چیلر سانتریفیوژ
چیلر سانتریفیوژ یا Centrifugal Chiller یکی از انواع چیلر تراکمی است که در سیستمهای تهویه مطبوع و برودتی استفاده میشود و بر اساس فشردهسازی ماده مبرد به کمک نیروی گریز از مرکز کار میکند. این چیلرها به طور گسترده در پروژههای بزرگ تجاری و صنعتی کاربرد دارند، زیرا میتوانند حجم زیادی از آب سرد را با بازده بالا تولید کنند.
مقایسه چیلر تراکمی سانتریفیوژ با چیلر اسکرال و اسکرو
در میان متخصصین حوزه تهویه مطبوع و برودت صنعتی، موضوع مقایسه میان چیلرهای تراکمی سانتریفیوژ با چیلر اسکرال و چیلر اسکرو همیشه همراه با چالش و حائز اهمیت بوده است. در جدول زیر به طور مفید و خلاصه چند پارامتر برای مقایسه این دستگاه ها بیان شده است.
ویژگیها/نوع چیلر | چیلر با کمپرسور سانتریفیوژ مغناطیسی (توربوکور) | چیلر با کمپرسور اسکرال | چیلر با کمپرسور اسکرو |
---|---|---|---|
راندمان انرژی | بسیار بالا (بهویژه در بارهای جزئی) | متوسط، مخصوصاً برای ظرفیتهای پایین | بالا، به ویژه در بارهای میانی و بالا |
نیاز به روغنکاری | بدون نیاز به روغنکاری | نیاز به روغنکاری | نیاز به روغنکاری |
سطح صدا | بسیار کم | متوسط | کم (ولی بالاتر از توربوکور) |
قابلیت کار در بارهای جزئی | بسیار بالا | متوسط | بالا |
هزینه اولیه | بالا | کم | متوسط تا بالا |
هزینه نگهداری | کم به دلیل عدم نیاز به روغنکاری | کم تا متوسط | متوسط تا بالا (نیاز به نگهداری بیشتر) |
پایداری و عمر مفید | بالا به دلیل طراحی بدون اصطکاک | متوسط | بالا |
ابعاد و وزن | نسبتاً کوچک و سبک | کوچک و جمعوجور | معمولاً بزرگتر از اسکرال و سانتریفیوژ توربوکور |
قابلیت کار در دماهای بالا و پایین | مناسب برای دماهای پایین و ظرفیتهای بالا | بیشتر برای دماهای متوسط و پایین | مناسب برای کاربردهای با دمای بالا و ظرفیت بالا |
کاربردها | ساختمانهای تجاری بزرگ، بیمارستانها، مراکز داده | ساختمانهای اداری و تجاری کوچک و متوسط | ساختمانهای تجاری بزرگ، صنایع حساس |
قابلیت تنظیم سرعت (VFD) | دارد | ندارد | معمولاً دارد |
پایداری در نوسانات برق | نسبتاً حساس | مقاومتر | مقاومتر |
در واقع نام برخی از چیلرهای تراکمی بر حسب نوع کمپرسور استفاده شده در آن انتخاب شده است. از طرفی یکی دیگر از پارامترهای مهم در دسته بندی چیلرهای تراکمی که به کمپرسور مجهز هستند، نوع کندانسور یا سیستم چگالنده ان است. در صورتی که فرآیند پگالش ماده مبرد توسط جریان هوای محیط صورت بگیرد، به آن چیلر تراکمی هوا خنک می گویند، اما اگر از جریان آب برای این موضوع بهره بگیرند، به آن چیلر تراکمی آب خنک گفته می شود که برای اطلاع بیشتر به مقالات آن ها مراجعه کنید.
ساختار و نحوه عملکرد چیلر سانتریفیوژ
چیلر سانتریفیوژ از یک کمپرسور گریز از مرکز استفاده میکند که در آن ماده سرمازا یا مبرد با سرعت بالا وارد پروانه (impeller) میشود و به کمک نیروی گریز از مرکز فشرده میگردد. مراحل عملکرد چیلر سانتریفیوژ به صورت زیر است:
- کمپرسور: ماده مبرد را با سرعت وارد پروانه میکند و نیروی گریز از مرکز سبب افزایش فشار و دمای گاز میشود.
