چیلر ساختمان

چیلر چیست و چه مزایا و معایبی دارد ؟

وجه تمایز انواع چیلر تراکمی در نوع کمپرسور (اسکرال ، پیستونی ، اسکرو یا سانتریفیوژ) و نیز نوع کندانسور (آب خنک یا هوا خنک) و چیلر جذبی در تک اثره یا دو اثره بودن آن است. با وجود اینکه انواع چیلرها اجزا و طرز کار متفاوتی نسبت به هم دارند ولی در کل همه انواع آنها یک کار و وظیفه مشترک بر عهده دارند. چیلر دستگاهی است که گرمای یک سیال مایع (مانند آب) یا گازی (مانند هوا) را با استفاده از سیکل تبرید تراکمی و یا سیکل جذبی گرفته و آن را سرد می کند. انواع چیلر به دو گروه عمده تراکمی و جذبی تقسیم بندی می شود که وظیفه همه آنها سرمایش یک سیال است. سیال سرد شده کاربرد تهویه مطبوع ساختمانی و یا صنعتی دارد.

دمای آب سرد شده معمولا بین ۲ تا ۷ درجه سانتی گراد است و در برخی کاربردها (با توجه به نیاز مصرف کننده) می توان با افزودن مواد ضد یخ به آب ، دمای آن را تا زیر صفر (در برخی کاربردها تا ۸۰ درجه زیر صفر) کاهش داد.

چیلرهای متعارف مورد استفاده در صنعت تهویه با ظرفیت هایی بین ۱۵ تا ۲۰۰۰ تن تبرید موجود هستند و برخی از سازندگان توانایی تولید چیلرهایی تا ظرفیت ۵۲۰۰ تن تبرید را نیز دارند. در ظرفیت های کمتر از ۱۵ تن تبرید معمولا از واژه مینی چیلر استفاده می شود که در شکل زیر نمونه هایی از انواع چیلر را مشاهده می کنید.

کاربرد ساختمانی چیلر

در کاربرد ساختمانی ، سیال سرد شده (برای مثال آب سرد) از طریق سیستم لوله کشی به مبدل های حرارتی مانند هواساز و فن کویل جهت سرمایش ساختمان منتقل شده و در آنجا با تبادل حرارت با هوای داخل اتاق ها و سالن ها ، گرمای هوا را گرفته و محیط داخل ساختمان را خنک می کند. آب سرد که گرمای هوای محیط داخل را گرفته و مجددا گرم شده است به چیلر بازگردانده می شود تا دوباره در آن سرد شود.

آب سرد شده در چیلر که جهت خنک کاری به کویل (دسته ای از لوله های پر پیچ و خم) فن کویل و هواساز پمپاژ می شود، درون کویل به گردش در آمده و یک فن با هدایت جریان هوا از اطراف کویل ، موجب کاهش دمای جریان هوا می شود. در همین حین ، سطح سرد لوله های کویل باعث تقطیر بخار آب موجود در هوا بر سطح لوله ها شده و منجر به کاهش رطوبت هوا نیز می شود. برای مثال در شکل زیر تجهیزات مستقر در موتورخانه و فن کویل های مستقر در هر طبقه از ساختمان به شکل شماتیک نشان داده شده است.

موتورخانه فن کویل

همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، فن کویل تنها یک مبدل حرارتی هوا به آب است. با جریان یافتن آب سرد در لوله های مسی کویل، به سرعت گرمای هوا به آب سرد داده شده (مس ضریب انتقال حرارت بسیار بالایی دارد) و هوای ساختمان خنک می شود. مزیت بزرگ این سیستم این است که هر فن کویل در هر اتاق یک کنترلر دارد که هر فرد در اتاق خود می تواند بدون تاثیر بر سایر فن کویل ها، فن کویل اتاق خود را خاموش و روشن نموده و نیز دمای آن را به هر مقدار دلخواه تنظیم کند و تمام این فن کویل ها در کل واحدهای ساختمان فقط به یک چیلر متصل می شوند.

از دیگر مزایای چیلر به همراه فن کویل ها این است که دیگر ساختمان به لوازم گرمایشی مثل رادیاتور یا گرمایش قرنیزی یا گرمایش از کف و … هم نیازی ندارد و همین فن کویل ها به بهترین و مطلوب ترین شکل ممکن برای گرمایش هم استفاده می شوند و فقط کافی است که آبگرم ساختمان را به آن متصل کنیم. برای شناخت بیشتر فن کویل ها پیشنهاد می کنیم که مقاله انواع فن کویل را مطالعه کنید.

فن کویل

حال اگر بخواهیم در یک سالن بزرگ (مثل سالن سینما یا تالار عروسی یا سالن کنفرانس و …) یا یک سوله هوا را سرد یا گرم کنیم، فن کویل ها نمی توانند پاسخگوی نیازها باشند و باید از هواساز استفاده کنیم. مطابق شکل زیر هواساز بسیار شبیه فن کویل است ولی در ابعادی بسیار بزرگتر که حجم بسیار زیادی از هوا را سرد یا گرم کرده و با کانال کشی در کل سالن یا سوله مورد نظر توزیع می کند. برای گرمایش هم دقیقا همانند فن کویل ها کافی است که درون کویل، آبگرم جاری شود.

