چیلر: چیلر تراکمی در واقع قلب سیستم تأمین آب سرد مورد نیاز سیستم های تهویه مطبوع و تبرید صنعتی با تأمین دمای 7 تا 12 درجه سلسیوس می باشد، که عملکرد آنها بر اساس سیکل تبرید تراکمی است.
چیلر تراکمی آبی در صنعت تأسیسات، آب سرد مورد نیاز کویل سرمایش فن کویل ها و هواسازها را تأمین می نماید. در یک مقایسه کلی بین چیلرهای آبی و هوایی می توان گفت، راندمان چیلرهای آبی همواره بیشتر از راندمان چیلرهای هوایی می باشد، اما امتیاز چیلرهای هوایی نسبت به چیلرهای آبی بی نیاز بودن چیلرهای هوایی به آب و نتیجتاً عدم ایجاد رسوب در مدار خنک کننده و افزایش طول عمر سیستم تأسیسات تهویه مطبوع می‌باشد. ضمناً چیلرهای هوایی در مواقع قطع آب، می توانند به کار خود ادامه دهند.
چگونگی سیکل تبرید در چیلر تراکمی آبی:
عملکرد چیلر تراکمی بر مبنای سیکل تبرید تراکمی است و تجهیزات اصلی این سیکل عبارتند از اواپراتور ، کمپرسور ، کندانسور و شیر انبساط (Expansion valve).
در چیلر تراکمی آبی ابتدا گاز مبرد توسط کمپرسور متراکم و وارد پوسته (shell) کندانسور می گردد و در آنجا حرارت خود را به آب برج خنک کننده که درون کویل کندانسور جریان دارد منتقل می نماید و به مایع مبرد تبدیل می گردد ، سپس فشار و سرعت مایع مبرد با عبور از شیر انبساط (Expansion Valve) کاهش یافته و بلافاصله وارد کویل اواپراتور گردیده و در نتیجه این کاهش فشار در اواپراتور عمل تبخیر مایع مبرد که عملی گرماگیر است ، صورت می پذیرد .
در نتیجه گرما گیر بودن تبخیر مایع مبرد به گاز درون کویل اواپراتور است که دمای آب داخل پوسته اواپراتور که همان آب جاری در سیستم تهویه مطبوع است تا اندازه دلخواه کاهش یافته و کاملا خنک گردیده و سپس توسط پمپ های سیرکولاتور وارد چرخه کویل آب سرد فن کویل ها و هواساز ها می گردد.از طرف دیگر گاز مبرد ناشی از تبخیر در اواپراتور بوسیله کمپرسور مکش گردیده و این سیکل تبرید ادامه می یابد .
کندانسور و اواپراتور چیلر تراکمی در واقع مبدل های حرارتی هستند که می توانند به انتخاب مشتری و کارفرما از نوع مبدل های حرارتی پوسته و لوله (shell & tube ) و یا مبدل های حرارتی صفحه ای انتخاب گردند .
با وجود مزایایی که مبدل های حرارتی صفحه ای دارند (مانند سرعت و سطوح تبادل حرارتی بالا ، حجم کم و قیمت مناسب تر ) اما بدلیل حساسیت هایی که در طول بهره برداری از مبدل های حرارتی صفحه ای در موضوع رسوب گرفتن در سطوح تبادل حرارت وجود دارد، معمولا چیلرهای آبی با کندانسور و اواپراتور shell & tube سفارش داده می شوند .
اخیرا در چیلر هایی که به چیلرهای فلودد (Flooded Chillers) موسوم است بمنظور ایجاد امکان کنترل دقیق و هوشمند دبی سیال عامل توسط کنترل سطح مایع مبرد و همچنین جهت جلوگیری از ایجاد رسوب در جداره داخلی کویل کندانسور، گاز مبرد درون لوله های مبدل حرارتی پوسته و لوله و آب برج داخل پوسته کندانسور جریان می یابد .همچنین در اواپراتور چیلرهای فلودد نیز آب جاری سیستم تهویه مطبوع درون لوله های کویل اواپراتور و گاز مبرد داخل پوسته اواپراتور جریان می یابد .
