نگاهی به چیلر تراکمی هوا ابزار تبریز
چیلر در لغت به معنی سرد کن می ¬باشد که با چیلر، دمای یک سیال خنک شونده که عمدتا آب است را به مقدار مورد نظر پایین می¬ آورد.

چیلر چیست؟

چیلر در لغت به معنی سرد کن می ­باشد که با چیلر، دمای یک سیال خنک شونده که عمدتا آب است را به مقدار مورد نظر پایین می­ آورد. به زبان ساده چیلر دستگاهی است که آب سرد تولید می کند. به کمک این آب سرد می توان از طریق فن کویل ها و یا هواسازها، فضای داخلی هر ساختمانی را خنک کرد و یا از آن در ماشین آلات صنعتی و انواع فرایندهای تولید که به خنک کاری نیاز دارند، استفاده نمود.برای استفاده در سرمایش هوا نیازمند تجهیزاتی مانند فن کویل یا هواساز و ... هستیم.

 

چیلر تراکمی چیست؟

مصرف انرژی چیلر تراکمی جهت ایجاد برودت به صورت الکتریکی می­باشد، که با توجه به کار کمپرسور این انرژی را مصرف می­کند. چیلر تراکمی )Vapor Compression Chiller( دارای تنوع زیادی از نظر ساختار، نوع کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و کاربری و رنج دمای عملکرد می‌باشد اما در چیلر تراکمی همانند تمام سیکل تبرید دارای ۴ قطعه اصلی کمپرسور- کندانسور- شیر -انبساط و اواپراتور می­باشد .

                  

                                                                                     

سیکل تبرید تراکمی

در سیکل تبرید ابتدا  کمپرسور گاز مبرد در سیکل حرکت داده و فشار گاز را افزایش داده لذا گاز مبرد در کندانسور در دمایی که در دسترس است شروع به تقطیر و به مایع تبدیل می­شود. و این مایع فشار بالا به شیر انبساط می­رسد. شیر انبساط افت فشار شدید در مسیر مایع ایجاد کرده و لذا در اثر این کاهش فشار باعث کاهش دما نیز می­شود در اثر این کاهش فشار مقداری از مبرد تبخیر شده و مخلوط گاز و مایع مبرد وارد اواپراتور می­ شود و در اواپراتور سیال خنک شونده که معمولا آب است با انتقال گرمای خود به مبرد مایع، باعث تبخیر مایع مبرد در فشار ثابت می­گردد. آب چیلر نیز چون گرمای زیادی از دست داده است جهت تهویه کویل های فن کویل و هواسازها به چرخش در می ­آید. و مبرد تبخیر شده دوباره وارد کمپرسور شده و سیکل تبرید چیلر را طی می­کند.  انرژی مصرفی این چیلر ها برق است و در انواع جدید آن می توان چیلر را با پروتکل های ارتباطی به سیستم مدیریت هوشمند ساختمان متصل کرد.

در چیلر تراکمی اساس ایجاد تبرید، تبخیر در اواپراتور می­باشد. در چیلر متناسب با دمای مورد نیاز که معمولا ۲ درجه سانتی گراد می­باشد، تبخیر مبرد انجام می­گردد و فشار ساکشن چیلر براساس این دما نوع مبرد تعیین می گردد. به عنوان مثال در چیلری که مبرد R-22 کار می­کند فشار متناظر با تبخیر چیلر حدود ۶۵-۷۰ Psi می­باشد.

انوع چیلر تراکمی

چیلر های تراکمی را می توان بر اساس نوع کمپرسور یا نوع کندانسور طبقه بندی نمود. دسته بندی محبوب در کشور ایران طبقه بندی بر اساس نوع کندانسور است که چیلر ها را به آب خنک و هوا خنک تقسیم می کند.که در ادامه ای این مقاله به بررسی چیلر براساس کندانسور میپردازیم. البته می توان این چیلر ها را بر اساس نوع کمپرسور هم تقسیم بندی کرد. کمپرسور اسکرو، کمپرسور اسکرال، کمپرسور سانتریفیوژ یک مرحله ای، کمپرسور سانتریفیوژ دو مرحله ای، کمپرسور پیستونی

اجزای چیلر تراکمی

سیستم های برودتی دارای اجزا ریز و درشت بسیار می باشند که در ادامه به معرفی اجزای اصلی آن و بررسی انواع آن پرداخته می شود.

