چیلر (chiller) در واقع یک دستگاه خنک کننده است که از طریق گردش ماده ی مبرد ، در بین قطعات آن و تقطیر و تبخیر این مبرد ، کار خود را انجام می دهد.
از چیلر به همراه تجهیزات تهویه مطبوع (فن کویل ، هواساز و …) ، برای خنک کردن فضای ساختمان ها استفاده می شود. معمولا نصب و استفاده از چیلر برای ساختمان هایی با مساحت بیشتر و یا با چند واحد ، به صرفه تر و کاراتر از سیستم های دیگر است. به همین دلیل است که این سیستم تهویه مطبوع در آپارتمان های مسکونی و اداری ، مجتمع های تجاری و فرهنگی و ساختمان هایی از این دست ، استفاده گسترده ای دارد.
البته از چیلر برای خنک کاری تجهیزات نیز بهره می برند. در این مورد ممکن است دمای آب خروجی از چیلر حتی به زیر صفر هم برسد.
در بعضی موارد ، گرمای حاصل از کار کردن چیلر ، به عنوان محصول جانبی ارزشمند ، در فرایندهای دیگر به کار می رود.
نحوه کار چیلرها به شکلی است که آب سرد شده در چیلر از طریق لوله کشی به داخل ساختمان و به فن کویل ها و یا به هواساز منتقل می شود.
فن کویل از طریق عبور هوا از شبکه لوله های مسی (کویل) ، هوا را خنک می کند. هواساز نیز سیستمی مشابه فن کویل ، اما به صورت مرکزی دارد.
بیشتر بخوانید : فن کویل ، راهنمای خرید فن کویل
باید به این نکته توجه کرد که لوله هایی که آب سرد را به فن کویل یا هواساز منتقل می کند ، باید کاملا عایق باشند در غیر این صورت کارایی سیستم تهویه مطبوع بسیار کاهش می یابد و عملا استفاده از چیلر بی فایده است.
آب سرد چیلر در یک مدار بسته در جریان است و این آب راهی برای خروج یا تبخیر ندارد و فقط در همین مدار گردش دارد.
در کاربردهای صنعتی از آب سرد برای خنک کردن تجهیزات در حال کار ، استفاده می شود.
خوبی استفاده از سیستم فن کویل این است که با تمام شدن فصل گرما و خاموش شدن چیلر ، می توان ورود یک منبع گرما به این سیستم ، گرمای مورد نیاز برای فصل سرما را تامین نمود.
انواع چیلر :
چیلرها را به دو دسته جذبی و تراکمی تقسیم می کنند. البته بر اساس دیدگاهی دیگر ، چیلرها را بسته به چکونگی خنک شدن ماده مبرد ، در سه گروه آب خنک ، هوا خنک و تبخیری قرار می دهند.
در چیلرهای تراکمی از انرژی الکتریکی و در نوع جذبی از حرارت برای ایجاد سرما استفاده می شود.
چیلر تراکمی:
همانطور که گفته شد ، در این نوع از چیلر ، از انرژی الکتریکی برای خنک کردن مبرد استفاده می شود.
قطعات چیلر تراکمی:
کمپرسور:
وظیفه فشردن و متراکم کردن گاز مبرد را دارد. گاز پس از فشرده شدن به کندانسور می رود.
انواع کمپرسور چیلر تراکمی :
- کمپرسور رفتوبرگشتی
- کمپرسور روتاری
- کمپرسور اسکرو
- کمپرسور اسکرال
- کمپرسور سانتریفیوژ
بیشتر بخوانید: کمپرسور چیلر و انواع آن
لوله رانش: گاز خروجی از کمپرسور از طریق لوله رانش به کندانسور می رود.
کندانسور :
کندانسور وظیفه خنک کردن گاز متراکم را دارد. در کندانسور مبرد ، تبدیل به مایع می شود.
کندانسور لوله و پوسته (shell and tube) :
همانطور که شکل مشخص است، این کندانسور از یک سری لوله با قطر کم در یک محفظه قرار دارند ، ساخته می شود. در لوله های داخلی ، آب خنک جریان دارد و در استوانه بیرونی ، گاز مبرد است. آب ، گرمای گاز را گرفته و گاز تحت فشار تبدیل به مایع می شود. آب ورودی به کندانسور باید همیشه خنک باشد ، برای خنک نگه داشتن آن ، آب پس از خروج از کندانسور به برج خنک کننده می رود و پس از سرد شدن دوباره به کندانسور بر می گردد. عیب بزرگ برج خنک کننده این است که مصرف آب بسیار زیادی دارد.