کاربرد صنعتی انواع چیلر

چیلر صنعتی ، سیال سرد شده در چیلر به مدار خنک کننده دستگاه صنعتی ارسال شده و جهت خنک کاری مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال جهت خنک کاری محلول اسید سولفوریک ۲۰ درصد در یک کارخانه از یک مبدل حرارتی استفاده می شود که از یک سمت آن اسید سولفوریک وارد شده و از سمت دیگر آب سرد شده در دستگاه چیلر که در اثر تبادل حرارت بین اسید سولفوریک و آب سرد ، حرارت از اسید به آب منتقل می شود.

مبدل حرارتی می تواند از نوع پوسته و لوله (شل اند تیوب) یا صفحه ای (پلیتی) و … باشد. کاربرد چیلر در صنعت بسیار وسیع است و برای مثال می توان به انواع چیلر دستگاه تزریق پلاستیک یا صنایع شیمیایی و … اشاره کرد که تمام آنها با همان اصولی که گفتیم عمل کرده و فقط آب را سرد می کنند. در ضمن نوع صنعتی آن آپشن های مخصوصی دارد تا بتواند بدون وقفه در ۳۶۵ روز سال کار کند.

چیلر صنعتی و مبدل حرارتی

دو نوع اصلی چیلرها ، چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی هستند که هر کدام از آنها به انواع مختلفی تقسیم می شوند. برای مثال انواع تراکمی آن از نظر نوع کندانسور به دو نوع آب خنک (کندانسور شل اند تیوب آب خنک که گرمای اضافی مبرد در آن توسط آب گرفته می شود) و نوع هوا خنک (کندانسور فن دار هوا خنک که گرمای اضافی مبرد در آن توسط هوا گرفته می شود) و از نظر نوع کمپرسور به انواع پیستونی ، اسکرو ، سانتریفیوژ و اسکرال تقسیم بندی می شوند.

۱ . چیلرهای تراکمی

چیلرهای تراکمی به دو شکل و در کل در ۶ مدل مختلف دسته بندی می شوند. یکی بر اساس نوع کندانسور و یکی هم بر اساس نوع کمپرسور.

انواع چیلر تراکم

۱ . ۱ . دسته بندی بر اساس کندانسور

ابتدا سوالی که پیش می آید این است که کندانسور چه وظیفه ای بر عهده دارد؟

کندانسور چیلرهای تراکمی می تواند به صورت آب خنک (که به آن چیلر تراکمی آب خنک یا آبی گفته می شود) و یا هوا خنک (که به آن چیلر تراکمی هوا خنک یا هوایی گفته می شود) باشد که این دو نوع بیشترین کاربرد را در ساختمان و صنعت دارند.

به اشتباه برخی تصور می کنند که آب خنک یعنی اینکه چیلر ، آب را سرد می کند و هوا خنک یعنی اینکه چیلر ، هوا را سرد می کند. خیر اینطور نیست. همانطور که در بالا اشاره کردیم همه چیلرها فقط و فقط یک کار انجام می دهند و آن هم سرد کردن آب است.

کندانسور قسمتی از چیلر است که در آن گرمای چیلر باید دفع شود که اگر با فن دفع شود به آن هوا خنک می گویند و اگر توسط آب دفع شود به آن آب خنک می گویند. وقتی توسط فن دفع می شود خب تکلیف مشخص است و هوای آزاد دائما در دسترس است و مشکلی از این بابت نداریم. با دقت به شکل زیر نگاه کنید. کندانسور نوع هوا خنک در بالایی ترین بخش چیلر قرار گرفته و شامل لوله های مسی است که مبرد داغ و فشرده در آن لوله ها حرکت کرده و چند فن هوا را از اطراف لوله ها می دمند تا دما و فشار مبرد داخل کندانسور کاهش یابد.

اگر کندانسور هوا خنک باشد راندمان نسبت به آب خنک کمتر می شود ولی دیگر به برج خنک کننده نیازی نیست و توسط فن های موجود در بالای دستگاه ، کندانسور خنک می شود که باید آن را در فضای باز مانند پشت بام و … نصب کرد.