در هنگام انتخاب چیلر های تراکمی به اختلاف ظرفیت نامی (Nominal) و ظرفیت واقعی (Actual) چیلر خصوصا با توجه به دمای طرح خارج تابستان در منطقه بهره برداری از چیلر دقت نموده و همچنین توجه داشته باشیدکه از جمله عوامل تعیین کننده درعملکرد ظرفیت واقعی چیلرتراکمی می توان به موضوع مهم کافی بودن سطوح تبادل حرارتی کندانسور و اواپراتور چیلر در ظرفیت اعلام شده چیلر مورد نظر ( طول، قطر و تعداد تیوب های مورد استفاده درکندانسور و اواپراتور) در چیلرهای تراکمی اشاره نمود .
کندانسور در چیلرهای تراکمی :
در كندانسورهاي هوايي از هوا به عنوان عامل خنک کننده و تقطير مبرد و در كندانسورهاي آبي از آب به عنوان عامل خنک کننده و تقطير مبرد استفاده مي‌شود. در كندانسورهاي تبخيري ، هم هوا و هم آب مورد استفاده قرار مي‌گيرد. گرچه در كندانسورهاي تبخيري ، دماي هواي عبوري مقداري افزايش مي‌يابد اما تقطير مبرد عمدتاً از تبخير آب پاشيده شده بر روي كندانسور ناشي مي‌شود و وظيفه هوا افزايش شدت تبخير با رفع بخار آب حاصل تبخير مي‌باشد. که در چیلر تراکمی آبی عمدتاً از نوع دوم استفاده می شود. کندانسور با توجه به مدل، طراحی و ظرفیت چیلر می تواند از نوع آبی یا هوایی باشد. کندانسور آبی در چیلر معمولاً از نوع پوسته-لوله ای (Shell & Tube) و یا صفحه ای (Plate) می باشد و جهت تبادل حرارتی آب با مبرد و تأمین آب سرد، نیاز به برج خنک کننده می باشد که جهت انجام این تبادل حرارت باید در مدار سیستم تبرید قرار گیرد.
اواپراتور در چیلرهای تراکمی:
اواپراتور در سیستم های تبرید نوعی مبدل است که گرما را از آب به گاز مبرد منتقل می کند. کارکرد آنها در چیلرهای تراکمی به این صورت است که با عبور گاز سرد از شیر انبساط، گرمای آب درون اواپراتور را جذب می نماید و این آب سرد شده در اواپراتور چیلر تراکمی برای تامین سرمایش ساختمان وارد کویل آب خنک فن کویل ها یا هواسازهای پروژه می شود. اواپراتورها از نظر ساختمان به 3 دسته تقسيم مي‌شوند:
اواپراتور پوسته و لوله‌اي: معمولاً از لوله‌هاي فولادي و مسي ساخته مي‌شوند. از اين نوع كويل براي سرد كردن مايعات استفاده مي‌شود.
اواپراتور پره‌دار: در اواپراتور پره‌دار که از انواع اواپراتورهای پوسته لوله ای میباشند ، به منظور افزايش سطح خارجي و در نتيجه بهبود راندمان سرد كردن هوا ، پره‌هايي (فين) به عنوان سطح ثانويه جذب حرارت بر روي لوله‌ها قرار گرفته‌اند (افزايش انتقال حرارت از لوله به هوا) ضمناً به منظور جلوگیری از اتلافات حرارتی، می توان بدنه اواپراتور را عایق کرد.
اواپراتور صفحه‌ای: از دو صفحه فلزي كه بر روي آنها شيارهايی براي عبور مبرد ايجاد گردیده، ساخته شده‌است.
بررسی مزایا و معایب چیلر های آبی
امروزه از چیلر های آبی برای خنک سازی ساختمان های اداری، تجاری و حتی مسکونی نیز استفاده می شود. به علاوه که می توان از آن ها برای خنک سازی دستگاه های صنعتی و محیط های کارگاهی نیز استفاده کرد. دلیل این استقبال گسترده از این دستگاهها، ظرفیت سرمایش آنهاست. ظرفیت سرمایشی این چیلرها نسبت به چیلرهای جذبی و هواخنک بیشتر است. این در صورتی است که برای راه اندازی این چیلرها نیاز به آب فراوانی خواهد بود. که تأمین این آب در مکان های گرمسیری کار مشکلی است.