چیلرهایی که از این نوع کندانسور استفاده می کنند ، به چیلر آب خنک معروف هستند.
کندانسور هوا خنک:
با توجه به کمبود آب و قیمت بالای آن ، در اکثر موارد امکان استفاده از کندانسور آبی وجود ندارد. در عوض در کندانسور هوا خنک با استفاده از فن ، گرما مستقیما به هوا منتقل می شود. کندانسور هوایی خود در دو نوع کویل لوله و فین (Fin & Tube Coil) و کندانسور میکروکانال (Micro Channel) طراحی می شوند.
در مدل کویل لوله و فین ، مبرد در لوله های مسی در جریان است و یک یا چند فن ، هوا را از بین آن ها عبور می دهد. عبور هوا باعث خنک شدن و میعان ماده مبرد می شود. از آنجایی که ضریب انتقال حرارتی هوا پایین است ، لوله های مسی به تنهایی نمی توانند گرمای کافی را دفع کنند. برای این کار از پره های آلومینیومی در کنار لوله ها استفاده می کنند.
کندانسور میکروکانال ، گران تر ، حساس تر و دارای کارایی بیشتری است. بخار داغ به جای عبور از لوله های مسی ، در کانال های بسیار نازک آلومینیومی عبور می کند. فین ها نیز به طور فشرده در بین کانال ها قرار دارند. این نوع کندانسور چیلر ، کارایی بالاتری نسبت به کویل فین و تیوب دارد. سبک تر و کم حجم تر نیز است. البته فشردگی ساختار آن باعث ایجاد یک اشکال می شود. در مناطقی که گرد و غبار زیادی در هوا وجود دارد ، به راحتی این فواصل مسدود می شود.
شیر سرویس کندانسور : در زمان سرویس و تعمیر و یا زمانی که قرار است دستگاه به مدت طولانی خاموش باشد از این شیر برای جلوگیری از خروج مبرد از کندانسور استفاده می شود.
شیر تغذیه : زمان شارژ گاز چیلر ، مبرد از این شیر به دستگاه تزریق می شود.
درایر تبریدی : رطوبت می تواند باعث آسیب به قطعات چیلر شود. درایر با قرار گرفتن در برابر خروجی کمپرسور ، رطوبت هوا را فیلتر می دهد.
شیر برقی: ترموستات به وسیله ارسال جریان الکتریکی به شیر برقی ، مسیر ماده مبرد را باز می کند.
سایت گلاس (sight glass) : از طریق آن می توان میزان تغذیه ماده مبرد و وجود رطوبت بیش از حد در دستگاه را تشخیص داد.
شیر انبساط : میزان ماده مبرد ورودی به اواپراتور را تنظیم می کند. شیر انبساط با استفاده از دمای گاز خروجی از اواپراتور میزان ورودی آن را مشخص می کند. وقتی دمای گاز خروجی بالا باشد به این معنی است که نیاز به ماده مبرد بیشتری در اواپراتور برای خنک کاری آب است ، پس مبرد بیشتری به آن وارد می شود. برعکس با کم شدن دمای گاز خروجی ، میزان ورودی به اواپراتور کم می شود.
اواپراتور :
ماده مبرد که در اثر تراکم و کاهش دما به مایع تبدیل شده ، وارد اواپراتور می شود. در اواپراتور از لوله های مسی عبور می کند و با گرفتن گرما دوباره به گاز تبدیل می شود. آب خنک شده بر اثر این تبخیر را برای خنک کردن محیط به دستگاه هایی مثل فن کویل و هواساز می فرستند.
1-اواپراتور لوله و پوسته (shell and tube):
ارزان ترین و در عین حال پرکاربردترین نوع اواپراتور است. ساختار این اواپراتور به شکلی که لوله های مسی در داخل و یک مخزن آن ها را احاطه کرده است. ماده مبرد در این لوله ها در حرکت است. در اطراف این لوله ها ، آبی که قرار است به فن کویل ها و هواساز برود قرار دارد. اواپراتور لوله و پوسته ساختاری بسیار محکم در برابر فشار و حرارت دارد.
