالاتری متراکم می گردد؛ در نتیجه، افزایش دما نیز در جریان مبرد ایجاد خواهد شد. سپس بخار داغ خروجی از کمپرسور، به کمک کندانسور در فشار ثابت (با افت فشار قابل اغماض) ابتدا تا دمای اشباع خنک شده و با ادامه دفع حرارت به مایع اشباع یا مادون سرد تبدیل می شود. مایع مبرد حاصل از چگالش، با عبور از شیر انبساط، افت فشار قابل توجهی پیدا می کند. به طوری که مقداری از مایع مبرد تبخیر شده و باعث کاهش بیشتر دمای جریان عبوری (مضاف بر کاهش دمای ناشی از افت فشار) خواهد شد. این گونه بواسطه وجود اختلاف دمای ایجادشده بین جریان (مخلوط مایع و بخار) مبرد و محیط هدف (آب یا هوا) در اواپراتور، سرمایش (جذب گرما) اتفاق می افتد؛ لذا جریان دو فازی ورودی به اواپراتور در فشار ثابت (با افت فشار قابل اغماض) کاملاً تبخیر شده و با ادامه جذب گرما به بخار داغ تبدیل می گردد. نهایتاً جریان بخار خروجی از اواپراتور مجدداً وارد کمپرسور شده تا این چنین سیکل تبرید تراکمی بخار تکمیل گردد.

کاربرد چیلرهای تراکمی

چیلرهای تراکمی به لحاظ کاربرد، در دو دسته تهویه مطبوع و برودت صنعتی تعریف می­ شوند:

کاربرد چیلرهای تراکمی در مصارف تهویه مطبوع

در سیستم ­های تهویه مطبوع، آب سرد تولیدی چیلر از طریق گردش درون مبدل­ های حرارتی هوایی (کویل) مانند فن­ کویل، کویل هواساز و ایرکولر، جریان هوای خنک مورد نیاز جهت سرمایش فضاهای مسکونی، اداری، تجاری و … را فراهم می­ کند. سپس بعد از انتقال انرژی (دریافت گرما)، جریان آب به چیلر بازگشته و مجدداً تا دمای استاندارد تهویه (7 درجه سانتی گراد) سرد می ­شود. طی فرایند سرمایش هوا در مبدل حرارتی، گرمای محسوس و نهان محیط (فضای تهویه ­شده)، هردو به هوای سرد خروجی مبدل، منتقل می­ شوند. به همین علت در مقایسه با سیستم های سرمایش تبخیری (کولر آبی، ایرواشر و زنت) هوای مطبوع و مناسب­ تری حاصل می­ گردد.

کویل هواساز می ­تواند با دریافت مستقیم مبرد سردشده در کندانسینگ یونیت (چیلر تراکمی بدون شیر انبساط و اواپراتور) نیز دمای هوای عبوری را کاهش دهد، بدون آنکه آب سردی در گردش باشد. چنین کویلی در اصطلاح، کویل انبساط مستقیم (DX) نامیده می­ شود.

کاربرد چیلر تراکمی در مصارف تهویه مطبوع
کاربرد چیلر تراکمی در مصارف تهویه مطبوع

کاربرد چیلرهای تراکمی در مصارف برودت صنعتی

آب سرد تولیدی چیلر، جهت خنک­ کاری مکانیزم ­ها و ماشین ­آلات خطوط تولید، در گستره وسیعی از صنایع مختلف استفاده می ­شود. نمونه­ ای از این صنایع عبارتند از: پلاستیک، تزریق و ریخته­ گری، فلزکاری، جوشکاری، ماشین ­ابزار، پتروشیمی، داروسازی، بهداشت و درمان، تولید و نگهداری مواد غذایی، پرورش ماهی، کاغذ و سیمان، راهسازی و …

چیلرهای صنعتی بسته به میزان حساسیت و اهمیت ثبات در فرایند تولید کارخانه و همچنین با توجه به الزامات خنک­ کاری، می­ توانند به صورت مرکزی و یا غیر مرکزی، جهت تولید آب سرد از 40- تا 3 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب محیط بکار گرفته شوند.

کاربرد چیلر تراکمی در برودت صنعتی
کاربرد چیلر تراکمی در مصارف برودت صنعتی

انواع چیلر تراکمی

چیلرهای تراکمی را می توان بر مبنای دو معیار مختلف دسته بندی نمود:

  • نوع کمپرسور بکار رفته در چیلر تراکمی
  • نوع کندانسور بکار رفته در چیلر تراکمی

انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کمپرسور

با توجه به میزان ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه، نوع مبرد مصرفی، کاربری پروژه و عوامل دیگر، کمپرسور مناسب برای چیلر تراکمی انتخاب می شود که انواع آن عبارتند از:

  • روتاری (Rotary): کمپرسورهای روتاری، غالباً در ظرفیت های خیلی پایین تهویه مطبوع (هریک 3 تا 30 کیلو وات) و در مینی چیلرها استفاده می شوند. کمپرسورهای روتاری، عملکردی شبیه کمپرسورهای پیستونی داشته و از قطعاتی شامل میل لنگ، پیستون، پره و … تشکیل شده اند. با این تفاوت که پیستون به جای حرکت رفت و برگشتی (خطی) به صورت دورانی حرکت می کند. چنانکه فضای بین پیستون و سیلندر، توسط پیستونی دایره ای به دو قسمت مکش و دهش تقسیم می شود و با حرکت آن، حجم این دو قسمت مدام کاهش و افزایش یافته و عمل مکش و دهش به صورت مستمر انجام می گیرد.
کمپرسور روتاری در چیلر تراکمی
کمپرسور روتاری در چیلر تراکمی
  • اسکرال (Scroll): کمپرسورهای اسکرال، معمولاً در چیلرهایی با ظرفیت های پایین (هریک 5 تا 100 کیلو وات) و عمدتاً در پروژه های تهویه مطبوع به کار گرفته می شوند. این کمپرسورها شامل دو مارپیچ حلزونی (اسکرال) جهت افزایش فشار گاز مبرد می باشند. چنانکه اغلب یکی از آن ها ثابت بوده و دیگری بدون گردش، دایره وار می چرخد. به طوری که پس از مکش گاز مبرد به درون مارپیچ ثابت، بواسطه چرخش مارپیچ دوار، گاز بین دو مارپیچ متراکم شده، سرانجام از فضای میانی مارپیچ ثابت، تحت فشار خارج می گردد.
کمپرسور اسکرال در چیلر تراکمی
کمپرسور اسکرال در چیلر تراکمی
  • پیستونی (Reciprocating): کمپرسورهای پیستونی، به طور معمول در ظرفیت های میانی (هریک 2 تا 210 کیلو وات) کاربرد دارند. ضمن آنکه علاوه بر تهویه مطبوع، در برودت صنعتی نیز استفاده می شوند. این کمپرسورها از قطعات متحرک متعددی از جمله میل لنگ، شاتون، پیستون، سوپاپ و … تشکیل شده اند. به طوری که گاز مبرد از مسیر مانیفولد ورودی، همزمان با باز شدن سوپاپ مکش و پایین رفتن پیستون، به داخل سیلندر کشیده می شود. سپس با برگشتن پیستون به بالای سیلندر، گاز تحت فشار قرار گرفته و تؤامان با باز شدن سوپاپ تخلیه، خارج می گردد.
کمپرسور پیستونی در چیلر تراکمی
کمپرسور پیستونی در چیلر تراکمی
  • اسکرو (Screw): کمپرسورهای اسکرو، غالباً در ظرفیت های بالا (هریک 70 تا 1070 کیلو وات) و برای مصارف تهویه مطبوع و نیز برودت صنعتی به کار گرفته می شوند. این کمپرسورها از دو مارپیچ دوار نر و ماده (اسکرو) برای ایجاد تراکم در گاز مبرد بهره می گیرند. به گونه ای که همزمان با چرخش مارپیچ ها، گاز ورودی در فضای بین دو مارپیچ محبوس شده و همراه با آنها می چرخد. سپس بعد از افزایش فشار در خروجی مارپیچ ها تخلیه می گردد.
کمپرسور اسکرو در چیلر تراکمی
کمپرسور اسکرو در چیلر تراکمی
  • سانتریفیوژ (Centrifugal): کمپرسورهای سانتریفیوژ (گریز از مرکز)، به علت حجم جابجایی (Displacement) زیادی که دارند، معمولاً در ظرفیت های خیلی بالایی (هریک 300 تا 1800 کیلو وات) برای پروژه های بزرگ تهویه مطبوع و البته در برودت صنعتی نیز انتخاب می شوند. این کمپرسورها از طریق افزایش انرژی جنبشی گاز، فشار آن را بالا می برند. چنانکه گاز مبرد، پس از ورود به محفظه کمپرسور، به کمک پره های دوار و توسط نیروی گریز از مرکز، با حرکتی دایره ای سرعت گرفته و به سمت دیفیوزر پرتاپ می شود. در نهایت سرعت گاز با عبور از دیفیوزر به علت افزایش سطح مقطع جریان، کاهش یافته و به این ترتیب انرژی جنبشی گاز با کم شدن سرعت، به فشار تبدیل می گردد.
کمپرسور سانتریفیوژ در چیلر تراکمی
کمپرسور سانتریفیوژ در چیلر تراکمی

کمپرسور در چیلرهای تراکمی یکی از مهم ترین شاخص های دسته بندی آن ها بوده و گران ترین اِلمان چیلر به حساب می آید؛ به همین دلیل انتخاب درست آن، اهمیت زیادی از نگاه کارفرمایان و تولید کنندگان دارد.

انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کندانسور

بسته به پارامترهای متعددی از جمله: میزان ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه، هزینه­ های مصرف انرژی و سرویس و نگهداری دستگاه و … چگونگی فرایند دفع حرارت در کندانسور پیش ­بینی می­ گردد که انواع آن عبارتند از:

  • چیلر تراکمی آبی یا آب خنک (Water Cooled): کندانسور آبی، نوعی مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell & Tube) می باشد که از طریق جریان آب سرد تولیدی توسط برج خنک کننده، گرمای لازم را از بخار مبرد ورودی، دفع می کند. به طوری که آب با دمای مناسب (30 درجه سانتی گراد طبق استاندارد AHRI) از برج خنک کننده راهی کندانسور شده و درون لوله های مبدل جریان می یابد. از سوی دیگر بخار داغ مبرد خروجی از کمپرسور وارد پوسته کندانسور شده و در اثر تماس با سطح سرد لوله ها، پس از کاهش دما، چگالش یافته و به مایع اشباع یا مادون سرد تبدیل می گردد.             
کندانسور آب خنک در چیلر تراکمی آبی
کندانسور آبی در چیلر تراکمی آب خنک

پیشنهاد مطالعه:

بررسی ساختار، اجزا و عملکرد چیلر تراکمی آب خنک (آبی)

  • چیلر تراکمی تبخیری (Evaporatively): کندانسور تبخیری، بر اساس فرایند سرمایش تبخیری (مشابه برج خنک کننده مدار بسته) انرژی گرمایی بخار مبرد را انتقال می دهد. به نحوی که بخار داغ مبرد خروجی از کمپرسور وارد لوله های کویل کندانسور شده و جریان آب از سوی دیگر توسط نازل هایی به صورت اتمیزه روی لوله ها پاشیده می شود. اینچنین با تبخیر بخشی از آب پاشیده شده که ناشی از دریافت گرمای دیواره لوله ها می باشد، بخار مبرد کاهش دما یافته و در نهایت چگالیده خواهد شد.
کندانسور تبخیری در چیلر تراکمی
کندانسور تبخیری در چیلر تراکمی

این نوع از چیلرهای تراکمی به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند. بهمین علت در اغلب دسته بندی ها، اشاره ای به این نوع چیلر تراکمی نمی شود.

