چیلر

کاربرد چیلر

چیلرها از مهمترین تجهیزات سرمایشی و تولید برودت در ساختمان ها و کارخانه های صنعتی به حساب می آیند.

از آب سردِ تولیدی در چیلر می توان به کمک 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.

بنابراین چیلرها به لحاظ نوع کاربرد، در دو دستۀ تهویه مطبوع و برودت صنعتی تعریف می ­شوند:

چیلر یکی از مصادیقِ سیستم تهویه مطبوع آبی به شمار می رود. چنانکه آب سرد خروجی از چیلر با گردش درون مبدل­ های حرارتی هوایی (کویل) مانند فن کویل، کویل هواساز و اِیر کولر، جریان هوای خنک مورد نیاز جهت سرمایش فضاهای مسکونی، اداری، تجاری، صنعتی و … را فراهم می کند.

این چنین، دمای آب ورودی به کویل با دریافت گرما از هوای فضای مورد نظر، افزایش پیدا کرده و برای سرد شدن تا دمای استاندارد تهویه (۷ درجۀ سانتی گراد) مجدداً به چیلر باز می گردد.

 چیلر و فن کویل

رایج ترین استفاده از آب سرد چیلر در حوزۀ تهویه مطبوع، در کنار ترمینال یونیت هایی بنام فن کویل می باشد.

فن کویل همان طور که از نامش پیداست، شامل فن دمنده و مبدل حرارتی (کویل) است که با فیلتر و یک مدار کنترلی ساده ترکیب می شود.

به کمک فن کویل و با استفاده از آب گرمِ دیگ یا پکیج، این امکان فراهم می شود که بتوان گرمایش مورد نیاز پروژه را نیز تأمین نمود.

با توجه به استفاده از فن کویل برای هر فضای تفکیک شده ای، امکان کنترل مستقل دمای هر فضا ایجاد می شود.

موضوعی که در کاربری هایی از جمله ساختمان های مسکونی، اداری و مجتمع های تجاری اهمیت بسیاری دارد.

چیلر و هواساز

غالباً در فضاهایی که مساحت یکپارچه ای دارند، مثل سالن های ورزشی، تالارهای پذیرایی، فروشگاه های زنجیره ای، نمایشگاه ها، سالن های همایش و … و در واقع در فضاهایی که نیازی به تفکیک دمایی نیست.

از هواسازها استفاده می شود که از طریق یک کویل سرمایشی و با بکارگیریِ آب سرد چیلر، جریان هوای سردِ مورد نیاز را تولید می کنند.

ضمن آنکه به کمک هواساز، امکان تأمین هوای تازه و ایجاد فشار مثبت نیز، فراهم می شود.

چیلر و اِیر کولر

اِیر کولر (Air cooler) ساختاری دقیقاً مشابه اواپراتورهای هوایی که در سردخانه ها استفاده می شوند، دارد.

با این تفاوت که بجای مادۀ مبرد، آب سرد و یا گرم درون لوله های کویلِ آن جریان می یابد.

از اِیر کولر که حجم و فشارِ هوادهی آن در مقایسه با فن کویل بمراتب بیشتر است، غالباً در سوله ها و سالن های تولید استفاده می شود.

عمدتاً در پروژه هایی که در آنها نیاز چندانی به هوای تازه وجود نداشته و از طرفی شرایط برای کانال کشی توزیع هوا فراهم نیست، بجای استفاده از هواساز (یا در کنار استفاده از هواساز)، اِیر کولر بکار گرفته می شود.

کاربرد چیلر در برودت صنعتی

آب سرد تولیدیِ چیلر، در بسیاری از فرایندهای صنعتی که نیاز به فرآیند سرمایش (Cooling process) دارند از جمله 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 …

چیلر به طور کلی بر اساس نوع سیکل کاری که فرآیند تبرید یا سرمایش را انجام میدهد، به دو دسته کلی تقسیم می شود:

• چیلر تراکمی
• چیلر جذبی

چیلر تراکمی بخار

اساس کار چیلر تراکمی بخار، گردش جریان سیالی به نام مبرد در سیکل تبرید تراکمی بخار (کارنو) بوده و بر پایه چهار مؤلفه اصلی شامل:

کمپرسور (Compressor) کندانسور (Condenser) شیر انبساط (Expansion valve) و اواپراتور (Evaporator) شکل می گیرد.