2- اواپراتور صفحه ای یا پلیتی (plate heat exchanger) :
اواپراتور صفحه ای قیمت بیشتری نسبت به نوع قبلی دارد و به تازگی وارد بازار ایران شده است. این دسته ، در برابر فشارهای بالا چندان مقاوم نیست. در برخی از چیلرها و مینی چیلرها از آن استفاده می شود ولی چندان گسترده نیست.
اواپراتور پلیتی از تعدادی صفحه از جنس استیل ضد زنگ تشکیل شده است که یکی در میان به هم راه دارند. در یک سری از این صفحات (مثلا صفحات فرد) ماده مبرد جریان دارد و در سری دیگر ، آب در جریان است. این دو ماده در مسیری مخالف با هم ، حرکت می کنند و حرارت از آب به ماده مبرد منتقل می شود.
از ویژگی های مثبت اواپراتور صفحه ای ، حجم کم و فشرده بودن آن است.
لوله مکش:
گاز خروجی از اواپراتور از طریق آن دوباره به کمپروسور مکش می شود. اندازه لوله ساکشن (Suction) باید به گونه در نظر گرفته شود که چه در زمان اوج بار و چه در زمانی که دستگاه با ظرفیت پایین کار می کند ، مبرد و روغن را به میزان و فشار استاندارد از رایزرهای اواپراتور به کمپرسور بازگرداند.
تابلو اندازه گیری و کنترل :
که میزان روغن ، دمای آب خروجی و مانند آن را با استفاده از این تابلو تنظیم می کنیم.
چیلر تراکمی چگونه کار می کند؟
در این روش ابتدا گاز(مانند R134a) وارد کمپرسور می شود. در کمپرسور ، فشار گاز افزایش یافته و متراکم گردد.
گاز متراکم به کندانسور رانده می شود. در این مرحله ، گاز در حالی که همچنان تحت فشار و متراکم است ، با دادن گرما به آب یا هوای محیط تبدیل به مایع می شود.
فشار این مایع با عبور از شیر انبساط ، به صورت آنی کاهش می یابد. در ادامه مایع به اواپراتور منتقل می شود.
اینجا جایی است که ماده مبرد ، کار خنک کردن را انجام می دهد. زمانی فشار از روی مایع برداشته می شود ، دوباره به گاز تبدیل می شود. با انجام عمل تبخیر ، گرمای نهان مبرد افزایش می یابد و این گرما را محیط اطراف می گیرد و باعث خنک شدن محیط خنک کننده می گردد.
گاز دوباره به کمپرسور برمی گردد و این سیکل مدام تکرار می شود.
این سرما توسط یک مایع (معمولا آب) به دستگاه هایی مانند فن کویل فرستاده می شود.
چیلر تراکمی هواخنک ، متداول ترین نوع چیلر برای تهویه مطبوع در ساختمان های مسکونی ، تجاری ، اداری و صنعتی و همچنین خنک سازی پروسه های تولید است.
دلیل به کار بردن واژه چیلر تراکمی هوا خنک این است که برای خنک سازی کندانسور ، هوای محیط را از بین کویل عبور داده و گرمای کندانسور به هوا منتقل می شود.
تفاوت چیلر تراکمی هواخنک و آب خنک ، در نحوه خنک شدن کندانسور آن است. در روش آب خنک ، همانطور که از نامش پیداست ، با استفاده از آب که در برج خنک کننده دمای آن کاهش می یابد ، گاز مبرد ، خنک می شود.
روش اندازه گیری مصرف برق
همیشه قبل از خرید چیلر از تولید کننده بخواهید با توجه به شرایط پروژه و اقلیم آب و هوایی منطقه ، کاربری و طراحی دستگاه ، توان الکتریکی ورودی دستگاه را در اختیار شما قرار دهد. این راه مطمئن ترین روش برای محاسبه هزینه های برق است.
برای برآورد توان الکتریکی چیلر باید مجموع توان مصرفی قطعات برقی را محاسبه نمود که عبارت اند از کمپرسور (به عنوان مهم ترین مصرف کننده) ، موتور فن ها (در چیلر هوا خنک موتور فن های کندانسور و در چیلر آب خنک فن برج خنک کننده) و پمپ اواپراتور.
