راهنمای جامع انواع چیلر ها (بخش اول)

برای اینکه بدانیم بطور کل سیستم چیلر چیست و چگونه کار می‌کند بهتر است اینگونه تشریح کنیم که ساختمان­ های تجاری از سیستم های گرمایشی، تصفیه و تهویه مطبوع هوا استفاده می‌کنند تا هوای محیط را سرد و از رطوبت دور نگه دارند. ساختمان‌های مدرن تجاری به عنوان بخشی از عملیات گسترده­‌ای که روی عملکرد و ماندگاری ساختمان تمرکز دارند به دنبال یک سیستم تهویه مطبوع و اجزای کارآمد آن هستند. ساکنان ساختمان هم به همین ترتیب از سیستم تهویه مطبوع انتظارات زیادی دارند که برای فراهم آوردن یک محیط داخلی آسوده بخش، بدون در نظر گرفتن شرایط خارجی ساختمان مطابق با همان شکلی که برایش تعیین شده کار کند. انواع چیلر به یکی از اجزای ضروری سیستم‌های تهویه مطبوع برای گستره بالایی از ساختمان های تجاری مانند هتل‌ها، رستوران‌ها، بیمارستان‌ها، مراکز ورزشی، کارخانه‌های تولیدی و صنعتی و موارد دیگر تبدیل شده‌اند. صنعت مدت‌هاست که تشخیص داده است سیستم های چیلر در اکثر ساختمان‌ها به عنوان بزرگ­ترین مصرف کننده انرژی الکتریکی محسوب می‌شوند. آنها می‌توانند به سادگی بیش از 50 درصد کل مصرف برق بازه‌های فصلی را مصرف کنند. با توجه به گزارش دپارتمان انرژی آمریکا (DOE) مجموعه چیلرها می‌توانند تقریباً 20 درصد انرژی الکتریکی تولید شده در شمال آمریکا را مصرف کنند. علاوه بر این DOE تخمین می­زند که به دلیل نارسایی‌های اجرایی مختلف، این مقدار می‌تواند تا 30 درصد هم افزایش پیدا کند. این نارسایی‌های شناخته شده می‌توانند برای شرکت‌ها و کمپانی‌ها و ساختمان‌ها سالانه میلیاردها دلار هزینه به دنبال داشته باشند.

به صورت کلی، کار چیلر تسهیل انتقال حرارت از فضای درونی به فضای بیرونی است. از آنجایی که این انتقال دهنده گرما میان اجزای دستگاه چیلر در حرکت است، به فاز فیزیکی خنک کننده یا مبرد اتکا دارد. چیلرها به طور قطع می‌توانند به عنوان قلب هر یک از سیستم های تهویه مطبوع عمل کنند.

یک چیلر چگونه کار می‌کند؟

چیلر بر اساس جذب بخار یا فشرده سازی بخار کار می‌کند. چیلرها جریانی متداوم برای ماده مبرد ایجاد می‌کنند تا به سمت بخش خنک سیستم و برج خنک کننده آب با دمای مطلوب 10 درجه سانتی­گراد یا 50 درجه فارنهایت حرکت کنند. سپس ماده مبرد به قسمت‌های دیگر پمپ شده تا همانطور که در حال برگشت به نقطه شروع مسیر خود است، گرما را از یک بخش ساختمان سازه (به طور مثال ماشین آلات، تجهیزات پردازشی و دیگر موارد) دفع کند.

یک چیلر از سیستم خنک کننده مکانیکی فشرده سازی در خود استفاده می‌کند که به وسیله دستگاهی به نام اواپراتور (Evaporator) به برج خنک کننده آب متصل می شود. ماده مبرد بین اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط چیلر در چرخش و حرکت است. در هر کدام از اجزای نام برده شده یک فرآیند ترمودینامیک رخ می‌دهد. اواپراتور به عنوان یک مبدل گرمایی عمل می‌کند، به طوری که گرمای تسخیر شده توسط جریان خنک کننده را به مبرد انتقال می‌دهد. با انجام شدن انتقال حرارت، ماده مبرد از یک مایع با فشار پایین به فاز گازی می‌رسد، در حالی که طبیعتاً با گرفتن حرارت محیط در اثر انجام فرآیند تغییر فاز مبرد، دمای دستگاه کاهش پیدا می‌کند.

سپس مبرد به سمت کمپرسور که کارکردی چندگانه دارد منتهی می‌شود. اولین عملکرد کمپرسور این است که ماده مبرد را از اواپراتور خارج کرده و اطمینان حاصل می‌کند که فشار داخل اواپراتور به اندازه کافی پایین بماند تا بتواند حرارت را به میزان درست جذب کند. دومین عملکرد کمپرسور این است که فشار مبرد گازی در حل خروج را بالا می‌برد تا اطمینان دهد دما به اندازه کافی بالا می‌ماند تا بتواند هنگامی که به کندانسور می‌رسد گرما آزاد کند. مبرد در کندانسور دوباره به فاز مایع می‌رسد. گرمای نهانی که به دلیل تغییر فاز مبرد از گاز به مایع باقی مانده، توسط یک خنک کننده­ (هوا یا آب) به بیرون از محیط منتقل می‌شود. 