سیستم سرمایشی چیلر

ولی اگر توسط آب دفع شود، آب که به صورت بی نهایت در دسترس نیست و باید به طریقی همین آب هم گرمای خود را از دست بدهد تا مجددا بتواند گرمای مبرد داغ و فشرده را در کندانسور دریافت کند که برای این کار از برج خنک کننده استفاده می شود که آب کندانسور به برج می رود و پس از اینکه در برج گرمای خود را به هوای آزاد داد مجددا به کندانسور برگردد. بنابرین کندانسور آب خنک دارای فن نیست و از نوع شل اند تیوب (پوسته و لوله) است و مطابق شکل زیر مشاهده می کنید که به چه نحوی این قسمت ها با هم ارتباط داشته و در واقع چیلر نوع آب خنک دارای ۲ مدار آب است. یکی آب سرد چیلر که به مصرف کننده های نهایی فرستاده می شود و یکی هم آب در گردش کندانسور که به برج خنک کننده فرستاده می شود تا حرارت خود را در برج از دست بدهد و مجددا با پمپ برگردانده شود.

مدار آب سرد چیلر و آب برج خنک  کننده

برای آشنایی بیشتر با اجزا و ساختار کندانسورهای شل اند تیوب (پوسته و لوله) مقاله مبدل حرارتی پوسته و لوله چیست ؟ را مطالعه بفرمایید.

اگر کندانسور آب خنک باشد راندمان سیستم بالاتر می رود (نسبت به هوا خنک) ولی می بایستی که از تجهیزاتی مانند کولینگ تاور (برج خنک کننده) جهت خنک کردن آب کندانسور استفاده شود. چیلر آب خنک را می توان در فضاهای بسته مانند موتورخانه نصب نمود زیرا که آب کندانسور با لوله کشی به برج خنک کننده ای که در فضای آزاد نصب می شود منتقل می گردد.

چیلر آب خنک و برج خنک کننده

۱ . ۲ . دسته بندی بر اساس کمپرسور

در کل چهار نوع کمپرسور جهت راه اندازی سیکل و فشرده سازی مبرد وجود دارد که عبارتند از کمپرسور پیستونی یا رفت و برگشتی ، کمپرسور اسکرو یا مارپیچی Screw ، نوع اسکرال یا حلزونی Scroll و نوع گریز از مرکز یا سانتریفیوژ. کمپرسور توسط موتور الکتریکی ، موتور احتراق داخلی پیستونی ، توربین گاز یا بخار و … می تواند به گردش درآید که معمولا از موتور الکتریکی استفاده می شود.

قسمت های اصلی چیلر تراکمی :

۱ . کمپرسور و موتور الکتریکی محرک آن

۲ . مبرد (گاز فریون) سیکل که می تواند گاز R134A ، R407C و … باشد.

۳ . شیر انبساط که کار آن کاهش فشار مبرد درون سیکل است.

۴ . مبدل حرارتی اواپراتور که گرمای سیالی که قرار است سرد شود را گرفته و به مبرد می دهد.

۵ . مبدل حرارتی کندانسور که در آن مبرد با محیط اطراف خود تبادل حرارت کرده و گرمای اضافی خود را از دست می دهد تا از حالت گازی شکل به حالت مایع تغییر فاز دهد.

۲ . چیلرهای جذبی

چیلرهای جذبی به سه شکل و در کل در ۶ مدل مختلف دسته بندی می شوند. اول بر اساس اینکه انرژی مورد نیاز برای راه اندازی سیکل جذبی ، شعله مستقیم آتش است یا اینکه شعله غیر مستقیم مانند حرارت اضافه یک کوره. دوم بر اساس اینکه از سیستم آب و آمونیاک به عنوان سیستم جاذب و مبرد استفاده می شود یا اینکه از آب و لیتیوم بروماید. سوم بر اساس اینکه کل سیستم به طور تک اثره عمل می کند یا دو اثره.

چیلرهای جذبی

ضریب عملکرد COP چیلر جذبی نسبت به تراکمی بسیار کمتر و اغلب بین ۰٫۵ تا ۱ می باشد (در چیلر تراکمی ضریب عملکرد حداقل ۳ است) و این مسئله یکی از بزرگترین معایب سیستم جذبی محسوب می شود. از نوع جذبی بهتر است فقط زمانی استفاده شود که از یک منبع حرارتی بدون استفاده که در حال تلف شدن است استفاده کنیم و سیکل آن را راه بیاندازیم. این منبع حرارتی می تواند آب گرم و یا بخار ، حرارت دفع شده از توربین گاز ، گرمای دودکش کوره ها و بویلرها و هر نوع حرارت مستقیم و یا غیر مستقیمی باشد که بتوان آن را با سیکل جذبی بازیافت و جهت سردسازی آب استفاده نمود. انواع آن عبارتند از تک اثره و دو اثره که در نوع تک اثره ، آب به عنوان مبرد و ماده لیتیوم بروماید به عنوان جاذب استفاده می شود.

تشریح اجزا و نحوه خنک کاری آب در چیلرهای جذبی و نیز پی بردن به مهمترین مزایا و معایب و کاربرد آنها و نیز آشنایی با نحوه قیمت گذاری آن مبحث بسیار مفصلی است که ما آن را در یک مقاله مجزا به طور کامل تشریح کرده ایم که می توانید در مقاله چیلر جذبی آن را مطالعه کنید.