مصرف برق چیلر تراکمی آب خنک
مجموع توان الکتریکی کمپرسورها + توان الکتروموتور پمپ آب سرد + توان موتور الکتریکی برج خنک کننده + توان الکتریکی موتور فن برج = مصرف برق چیلر تراکمی آب خنک
مصرف برق چیلر تراکمی هوا خنک
مجموع توان الکتریکی کمپرسورها + توان الکتروموتور پمپ آب سرد + توان الکتریکی موتورهای فن = مصرف برق چیلر تراکمی هوا خنک
یک راه حل عملی و سریع این است که با توجه به اطلاعات کاتالوگ محاسبه را انجام دهیم. در کاتالوگ ها این مقدار با عنوان Power Input ، Input Power و یا Power Consumption و بر اساس KW نشان می دهند.
چیلر جذبی:
نوع دیگر چیلرها ، به چیلر جذبی معروف هستند. چیلر جذبی فاقد کمپرسور است.
در چیلر جذبی از آب مقطر به عنوان ماده مبرد استفاده می شود. آب مقطر داخل چیلر ، حرارت آب چیلد ( آبی که به فن کویل ، گرما ساز و … می رود ) را جذب می کند.
معمولا وقتی دمای مبرد چیلر جذبی به 4 یا 5 درجه سانتی گراد برسد. دمای آب چیلد در حدود 6 تا 7 درجه خواهد بود.
نکته مهم در چیلرهای جذبی ، خلا است. اگر سیکل تبرید جذبی ، در شرایط خلا صورت نپذیرد (در اواپراتور و ابزوربر) ، هیچ اثر خنک کننده ای ندارد.
اساس کار چیلر جذبی چیست؟
در چیلر جذبی از لیتیوم بروماید برای جذب گرمای آب استفاده می شود.
لیتیوم از خانواده فلزهای قلیایی و بروماید یک هالوژن است. ترکیب آن ها ، نمکی می شود به نام لیتیوم بروماید. همانطور که می دانید نمک ها جاذب رطوبت هستند. لیتیوم بروماید نیز یک نمک با جذب بسیار بالای رطوبت است.
اساس کار چیلر جذبی به این صورت است که دمای لیتیوم بروماید در چیلر توسط ، توسط آبی که در برج خنک کننده سرد شده است ، کاهش می یابد. نمک ها زمانی که دمای آن ها کم می شود ، علاقه بیشتری به جذب رطوبت دارند. سپس این ماده در مجاورت ، مبرد قرار می گیرد و شروع به جذب بخار آب می کند. بر اثر این پدیده ، دمای آب کاهش می باید.
محلول نمک و آب ، پس از این مرحله و در مخزنی دیگر ، حرارت داده می شود تا آب تبخیر شده و از لیتیوم بروماید جدا شود.
حال دوباره لیتیوم بروماید مراحل بالا را طی می کند تا آب مبرد به دمای مطلوب برسد. از این آب برای خنک کردن آب چیلد استفاده می شود.
چیلر جذبی چگونه کار می کند؟
حالا که با اساس کار چیلر جذبی آشنا شدیم ، ببینیم این سیکل در چیلر چگونه شکل می گیرد.
محلول آب و لیتیوم بروماید(سولوشن) در ژنراتور حرارت می بیند و بر اثر حرارت ، آب بخار می شود. به این مرحله تغلیظ و به ژنراتور ، واحد تغلیظ نیز گفته می شود.
بخار حاصله به کندانسور که بالاتر از ژنراتور است می رود و در کندانسور دوباره تبدیل به مایع می شود.
سولوشن داغ وارد مبدل حرارتی شده و تبادل گرما انجام می گردد تا سولوشن ولرم شود. سپس به ابزوربر(محفظه جاذب) می رود. در محفظه ی جاذب ، سولوشن روی لوله هایی که ناقل آب از برج خنک کننده است ، پاشیده می شود. آبی که از برج خنک کننده می آید ، باعث سرد شدن لیتیوم بروماید می شود. وقتی لیتیوم بروماید سرد شد ، علاقه زیادی به جذب رطوبت دارد.
مایع مبرد ، در اواپراتور روی لوله های چیلد واتر پاشیده می شود ، پس از گم شدن شروع به تبخیر می کند.