مسئلۀ دیگر هزینه های جاری طراحی چیلرهای تراکمی است. طبیعتاً راه اندازی چیلر های آب خنک نسبت به چیلرهای هواخنک هزینۀ بیشتری را در پی خواهد داشت. زیرا لازم است در کنار این دستگاهها از یک برج خنک کننده نیز استفاده کرد. اما اگر به دنبال چیلری با ظرفیت سرمایشی بالا هستید، استفاده از چیلر های آب خنک مقرون به صرفه تر بوده و کارایی بهتری دارد.
برج خنک کننده
نکتۀ بعدی به تفاوت مکان نصب چیلرهای آب خنک و چیلرهای هواخنک بر می گردد. چیلرهای هواخنک را باید حتماً در جریان هوای آزاد و معمولاً روی پشت بام خانه ها نصب کرد. موضوعی که در درجۀ اول روی زیبایی ساختمان اثر می گذارد. این در حالی است که چیلرهای آبی را می توان در بخش موتورخانه یا تأسیسات نصب نمود. مکانی که هم دسترسی به آن ساده تر است و هم از نظر زیبایی تأثیر مثبتی روی نمای بیرونی ساختمان دارد.
اطلاعات فنی در مدار چیلرهای تراکمی آبی :
دمای کارکرد چیلر در سیستم های تهویه مطبوع عبارتست از دمای آب چیلد خروجی از اواپراتور چیلر که نباید از دمای 7 درجه سلسیوس پائین تر باشد .
ضمنا دمای آب برگشتی به اواپراتور در زمان اوج بار سیستم باید حدوداً 5 درجه گرمتر از دمای آب خروجی از اواپراتور باشد (همچنین توجه به این نکته بسیار حائز اهمیت است که معمولاً دمای تنظیمی ترموستات آنتی فریز 4 درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود.)
در کلیه چیلر های تراکمی ترموستات روی قسمت آب ورودی به اواپراتور نصب می گردد در حالی که در چیلر های جذبی به دلیل زمان تاخیر عملکرد سیستم ، معمولاً این ترموستات در بخش آب خروجی از اواپراتور نصب می شود.
عملکرد ترموستات چند مرحله ای اواپراتور چیلر:
استفاده از ترموستات 3 یا 4 مرحله ای بر اساس نوع چیلر ، تعداد کمپرسورها ، تعداد مدارهای چیلر و یا حتی سیستم Unloader که روی قسمت آب خروجی از اواپراتور نصب می گردد می تواند با توجه به دماهای تنظیمی روی ترموستات تدریجی ، عملکرد سیستم چیلر را کنترل نماید.
نصب سیستم Unloader در کمپرسور چیلر تراکمی آبی می تواند هنگام کاهش بار برودتی ، موجب کاهش مصرف برق گردد. کنترل ظرفیت یا همان مکانیزم بی‌بار کننده (Unloader)، به منظور کاهش بار در حین راه‌اندازی و کنترل ظرفیت در حین کاربری به صورت کاملاً متناسب با میزان تبرید مورد نیاز استفاده می‌شود که این امر سبب بالا رفتن عمر دستگاه و راندمان آن نسبت به سایر سیستم‌ها شده و هزینه انرژی، تعمیر و نگهداری را کاهش چشمگیری می‌دهد. بی‌بار کردن کمپرسور متناسب با کاهش بار سیستم نه تنها سبب کاهش توان ورودی به کمپرسور می‌گردد، بلکه تنش‌های وارده به موتور و کمپرسور را که در اثر تعداد دفعات روشن و خاموش شدن به وجود می‌آید، نیز کاهش می‌دهد.