- کندانسور: مبرد فشرده شده وارد کندانسور شده و گرمای خود را به یک محیط خنککننده (مانند آب یا هوا) منتقل میکند، که باعث تغییر حالت مبرد از گاز به مایع میشود.
- شیر انبساط: مبرد مایع پس از عبور از شیر انبساط، افت فشار پیدا کرده و دمای آن به شدت کاهش مییابد.
- اواپراتور: مبرد سرد شده وارد اواپراتور شده و حرارت آب درون سیستم تهویه مطبوع یا فرآیند صنعتی را جذب میکند و باعث خنک شدن آب میشود.
کمپرسور سانتریفیوژ چگونه کار می کند؟
برای درک بهتر از نحوه کار و عملکرد چیلرهای سانتریفیوژ، ابتدا باید اجزای تشکیل دهنده این نوع کمپرسور را بشناسیم. اجزای اصلی کمپرسور سانتریفیوژ عبارتند از:
- مجرای ورود مبرد در حالت گاز به داخل کمپرسور (Inlet Port)
- ایمپلر یا پروانه (Impeller)
- دیفیوزر (Diffuser)
- محفظه انباشت یا کلکتور (Collector)
طرز کار کمپرسور سانتریفیوژ به بیان ساده در 4 مرحله انجام می گردد:
مرحله اول: مبرد پس از عبور از اواپراتور در سیکل تبرید تراکمی، به حالت گاز یا بخار تبدیل می شود و این نکته در چرخه چیلرها بسیار مهم است چراکه ورود مایع به ورودی کمپرسور در تمامی چیلرهای تراکمی سبب آسیب و خرابی کمپرسور می شود چون مایعات غیر قابل تراکم هستند.
مرحله دوم: پس از ورود مبرد در حالت گاز به داخل کمپرسور، لبه ها یا تیغه های (Blades) ایمپلر که با سرعت بالایی در حال چرخش هست، سبب ایجاد انرژی جنبشی در ماده مبرد می شوند. در حقیقت ایمپلر را می توان مهم ترین قطعه کمپرسورهای سانتریفیوژ بدانیم که طراحی پره های آن بسیار حساس و پر اهمیت است.
مرحله سوم: سپس گاز خروجی با سرعت بسیار بالا در خروجی ایمپلر، با سطوح دیفیوزربرخورد می کند و ضمن کاهش سرعت، انرژی جنبشی آن به فشار بالا تبدیل می شود.
مرحله چهارم: سپس این گازها با فشار بالا در کلکتور یا محفظه انباشت که یک فضای خالی در ساختار داخلی کمپرسور است، قبل از خروجی کمپرسور قرار می گیرند.
مزایا و معایب چیلرهای مجهز به کمپرسور سانتریفیوژ
مزایای چیلر سانتریفیوژ
- بازده بالا: چیلرهای سانتریفیوژ در بازده انرژی بسیار کارآمد هستند و به همین دلیل برای پروژههای بزرگ که نیاز به آب سرد با حجم زیاد دارند، مناسب میباشند.
- کمپرسور با ظرفیت بالا: این چیلرها دارای کمپرسورهایی با ظرفیتهای بسیار بالا (حتی تا چند هزار تن تبرید) هستند که میتوانند حجم زیادی از آب را به سرعت خنک کنند.
- کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری: به دلیل عدم استفاده از قطعات متحرک بیشتر، چیلرهای سانتریفیوژ نسبت به برخی چیلرهای دیگر نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند.
- صدای کم: کمپرسورهای سانتریفیوژ معمولاً صدای کمتری نسبت به کمپرسورهای پیستونی یا اسکرو دارند، که باعث کاهش آلودگی صوتی در محیط میشود. برای بررسی عملکرد و کاربرد آن ها، به مقاله چیلر اسکرال و چیلر اسکرو
معایب و محدودیتها
- هزینه اولیه بالا: چیلرهای سانتریفیوژ به دلیل طراحی پیچیده و استفاده از مواد با کیفیت بالا، هزینه اولیه بیشتری دارند.