کمپرسور COMPERESSOR

کمپرسور چیلر قلب اصلی و اولین جزو از اجزای چیلر تراکمی می­ باشد که وظیفه گردش مبرد در سیکل برعهده آن می ­باشد. کمپرسور  را برحسب نیاز در اندازه­ های مختلفی می­سازند. حجم گازی که در کمپرسور چیلر باید متراکم شود بستگی به میزان جابه­ جایی کمپرسور توان موتور الکتریکی کمپرسور تعیین وابعاد آن مشخص می گردد. وظیفه کمپرسور ایجاد جریان مبرد، اختلاف فشار بین قسمت فشار بالا و فشار پایین را ایجاد می­کند. که در اثر همین اختلاف فشار بین سمت فشار قوی و فشار ضعیف باعث ورود مایع از طریق اکسپنشن ولوبه اواپراتور چیلر می­ باشد.

کمپرسور چیلر از نظر ساختار به چهار دسته زیر تقسیم می­شوند.

  • رفت برگشتی Reciprocating

  • کمپرسور چرخشی Screw

  • کمپرسور دوار و گریزاز مرکز centrifugal

  • اسکرال scroll

                                                                         

کندانسور

یکی از تجهیزات اصلی چیلر می­باشد که بعد از کمپرسور نصب می­شود و مبرد دی سوپرهیت وارد کندانسور وارد آن می­شود و به حالات مایع سابکول خارج می­شود. در کندانسور مبرد در فشار ثابت تقطیر می­گردد چیلر به دو دسته با کندانسور آبی و هوایی تقسیم می­شوند

اواپراتور

بعد از معرفی کمپرسور و کندانسور چیلر دیگر جز اصلی چیلر اواپراتور است. Evaporator  به معنای تبخیر کننده که در دستگاه برودتی با تبخیر مبرد گرمای آب را می­ گیرد و باعث خنک شدن آب چیلر می­گردد. که به سه دسته shell&tube  brazed plated  و flooded تقسیم بندی می­شود. طبق استاندارد ARI590  دمای آب ورود  به اواپراتور ˚F54 و خروج از آن˚F44  می­ باشد و به ازای هر تن تبرید 2.4 GPM  دبی آب چیلر در نظر گرفته می­شود. در دستگاه های با ظرفیت های بالا و ظرفیت متوسط از اواپراتورهای پوسته لوله استفاده می­گردد. در این اواپراتورهای پوسته لوله  مبرد در لوله های مسی و آب چیلر در پوسته جریان دارد .

لوله مسی در چیلر تراکمی

علی رغم  قیمت لوله مسی که طی سالیان اخیر در حال افزایش بوده است، اقبال و استفاده از آن در چیلر های مختلف نیز رو به افزایش است. مس به دلیل انتقال حرارت بالا، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام نسبتا قابل قبول گزینه ی مناسبی برای استفاده در چیلر های مختلف است. رسانایی گرمایی مس در مقایسه با آلومینیوم یا استیل در حدود ۸ برابر است، تولید و شکل دهی لوله ی مس به مراتب ساده تر است و همچنین اتصال و جوشکاری لوله مسی به صورت گسترده در کشور ها و صنایع مختلف در حال انجام است. لوله های مسی مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند و این عامل در هزینه های تعمیرات و نگهداری دستگاهها بسیار تعیین کننده است، انتظار می رود در حدود بیست تا سی سال عمر مفید برای لوله های مسی  تخمین زد.

 

شیر انبساط EXPANTION VALVE

آخرین جزء اصلی از اجزای سیستم چیلر تراکمی، شیر انبساط می­ باشد  وظیفه اول این شیر افت فشار که به تبع آن افت دما می­شود و باعث می­ شود سیستم برودتی در دمای مورد نیاز از اواپراتور دمای آب را بگیرد وظیفه دوم تنظیم مقدار مبرد عبوری از اوپراتور براساس مقدار سوپرهیت(به اختلاف دمای گاز نهایی و دمای تبخیر سیال را سوپرهیت می­گویند) گاز خروجی از اواپراتور می­ باشد. در صورتی سوپرهیت کمتر از 3˚C برسد احتمال برگشت مبرد به صورت مایع به کمپرسور را دارد و باعث آسیب به کمپرسور می­شود. و در صورتی این مقدار بیشتر از10˚C  برسد باعث داغ شدن سیم­پیچ و احتمال سوختن آن می­شود.بنابراین تنظیم سوپرهیت یکی از مهمترین عوامل موثر در عمر چیلر می ­باشد.