نصب فلوسوئيچ درمسيرآب خروجي از کندانسور چيلر تراکمی آبی به برج خنک کننده بمنظور خاموش شدن اتوماتيک چیلر تراکمی درزمان قطع عملکرد پمپ های آب برج ضروري است.برای عملکرد صحیح و ایمن چیلرهای آبی وجود جریان آب در کندانسور و اواپراتور این چیلر ها ضروری است ، بنابراین برای جلوگیری از هرگونه مخاطره ای که در اثر عدم وجود جریان آب در کندانسور و یا اواپراتور چیلر ممکن است ایجاد شود باید فلوسوئیچ ها را در مدار آب خروجی از کندانسور و اواپراتور قرار دهیم تا در صورت عدم وجود جریان آب در این مسیر از روشن شدن پمپ های آب برج خنک کننده و کمپرسورها ی چیلر جلوگیری نماید.
در سیستم های تهویه مطبوع، معمولا دمای آب ورودی به برج خنک کننده (از کندانسور چیلر تراکمی آبی) حدود 33 تا 35 درجه سلسیوس و دمای آب خروجی از برج خنک کننده به کندانسور چیلرهای تراکمی آبی (آب cooling) باید حدود 28 تا 30 درجه سلسیوس باشد به عبارت دیگر اختلاف درجه حرارت آب ورودی و خروجی برج خنک کننده در سیستم های تهویه مطبوع حدود 4 تا 6 درجه سلسیوس خواهد بود.
انواع کمپرسور در چیلرهای تراکمی:
کمپرسور در واقع قلب هر چیلر تراکمی بوده و انتخاب نوع، برند و ظرفیت آن در نحوه عملکرد و کارکرد چیلر تراکمی بسیار موثر است. انواع کمپرسورهای مورد استفاده در چیلر تراکمی عمدتاً شامل، کمپرسورهای اسکرال (حلزونی) ، اسکرو (مارپیچی) و رفت و برگشتی (سیلندر پیستونی)، چرخشی و سانتریفیوژ می باشند که هر کدام دارای مزایا و محاسن مخصوص به خود بوده و توجه به تعداد ، ظرفیت ، نوع و برند کمپرسور چیلر که از اصلی ترین قطعات چیلر ها می باشند الزامی است .
مکانیزم فشرده سازی گاز مبرد در كمپرسورهايي كه در چيلر هاي تراكمي بكار برده مي‌شوند، متفاوت است. این كمپرسورها همانطور که در بالا ذکر گردید به پنج گروه زیر تقسيم مي‌گردند:
كمپرسورهاي رفت و برگشتي يا پيستوني (Reciprocating)
كمپرسورهاي پيچي (Screw)
كمپرسورهاي حلزوني (Scroll)
كمپرسورهاي چرخشي (Rotary)
كمپرسورهاي سانتريفيوژ
اصول كاركرد چهار كمپرسور اول (جابجايي مثبت) با كمپرسورهاي سانتريفیوژ (ديناميكي) تفاوت قابل ملاحظه‌اي دارند. در كمپرسورهاي جابجايي مثبت، حجم معيني از گاز توسط پيستون، مارپيچ، حلزون و يا چرخش دائماً كم مي‌شود. و با كاهش حجم گاز، فشار بخار افزايش می یابد. در حالي كه در كمپرسورهاي سانتريفيوژ، گاز به دليل شتاب گرفتن توسط پروانه دوار متراكم شده و با كاهش سرعت در يك ديفيوزر، فشار افزايش مي‌يابد. كمپرسورهاي سانتريفيوژ در ظرفيت‌هاي بسيار بالا كاربرد دارند.
مزیت چیلرهای تراکمی آبی نسبت به چیلر هوایی:
چیلرهای تراکمی آبی با وجود تبخیر مقداری آب در برج خنک کننده آن ها، نسبت به چیلر های هوایی دارای مزایایی مانند بالاتر بودن راندمان (COP)، امکان کنترل دقیق تر روی دمای آب خروجی کندانسور چیلر آبی، هزینه خرید اولیه کمتر (تا حدود 50% درصد)، مصرف برق کمتر، امکان خدمات و سرویس بهتر و بیشتر توسط سرویس کاران و … می باشند.