- مناسب برای ظرفیتهای بالا: این نوع چیلر بیشتر برای ظرفیتهای بسیار بالا مناسب است و در سیستمهای کوچک یا متوسط استفاده نمیشود.
- تأثیرات محیطی: مبردهای استفاده شده در چیلرهای سانتریفیوژ ممکن است تأثیرات زیستمحیطی داشته باشند؛ لذا انتخاب نوع مبرد مناسب از نظر اثرات گلخانهای و پایداری محیطی مهم است.
کاربردهای چیلر سانتریفیوژ
چیلرهای سانتریفیوژ در پروژههای بزرگ و محیطهایی که نیاز به ظرفیتهای برودتی بالا دارند، کاربرد دارند. این چیلرها معمولاً در مراکز تجاری بزرگ، بیمارستانها، فرودگاهها، صنایع پتروشیمی، و کارخانجات بزرگ صنعتی استفاده میشوند.
در کل، چیلر سانتریفیوژ به دلیل عملکرد پایدار، بازده انرژی بالا، و نیاز کمتر به نگهداری، یکی از انتخابهای برتر برای پروژههای بزرگ است که نیاز به سیستمهای خنککننده با ظرفیت بالا دارند.
کمپرسور سانتریفیوژ دو مرحلهای
کمپرسور سانتریفیوژ دو مرحلهای نوعی کمپرسور گریز از مرکز است که فشردهسازی گاز را در دو مرحله انجام میدهد تا کارایی و بازدهی بیشتری داشته باشد. در این سیستم، مبرد به جای فشرده شدن در یک مرحله، در دو مرحله با استفاده از دو پروانه یا ایمپلر فشرده میشود. این ساختار به ویژه برای شرایطی که نیاز به فشار بالاتر و کارایی بیشتر است، بسیار مفید است.
ساختار و نحوه عملکرد کمپرسور سانتریفیوژ دو مرحلهای
در کمپرسور سانتریفیوژ دو مرحلهای، دو ایمپلر (پروانه) وجود دارد که به صورت سری نصب شدهاند. فرآیند فشردهسازی در دو مرحله به شکل زیر انجام میشود:
- مرحله اول: گاز مبرد با سرعت وارد ایمپلر اول میشود. ایمپلر اول با چرخش سریع، گاز را با نیروی گریز از مرکز فشرده کرده و فشار آن را افزایش میدهد.
- مرحله میانی (بینخنککننده): پس از مرحله اول، مبرد فشردهشده از یک خنککننده میانی عبور میکند. این خنککننده میانی دمای مبرد را کاهش میدهد، که باعث افزایش چگالی آن میشود و فرآیند فشردهسازی مرحله دوم را کارآمدتر میسازد.
- مرحله دوم: مبرد وارد ایمپلر دوم میشود و مجدداً تحت نیروی گریز از مرکز فشرده میگردد. در این مرحله، فشار و دمای مبرد به سطح نهایی مورد نظر میرسد.
- تخلیه: مبرد فشردهشده با فشار بالا از کمپرسور خارج میشود و به مرحله بعدی سیستم تهویه یا تبرید، مانند کندانسور، ارسال میشود.
مزایای کمپرسور سانتریفیوژ دو مرحلهای
- کارایی بالا: با دو مرحله فشردهسازی و کاهش دما بین این دو مرحله، کمپرسور دو مرحلهای بهرهوری انرژی بهتری نسبت به کمپرسورهای تک مرحلهای دارد.
- کاهش دما در هر مرحله: استفاده از خنککننده میانی بین مراحل باعث کاهش دمای گاز میشود، که فشار را بدون نیاز به مصرف انرژی زیاد افزایش میدهد.
- افزایش بازدهی: خنک کردن گاز بین دو مرحله باعث میشود که انرژی کمتری برای افزایش فشار نهایی لازم باشد و در نتیجه بازده سیستم افزایش یابد.
- تطبیقپذیری برای فشارهای بالا: این نوع کمپرسور به دلیل فشردهسازی چند مرحلهای، میتواند در فشارهای بالا با بازده بیشتری کار کند و مناسب برای کاربردهای صنعتی سنگین است.
