چیلر آب خنک چیست و چگونه کار می‌کند؟!

چیلر آب خنک چیست؟

چیلر آب خنک یکی از انواع چیلرها است که برای خنک کردن آب مصرفی پروژه‌ها و سازه های صنعتی یا خانگی، گرما را از آن گرفته و دوباره آب را وارد چرخه فعالیت می­کند. در واقع چیلرها حرارت را از فضایی که نیاز به کنترل دمایی دارد دور کرده و به فضایی دیگر انتقال می­دهند. بنابراین چیلر نه یک وسیله تولید سرما، بلکه وسیله‌ای برای دفع گرما است و وظیفه آن تسهیل انتقال حرارت ناخواسته و نامطلوب ناشی از فعالیت، به جایی خارج از سیستم است.

برای چیلر آب خنک به طور اختصاصی یک برج خنک کننده در نظر گرفته شده است. به این دلیل که کندانسور چیلرهای آب خنک از آب به عنوان ماده محرک و خنک سازی خود استفاده می­کنند. از آنجایی که سطوح تر در انتقال حرارت موفق­تر عمل می­کنند و همچنین بر حسب دمای حباب تر کار تراکم را انجام می­دهد، راندمان چیلرهای آب خنک بالا می­رود.

نحوه کار چیلر آب خنک چگونه است؟

چرخه چیلرهای آب خنک مانند هر چیلر دیگری از چهار عضو اصلی اواپراتور، کمپسور، کندانسور و شیر انبساط تشکیل شده است که درون هر کدام از آنها فرآیند ترمودینامیکی رخ می­دهد. نحوه کار چیلر به این ترتیب است که ماده مبرد را در فشار و دمای متفاوت به فازهای مختلف ماده می­رساند تا در عوض آبی را خنک کرده و به خارج از دستگاه چیلر پمپاژ کند. در واقع کار اصلی چیلرها بر محور تغییر فاز یا حالت فیزیک ماده خنک کننده یا مبرد می­چرخد. در این بین اساس کار چیلرهای آب خنک بر متراکم سازی بخار یا گاز است.

مرحله اول در عملکرد چیلر:

نقطه شروع این چرخه جایی است که آبی که در فرآیند تولیدی قرار داشته، داخل اواپراتور می­شود تا به چرخه چیلر ورود پیدا کند.

در این قسمت چرخه، ابتدا حرارتی که مبرد به خود گرفته در قالب تغییر فاز مایع به گاز خود را نشان می­دهد. با جذب گرمای آب توسط مبرد، محیطی که با این قسمت در تماس است افت دما پیدا می­کند بنابراین آب با دمایی پایین‌تر از این نقطه خارج می­شود. این آب به فن کویل ها وارد شده و به فضاهای مد نظر هوای سرد را وارد می­کند.

در واقع اواپراتور جایی است که علاوه بر چرخه کنونی، در چرخه دیگری نیز شرکت داده می­شود و آن چرخه بین اواپراتور و خروجی آب به سمت وسایل سرمایشی است. در حقیقت آب گرم به اواپراتور چیلر وارد شده و بعد به صورت سرد شده از آن خارج می­شود تا به سرتاسر ساختمان با محل مورد نظر پمپ شود.

مرحله دوم:

سپس مبرد گازی که در مرحله قبل از حالت مایع به فاز گازی رسیده بود، وارد کمپرسور می­شود. در کمپرسور گاز متراکم می­شود و افزایش دما و فشار پیدا می­کند تا بتواند با فشار بالا وارد مرحله بعدی شود. این افزایش فشار و دما در حین خروج از کمپرسور به این دلیل اهمیت دارد که مبرد نیاز دارد درون بخش کندانسور از خود گرما آزاد کند، بنابراین باید گرمای آزاد شونده کافی را با خود به داخل کندانسور ببرد.

یکی از وظایف کلیدی دیگر کمپرسور این است که مبرد را در زمان مناسبی از اواپراتور به داخل خود بکشاند تا فشار درون اواپراتور به حدی باقی بماند که باز هم بتواند گرمای را به خود جذب کند.

مرحله سوم:

مرحله سوم درون کندانسور اتفاق می­افتد. گاز با دمای بالا به کندانسور وارد می­شود. در کندانسور، مبرد گازی به مایع با فشار بالا تبدیل می­شود که حالت اشباع شده دارد. این فرآیند فشار ثابت است.

از طرفی دیگر، از آنجایی که کندانسور در یک چرخه دیگر میان برج خنک کننده نیز حضور دارد، پس از افزایش دما برای آب، آب به برج خنک کننده وارد می­شود. چرا که برج خنک کننده در چیلرهای آب خنک وظیفه اصلی سرد کردن آب مصرفی را دارند و کندانسور از این آب به عنوان ماده محرک خود استفاده می­کند.