انواع چیلر

همانطور که توضیح داده شد، چیلرها از دو طریق (به وسیله آب یا هوا) می‌توانند انتقال حرارت تولید شده هنگام تغییر فاز ماده مبرد از هوا به مایع را تسهیل کنند. بنابراین، انواع چیلر ها می‌توانند از دو نوع متفاوت کندانسورها درون خود استفاده کنند: هوا خنک و آب خنک.

چیلر هوا خنک به رادیاتوری شباهت دارد که موتور اتومبیل ها را خنک می‌کنند. آنها از یک دمنده موتوردار استفاده می‌کنند تا هوا را از میان شبکه‌ای از صفوف و ردیف‌های مبرد عبور دهند. با وجود اینکه کندانسورهای هوا خنک به صورت اختصاصی برای شرایطی با دمای محیط بالا طراحی شده‌اند، اما به محیطی با دمای 35 درجه سانتی گراد (95 درجه فارنهایت) یا کمتر احتیاج دارند تا بتوانند کارآیی مؤثری داشته باشند.

کندانسورهای آب خنک هم عملکردی مانند کندانسورهای هوا خنک دارند اما انتقال حرارت را در دو مرحله جداگانه انجام می‌دهند. ابتدا، گرما از مبرد گازی به سمت آب درون کندانسور حرکت می‌کند. سپس، آب گرم درون کندانسور به برج خنک کننده‌ای که پمپ می‌شود. جایی که در آن گرمای فرایند در نهایت به فضای آزاد تخلیه می‌شود.

چیلرهای آب خنک:

انواع چیلر های آب خنک از کندانسوری استفاده می‌کنند که به یک برج خنک کننده متصل است.  این چیلرها به طور معمول برای تأسیساتی با وسعت متوسط یا بالا که  ذخیره آب کافی دارند استفاده می‌شوند. چیلرهای آب خنک به دلیل استقلال نسبی در برابر تغییرات دمای محیط می‌توانند عملکرد پایدارتری برای تهویه هوای مطبوع فضا­های تجاری یا صنعتی داشته باشند. چیلرهای آب خنک در اندازه‌ها و حجم‌های مختلفی، از ظرفیت 20 تنی تا ظرفیت‌های چندین هزار تنی تولید می‌شوند که مورد دوم برای خنک سازی بزرگ­ترین تأسیسات مانند فرودگاه و مراکز تجاری مناسب است.

یک چیلر آب خنک معمولی از یک چرخه­ بین کندانسور و برج خنک کننده برای متراکم کردن مبرد استفاده می‌کند. این چیلر حامل مبردی است که به دمای آب ورودی به کندانسور و شدت جریان وابسته است که متناسب با دمای حباب تر عمل می‌کند. از آنجایی که دمای حباب تر همیشه کمتر از دمای هوای خشک است، ماده مبرد در چیلر آب خنک می‌تواند در دما و فشاری با اختلاف فاحش نسبت به چیلرهای هوا خنک کار کند. بنابراین چیلرهای آب خنک می‌توانند عملکرد مفیدتری داشته باشند.

به طور معمول چیلرهای آب خنک در محیط های بسته مستقر می‌شوند تا به دور از عوامل محیطی باشند، بنابراین می‌توانند عمر مفید بیشتری داشته باشند. چیلرهای آب خنک تنها گزینه برای تأسیسات و سازه‌های عظیم هستند. در عین حال در مقایسه با چیلرهای هوا خنک، سیستم اضافی برج خنک کننده برای چیلر آب خنک منجر به افزایش هزینه می‌شود و نیاز به نگهداری بیشتری دارد.

چیلرهای هوا خنک:

چیلرهای هوا خنک از کندانسوری استفاده می‌کنند که با هوای محیط خنک می‌شود. بنابراین، چیلرهای هوا خنک بیشتر در تأسیسات مختصر و یا متوسط و محیط‌هایی دیده می‌شوند که محدودیت فضا وجود دارد. یک چیلر هوا خنک برای محیط‌هایی که با کمبود و محدودیت آب مواجه هستند می‌تواند بهترین گزینه­ باشد.

یک چیلر هوا خنک معمولی می‌تواند برای کشیدن هوای محیط از فن های پروانه‌ای یا چرخه مکانیکی مبرد کمک بگیرد تا از طریق فن کویل مبرد را متراکم سازد. متراکم سازی مبرد گازی در چیلرهای هوا خنک، امکان انتقال گرما به فضای بیرون را فراهم می‌کند.

چیلرهای هوا خنک مزیتی قابل توجه دارند و آن هم پایین بودن هزینه نصب آن‌هاست. همچنین که سادگی نسبی آنها در مقایسه با انواع چیلر های آب خنک، سادگی نگهداری آنها را نیز به دنبال دارد. چیلرهای هوا خنک فضای کمتری را اشغال می‌کنند اما اکثراً بیرون از ساختمان سازه و تأسیسات نصب می‌شوند. بنابراین، عوامل محیطی می‌توانند روی عمر مفید آنها تأثیر بگذارند.

ذات جامع و کامل چیلرهای هوا خنک، هزینه نگهداری آنها را پایین می‌آورد و سادگی نسبی آنها علاوه بر اشغال فضای کم، باعث بروز مزایای قابل توجهی در بسیاری از انواع پروژه‌ها می‌شود.

در بخش دوم مقاله راهنمای جامع انواع چیلرها، بهینه سازی چیلرها برای حداکثر بازدهی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

منبع:

https://www.hvacinvestigators.com/webinars/the-basics-of-chillers-how-they-work-where-theyre-used-and-common-problems/