  • چیلر تراکمی هوایی یا هوا خنک (Air Cooled): کندانسور هوا خنک، نوعی کویل هوا خنک می باشد که یا به شکل فین و تیوب (Fin & Tube) یا میکرو کانال (Micro Channel) طراحی شده و جریان هوای محیط از روی آن عبور می کند. چنانکه به کمک تعدادی فن محوری، جریان هوایی از روی کویل کندانسور شکل گرفته و از سوی دیگر بخار داغ مبرد خروجی از کمپرسور وارد لوله های کویل می شود. به این ترتیب در اثر تماس جریان هوای محیط با سطح داغ کویل، بخار مبرد تا دمای اشباع خنک شده و در ادامه چگالش می یابد.       
کندانسور هوایی در چیلر هوا خنک
کندانسور هوایی در چیلر هوا خنک

پیشنهاد مطالعه:

بررسی جامع چیلر تراکمی هوا خنک (هوایی)

چیلرهای تراکمی هوا خنک را می توان در دو دسته زیر تعریف نمود:

  1. یک پارچه (Packaged): در چیلرهای تراکمی هوا خنک یکپارچه، تمامی متعلقات چیلر درون یک یونیت تعبیه شده اند و دستگاه به سادگی، تنها با وجود یک انشعاب آب و برق از ساختمان، قابل راه اندازی خواهد بود، با این الزام که بایستی بواسطه مکانیزم کاری کندانسور هوایی، حتماً در محوطه آزاد نصب شود.
  2. دو پارچه (Split): در این نوع از چیلرهای تراکمی هوا خنک، کندانسور هوایی در یونیت جداگانه ای ساخته شده و مجموعه کمپرسور، شیر انبساط و اواپراتور نیز در یونیت دیگری تعبیه می شوند. این گونه می توان محل نصب یونیت دوم را جدای از کندانسور و در موتورخانه در نظر گرفت. معمولاً چنین شیوه ای در پروژه هایی لحاظ می گردد که پشت بام ساختمان توانایی تحمل وزن چیلر یکپارچه را نداشته و فضای دیگری هم برای جانمایی دستگاه وجود ندارد. در غیر این صورت، به علت وجود دلایلی از جمله افزایش هزینه تولید، افت فشار ایجاد شده در جریان مبرد ورودی به کندانسور و … نمی توان بکارگیری چیلرهای تراکمی هواخنک دو پارچه را ایده مناسبی دانست.

شیر انبساط در چیلرهای تراکمی

شیر انبساط نقش بسیار مهمی در چیلرهای تراکمی دارد. بطوری که به کمک شیر انبساط می توان با کنترل دما و مقدار جریان مبرد ورودی به اواپراتور، دمای آب سرد خروجی از چیلر را تعیین کرد. همانطور که در تشریح سیکل تبرید تراکمی بخار نیز توضیح داده شد، شیر انبساط از طریق فرایند اختناق (محدود کردن مسیر عبور جریان مبرد) باعث افت شدید فشار مایع مبرد می شود. در نتیجه، دمای مبرد آنقدر پایین می آید که بتواند گرمای آب عبوری از اواپراتور را جذب کند.

نقش مهم دیگری که شیر انبساط دارد، تنظیم میزان سوپرهیت ایجادشده در جریان مبرد خروجی از اواپراتور است.

منظور از میزان سوپرهیت، میزان افزایش دمای بخار اشباع در اواپراتور می باشد. به این معنا که پس از تبخیر مایع مبرد در اواپراتور، در واقع مبرد ابتدا تبدیلِ به بخار اشباع می گردد. سپس با ادامۀ جذب گرما از آب، بخار اشباع افزایش دما پیدا کرده و به بخار داغ (سوپرهیت) تبدیل می شود.  مقدار این افزایش دما را میزان سوپرهیت در اواپراتور می نامند. بنابراین، با توجه به اینکه مبرد بصورت مخلوط دو فازی وارد اواپراتور می شود به بیان ساده تر می توان گفت، میزان سوپرهیت در اواپراتور برابر است با دمای مبرد خروجی از اواپراتور منهای دمای مبرد ورودی به اواپراتور.

 اما چرا تنظیم میزان سوپرهیتی که در اواپراتور ایجاد می شود اهمیت بسیاری دارد؟ به دو علت:

  1. تبدیل شدن بخار مبرد به بخار داغ (سوپرهیت) سبب می شود که جریان مبرد از ناحیه دو فازی و خطر وجود مایع در جریان فاصله بگیرد و اینگونه از ورود مایع مبرد به کمپرسور جلوگیری شود. لذا، برای اطمینان از عدم وجود مایع در مبرد خروجی از اواپراتور، معمولاً 5 الی 6 درجۀ سانتی گراد سوپرهیت (در اواپراتور) لحاظ می گردد.
  2. سیم پیچ کمپرسور در چیلرهای تراکمی به کمک جریان مبرد برگشتی به کمپرسور خنک می شود. بنابراین افزایش بیش از حد سوپرهیت می تواند باعث سوختن سیم پیچ کمپرسور شود. لذا، حداکثر مقدار سوپرهیت مجاز (در اواپراتور) از نگاه اغلب تولیدکنندگان 10 درجۀ سانتی گراد است.