کاربردهای چیلر گریز از مرکز دو مرحله ای
کمپرسورهای سانتریفیوژ دو مرحلهای در سیستمهایی که نیاز به فشارهای بالا و کارکرد پایدار و طولانیمدت دارند، کاربرد گستردهای دارند. این کمپرسورها معمولاً در موارد زیر استفاده میشوند:
- چیلرهای صنعتی و تجاری بزرگ: در سیستمهای تهویه مطبوع با ظرفیت بالا که نیاز به آب سرد زیاد دارند.
- صنایع نفت و گاز: برای انتقال گاز طبیعی و سایر فرآیندهای فشردهسازی در صنایع پتروشیمی.
- فرآیندهای صنعتی: در صنایعی که نیاز به گازهای فشرده با فشار بالا دارند، مانند صنایع تولید مواد شیمیایی و پالایشگاهها.
تفاوت با کمپرسور سانتریفیوژ تک مرحلهای
- بهرهوری انرژی بیشتر: کمپرسورهای دو مرحلهای به دلیل دو مرحلهای بودن و استفاده از خنککننده میانی، در مقایسه با تک مرحلهایها انرژی کمتری مصرف میکنند.
- کاهش دمای نهایی مبرد: به دلیل خنکسازی بین مراحل، دمای نهایی مبرد فشردهشده کمتر است، که به طول عمر بیشتر کمپرسور و بهبود بازده سیستم کمک میکند.
- ظرفیت و فشار بالا: کمپرسورهای دو مرحلهای برای شرایط کاری با فشار بالا مناسبتر هستند، در حالی که کمپرسورهای تک مرحلهای برای فشارهای متوسط مناسبترند.
به طور خلاصه، کمپرسور سانتریفیوژ دو مرحلهای به دلیل ساختار دو مرحلهای خود، راندمان بالاتری دارد و در شرایطی که نیاز به فشار بالا و بازده انرژی بیشتر است، استفاده میشود. این نوع کمپرسور در صنایع بزرگ و سیستمهای تهویه مطبوع با ظرفیت بالا کاربرد دارد.
چیلر سانتریفیوژ توربوکور چیست؟
چیلر سانتریفیوژ مغناطیسی بدون روغن، که به چیلر سانتریفیوژ توربوکور (Turbocor) نیز شناخته میشود، نوعی چیلر با کمپرسور سانتریفیوژ است که از بلبرینگهای مغناطیسی به جای بلبرینگهای روغنی استفاده میکند. در این نوع چیلر، کمپرسور به کمک یاتاقانهای مغناطیسی معلق نگه داشته میشود و بدون تماس مکانیکی کار میکند. این ویژگی منحصربهفرد منجر به حذف نیاز به روغن برای روانکاری میشود و در نتیجه چیلرهای توربوکور دارای بهرهوری انرژی بالا و نیاز به نگهداری کمتری هستند.
ویژگیها و مزایای چیلرهای سانتریفیوژ مغناطیسی توربوکور
1. کمپرسور بدون روغن
- مزایا: استفاده از یاتاقانهای مغناطیسی به جای روغن، اصطکاک و سایش داخلی کمپرسور را از بین میبرد. این باعث کاهش نیاز به تعمیرات و سرویس دورهای میشود و همچنین بازده انرژی را افزایش میدهد، زیرا روغن با گذشت زمان میتواند باعث کاهش کارایی سیستم شود.
- بهبود عملکرد حرارتی: حذف روغن باعث میشود که انتقال حرارت در اواپراتور و کندانسور بهبود یابد، زیرا روغن میتواند به مرور زمان بر روی سطوح انتقال حرارت رسوب کند و بازده سیستم را کاهش دهد.
2. یاتاقانهای مغناطیسی و تعلیق مغناطیسی
- عملکرد بدون تماس: در چیلرهای توربوکور، یاتاقانهای مغناطیسی کمپرسور را بدون تماس فیزیکی در محور خود نگه میدارند. این سیستم باعث کاهش کامل اصطکاک و حذف سایش مکانیکی میشود و در نتیجه طول عمر کمپرسور افزایش مییابد.
- قابلیت تنظیم سرعت: به کمک سیستم کنترل پیشرفته و یاتاقانهای مغناطیسی، کمپرسور میتواند با سرعتهای مختلف کار کند. این قابلیت امکان تطبیق ظرفیت چیلر با نیازهای سرمایشی را فراهم میآورد و به بهبود بازده انرژی و کاهش مصرف برق منجر میشود.