کاربرد چیلرهای تراکمی

چیلرهای تراکمی به لحاظ کاربرد، در دو دسته تهویه مطبوع و برودت صنعتی تعریف می­ شوند:

 

کاربرد چیلرهای تراکمی در مصارف تهویه مطبوع

در سیستم ­های تهویه مطبوع، آب سرد تولیدی چیلر از طریق گردش درون مبدل­ های حرارتی هوایی (کویل) مانند فن­ کویل، کویل هواساز و ایرکولر، جریان هوای خنک مورد نیاز جهت سرمایش فضاهای مسکونی، اداری، تجاری و را فراهم می­ کند. سپس بعد از انتقال انرژی (دریافت گرما)، جریان آب به چیلر بازگشته و مجدداً تا دمای استاندارد تهویه سرد می ­شود. طی فرایند سرمایش هوا در مبدل حرارتی، گرمای محسوس و نهان محیط (فضای تهویه ­شده)، هردو به هوای سرد خروجی مبدل، منتقل می­ شوند. به همین علت در مقایسه با سیستم های سرمایش تبخیری (کولر آبی، ایرواشر و زنت) هوای مطبوع و مناسب­ تری حاصل می­ گردد.

کاربرد چیلرهای تراکمی در مصارف برودت صنعتی

آب سرد تولیدی چیلر، جهت خنک­ کاری مکانیزم ­ها و ماشین ­آلات خطوط تولید، در گستره وسیعی از صنایع مختلف استفاده می ­شود. نمونه­ ای از این صنایع عبارتند از: پلاستیک، تزریق و ریخته­ گری، فلزکاری، جوشکاری، ماشین ­ابزار، پتروشیمی، داروسازی، بهداشت و درمان، تولید و نگهداری مواد غذایی ، صنایع کاغذ سازی و سیمان، و

چیلرهای صنعتی بسته به میزان حساسیت و اهمیت ثبات در فرایند تولید کارخانه و همچنین با توجه به الزامات خنک­ کاری، می­ توانند به صورت مرکزی و یا غیر مرکزی، جهت تولید آب سرد مورد استفاده قرار میگیرند.

چیلرهای تراکمی را می توان بر مبنای دو معیار مختلف دسته بندی نمود:

·                     نوع کمپرسور بکار رفته در چیلر تراکمی

·                     نوع کندانسور بکار رفته در چیلر تراکمی

       

 

                                                           

انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کمپرسور

با توجه به میزان ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه، نوع مبرد مصرفی، کاربری پروژه و عوامل دیگر، کمپرسور مناسب برای چیلر تراکمی انتخاب می شود که انواع آن عبارتند از:

 

اسکرال (Scroll)

 کمپرسورهای اسکرال، معمولاً در چیلرهایی با ظرفیت های پایین وعمدتاً در پروژه های تهویه مطبوع به کار گرفته می شوند. این کمپرسورها شامل دو مارپیچ حلزونی (اسکرال) جهت افزایش فشار گاز مبرد می باشند. چنانکه اغلب یکی از آن ها ثابت بوده و دیگری بدون گردش، دایره وار می چرخد. به طوری که پس از مکش گاز مبرد به درون مارپیچ ثابت، بواسطه چرخش مارپیچ دوار، گاز بین دو مارپیچ متراکم شده، سرانجام از فضای میانی مارپیچ ثابت، تحت فشار خارج می گردد.

                                                                                        

                                                                              

پیستونی (Reciprocating)

کمپرسورهای پیستونی، به طور معمول در ظرفیت های میانی کاربرد دارند. ضمن آنکه علاوه بر تهویه مطبوع، در برودت صنعتی نیز استفاده می شوند. این کمپرسورها از قطعات متحرک متعددی از جمله میل لنگ، شاتون، پیستون، سوپاپ و تشکیل شده اند. به طوری که گاز مبرد از مسیر مانیفولد ورودی، همزمان با باز شدن سوپاپ مکش و پایین رفتن پیستون، به داخل سیلندر کشیده می شود. سپس با برگشتن پیستون به بالای سیلندر، گاز تحت فشار قرار گرفته و تؤامان با باز شدن سوپاپ تخلیه، خارج می گردد.