شیر انبساط چیلر تراکمی چگونه میزان سوپرهیت را تنظیم می کند؟

شیر انبساط با توجه به مقدار فشار و دمای مبرد خروجی از اواپراتور، میزان سوپرهیت را تشخیص داده و در صورت پایین بودن مقدار آن (هنگام کم بودن بار برودتی)، مسیر عبور جریان مبرد را کاهش می دهد تا مبرد کمتری وارد اواپراتور شود. این چنین میزان سوپرهیت بخار مبرد در خروج از اواپراتور افزایش می یابد و بالعکس، اگر میزان سوپرهیت زیاد باشد (هنگام روشن شدن چیلر)، شیر انبساط مسیر عبور جریان مبرد را افزایش می دهد تا مبرد بیشتری وارد اواپراتور شود.

پیشنهاد مطالعه :

بررسی و شناخت انواع شیر انبساط(اکسپنشن ولو) الکترونیکی و مکانیکی

اساساً دو نوع شیر انبساط وجود دارد:  

1- شیر انبساط مکانیکی: نوعی از شیر انبساط که با استفاده از یک حباب حسگر دما (Temperature sensing bulb) که در خروجی مبرد از اواپراتور نصب می گردد، مقدار جریان مبرد عبوری را بر اساس میزان سوپرهیت ایجادشده کنترل می کند. این نوع از شیرهای انبساط را ترموستاتیکی نیز می نامند.

شیر انبساط مکانیکی در چیلر تراکمی
شیر انبساط مکانیکی در چیلر تراکمی

2- شیر انبساط الکترونیکی: نوع دیگری از شیرهای انبساط که با اندازه گیری دما و فشار مبرد خروجی از اواپراتور، مسیر عبور جریان مبرد را بمنظور تنظیم مقدار سوپرهیت، با فرمان یک کنترلر الکترونیکی کم و زیاد می کند. دقت کنترل جریان در این نوع از شیرهای انبساط به مراتب بالاتر است.                   

شیر انبساط الکترونیکی در چیلر تراکمی
شیر انبساط الکترونیکی در چیلر تراکمی

اواپراتور چیلرهای تراکمی

اواپراتور در واقع آیتم آخر سیکل تبرید تراکمی است. آنجا که جریان آب مورد نظر به کمک مبرد خروجی از شیر انبساط، خنک شده و به سمت محل مصرف پمپ می شود.

معمولاً دو نوع مبدل حرارتی به عنوان اواپراتور در چیلرهای هوا خنک استفاده می شوند:

1– مبدل حرارتی پوسته و لوله: رایج ترین مبدلی که در چیلرها بعنوان اواپراتور استفاده می شود، مبدل حرارتی پوسته و لوله است.این نوع مبدل همانطور که از اسمش پیداست از تعدادی لوله درون پوسته ای استوانه ای تشکیل شده است. در اواپراتور  پوسته و لوله (از نوع Dry expansion) جریان دو فازی و سرد مبرد از درون لوله ها و جریان آب برگشتی از محل مصرف از درون پوسته (بیرون لوله ها) عبور می کند. گرما از طریق دیواره لوله ها، بین دو سیال منتقل شده و به این ترتیب ضمن کاهش دمای آب، جریان مبرد نیز کاملاً تبخیر می شود.

مبدل حرارتی پوسته و لوله در چیلر تراکمی
مبدل حرارتی پوسته و لوله در چیلر تراکمی

نوع دیگری از اواپراتور پوسته و لوله بنام مستغرق (Flooded) وجود دارد که در آن (برعکس اواپراتورهای Dry expansion) جریان آب برگشتی به چیلر از درون لوله ها عبور کرده و جریان مبرد خروجی از شیر انبساط، وارد پوسته می شود. در صورتی که روغن بهمراه مبرد وارد اواپراتور مستغرق شود، به دلیل ایجاد پدیدۀ کف کردن مبرد (Foaming)، راندمان حرارتی اواپراتور افت می کند. بهمین دلیل، غالباً این نوع اواپراتور در چیلرهای تراکمی آب خنک که کمپرسور سانتریفیوژ دارند، بکار می رود. چراکه این کمپرسورها بدون روغن کار می کنند.

2- مبدل حرارتی صفحه ای: نوع دیگری از مبدل های حرارتی که بعنوان اواپراتور در چیلرها بکار می روند، مبدل های صفحه ای می باشند. مبدل هایی که از صفحات نازک فلزی جهت انتقال حرارت بین دو جریان سرد و گرم استفاده می کنند. این صفحات سطوح صاف و یا موج داری دارند که ضمن ایجاد کانال هایی برای جریان های سیال، آن ها را از هم جدا می کنند. مهمترین مزیت مبدل های صفحه ای از جمله اواپراتورهای صفحه ای، این است که جریان های سرد و گرم (مبرد و آب) را در معرض سطح بزرگتری برای تبادل گرما قرار می دهند؛ یعنی آنکه آب و مبرد روی صفحات فلزی کاملاً پخش می شوند؛ در نتیجه، به علت افزایش زیادِ سطح تبادل کنندۀ حرارت، انتقال گرما با راندمان بهتری صورت گرفته و تغییر دما با سرعت بیشتری اتفاق می افتد. بنابراین، برای تولید حجم یکسانی از آب سرد، اندازه یک اواپراتور صفحه ای به مراتب کوچکتر از اندازه یک اواپراتور پوسته و لوله خواهد بود. بهمین دلیل، معمولاً در مینی چیلرها از اواپراتور صفحه ای استفاده می شود.

مبدل حرارتی صفحه ای در چیلر تراکمی
مبدل حرارتی صفحه ای

با وجود کاراییِ بهتر اواپراتورهای صفحه ای به لحاظ انتقال حرارت، به علت طول عمر بیشترِ اوپراتورهای پوسته و لوله، تولید کننده ها غالباً ترجیح می دهند از اواپراتورهای پوسته و لوله در ساخت چیلر استفاده کنند. بخصوص آنکه به کمک لوله های مسی داخل شیاردار، می توان به راندمان حرارتیِ بالاتری در این اواپراتورها دست یافت.