بطوریکه بخار مبرد توسط کمپرسور متراکم شده و پس از افزایش تؤامان فشار و دما، جهت دفع حرارت وارد کندانسور می گردد.

این چنین دمای آن کاهش یافته و با از دست دادن حرارت بیشتر به مایع تبدیل می شود.

سپس از شیر انبساط عبور کرده و با افت فشار ناگهانی ایجادشده، مقدار کمی از آن تبخیر می گردد.

در نتیجه مخلوط مایع و بخار حاصل با دمایی پایین ­تر وارد اواپراتور شده و با جذب گرمای آب یا هوا، کاملاً تبخیر می شود. به این ترتیب بعد از تکمیل فرایند سرمایش در اواپراتور، بخار مبرد به کمپرسور باز می گردد.

انواع چیلر تراکمی

• انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کمپرسور:

بسته به معیارهای متعددی از جمله: ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه، نوع مبرد مصرفی، کاربری پروژه و … کمپرسور مناسب برای چیلر انتخاب می شود

• انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کندانسور:

با توجه به ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه، هزینه های مصرف انرژی و سرویس و نگهداری دستگاه و عواملی دیگر، چگونگی فرایند دفع حرارت در کندانسور پیش بینی می گردد

• چیلر تراکمی آب خنک (Water cooled)

در چیلرهای تراکمی آب خنک، کندانسور (مبدل پوسته و لوله) از طریق تبادل انرژی با آب، خنک می شود.

بطوریکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد پوسته کندانسور شده و جریان آبی با دمای مناسب (تولیدشده توسط برج خنک­ کننده) از درون لوله ها عبور داده می شود.

• چیلر تراکمی تبخیری (Evaporatively): در چیلرهای تراکمی تبخیری، کندانسور (کویل) از طریق فرایند سرمایش تبخیری، خنک می شود.

بطوریکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد لوله های کویل کندانسور می شود و آب توسط نازل هایی روی لوله ها پاشیده شده و بواسطه دریافت انرژی گرمایی تبخیر می گردد.

• چیلر تراکمی هوا خنک (Air cooled)

در چیلرهای تراکمی هوا خنک، کندانسور (کویل فین گذاری شده) از طریق تبادل انرژی با هوا، خنک می شود. بطوریکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد لوله های فین دار کویل کندانسور شده و هوای محیط توسط فن های دمنده یا مکنده تعبیه شده، از روی لوله ها عبور داده می شود.

چیلرهای تراکمی هوا خنک را می توان به دو شکل یکپارچه (Packaged) و دو پارچه (Split) طراحی و تولید نمود. چنانکه در نوع دو پارچه، کندانسور چیلر در یک یونیت جداگانه ساخته می شود.

در حالی که در نوع یکپارچه، تمامی متعلقات چیلر درون یک یونیت تعبیه شده اند.

چیلر جذبی

مبنای کار ، سیکل تبرید جذبی می باشد که اساس فرایند سرمایش در آن مشابه سیکل تراکمی بخار است.

با این تفاوت که مؤلفه هایی شامل جذب کننده (Absorber) پمپ (Pump) و ژنراتور (Generator) جایگزین کمپرسور شده اند و علاوه بر مبرد (آب) از سیال دیگری به عنوان جاذب (لیتیوم بروماید) نیز استفاده می گردد.

(پیش از این از آب بعنوان سیال جاذب و از آمونیاک بعنوان مبرد استفاده می شد.)

در  جذبی مبرد و سیال جاذب بواسطه دفع حرارت در جذب کننده، محلول مایعی را تشکیل می دهند که از طریق پمپ به سمت ژنراتور جریان می یابد. با جذب گرما در ژنراتور، مبرد تبخیر و از محلول جدا می شود.

این گونه از یک سو بخار مبرد راهی کندانسور شده و از سوی دیگر سیال جاذب باقی مانده در ژنراتور به جذب کننده باز می گردد.

در ادامه مسیر، فرایند به مانند سیکل تراکمی بخار طی شده و پس از انتقال انرژی در اواپراتور، بخار مبرد مجدداً وارد جذب کننده می ­شود و در سیال جاذب حل می گردد.

