محاسبه ظرفیت چیلر

محاسبه ظرفیت چیلر از جمله مسائل مهمی است که همواره برای خریداران چیلر مطرح است و بعضاً آنها را دچار چالش هایی در خرید می کند. اما، پیش از آنکه به چگونگی محاسبه ظرفیت چیلر بپردازیم، لازم است که ابتدا بدانیم ظرفیت چیلر غالباً با چه واحدی اندازه گیری می شود و همچنین می بایست دلایل اهمیت محاسبه درست ظرفیت چیلر را بشناسیم. در جدول زیر به 3 روش اصولی محاسبه ظرفیت چیلر اشاره شده است:

	سه روش اصولی محاسبه ظرفیت چیلر
ردیف	نحوه محاسبه ظرفیت چیلر	آب سرد تولیدی چیلر کجا کاربرد دارد؟
1	محاسبه ظرفیت چیلر در تهویه مطبوع	فن کویل و هواساز
2	محاسبه ظرفیت چیلر در تبرید	در ایرکولر
3	محاسبه ظرفیت چیلر در سرمایش فرآیندی	سرمایش ماشین آلات صنعتی

واحد اندازه گیری ظرفیت چیلر

در ایالات متحده و بسیاری از کشورهای دیگر، جهت تعریف ظرفیت انتقال حرارت در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع، از تن تبرید بعنوان یکی از واحدهای اندازه گیری توان (Power) استفاده می شود. البته در سایر کشورها، اغلب ظرفیت برودتی بر حسب kW یا Btu/h اعلام می گردد. در واقع، ریشۀ استفاده از واحد اندازه گیری تن تبرید به صنعت تولید یخ برمی گردد. آنجا که تولیدکنندگان یخ برای فهم بهتر اندازه و ظرفیت یک سیستم برودتی که در زمینه تولید یخ بکار می رفت، به دنبال روشی ساده بودند.

هر تن تبرید (TR) میزان نرخ انتقال حرارتی است که یک تن یخ با دمای صفر درجه سانتی گراد (32 ) در طول مدت 24 ساعت جذب می کند تا تماماً به آب صفر درجه سانتی گراد (32 ) تبدیل شود. به عبارت دیگر، یک تن تبرید مقدار انتقال حرارت (برودت) لازم برای تولید یک تن یخ در طول یک شبانه روز می باشد.

پیشنهاد مطالعه :

بررسی و طرز کار انواع چیلر تراکمی

بررسی و طرز کار چیلر جذبی

تن یکی از یکاهای اندازه گیری جرم مواد و اجسام می باشد و این در حالی است که در سیستم های مختلف اندازه گیری، تن تعاریف متفاوتی دارد. چنانکه در سیستم متریک، هر تن معادل 1000 kg بوده، اما در تعاریف دیگر، یک تن بزرگ (انگلیسی) برابر 1016 kg (2240 lb) و یک تن کوچک (آمریکایی) برابر 907 kg (2000 lb) می باشد. در تعریف  تن تبرید، منظور از یک تن یخ، یک تن کوچک (Short ton) یعنی 907 kg است، برخلاف تصور بسیاری که آن را معادل 1000 kg در نظر می گیرند.

بنابراین، با توجه به رابطه زیر، یک تن تبرید بطور تقریبی برابر است با 3.5 kW یا 12000 Btu/h

اهمیت محاسبه درست ظرفیت چیلر

اساساً استفاده از چیلر در سه کاربرد اساسی تعریف می شود:

1. تهویه مطبوع
2. تبرید
3. سرمایش فرایندی

به دو دلیل عمده، محاسبه درست ظرفیت چیلر با هر کاربردی از اهمیت زیادی برخوردار است.

1- ایجاد برودت کافی: یکی از فاکتورهای مهم در سطح آسایش افراد حاضر در یک ساختمان، وجود یک سیستم تهویه مطبوع مناسب است و در ساختمان هایی که از چیلر استفاده می شود، چیلر نقش اساسی را در سرمایش ساختمان بازی می کند؛ در نتیجه، وجود یک چیلر با ظرفیتی کمتر از نیاز ساختمان، عملاً دستیابی به سطح آسایش را غیر ممکن می سازد و این در حالی است که عواقب استفاده از چیلری با ظرفیتِ کمتر از نیاز واقعی، هنگام بکارگیریِ چیلر برای سردخانه های گلیکولی یا به منظور سرمایش فرایندی می تواند به مراتب سنگین تر باشد و حتی منجر به تحمیل خسارت های مالی به بهره بردار شود.  