تابلو برق چیلر تراکمی

تابلو برف چیلر تراکمی
تابلو برق چیلر تراکمی

طراحی و تولید اصولی تابلو برقِ چیلر تراکمی در عملکرد درست و طولانی مدتِ چیلر نقش بسیار مهمی دارد. در واقع، تابلو برق کارکرد چیلر را مدیریت می کند. قطعات متعدد و مختلفی در تابلو برقِ چیلر وجود دارند، اما در کل می توان کلیۀ این قطعات را در دو بخش اصلی تعریف کرد:

  • قطعات مدار قدرت
  • قطعات مدار فرمان

1- مدار قدرت: شامل قطعاتی است که در مجموع وظیفه دارند برق مورد نیاز را بین هرکدام از مصرف کننده های چیلر توزیع کنند. برخی از این قطعات عبارتند از:

کلید ورودی: برق مورد نیاز چیلر با فرکانس 50 هرتز (در ایران) و ولتاژ 380 تا 400 ولت که غالباً سه فاز است به کلید ورودی و اصلی تابلو برق متصل می شود. بنابراین، کلید ورودی، تغذیه کنندۀ اصلی تابلو برق بحساب می آید.

انوااع کلید ورودی تابلو برق چیلر تراکمی
انوااع کلید ورودی تابلو برق چیلر

شینه ها: عامل توزیع و تقسیم جریان برق از کلید ورودی به مصرف کننده ها هستند که از شمش های مسی ساخته می شوند. در واقع شینه یک هادی الکتریکی است که می تواند به عنوان یک اتصال مشترک برای دو یا چند مدار عمل کند. شینه ها باید بگونه ای بر روی تابلو برق نصب گردند که از صدمات فیزیکی در امان بوده و محکم در جای خود فیکس شوند.

شینه ها در تابلو برق چیلر تراکمی
شینه ها در تابلو برق چیلر

کلید ورودی کمپرسورها: تقریباً می توان گفت اصلی ترین و مهمترین مصرف کنندۀ برق در یک چیلر تراکمی، کمپرسورهای آن می باشد. بنابراین حفاظت از آنها در برابر اضافه بار و همچنین اتصال کوتاه، از اهمیت زیادی برخوردار است. از این رو، در ابتدای مدار برق ورودی به هر کمپرسور، از کلیدهایی استفاده می شود که هم محافظ جریان مغناطیسی هستند و هم جریان حرارتی.

انواع کلید ورودی کمپرسورهای چیلر تراکمی
انواع کلید ورودی کمپرسورهای چیلر تراکمی

کنتاکتور کمپرسور: نوعی کلید مغناطیسی است که در واقع عامل ارتباط بین مدار فرمان و مدار قدرت می باشد. به این معنا که در صورت فرمان PLC به روشن شدن کمپرسور، این کنتاکتور است که اجازۀ عبور جریان برق به سمت کمپرسور را می دهد. از آنجا که کنتاکتورها نمی توانند در مقابل اضافه بار و نیز اتصال کوتاه حفاظتی را اعمال کنند، می بایست بعد از کلید ورودیِ کمپرسور قرار بگیرند.

کنتاکتور کمپرسور در چیلرهای تراکمی
کنتاکتور کمپرسور

بیمتالِ کمپرسور (رلۀ حرارتی): این قطعه همیشه بعد از هر کنتاکتور نصب می شود. همانطور که از نامش پیداست، عاملی برای حفاظت جریان حرارتیِ کمپرسور می باشد.

رله حرارتی کمپرسور در چیلرهای تراکمی
رله حرارتی کمپرسور

کلید مغناطیسی حرارتی و کنتاکتور فن های کندانسور: در مدار برق ورودی فن های کندانسور هوایی (در چیلرهای تراکمی هوا خنک)، به ازای هر فن، یک کلید مغنایسی حرارتی (MPCB) و یک کنتاکتور قرار می گیرد.

کنتاکتور و کلید حرارتی مغناطیسی در چیلر تراکمی هوایی
کنتاکتور و کلید حرارتی مغناطیسی در چیلر تراکمی هوایی

– مدار فرمان: کنترل عملکرد اجزای اصلی چیلر شامل کمپرسور و فن های کندانسور هوایی را بعهده دارد.

  • کنترلر (PLC): اصطلاح PLC مخفف عبارت Programmable Logic Controller می باشد. PLC در واقع یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است که از آن برای کنترل فرایندهای تولید، دستگاه های رباتیک و یا هر فعالیت دیگری که به قابلیت اطمینان بالایی نیاز دارد، استفاده می شود. در چیلر تراکمی، PLC با توجه به پارامترهای اندازه گیری شده توسط سنسورهای موجود و بر اساس برنامه نویسی انجام شده بوسیلۀ تولیدکننده، فرمان های کنترلی را به کمپرسورها، فن های کندانسور هوایی و هر عملگر دیگری ارسال می کند. بنابراین، PLC نقش بسیار ویژه و مهمی را در چیلر ایفا خواهد کرد.
plc چیلر تراکمی
plc چیلر تراکمی

برنامه نویسیِ اصولی PLC با توجه به نوع کاربری چیلر، اهمیت بسیاری در کارکرد درست چیلر خواهد داشت و می تواند این امکان را فراهم کند که بهره برداری از چیلر، کاملاً متناسب با شرایط پروژه محقق شود.