این اتفاقات در محیط خلا انجام می شود و تحت فشار بسیار پایین ، در دمای 5 درجه به جوش می آید و بخار می شود.
حال این بخار وارد محفظه ی جاذب شده و جذب لیتیوم بروماید می گردد.
وقتی بخار آب را از آن بگیریم ، به سرعت دمای آن کاهش می یابد. وقتی لیتیوم بروماید ، بخار آب مقطر داخل اواپراتور را جذب می کند ، دمای آن دوباره پایین می آید.
در این شرایط دمای آبی که وارد ساختمان می شود ، حدود 7 درجه خواهد بود.
در این مرحله ، لیتیوم بروماید برای تغلیظ دوباره به ژنراتور می رود.
مسئله ای که در این مراحل جا ماند این است که آب داخل اواپراتور که مدام در حال تبخیر است ، چگونه جایگزین می شود؟ در ژنراتور وقتی با گرما ، آب بخار می شود ، به کندانسور می رود. در کندانسور با استفاده از آبی که از خنک کننده می آید ، بخار ، تقطیر می شود و دوباره به اواپراتور بر می گردد.
قطعات چیلر جذبی :
کندانسور(تقطیر کننده):
کندانسور وظیفه تقطیر بخار آبی که بر اثر عملیات خنک سازی چیلد واتر ( آبی که به فن کویل ، هواساز و … می رود ) را دارد. کندانسور برای این کار از برج خنک کننده کمک می گیرد. آب خنک از برج خنک کننده به کندانسور می آید و فضای آن را خنک می کند.
ژنراتور(مولد):
در ژنراتور ، محلول لیتیوم بروماید و آب حرارت داده می شود. آب بخار می شود و محلول غلیظ می شود.
افزایش دمای ژنراتور به وسیله آب گرم ، آب داغ ، بخار آب و یا حرارت مستقیم تامین می شود.
اواپراتور(تبخیر کننده):
در اواپراتور لوله های نازک چیلد واتر ، از میان مایع مبرد (معمولا آب مقطر) عبور می کند و پس از خنک شدن به فن کویل و هواساز می رود. فشار در اواپراتور بسیار پایین (تقریبا شرایط خلا) است.
محفظه جاذب و ابزوربر:
محفظه جاذب در یک پوسته مشترک با اواپراتور قرار دارد. لیتیوم بروماید خنک شده ، در این محفظه قرار دارد و با جذب بخار آب موجود در اواپراتور ، دمای آن را کاهش می دهد. به همین دلیل است که به این نوع چیلر، چیلر جذبی می گویند.
تفاوت چیلر جذبی و چیلر تراکمی:
حالا که دو نوع چیلرهای رایج را بررسی کردیم ، می توانیم به طور دقیق تر به مقایسه آنها بپردازیم.
علاوه بر مطالعه متن ، حتما به پادکست هم توجه کنید ، چون مطالب متفاوتی در آن بیان شده است.
نظر ساختار و اجزای داخلی:
اگر یک بار دیگر به ساختار دو نوع جذبی و تراکمی نگاه کنیم ، اجزای مشترکی مانند اواپراتور ، شیر انبساط و کندانسور را می بینید. در هر دو ، چرخه تبرید از اواپراتور شروع می شود و به شیر انبساط ختم می شود.
در چیلرهای تراکمی از کمپرسور استفاده می شود در حالی که در چیلرهای جذبی ، چندین واحد با همکاری هم ، وظیفه کمپرسور را انجام می دهند.
* از آن جایی که اساس کار چیلر تراکمی ، فشرده کردن مبرد است ، از کمپرسور استفاده می کند. مبرد پس از آن در فشار ثابت به کندانسور ، جهت کاهش دما و میعان منتقل می شود.
* در چیلرهای جذبی ، مجموعه جاذب، مبدل حرارتی، پمپ و ژنراتور با هم ، مبرد (آب) را خنک می کنند.
مقایسه چیلرهای تراکمی و جذبی بر اساس کاربرد
این که کدام چیلر برای ساختمان شما بهتر است ، به عوامل مختلفی بستگی دارد. ویژگی های آب و هوا ، انرژی در دسترس ، سوخت های فسیلی ، برق و … ) ، نیازهای تاسیسات و فضایی که در اختیار دارید. از معیارهای دیگری که بسیار موثر هستند ، میزان بودجه ، تحمل ساختمان است.