                                                                   

 

اسکرو (Screw)

کمپرسورهای اسکرو، غالباً در ظرفیت های بالا و برای مصارف تهویه مطبوع و نیز برودت صنعتی به کار گرفته می شوند. این کمپرسورها از دو مارپیچ دوار نر و ماده (اسکرو) برای ایجاد تراکم در گاز مبرد بهره می گیرند. به گونه ای که همزمان با چرخش مارپیچ ها، گاز ورودی در فضای بین دو مارپیچ محبوس شده و همراه با آنها می چرخد. سپس بعد از افزایش فشار در خروجی مارپیچ ها تخلیه می گردد.

                                                                      

 

سانتریفیوژ (Centrifugal)

کمپرسورهای سانتریفیوژ (گریز از مرکز)، به علت حجم جابجایی (Displacement) زیادی که دارند، معمولاً در ظرفیت های خیلی بالایی (هریک 300 تا 1800 کیلو وات) برای پروژه های بزرگ تهویه مطبوع و البته در برودت صنعتی نیز انتخاب می شوند. این کمپرسورها از طریق افزایش انرژی جنبشی گاز، فشار آن را بالا می برند. چنانکه گاز مبرد، پس از ورود به محفظه کمپرسور، به کمک پره های دوار و توسط نیروی گریز از مرکز، با حرکتی دایره ای سرعت گرفته و به سمت دیفیوزر پرتاپ می شود. در نهایت سرعت گاز با عبور از دیفیوزر به علت افزایش سطح مقطع جریان، کاهش یافته و به این ترتیب انرژی جنبشی گاز با کم شدن سرعت، به فشار تبدیل می گردد.

                                                                    

 

کمپرسور در چیلرهای تراکمی یکی از مهم ترین شاخص های دسته بندی آن ها بوده و گران ترین اِلمان چیلر به حساب می آید؛ به همین دلیل انتخاب درست آن، اهمیت زیادی از نگاه کارفرمایان و تولید کنندگان دارد.

 

انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کندانسور

بسته به پارامترهای متعددی از جمله: میزان ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه، هزینه­ های مصرف انرژی و سرویس و نگهداری دستگاه و چگونگی فرایند دفع حرارت در کندانسور پیش ­بینی می­ گردد که انواع آن عبارتند از:

چیلر با کندانسور آبی

این چیلرها دارای کندانسور پوسته لوله ای بوده و مبرد به وسیله آب خنک می­شود و آب کندانسور چیلر پس از گرم شدن به برج خنک کننده رفته و در برج به وسیله تبخیر از روی سطوح برخورد با جریان هوا خنک شده  دوباره به وسیله پمپ به کنداسور چیلر بر می­گردد.


                                                              

کندانسور آبی چیلر

این کندانسور یک مبدل پوسته و لوله (shell & tube ) که در آن آب خنک کننده در لوله و مبرد خروجی کمپرسور با ورود به پوسته کندانسور و برخورد به لوله های مسی که داخل آن آب برج خنک کننده جریان دارد باعث انتقال حرارت و تقطیر مبرد انجام می­گیرد. در این کندانسورها برای افزایش سطح حرارتی، به لوله­ها فین زده می­شود. طبق استاندار ARI590 دمای آب ورودی به کندانسور 85˚F و خروجی از آن 95˚F به ازای هر تن تبرید ظرفیت چیلر ،  3 GPM می­باشد.انتخاب چیلر آبی منوط به انتخاب برج خنک کننده است که برج خنک کننده باید  با توجه به دمای WET BULB انتخاب گردید شود و در شرایطی اختلاف این دما، با دمای 85˚F کمتر از 3˚F  باشد نمی­توان از این چیلر آبی  استفاده کرد و حتما باید از چیلر با کندانسور هوایی استفاده کرد

                                                                               

چیلر هواخنک

به چیلری گفته می­شود که مبرد داخل کندانسور آن به وسیله هوا خنک می­شود که به وسیله فن های آکسیال با عبور جریان هوا از روی کویل کندانسور که با توجه به موقعیت کویل به صورت زوج زوج کنار یک دیگر قرار گرفته اند چیلر هوا خنک نامیده می­شوند. چیلرهای هوایی محدودیت چیلر آبی را ندارند و فقط اختلاف دمای DRY BULB   با دمای تقطیر معیار اصلی تعیین آن است. هرچه این اختلاف بزرگتر باشد می­توان از چیلر با کندانسور کوچکتری استفاده کرد.