نمایشگر PLC (HMI): اصطلاح HMI مخفف عبارت Human Machine Interface می باشد. HMI در واقع نمایشگری است که با نشان دادن سیگنال های دریافتی توسط PLC این قابلیت را فراهم می کند که اُپراتور در جریان صحت عملکرد چیلر قرار بگیرد. ضمن آنکه اُپراتور می تواند برخی از Set point ها را در محدودۀ مجاز تغییر دهد. بهمین دلیل این قطعه را HMI یعنی رابطِ ماشین و انسان نامیده اند.

نمایشگر plc در چیلر تراکمی
نمایشگر PLC

طبیعتاً سطح دسترسیِ اُپراتور به آیتم های کنترلی می بایست تعریف شود. یعنی اُپراتوری که فقط آموزش های بهره برداری دیده، نمی تواند به اندازۀ نفرِ فنیِ تولیدکننده، اجازۀ تغییر یک سری از Set point ها را بدون هیچگونه آگاهی قبلی داشته باشد.

مقایسۀ چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک

حالا که با اساس کار انواع چیلرهای تراکمی و اصلی ترین اجزای تشکیل دهندۀ آنها آشنا شده ایم، می توانیم چیلرهای هوا خنک و آب خنک را بر مبنای معیارهای مختلفی با یکدیگر مقایسه کنیم. مقایسه ای که می تواند کمک مؤثری در انتخاب بهترین و مناسب ترین گزینه باشد. مشتریان تهویه نگار همواره پیش از خرید جیلرهای تراکمی سوال های در مورد اختلاف این دو محصول دارند از جمله اینکه چیلر هوایی بهتر است یا آبی؟ راندمان چیلر هوا خنک بهتر است یا چیلر آب خنک؟ مصرف برق کدام نوع چیلر تراکمی بهینه تر است؟ برای پاسخ به این سوالات کارشناسان ما در ادامه به طور جامع چیلر هوا خنک و آب خنک را بررسی و مقایسه کرده اند.

مقایسۀ ضریب عملکرد (COP) چیلر تراکمی هوایی و آبی

ضریب عملکرد چیلر (Coefficient Of Performance) که در واقع نشان دهندۀ راندمان مصرف انرژیِ آن است پارامتر بسیار مهمی در ارزیابیِ کارایی چیلر بحساب می آید. ضریب عملکرد برابر است با نسبت گرمای دریافتی از آب در اواپراتور به مجموع انرژی مصرفی در مصرف کننده­ها (کمپرسورها، الکتروفن های کندانسور هواخنک، الکتروفن ها و پمپ های سیرکولاسیونِ برج خنک کننده). اندازه گیری ها در شرایط یکسان (شرایط استاندارد تهویه مطبوع) نشان می دهند که حداکثر ضریب عملکرد در چیلرهای تراکمی هوا خنک (با کمپرسور اسکرو) 3.5 kW/kW و در چیلرهای تراکمی آب خنک (با کمپرسور سانتریفیوژ) 6 kW/kW می باشد.

مقایسه ضریب عملکرد چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک
مقایسۀ ضریب عملکرد چیلرهای تراکمی هوا خنک و آب خنک

تعریف شرایط استانداردِ تهویه مطبوع (AHRI 550/590):

1- دمای خشک محیط: 35 درجۀ سانتی گراد

2- دمای آب ورودی و خروجیِ اواپراتور: 12 و 7 درجۀ سانتی گراد

3- دمای آب ورودی و خروجیِ کندانسور آب خنک: 30 و 35 درجۀ سانتی گراد

4- ارتفاع از سطح دریا: صفر

مقایسۀ مصرف آب چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک

همانطور که توضیح داده شد در چیلرهای آب خنک از آب سردِ برج خنک کننده برای دفع گرمای بخار مبرد در کندانسور استفاده می شود و از آنجا که مکانیزم خنک کاریِ آب در برج خنک کننده بر مبنای سرمایش تبخیری می باشد، مقدار قابل توجهی از آبِ در گردش مدام در حال تبخیر شدن است. بعلاوه برای حفظ راندمان برودتیِ برج می بایست با نرخ مشخصی، آب برج تخلیه شده و با آب تمیز جایگزین شود که اگر آب تخلیه شده جای دیگری قابل استفاده نباشد، عملاً مصرف آب برج دو برابر می گردد. همۀ اینها در حالی است که اساساً چیلرهای هوا خنک هیچ گونه مصرف آبی نخواهند داشت.

مقایسه مصرف آب در چیلر تراکمی هوایی و آبی
مقایسۀ مصرف آب در چیلرهای تراکمی

 تفاوت مصرف برق در چیلرهای تراکمی هوا خنک و آب خنک

برای اینکه بتوانیم میزان مصرف برقِ چیلرهای هوا خنک و آب خنک را به درستی با یکدیگر مقایسه کنیم، بهتر است ظرفیتی را بعنوان نمونه در نظر گرفته و هزینه های برق مصرفی در چیلرهای هوا خنک و آب خنک را محاسبه کنیم. با فرض 180 تن تبرید ظرفیت برودتی، شرایط اقلیمیِ شهر تهران و 14 ساعت زمان کارکرد چیلر (در شرایط تمام بار)، مقایسه را انجام می دهیم. 