2- پیشگیری از عواقب Over design بیش از حد: متأسفانه در بسیاری از پروژه ها، به علت عدم وجود دانش کافی و نیز عدم تواناییِ استفاده از نرم افزارهای مربوطه، به هدف اطمینان از تولید برودت کافی، ظرفیت برودتی چیلر، بسیار بیشتر از نیاز واقعی پروژه تخمین زده می شود. اثرات منفی این اقدام نا آگاهانه عبارتند از:

کاهش طول عمر مفید کمپرسور

از آنجا که ظرفیت برودت تولیدیِ چیلر بسیار بیشتر از نیاز مصرف کننده است، تعداد دفعات روشن و خاموش شدن کمپرسور، بسیار بیشتر خواهد شد که این تأثیر منفی زیادی در طول عمر مفید کمپرسور خواهد داشت. نکتۀ قابل توجه این است که کمپرسور گرانترین تجهیزِ یک چیلر محسوب شده و تعویض آن هزینۀ زیادی را به بهره بردار تحمیل می کند.

افزایش هزینۀ خرید

اساساً در صنعت تبرید و تهویه مطبوع، چیلر یک جزء گران قیمت از سیستم بشمار می رود؛ در نتیجه، تخمین درست ظرفیت برودتی چیلر، می تواند تأثیر بسزایی در مدیریت هزینه های خریدار داشته باشد.

افزایش فضای نصب

چیلر با ظرفیت برودتی بیشتر، یعنی دستگاهی با اشغال فضای بیشتر. به ویژه آنکه چیلر از نوع هوا خنک باشد. بنابراین، خصوصاً در این روزها که در بسیاری از ساختمان ها بواسطۀ وجود روف گاردن، عملاً فضای چندانی برای نصب چیلر باقی نمی ماند، ابعاد چیلر اهمیت بیشتری یافته است.

افزایش تلرانس دمایی

همانطور که گفته شد، بکارگیریِ چیلری با ظرفیت مازاد، منجر به افزایش تعداد دفعات روشن و خاموش شدن کمپرسور می گردد. این موضوع علاوه بر کاهش طول همر مفید کمپرسور، باعث افزایش انحراف دمایی آبسرد تولیدی نسبت به نقطۀ طراحی می شود. این مسئله، خصوصاً در مصارف فرایندی اهمیت زیادی پیدا می کند.

افزایش مصرف برق

کاملاً واضح است که چیلر بزرگتر، طبیعتاً مصرف برق بیشتری نیز دارد. نکتۀ قابل تأمل این است که چیلری با ظرفیت مازاد در مقایسه با چیلر دیگری که همان ظرفیت را داشته، اما متناسب به نیاز پروژه انتخاب شده است، مصرف برق بیشتری دارد، با وجود آنکه هر دو دستگاه مشخصه های فنی کاملاً مشابهی دارند. علت این است که تعداد استارت خوردن کمپرسورها در چیلری با ظرفیت مازاد، به مراتب بیشتر است.

نحوۀ محاسبه ظرفیت چیلر

نحوۀ محاسبه ظرفیت چیلر، می بایست با توجه به کاربرد چیلر بررسی شود:

محاسبه ظرفیت چیلر در مصارف تهویه مطبوع

آبسرد تولیدی توسط چیلر در فن کویل ها و یا در هواسازها استفاده می شوند. در هر صورت ابتدا می بایست محاسبات بار برودتی ساختمان به کمک نرم افزارهای مربوطه یا حتی با روش های سرانگشتی البته در پروژه های کوچک انجام شود. انتخاب فن کویل بر مبنای بار برودتی ساختمان، خود قواعدی دارد که در مقالۀ دیگری به آن پرداخته ایم. اما، در هر صورت پس از مشخص شدن تعداد و ظرفیت فن کویل ها، می توانیم ظرفیت متناسب چیلر را برآورد کنیم.ابتدا بایستی توجه داشت ظرفیت فن کویل ها بر اساس میزان هوادهی (cfm) اعلام شده است یا بر مبنای دبی آب عبوری (gpm).

اگر ظرفیت فن کویل ها بر اساس cfm آنها اعلام شده، باید دید فن کویل ها در کدام دور (کم، متوسط، زیاد) انتخاب شده اند. سپس، ظرفیت برودتی فن کویل در یک دور بالاتر از دور انتخابی مد نظر قرار گرفته و مجموع ظرفیت برودتی فن کویل ها محاسبه می شود. در ادامه، با توجه به کاربری ساختمان باید ضریب همزمانی اعمال گردد. یعنی در یک ساختمان مسکونی 15 واحدی، می توان  گفت 70 درصد فن کویل ها همزمان روشن هستند. در نتیجه، ظرفیت چیلر، معادل 70 درصدِ مجموع ظرفیت برودتی فن کویل ها خواهد بود.

اما اگر ظرفیت فن کویل ها بر مبنای دبی آب عبوری (gpm) آنها اعلام شده، مجموع دبی آبِ فن کویل ها محاسبه می شود. در ادامه، بسادگی می توان از طریق رابطه ای تعریف شده در انتقال حرارت، ظرفیت برودتیِ معادل دبیِ کل را بر حسب تن تبرید محاسبه نمود.