چیلرهای جذبی به دلیل استفاده از قطعات بیشتر فضای بزرگتری چه از نظر مساحت زیر چیلر و ارتفاع ، برای نصب نیاز دارند. از طرفی وزن چیلر جذبی نیز به دلیل این که از آب در سیستم تبرید آن استفاده شده ، بیشتر است. این چیلرهای به نگهداری بیشتری و دقیق تری نیز نیاز دارند.
چیلرهای جذبی فقط به صورت مرکزی قابل نصب هستند ، در صورتی که چیلر تراکمی می تواند در هر دو صورت مرکزی و مینی چیلر استفاده شود.
کدام چیلر کم مصرف تر است؟
از آنجا که چیلر تراکمی ، برای تمام مراحل از انرژی الکتریکی استفاده می کند ، مصرف برق آن بالاتر است. در عوض چیلر جذبی ، از انرژی های فسیلی در چرخه تبرید خود استفاده می کند. با توجه به قیمت بالا و شرایط تهیه سخت آن ، چیلر تراکمی در مجموع از نظر مصرف انرژی به صرفه تر است. مگر این که شما به یک منبع انرژی در حال اتلاف دسترسی داشته باشید.
در هنگام خرید چیلر باید به چه نکاتی توجه کنیم؟
چیلر دستگاهی با طول عمر طولانی و قیمت بالاست ، بنابراین هنگام انتخاب و خرید این دستگاه باید دقت و توجه زیادی داشته باشیم. دو نکته مهم را باید با وسواس و موشکافانه بررسی کنیم :
اول این که آیا خود دستگاه مناسب ساختمان و پروژه ما هست یا خیر؟
۱- نوع کمپرسورها قطعا تاثیر اساسی بر کارایی ، طول عمر ، قیمت و مصرف برق دستگاه دارد. تحقیق کنید هر کدام از انواع کمپرسورها برای چه ظرفیت و همچنین چه نوع پروژه هایی مناسب است. هزینه ، قدرت و کارایی ، سرویس ، نگهداری و تعمیر هر کدام دارای شرایط خاص خود است. توصیه می کنیم مقاله کمپرسور چیلر را با دقت مطالعه نمایید.
۲- تعداد مدار نیز از جمله تاثیرگذارترین عوامل است. این مشخصه را اصلا دست کم نگیرید. می توان گفت چیلر با یک مدار و چیلر چند مداره با ظرفیت های یکسان تقریبا در تمام معیارها دارای تفاوت هستند. پس قبل از تصمیم گیری تمام جوانب انتخاب هرکدام را در نظر بگیرید.
۳- تابلو برق چیلر معمولا مبهم ترین قسمت دستگاه برای اکثر خریداران است. از فروشندگان یک توضیح شفاف و دقیق در مورد آن بخواهید و البته تحقیقات گسترده تری نیز داشته باشید.
۴- علاوه بر نوع ، تعداد کمپرسورها نیز می تواند دستگاه را کاملا متحول کند. این ویژگی بر کارایی ، مصرف برق ، خدمات نگهداری و تعمیر تاثیر گذار است. به عنوان مثال اگر یکی دچار مشکل شد ، دستگاه می تواند با بهره گیری بیشتر از باقی کمپرسورها به کار خود ادامه دهد تا قطعه خراب تعمیر یا تعویض شود.
۵- قطعات دیگری غیر از چهار مورد اصلی را مورد بررسی قرار دهید. چه قطعات دیگری و با چه کیفیتی برای افزایش کارایی و بهبود شرایط دستگاه در آن به کار رفته است.
مورد دو در مورد قدرت برند و پشتوانه آن است.
در بازار برندهای متعددی وجود دارد. مخصوصا در بازار ایران که هر یک نام جدید متولد می شود. در این شرایط حتما به سابقه ، رزومه و مجوزهای تولید کننده توجه کنید. چیلر دستگاهی است که به سرویس و نگهداری هر ساله نیاز دارد ، بنابراین قبل انتخاب ، حتما به خدمات پس از فروش تولید کننده و اعتبار و حقیقی بودن آن توجه کنید.
برای دریافت مشاوره و خرید چیلر با متخصصین آریانوین پارسه تماس بگیرید |
| 03132242937 |