کندانسور هوایی

مبدلی است که در آن گاز داغ خروجی کمپرسور چیلر وارد آن می­شود و به وسیله عبور هوا از روی آن باعث تقطیر مبرد می­گردد در اینجا جهت بالا بردن ضریب انتقال حرارت از فین که بصورت صفحات از جنس آلومینیوم یا مس است از آن استفاده می­گردد. که معمولا در مناطق مرطوب و دارای خوردگی و محیط اسیدی از فین مسی استفاده می­کنیم.

چیلر با کندانسور هوایی دارای دو روش نصب است یکی به صورت نصب یکپارچه یا به صورت دو پارچه می­باشد مثلا وقتی چیلر در داخل موتورخانه نصب گردد ، برای نصب کندانسور در فضای بیرون باید با استفاده از لوله­کشی مسی، چیلر به کندانسور اتصال یابد.

                      

                                                                      

 

هزینۀ سرویس و نگهداریِ و طول عمر چیلرهای تراکمی

هزینه های سرویس و نگهداریِ چیلرهای تراکمی آب خنک بعلت وجود برج خنک کننده و تجهیزات جانبی آن، به مراتب در مقایسه با چیلرهای هوا خنک بالاتر است. خصوصاً که با توجه به آلوده بودن آب و هوای اغلب شهرهای ایران، برج های خنک کننده بعد از مدتی مستهلک می شوند و برخی از قطعات آنها مثل نازل ها و پکینگ ها نیاز به تعویض پیدا می کنند.  طول عمر مفید چیلرها به پارامترهای متعددی از جمله: کیفیت طراحی و تولید دستگاه، برند قطعات و تجهیزات بکاررفته در ساخت، نحوه بهره برداری، کیفیت سرویس و نگهداری، کاربری دستگاه وعوامل دیگر بستگی داشته و اساساً نمی توان آمار دقیقی از طول عمر مفید یک دستگاه چیلر ارائه نمود

در چیلر آبی باید برج­ خنک کننده و سیستم لوله کشی برج  و پمپ­ها را در نظر گرفت بنابراین در هزینه موتورخانه گران تر می­شود و تعمیر چیلر و نگهداری موتورخانه باعث گران تر شدن آن می­شود. همچنین اسید شویی سالیانه چیلر با توجه به سختی آب و مصرف آب برای برج خنک کن چیلر نیز در نظر گرفته شود. اما چیلر با کندانسور آبی دارای مصرف کمتر برق و راندمان بالاتر نسبت به چیلرهوایی می­باشد. چون ضریب انتقال حرارت هوا کمتر از آب می­باشد بنابراین در چیلر با کندانسور هوایی برای جبران آن باید حجم کندانسور هوایی نسبت به کندانسور آبی بزرگ تر می­باشد که این عامل گزاف تر شدن قیمت اولیه چیلر هوا خنک می­باشد.

نتیجه گیری:

همانطور که ملاحظه کردید، پارامترهای متعددی در مقایسۀ کارکرد چیلرهای تراکمیِ هوا خنک و آب خنک مؤثر هستند و عملکرد آنها را می توان از زوایای متفاوتی مورد بررسی قرار داد. از طرفی باید توجه داشت که شرایط خاص پروژه می تواند در نتیجه گیریِ ما تأثیر گذار باشد. اما آنچه که در سال های اخیر با وجود مصرف برق کمتر چیلرهای آب خنک رایج شده است، استفاده از چیلرهای هوا خنک حتی در ظرفیت های سنگین می باشد. چراکه مسئلۀ کمبود آب در ایران و البته سایر نقاط دنیا به موضوع نگران کننده ای تبدیل شده است. بعلاوه امکان بهره برداری بسیار آسان تر از چیلرهای هوا خنک، کارفرمایان زیادی را به استفاده از این چیلرها ترغیب کرده است. 

بررسی بوستر هوا ابزار تبریز
بوستر کمپرسور همانگونه که از نام آن مشخص است به معنی افزایش دهنده فشار می باشد