پیشنهاد مطالعه:

محاسبه ظرفیت فن کویل

پارامترهای فرمول محاسبه ظرفیت چیلر
ردیف	پارامتر	عنوان
1	q	ظرفیت برودتی چیلر
2	ρ	چگالی آب
3	V ̇	دبی حجمی آب
4	C_p	ظرفیت گرمایی ویژه آب
5	T∆	اختلاف دمای آب ورودی و خروجی

در نهایت، مشابه حالت قبلی، ضریب همزمانی اعمال می شود و ظرفیت چیلر به دست می آید. دو نکتۀ مهم در اینجا مطرح است:

1- ضریب همزمانی بسته به کاربری و سایز پروژه متفاوت است. مثلاً در یک ساختمان مسکونی هر چه سایز پروژه بزرگتر باشد، درصد ضریب همزمانی کمتر خواهد بود. مثال دیگر آنکه درصد همزمانیِ یک ساختمان اداری همواره بیشتر از یک ساختمان مسکونی است و یا در یک ساختمان تجاری می توان گفت عملاً ضریب همزمانی وجود ندارد.

2- در پروژه هایی که از طرح مداربندی اولیه – ثانویه (Primary – Secondary) استفاده نمی شود، مجموع دبی آب عبوری از فن کویل ها از چیلر نیز عبور می کند، در حالی که ظرفیت برودتی چیلر ممکن است بر اساس درصدی از ظرفیت معادل دبی کل برآورد شده باشد که در این صورت با احتساب اختلاف دمای آبِ 5  (در ورودی و خروجی چیلر) دبی اسمیِ آب چیلر کمتر از دبی عبوریِ واقعی می باشد و این موضوعی است که می بایست حتماً مورد توجه سازندۀ چیلر قرار بگیرد. به این معنا که اواپراتور چیلر باید به گونه ای طراحی و تولید شود که بتواند مجموع دبی فن کویل ها را از خود عبور دهد.

در برخی از کاربری های تهویه مطبوع، از هواساز نیز استفاده می شود. غالباً مفهوم همزمانی مصرف در مورد هواسازها صدق نمی کند. بنابراین ظرفیت برودتی چیلر، معادل مجموع بار برودتیِ کویل سرمایشیِ هواسازها خواهد بود.

محاسبه ظرفیت چیلر در مصارف تبرید

آبسرد تولیدی توسط چیلر برای مصارف تبرید که البته غالباً مخلوطی از آب و اتیلن گلایکول (نوعی ضد یخ) است،  در یونیت هایی به اسم Air cooler استفاده می شوند. یونیت هایی با ساختار کاملاً مشابه فن کویل. با این تفاوت که ظرفیت هوادهی آنها بیشتر بوده و از فن های محوری به جای فن های سانتریفیوژ در آنها استفاده می شود.

برای محاسبه ظرفیت چیلر کافی است بار برودتی Air cooler ها مد نظر قرار بگیرد. بسته به شرایط پروژه ممکن است تمامی یونیت ها همزمان روشن نباشند که در این صورت ضریب همزمانیِ مصرف اعمال شده و به این ترتیب ظرفیت برودتی چیلر با توجه به مجموع بار برودتیِ Air cooler ها به دست می آید.

محاسبه ظرفیت چیلر در مصارف سرمایش فرایندی

آبسرد تولیدی توسط چیلر برای مصارف سرمایش فرایندی که ممکن است مخلوطی از آب و اتیلن گلایکول باشد، یا در ماشین آلات صنعتی بکار می روند، مانند چیلر دستگاه تزریق پلاستیک یا مثلاً در برخی از صنایع غذایی (مانند تولید کشک)، مستقیماً برای خنک کاری محصول استفاده می شوند. به طور کلی به چیلر صنعتی به دستگاهی گفته می شود که در خنک کاری ماشین آلات و فرآیندهای تولید مورد استفاده قرار می گیرد.

در هر صورت برای برآورد درست و دقیق ظرفیت چیلر، دست کم بایستی دبی آب مورد نیاز برای خنک کاری فرایند و دمای آب در ورودی و خروجیِ فرایند مشخص باشد. سپس می توان با همان رابطۀ  تناژ برودتی چیلر را به دست آورد. البته بایستی توجه داشت که در صورت وجود اتیلن گلایکول یا هر ضد یخ دیگری چگالی و ظرفیت گرمای ویژۀ آب تغییر می کند.

نتیجه گیری

شرکت مهندسی تهویه نگار با بیش از یک دهه فعالیت در طراحی و تولید انواع چیلر، از جمله چیلر تراکمی هوا خنک، چیلر تراکمی آب خنک، مینی چیلر و چیلرهای جذبی در پروژه های صنعتی و مسکونی، در تلاش است تا تمامی تجارب کارشناسان خود را در اختیار کارفرمایان و مشتریان عزیز قرار دهد. محاسبه ظرفیت چیلر در پروژه ها توسط تیم فنی ما و متناسب با شرایط اقلیمی ایران انجام می شود. با کارشناسان ما در تماس باشید.

کارشناس فروش 09102072884