محاسبات برق مصرفی در چیلر تراکمی آب خنک به ظرفیت برودتی 180 تن تبرید

با استناد به خروجی نرم افزار BITZER برای انتخاب کمپرسور چیلر آب خنک:

اطلاعات نرم افزار BITZER برای چیلر تراکمی آبی
اطلاعات نرم افزار BITZER برای چیلر تراکمی آبی با ظرفیت 180 تن تبرید
  • برق مصرفی کمپرسورها: 72.1×2=144.2kW
  • ظرفیت برودتی کندانسور (ظرفیت برودتی برج خنک کننده) برابر است با: 388×2=776kW / مصرف برق الکتروفنِ برج (با توجه به کاتالوگ شرکت های سازنده): 5.5kW / مصرف برق در پمپ سیرکولاسیون آبِ برج: 22.5kW

بنابراین، در یک چیلر تراکمیِ آب خنک به ظرفیت برودتی 180 تن تبرید:

– کل مصرف برق روزانه: 172.2×14=2410.8kW.hr

محاسبات برق مصرفی در چیلر تراکمی هواخنک به ظرفیت برودتی 180 تن تبرید

با استناد به خروجی نرم افزار BITZER برای انتخاب کمپرسور چیلر هوا خنک:

اطلاعات نرم افزار BITZER برای چیلر تراکمی هوایی
اطلاعات نرم افزار BITZER برای چیلر تراکمی هوایی با ظرفیت 180 تن تبرید
  • برق مصرفی کمپرسورها: 2×97.5=195kW
  • ظرفیت برودتی کندانسور برابر است با: 414×2=828kW / مصرف برق الکتروفن های کندانسور: 20.4kW (با توجه به کاتالوگ شرکت های سازنده)

بنابراین، در یک چیلر تراکمی هواخنک به ظرفیت برودتی 180 تن تبرید:

– کل مصرف برق روزانه: 215.4×14=3015.6kW.hr

در گراف زیر می توانید مصرف برق چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک را با ظرفیت برودتی یکسان (180 تن تبرید) با هم مقایسه کنید.

مقایسه مصرف برق چیلرهای تراکمی
مقایسۀ میزان مصرف برق در چیلرهای تراکمی

         

اکنون می توانیم با توجه به میزان بهای برق، اختلاف هزینه های مصرف برق را محاسبه کنیم:

– میانگین هزینۀ مصرف برق در فصل گرم سال: 1000 ریال به ازای هر کیلووات ساعت

مقایسه هزینه مصرف برق چیلرهای تراکمی
مقایسۀ هزینه مصرف برق در چیلرهای تراکمی

        

بنابراین، همانطور که مشاهده می کنید، هزینۀ مصرف برق در چیلرهای آب خنک نسبت به چیلرهای هوا خنک کمتر است. چنانکه در مثال فوق، نزدیک به 20% هزینۀ برق مصرفی در چیلر آب خنک کمتر می باشد.

مقایسۀ هزینۀ خرید و سرمایه گذاری اولیه چیلر هوایی و آبی تراکمی

هزینۀ خرید و سرمایه گذاری اولیه برای بکارگیریِ چیلرهای هوا خنک در مقایسه با چیلرهای آب خنک (بخصوص در ظرفیت های بالا) بیشتر است.

مقایسه قیمت چیلر تراکمی
مقایسۀ قیمت خرید چیلرهای تراکمی

البته در پروژه هایی که قصدِ استفاده از چیلرهای آب خنک وجود دارد، می بایست توجه داشت که علاوه بر هزینۀ خرید چیلر و برج خنک کننده، هزینۀ خرید سختی گیر آب، پمپ های سیرکولاسیون و خطوط لوله کشیِ بین چیلر و برج و نیز آماده کردن فضایی بعنوان موتورخانه از جمله مصداق های دیگر هزینۀ اولیه در آن پروژه بشمار می روند که این موضوع اختلاف هزینۀ خرید و سرمایه گذاری بین چیلرهای هوا خنک و آب خنک را بمراتب کمتر می کند.

هزینۀ سرویس و نگهداریِ چیلرهای تراکمی

هزینه های سرویس و نگهداریِ چیلرهای تراکمی آب خنک بعلت وجود برج خنک کننده و تجهیزات جانبی آن، به مراتب در مقایسه با چیلرهای هوا خنک بالاتر است. خصوصاً که با توجه به آلوده بودن آب و هوای اغلب شهرهای ایران، برج های خنک کننده بعد از مدتی مستهلک می شوند و برخی از قطعات آنها مثل نازل ها و پکینگ ها نیاز به تعویض پیدا می کنند.

مقایسه هزینه نگهداری چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک
مقایسۀ هزینۀ سرویس و نگهداری در چیلرهای تراکمی هوا خنک و آب خنک

طول عمر مفید چیلرهای تراکمی چقدر است؟

در کل، در چیلرهای تراکمی، معمولاً اولین قسمتی که نیاز به تعمیر و یا تعویض پیدا می کند، کمپرسور است. کمپرسورها به دلیل اینکه قطعات متحرک زیادی دارند، طول عمر کمتری نسبت به اجزای دیگر چیلرهای تراکمی خواهند داشت.

گراف عمر مفید چیلر تراکمی
گراف عمر مفید چیلر

بر اساس آماری که ASHRAE ارائه کرده، عمر مفید کمپرسورهای پیستونی نزدیک به 20 سال می باشد که البته کمپرسورهای اسکرال و اسکرو به دلیل ساختار مکانیکی ساده تر، طول عمر بیشتری در مقایسه با آنها دارند. اما حقیقت آن است که طول عمر مفید چیلرها به پارامترهای متعددی از جمله: کیفیت طراحی و تولید دستگاه، برند قطعات و تجهیزات بکاررفته در ساخت، نحوۀ بهره برداری، کیفیت سرویس و نگهداری، کاربری دستگاه و عوامل دیگر بستگی داشته و اساساً نمی توان آمار دقیقی از طول عمر مفید یک دستگاه چیلر ارائه نمود.

عمر مفید کمپرسور چیلر تراکمی
عمر مفید کمپرسور چیلر و تعمیرات دوره ای آن

در مقایسۀ طول عمر مفیدِ چیلرهای هوا خنک و آب خنک 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.