3. کنترل سرعت متغیر (Variable Speed Control)
- کمپرسورهای توربوکور از فناوری کنترل سرعت متغیر (VFD) استفاده میکنند که این امکان را فراهم میکند تا چیلر با توجه به نیازهای واقعی سیستم بهینه کار کند. این ویژگی، میزان مصرف انرژی را در بارهای جزئی به طور قابل توجهی کاهش میدهد و باعث افزایش بازده انرژی و کاهش هزینههای عملیاتی میشود.
4. عملکرد بیصدا
- با توجه به نبود اصطکاک و استفاده از یاتاقانهای مغناطیسی، چیلرهای توربوکور دارای عملکرد بسیار بیصدایی هستند. این ویژگی آنها را برای نصب در محیطهایی که کاهش نویز اهمیت دارد، مناسب میسازد.
5. ابعاد و وزن کمتر
- کمپرسورهای توربوکور به دلیل حذف سیستمهای روغنکاری و طراحی فشردهتر نسبت به کمپرسورهای سنتی سانتریفیوژ، وزن کمتری دارند. این ویژگی باعث میشود که چیلرهای توربوکور فضای کمتری اشغال کنند و نصب آنها راحتتر باشد.
6. بازده انرژی بالا
- بازده بالای این چیلرها در حالت بار جزئی بسیار برجسته است. چیلرهای توربوکور میتوانند در بارهای جزئی (Partial Load) به بازده بسیار بالاتری نسبت به چیلرهای معمولی دست یابند. این ویژگی به دلیل استفاده از کمپرسورهای بدون روغن و کنترل سرعت متغیر امکانپذیر است.
معایب و محدودیتها
- هزینه اولیه بالا: این نوع چیلرها به دلیل فناوری پیشرفته و تجهیزات ویژهای مانند یاتاقانهای مغناطیسی و سیستمهای کنترل پیچیده، هزینه اولیه بالاتری دارند.
- حساسیت به نوسانات برق: تجهیزات الکترونیکی و یاتاقانهای مغناطیسی به نوسانات برق حساس هستند و ممکن است به سیستمهای برق پایداری نیاز داشته باشند.
- نیاز به تخصص فنی برای تعمیرات: تعمیر و نگهداری این نوع چیلرها نیاز به تکنسینهای آموزشدیده و متخصص دارد.
کاربردها
چیلرهای سانتریفیوژ مغناطیسی توربوکور به دلیل مزایای فوقالعادهای که در بهرهوری انرژی و کاهش هزینههای نگهداری دارند، در موارد زیر بسیار مورد استفاده قرار میگیرند:
- ساختمانهای تجاری بزرگ: مانند مراکز خرید، برجهای اداری و هتلها.
- بیمارستانها و مراکز پزشکی: که نیاز به سیستمهای سرمایشی با بازده بالا و صدای کم دارند.
- صنایع حساس به نوسانات دمایی: مانند مراکز داده و سرور، که به سیستمهای سرمایشی پیوسته و پایدار نیاز دارند.
به طور خلاصه، چیلرهای توربوکور به دلیل فناوری پیشرفته، بهرهوری انرژی بالا و حذف نیاز به روغن، گزینهای مدرن و کارآمد برای سرمایش در محیطهای بزرگ و حساس هستند، هرچند که هزینه اولیه بالاتری نسبت به سیستمهای سنتی دارند.
چه نوع ماده مبردی در چیلرهای سانتریفیوژ استفاده می شود؟
در چیلرهای مجهز به کمپرسور سانتریفیوژ، انواع خاصی از مبردها استفاده میشوند که هم با طراحی سیستمهای سانتریفیوژ سازگار باشند و هم بازده و کارایی مناسبی در فشارها و ظرفیتهای بالا ارائه دهند. برخی از متداولترین مبردهایی که در این نوع چیلرها استفاده میشوند عبارتند از:
1. R-134a
- ویژگیها: یکی از مبردهای رایج در چیلرهای سانتریفیوژ است که به دلیل عملکرد خوب در فشارهای متوسط و قابلیتهای بالا در تبرید کاربرد زیادی دارد.