این قسمت جایی است که گرمای ناخواسته آب از بین می­رود و دمای آب دوباره به دمای پایین مطلوب رسانده می­شود. فرآیند گرما دهی که پیش از این گفتیم در کندانسور اتفاق می­افتد تا مبرد گازی از خود گرما آزاد کند، منبع گرمایی است که اکنون در مورد آن صحبت می­شود و لازم است توسط برج خنک کننده برطرف شود. به این شکل که آبی که از کندانسور به سمت برج خنک کننده چیلر آمده در تماس با جریان هوا قرار می­گیرد و حرارت خود را به هوا منتقل می­کند، سپس دوباره راهی کندانسور می­شود.

مرحله چهارم و آخر:

شیر انبساط آخرین مرحله‌ای است که مبرد از آن گذر می­کند. این شیر همانطور که از اسمش برمی­آید مبرد را دچار انبساط و کاهش فشار می­کند. این فرآیندهایی که روی مبرد در شیر انبساط انجام می­شود باعث می‌شود مبرد به حالت ترکیبی از مایع و گاز برسد. در نهایت همین ترکیب دوباره وارد اواپراتور می­شود تا چرخه همراه با آب گرمی که از مسیری دیگر دوباره وارد اواپراتور شده از سر گرفته شود.

مزایا و معایب چیلر آب خنک

یکی از مزایای چیلرهای آب خنک نسبت به چیلر هوا خنک این است که این چیلرها فضای کمتری را اشغال می‌کنند و می‌توانند در محیط‌های بسته نیز نصب شوند. همین مورد می­تواند هزینه نگهداری و تعمیر چیلر را تا حدودی کاهش داده و عمر مفید آن را بالا ببرد. مورد بعدی به عمر مفید بالاتر چیلر آب خنک باز می‌گردد. چیلرهای آب خنک نسبت به نوع دیگر چیلرها به پایداری و عمر مفید بالای خود معروف هستند.

یکی از دلایلی که باعث می­شود گفته شود چیلرهای آب خنک نسبت به نوع دیگر چیلر  عملکرد بهتر و بازده بالاتری دارند، دمای حباب تر آنهاست. از آنجایی که دمای حباب تر همیشه از حباب خشک پایین­تر است، اختلاف بالایی بین میزان فعالیتی که چیلر آب خنک در دما و فشاری مشخص انجام می­دهد و فعالیتی که چیلر هوا خنک در همان دما و فشار انجام می­دهد وجود دارد؛ بنابراین ماده مبرد با اختلاف فشار و دمایی فاحش مشغول به فعالیت است و این به چیلر عملکرد مفیدتری می­دهد. البته نباید فراموش کرد که عملکرد مثبت چیلر به معیارهای دیگری نیز باز می­گردد.

از منظر به صرف بودن استفاده از چیلرهای آب خنک، اگر از هزینه‌های مربوط به تأمین آب و هزینه‌های نصب اولیه چیلرهای آب خنک چشم پوشی کنیم، این چیلرها به صرفه‌تر به نظر می­آیند، در غیر این صورت اگر هزینه‌های اولیه برای مصرف کننده مهم است و برای آنها محدودیت دارد بهتر است از چیلرهای هوا خنک استفاده کند.

از عیوب اصلی چیلرهای آب خنک نیز می­توان نیاز به مقدار بالای آب را نام برد. همچنین که با وجود نگهداری چیلرهای آب خنک در محیط­های بسته، باز هم این چیلرها قطعات مختلف و متعددی را درون خود جای داده­‌اند که مجموعاً هزینه نگهداری چیلر را بالا می­برند.

کاربردها و محدودیت‌ها

همانطور که پیش­تر اشاره شد از چیلرهای آب خنک برای مصارف خانگی و غیر خانگی استفاده می­شود. چیلرهای آب خنک در سازه‌ها و ساختمان‌های بزرگ و متوسط، مانند بیمارستان‌ها، فرودگاه‌ها، کارخانه‌های تولیدی، کارگاه‌های صنعتی، مراکز خرید و حتی ساختمان‌های مسکونی یافت می­شوند، اما همه اینها به شرطی است که مقدر آب کافی برای تأمین نیاز چیلر آب خنک وجود داشته باشد. در نهایت می­توان نتیجه گرفت چیلرهای آب خنک برای تأسیساتی با وسعت بالا یا متوسط مناسب هستند که دسترسی کافی به آب دارند و با مشکل کم آبی مواجه نیستند. همچنین که استفاده از این چیلرها در شهرهای مرطوب توصیه نمی­شود.

در واقع یکی از محدودیت‌های مربوط به استفاده از چیلرهای آب خنک، استفاده مقدار آب بسیار بالای آنهاست. به این ترتیب چیلر آب خنک برای مناطقی که با کمبود آب دست و پنجه نرم می­کنند مناسب نیست و نمی­تواند جوابگو باشد. همچنین که تأمین آب آن هم هزینه مربوط به خود را دارد.