• جذبی تک اثره: آن دسته از چیلرهای جذبی که تنها دارای یک ژنراتور در سیکل برودتی خود هستند و بر اساس منبع گرمایی ژنراتور در سه دسته مختلف تعریف می­ شوند:

1. آب گرم: با دمای کمتر از ۱۰۰ درجه سانتی گراد (حدود ۹۵ درجه سانتی گراد)
2. آب داغ: با دمای بیشتر از ۱۰۰ درجه سانتی گراد
3. بخار فشار پایین: با فشار کمتر از ۱۵ پوند بر اینچ مربع

• جذبی دواثره: آن دسته از چیلرهای جذبی که دارای دو ژنراتور دما بالا و دما پایین هستند.

به نحویکه محلول رقیق خروجی از جذب کننده به سمت ژنراتور دما بالا پمپ می شود و بواسطه تماس با لوله های داغی که از داخل ژنراتور عبور کرده، مبرد موجود در آن تبخیر شده و از ژنراتور خارج می­ گردد.

محلول باقی­مانده در ژنراتور که اینک غلظت متوسطی پیدا کرده به موازات بخار مبرد حاصل، وارد ژنراتور دما پایین می شود.

چنانکه بخار مبرد از داخل لوله های ژنراتور عبور کرده و محلول ورودی در اثر تماس با این لوله ها که دمای بیشتری دارند، کاملاً غلیظ می شود.

به این ترتیب بخار مبرد پس از انتقال انرژی و کاهش دما وارد کندانسور شده و محلول غلیظ بدست آمده در ژنراتور دما پایین، به جذب­ کننده باز می گردد.

بعلاوه بخار جداشده از محلول نیز به همراه بخار سردشده، در کندانسور چگالش یافته و به سمت اواپراتور جریان می یابند. با توجه به نوع منبع گرمایی ژنراتور، این نوع چیلرها به دو دسته تقسیم می شوند:

1. بخار فشار بالا: با فشار بین ۱۱۰ تا ۱۲۰ پوند بر اینچ مربع
2. شعله مستقیم: با سوزاندن گاز شهری یا گازوئیل

مقایسه چیلر تراکمی و چیلر جذبی

انتخاب چیلر تراکمی یا جذبی می تواند متأثر از ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه و هزینه های مصرف انرژی باشد.

اما امروزه، فارغ از این عوامل و با ارزیابی کامل تری، چیلرهای تراکمی و جذبی را می توان از زوایای دیگری نیز با یکدیگر مقایسه نمود:

1. ضریب عملکرد (COP): ضریب عملکرد چیلر در واقع نشان دهنده راندمان مصرف انرژی آن می باشد. چنانکه نسبت گرمای دریافتی در اواپراتور به مجموع انرژی مصرفی در مصرف کننده ­ها (کمپرسور، کندانسور هوایی، برج خنک کننده، پمپ و ژنراتور) به عنوان نسبت راندمان انرژی یا همان ضریب عملکرد تعریف می شود. ضریب عملکرد بر مبنای شرایط یکسان (شرایط استاندارد تهویه) در چیلرهای تراکمی هوایی تا ۳٫۵ و در چیلرهای تراکمی آبی تا ۶ قابل دستیابی می باشد. این در حالی است که ضریب عملکرد چیلرهای جذبی در بهترین حالت (چیلرهای جذبی دو اثره) ۱٫۴ خواهد بود.
2. ابعاد و وزن دستگاه: با اضافه شدن ژنراتور، جذب کننده و سایر تجهیزات جانبی، ابعاد چیلرهای جذبی نزدیک به دو برابر چیلرهای تراکمی در ظرفیت مشابه بوده و فضای بیشتری را برای استقرار در موتورخانه ملزم می سازند. بعلاوه با توجه به وزن بیشتر این چیلرها، بایستی زیرسازی و شاسی های مقاوم تری جهت جایگذاری چیلرهای جذبی پیش بینی شود.
3. هزینه خرید و سرمایه گذاری اولیه: هزینه خرید چیلرهای جذبی تک اثره، حدود ۵۰ درصد و چیلرهای جذبی دو اثره (شعله مستقیم)، نزدیک به دو برابر از هزینه خرید چیلرهای تراکمی در ظرفیت مشابه، بیشتر است.
4. هزینه سرویس و نگهداری: هزینه های سرویس و نگهداریِ چیلرهای جذبی به علت وجود تجهیزات بیشتر، بزرگتر و حساس­­تر به مراتب در مقایسه با چیلرهای تراکمی بالاتر است. به خصوص آنکه فشار منفی موجود در سیستم چیلرهای جذبی، حساسیت و دقت بیشتری را جهت جلوگیری از نشتی و ورود اکسیژن می طلبد.
5. مصرف آب: به دلیل وجود جذب کننده در چیلرهای جذبی، نیاز به آب خنک کننده جهت دفع حرارت، نسبت به چیلرهای تراکمی آبی با ظرفیت مشابه، بیشتر است و این به معنای مصرف آب بیشتر و الزام استفاده از پمپ ها و برج های خنک کننده بزرگتر نیز می باشد.
6. مصرف انرژی: سوزاندن سوخت های فسیلی جهت تأمین منبع گرمایی ژنراتور در چیلرهای جذبی، علاوه بر انتشار مواد آلاینده بیشتر در محیط زیست، هزینه قابل توجهی را به سیستم نیز تحمیل می کند. این در حالی است که می توان مصرف برق بیشتر چیلرهای تراکمی را با بکارگیری سیستم های کنترلی هوشمند تا میزان قابل توجهی بهینه سازی نمود. به همین علت در مجموع، هزینه جاری چیلرهای جذبی که علاوه بر مصرف انرژی، شامل هزینه های مصرف آب و سرویس و نگهداری نیز می شود، در مقایسه با چیلرهای تراکمی بیشتر براورد می گردد.
7. سطح صدای کارکرد دستگاه: میزان صدای تولیدی چیلرهای جذبی (به جز نوع شعله مستقیم) به علت وجود قطعات متحرک و مکانیکی کمتر، نسبت به چیلرهای تراکمی پایین تر است.
8. شرایط اقلیمی: با توجه به الزام وجود برج خنک کننده در چیلرهای جذبی، امکان استفاده از این سیستم در مناطق مرطوب وجود ندارد. چراکه اساس کار برج­ های خنک کننده، سرمایش تبخیری بوده و وجود هوایی نزدیک به شرایط اشباع نمی تواند برای مکانیزم خنک کاری آنها مناسب باشد. در حالیکه به کمک چیلرهای تراکمی هوایی، بسادگی می توان حتی در شرایط هوایی کاملاً مرطوب، نیاز برودتی موجود را تأمین نمود.

نکات خرید چیلر

اساساً چیلر بعنوان یک سیستم خنک کاری، چه در تهویه مطبوع و چه در مصارف برودت صنعتی، نقش اصلی و محوری را در تأمین نیاز سرمایشیِ پروژه ایفا می کند و از طرفی مبلغ قابل توجهی را در هزینه های اولیۀ پروژه به خود اختصاص می دهد. بهمین علت، کارفرما همواره در تلاش است که مناسب ترین برند را برای خرید چیلر انتخاب کرده تا بتواند سال های سال بدون نگرانی و درگیریِ خاصی از سیستم خود نهایت بهره وری را داشته باشد.

مهمترین نکات مطرح در انتخاب برندی مناسب برای خرید چیلر اشاره کنیم:

۱- ارائۀ مشاوره و راهنمایی مؤثر در تصمیم گیری

۲- ارائۀ اطلاعات دقیق فنی در مرحلۀ پیش فاکتور

۳- رزومۀ قابل قبول

۴- بکارگیری برندهای معتبر و شناخته شده در ساخت دستگاه

۵- استفاده از نرم افزارهای تخصصی و اورجینال در طراحی

۶- مبنا قرار دادن استانداردهای جهانی در طراحی و تولید

۷- استفاده از ماشین آلات CNC و تخصصی در تولید قطعات و مبدل های حرارتی

۸- لحاظ کردن شرایط ویژۀ آب و هوای ایران در طراحی و تولید چیلر

۹- ارائۀ گارانتی مناسب و خدمات پس از فروش بموقع

برودت یا تبرید