- مزایا:
- توانایی کار در فشارهای متوسط، که باعث کاهش خطر نشت میشود.
- پایداری شیمیایی و عدم آسیب به قطعات کمپرسور.
- عدم اثر مستقیم بر لایه اوزون (دارای ODP صفر).
- معایب:
- دارای GWP (پتانسیل گرمایش جهانی) بالاست، که باعث میشود استفاده از آن در برخی کشورها با محدودیتهای محیطی مواجه باشد.
2. R-123
- ویژگیها: مبردی با فشار کاری پایین که برای چیلرهای سانتریفیوژ با دمای متوسط تا بالا مناسب است.
- مزایا:
- دارای فشار کاری پایین، که باعث کاهش استرس مکانیکی روی تجهیزات میشود.
- بازده انرژی بالا و مناسب برای کاربردهای با ظرفیت بالا.
- ODP بسیار پایین نسبت به برخی مبردهای دیگر.
- معایب:
- به دلیل ODP غیرصفر، ممکن است در برخی از کشورها با محدودیتهای محیط زیستی مواجه باشد.
- از آنجا که از دسته HCFCها است، در طولانیمدت ممکن است توسط برخی از مقررات زیستمحیطی حذف شود.
3. R-513A
- ویژگیها: یک مبرد جایگزین جدیدتر و سازگار با محیط زیست که برای جایگزینی R-134a در چیلرهای سانتریفیوژ طراحی شده است.
- مزایا:
- دارای GWP پایینتر نسبت به R-134a.
- عملکرد مشابه R-134a با سازگاری با سیستمهای طراحی شده برای این مبرد.
- مناسب برای کاربردهای سرمایشی با دمای متوسط تا بالا.
- معایب:
- هنوز به اندازه مبردهای متداولی مانند R-134a فراگیر نشده و ممکن است به طور کامل در دسترس نباشد.
4. R-245fa
- ویژگیها: مبردی با پتانسیل پایینتر آسیب به لایه اوزون و GWP پایین، که در برخی چیلرهای سانتریفیوژ مدرن استفاده میشود.
- مزایا:
- دارای GWP پایین، که آن را برای محیط زیست مناسبتر میکند.
- بازده بالای انرژی برای چیلرهای سانتریفیوژ.
- معایب:
- هنوز گرانتر از مبردهای معمولی است و در برخی مناطق محدودیت در دسترسی دارد.
5. R-1233zd(E)
- ویژگیها: یکی از مبردهای جدیدتر با GWP بسیار پایین و نزدیک به صفر که برای استفاده در سیستمهای سانتریفیوژ و سایر کاربردهای صنعتی طراحی شده است.
- مزایا:
- سازگار با محیط زیست با GWP نزدیک به صفر.
- بازده بالا و عملکرد بسیار خوب در سیستمهای با ظرفیت بالا.
- معایب:
- به دلیل جدید بودن، هزینه آن نسبتاً بالا است و ممکن است به اندازه کافی در همه جا موجود نباشد.
6. R-717 (آمونیاک)
- ویژگیها: آمونیاک یک مبرد طبیعی است که برای بسیاری از کاربردهای تبرید صنعتی و ظرفیتهای بالا مناسب است.
- مزایا:
- GWP و ODP صفر، بنابراین دوستدار محیط زیست است.
- بازده بسیار بالا و عملکرد مناسب در سیستمهای بزرگ.
- معایب:
- به شدت خورنده است و برای استفاده در سیستمهای سانتریفیوژ معمولاً نیاز به مواد مقاوم در برابر خوردگی دارد.
- به دلیل سمیت بالا، نیاز به اقدامات ایمنی ویژهای دارد و در همه مکانها قابل استفاده نیست.
به طور کلی، انتخاب مبرد در چیلرهای سانتریفیوژ به عواملی مانند فشار عملیاتی، بازده انرژی، تأثیرات زیستمحیطی و محدودیتهای مقرراتی بستگی دارد. با افزایش نگرانیهای زیستمحیطی، تمایل به سمت استفاده از مبردهای با GWP پایین و گزینههای سازگار با محیط زیست بیشتر شده است.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.