میزان صدای چیلر تراکمی هوایی بیشتر است یا چیلر تراکمی آبی؟

عوامل اصلی تولید صدا در چیلرهای هوا خنک، کمپرسور و فن های کندانسور و در چیلر آب خنک، کمپرسور و فن های برج خنک کننده می باشند. اما در مقایسۀ میزان صدای چیلرهای هوا خنک و آب خنک بایستی سه نکته را مد نظر داشت:

میزان صدای تولیدیِ کمپرسور در چیلرهای آب خنک کمی کمتر از چیلرهای هوا خنک می باشد؛ چراکه اولاً در ظرفیت های یکسان، سایز کمپرسور در چیلرهای آب خنک 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 هوا خنک 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.

در چیلرهای هوا خنک از روش هایی برای کاهش سطح صدای کمپرسور و فن های کندانسور استفاده می شود که در مقالۀ چیلر تراکمی هوا خنک بطور کامل دربارۀ آنها توضیح داده شده است.

چیلر تراکمی و تأثیر شرایط آب و هوایی بر کارکرد آن ها

با توجه به الزامِ وجود برج خنک کننده در کنار چیلرهای آب خنک، عملاً نمی توان از این سیستم در مناطق مرطوب و شرجی استفاده کرد؛ چراکه اساس کار برج های خنک کننده، سرمایش تبخیری بوده و وجود هوایی نزدیک به شرایط اشباع (هوای مرطوب) نمی تواند برای مکانیزمِ خنک کاری آنها مناسب باشد. بعلاوه بکارگیریِ چیلر آب خنک در شهرهایی که با کمبود منابع آبی مواجه هستند، می تواند مشکلاتی را به دنبال داشته باشد. این در حالی است که چیلرهای هوا خنک هیچگونه مصرف آبی نداشته و عملاً در تمامی شرایط اقلیمی از جمله مناطق شرجی و گرمسیری قابل استفاده می باشند.

در صورت بکارگیریِ چیلرهای تراکمی هوا خنک در شهرهای گرمسیری می بایست از کمپرسوری استفاده شود که توانایی کارکرد در دماهای کندانسینگ بالا را داشته باشد. ضمن آنکه باید از مبرد R134a که مبردی کم فشار و مخصوص مناطق گرمسیری است استفاده شود.

شرایط تولید آب خیلی سرد در چیلر تراکمی

تولید آب سردتر از 7 درجۀ سانتی گراد در چیلرهای تراکمی، بسادگی و بعضاً با انتخاب مبرد و کمپرسورهای مخصوص، امکان پذیر خواهد بود. اما تقریباً می توان گفت برای تولید آب سردتر از 10- درجۀ سانتی گراد تنها می توان از چیلرهای آب خنک استفاده کرد. چراکه در این چیلرها دمای کندانسینگ بمراتب پایین تر بوده و کمپرسور می تواند با ایجاد نسبت تراکم کمتری، مبرد را در سیکل به جریان بیندازد.

بهره برداری از چیلر تراکمیِ هوایی آسان تر است یا چیلر آبی؟

اساساً بهره برداری از چیلرهای آب خنک به دلیل وجود تجهیزات جانبی بیشتر از جمله برج خنک کننده، سختی گیر آب و پمپ های سیرکولاسیون، بسادگی چیلرهای هوا خنک نیست. خصوصاً در ایران که اغلب شهرها هوای پُر خاک و غبارآلودی دارند، برج خنک کننده به سرعت مستهلک شده و نیاز به مراقبت بیشتر دارد. در حالی که چیلرهای هوا خنک در عمل بدون اقدامات خاصی، به آسانی قابل بهره برداری می باشند.

نتیجه گیریِ مقایسه: انتخاب چیلر تراکمی هوا خنک یا آب خنک؟

همانطور که ملاحظه کردید، پارامترهای متعددی در مقایسۀ کارکرد چیلرهای تراکمیِ هوا خنک و آب خنک مؤثر هستند و عملکرد آنها را می توان از زوایای متفاوتی مورد بررسی قرار داد. از طرفی باید توجه داشت که شرایط خاص پروژه می تواند در نتیجه گیریِ ما تأثیر گذار باشد. اما آنچه که در سال های اخیر با وجود مصرف برق کمتر چیلرهای آب خنک رایج شده است، استفاده از چیلرهای هوا خنک حتی در ظرفیت های سنگین می باشد. چراکه مسئلۀ کمبود آب در ایران و البته سایر نقاط دنیا به موضوع نگران کننده ای تبدیل شده است. بعلاوه امکان بهره برداری بسیار آسان تر از چیلرهای هوا خنک، کارفرمایان زیادی را به استفاده از این چیلرها ترغیب کرده است. ضمن آنکه اخیراً با بکارگیری سیستمی تحت عنوان ذخیره سازی یخ (آیس بانک)، این امکان فراهم شده است که با وجود استفاده از چیلرهای هوا خنک، بتوان میزان برق مورد نیاز برای راه اندازی پروژه و نیز هزینه های مصرف برق را به حداقل رساند.

فروش تخصصی انواع چیلر تراکمی

گروه صنعتی تهویه نگار، متخصص در طراحی و عرضه مناسب ترین سیستم های برودتی و تهویه مطبوع، مطابق با نیاز واقعی مشتری و امکانات مالی کارفرمایان محترم، آماده ارائه انواع چیلر و مینی چیلر تراکمی (هوا خنک و آب خنک) در ظرفیت های مختلف می باشد.

جهت کسب اطلاعات بیشتر و نیز دریافت مشخصات فنی کامل و استعلام قیمت، با گروه صنعتی تهویه نگار تماس حاصل فرمائید. شایان ذکر است؛ فروش تمامی محصولات این مجموعه در سراسر کشور امکان پذیر خواهد بود.

کارشناس فروش( عمادی) 09904494274

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

2 پاسخ

پاسخ دهید

میخواهید به بحث بپیوندید؟
مشارکت رایگان.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *