چیلر به عنوان یک پمپ حرارتی وظیفه تامین آب سرد به منظور سرمایش و تهویه مطبوع ساختمان های اداری، تجاری یا اداری را دارد. امروزه سیستم های مدرن تهویه مطبوع، سبب افزایش سطح رفاه و آسایش ساکنان در فضاهای بسته شده اند. در این مقاله قصد داریم شما را با اجزا، کارکرد و تفاوت چیلر تراکمی و جذبی آشنا کنیم تا در زمان خرید این دستگاه، انتخاب مناسب تری داشته باشید. چیلرها معمولا در کنار سایر تجهیزات تهویه نظیر فن کویل و دستگاه هواساز بکار گرفته می شوند. در پروژه های صنعتی نیز جهت خنک کاری ماشین آلات و فرایندهای تولید هم از چیلر استفاده می شود و آب سرد خروجی از آن، قابلیت استفاده در مراحل مختلف صنایع تولیدی را دارد.
پمپ حرارتی به ماشینی گفته می شود که انرژی گرمایی را از یک محیط جذب و به محیط دیگر منتقل می کند. چیلر نیز به همین دلیل به پمپ حرارتی معروف شده است. چیلر بر اساس قوانین علم مهندسی مکانیک ساخته می شود اما سیستم های کنترلی آن توسط سنسورها و مدارات فرمان برقی و الکترونیکی طراحی می شود. لذا شرکت های تولید کننده دستگاه چیلر در تیم طراحی خود، ترکیبی از مهندسان برق، الکترونیک و مکانیک را دارا هستند.
انواع چیلر
چیلرها بر اساس عوامل مختلفی دسته بندی می شوند اما مهعم ترین فاکتور دسته بندی این ماشین نوع سیکل کاری و عملکردی آن است. بر این اساس چیلر ها به دو دسته تقسیم شده اند:
- چیلرهای تراکمی
- چیلرهای جذبی
شکل زیر نمای کلی از انواع چیلرها را نشان می دهد:
به طور کلی چیلرها در موارد زیر کاربردهای وسیعی دارند:
- مجتمع های مسکونی
- مراکز خرید و پاساژها
- بیمارستان ها و مراکز درمانی
- هتل و اقامتگاه
- سالن های همایش و آمفی تئاتر
- اماکن مذهبی و مساجد
- خطوط تولید و کارخانه ها
- کارگاه های صنعتی
- مراکز آموزشی و تفریحی
چیلر تراکمی
چیلر تراکمی دستگاهی است که مهم ترین جزء آن، کمپرسور است. به همین دلیل بسیاری از مهندسان مکانیک و سیستم های برودتی، کمپرسور را قلب چیلر تراکمی می دانند و گران قیمت ترین بخش از مولفه های چیلر تراکمی را شامل می شود. شرکت های تولیدد کننده کمپرسور محصولات متنوعی را برای سیستم های تهویه مطبوع در نظر گرفته اند.چیلر تراکمی دارای چهار جزء بسیار مهم هستند:
- کمپرسور (متراکم کننده)
- کندانسور (تقطیر کننده)
- اواپراتور (تبخیر کننده)
- شیر انبساط (اکسپنشن ولو)
سیکل تبرید تراکمی بخار
به منظور آشنایی با نحوه عملکرد چیلر، بهتر است سیکل ترمودینامیکی آن را بررسی کنیم. ماده سرمازا موجود در سیکل کاری سیستم های برودتی با نام " گاز کولر" شناخته می شوند اما بهتر است آن را مبرد بنامیم. چون مبرد یا ماده سرمازا نه مایع است و نه گاز، بلکه بین این دو حالت در مدار کاری چیلرها تغییر فاز می دهد.
سیکل تبرید تراکمی بدین صورت است که ماده سرمازا از شیر انبساط عبور می کند و به دلیل افت فشار، دچار کاهش دما می شود. پس از این مرحله، ماده سرمازا با دمای پایین و د حالت دو فازی (ترکیبی از مایع و گاز) وارد تبخیر کننده یا اواپراتور می شود. چون دمای ماده مبرد پایین است، سبب خنک شده سطح لوله های اواپراتور و جذب گرمای محیط می شود. اگر ما بتوانیم به وسیله یک فن، هوای محیط را از روی لوله های اوپراتور عبور دهیم، سبب کاهش دمای جریان هوا می شود. با جذب گرمای محیط، مبرد به بخار کامل تبدیل می شود، به همین دلیل اواپراتور را تبخیر کننده می نامیم.
پس از آنکه ماده مبرد به حالت گاز کلمل درآمد، وارد کمپرسور می شود. کمپرسور وظیفه متراکم سازی و افزایش انرژی به منظور به حرکت درآمدن مبرد در سیکل کاری را بر عهده دارد. به هیچ عنوان نباید مایع وارد کمپرسور شود چراکه سبب آسیب رساندن به آن می شود. پس از آنکه کمپرسور گاز مبرد را متراکم کرد، این گاز با فشار و دمای بالا وارد کندانسور می شود. در کندانسور با عبور جریان آب (در کندانسورهای آب خنک) و یا عبور جریان هوای محیط (در کندانسورهای هوا خنک) از روی لوله های کندانسور، دمای مبرد کاهش می یابد و از حالت گازی شکل به مایع تبدیل می شود و مجدداً به سمت شیر انبساط حرکت می کند.
مراحل فوق به طور دائم در سیکل تبرید تراکمی تکرار می شود و چیلر تراکمی نام خود را از روی فرآیند متراکم سازی کمپرسور اقتباس کرده است. کمپرسور نیروی محرک خود را از یک الکتروموتور دریافت می کند و بدیهی است که الکتروموتور انرژی الکتریکی مصرف می کند. از همین رو چیلر تراکمی در کشورهای اروپایی به چیلر برقی (Electrical chiller) هم معروف است.
چیلرهای تراکمی بر اساس دو فاکتور مهم دسته بندی می شوند:
- نوع کمپرسور
- نوع کندانسور
چیلر تراکمی بر اساس نوع کندانسور به چیلر تراکمی آب خنک (چیلر آبی) و چیلر تراکمی هوا خنک (چیلر هوایی) تقسیم می شوند که در ادامه هر کدام را به طور کامل و جامع بررسی خواهیم نمود و مزایا و کاربردهای هر کدام را شرح خواهیم داد.
رایج ترین کمپرسورهای بکار فته در چیلر تراکمی عبارتند تز:
- کمپرسور اسکرو (Screw)
- کمپرسور اسکرال (Scroll)
- کمپرسور پیستونی یا رفت و برگشتی (Reciprocating)
- کمپرسور روتاری (Rotary)
- سانتریفیوژ (Centrifugal)
در میان کمپرسورهای فوق، بیشترین کاربرد را کمپرسورهای اسکرال و اسکرو دارند. معمولا برای چیلرهای با ظرفیت برودتی بالاتر از 100 تن تبرید واقعی از کمپرسورهای اسکرو استفاده می شود. کمپرسورهای اسکرال هم برای ظرفیت های پایین تر مناسب است. کمپرسورهای اسکرال به شدت کم صدا هستند و در زمان خراب شدن قابلیت تعمیر ندارند و باید تعویض شوند.
چیلر تراکمی هوا خنک
چیلر تراکمی هوا خنک که به اختصار آن را چیلر هوایی می نامند، نوعی چیلر تراکمی است که مجهز به کندانسور هوا خنک است. چنین چیلرهایی تنها با استفاده از جریان هوای محیط و دمیدن آن بر روی لوله های کندانسور از طریق فن ها، قابلیت تولید آب سرد دارد. امروزه چیلرهای هوا خنک بسیار در پروژه های تهویه مطبوع مورد توجه کارشناسان تاسیسات مکانیکی و مهندسان تهویه قرار گرفته اند و مزایای زیادی دارند که در زیر به برخی از محاسن چیلر هوایی اشاره می کنیم:
- عدم مصرف آب
- ضریب عملکرد بالا (COP)
- تعمیرات و نگهداری ساده
- قابلیت استفاده در شرایط آب و هوایی مختلف
اگر بخواهیم به معایب چیلر تراکمی هوا خنک اشاره کنیم، شاید دو موضوع در این دستگاه ها مورد چالش باشند:
- مصرف برق نسبتاً زیاد
- آلودگی صوتی ناشی از کارکرد کمپرسور و فن ها
در سال های اخیر با استفاده از عایق های کانوپی و استفاده از فن های کم صدا، تقریبا هر دو مشکل فوق تا حد بسیار مطلوبی حل شده است. در همین راستا امروزه در اکثر پروژه های تهویه مطبوع و حتی پروژه ای صنعتی و تولیدی از چیلر هوایی استفاده می شود مگر آنکه نکات خاصی در آن مطرح شود.
چیلر تراکمی آب خنک
چیلر تراکمی آب خنک که به چیلر آبی هم معروف است، نوعی از چیلر تراکمی است که مجهز به کندانسور آبی است. یعنی در بخش تقطیر کننده با استفاده از جریان آب در دمای محیط، فرآیند چگالش چیلر انجام می شود. به همین دلیل چیلر آب خنک مجهز به کولینگ تاور یا برج خنک کننده است. از آنجا که برج خنک کننده یک سیستم سرمایش تبخیری است، در نتیجه نمی توان از چیلر تراکمی آب خنک در مناطقی نظیر شمال یا جنوب ایران استفاده کرد و عملکرد و کارای ان به شدت کاهش می یابد.
همچنین چیلر آب خنک نسبت به چیلر هوایی دارای نگهداری و تعمیرات پیچیده تری است. از طرفی به دلیل اینکه آب دارای ظرفیت گرمایی بالاتری است، چیلرهای آب خنک در ظرفیت های برودتی بالاتری ساخته و تولید می شوند. به طور مثال در اکثر پروژه های زیر صفری نظیر سردخانه ها از چیلر آبی استفاده می شود. چیلر آبی از لحاظ وزن و ابعاد نسبت به چیلر هوایی کوچک تر است اما به دلیل آنکه باید به کولینگ تاور مجهز باشد در مجموع فضای بیشتری را اشغال می کند.
برای اینکه بدانیم برای پروژه مد نظر ما، کدام چیلر عملکرد بهتری دارد باید با مهندسان یا شرکت های با تجربه گفتگو کرده و مشاوره پیش از خرید انجام دهید. اگر چیلر متناسب با شرایط پروژه انتخاب نشود مشکلات عدیده فنی و مالی برای کارفرمایان در پی دارد و در صورتی که تخصص لازم را ندارید حتما با متخصصان حوزه تهویه مطبوع مشورت کنید
چیلر صنعتی
یکی از سوالات مهم در ذهن خریدران دستگاه چیلر این است که چیلر صنعتی با چیلر تهویه مطبوع چه تفاوتی دارد؟ در پاسخ این سوال به طور ساده بیان می کنیم که چیلری که در ،رآیندهای صنعتی و تولیدی استفاده می شود را در اصطلاح چیلر صنعتی می نامند و چیلری که به منظور تهویه جریان هوا در ساختمان های تجاری، اداری و مسکونی استفاده می شود را چیلر تهویه مطبوع می گویند. این چیلرها تفاوت چندانی ندارند و اجزای اصلی همه آن ها تقریبا مشابه هستند.
فقط در چیلرهای صنعتی بر اساس اینکه نوع فرآیند خنک کاری به چه صورت است ممکن است قعطعات با دوام تری انتخاب شود. به طور مثال چیلر صنعتی امکان دارد حتی در فصول سرد سال نظیر پاییز یا زمستان هم نیاز به کارکرد داشته باشد در صورتی که چیلرهای تهویه در این فصول که دمای هوا پایین است و ساکنین نیازی به سرمایش ندارند باید خاموش باشند. بدیهی است که شرایط کاری دائم چیلرهای صنعتی سبب به وجود آمدن شرایط خاص می شود که طراحان و تولید کنندگان این پارمترها را براساس نوع پروژه مد نظر قرار می دهند.
چیلر صنعتی در برخی صتایع بسیار رایج است:
- صنعت تزریق پلاستیک و پلیمر
- صنعت چاپ و بسته بندی
- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
- صنعت کاغذ
- صنعت سیمان
- صنایع الکترونیک
- صنایع غذایی
- صنایع دارویی و بهداشتی
- صنعت کاشی و سرامیک
- صنایع رنگ و پلیمر
مینی چیلر
چیلرهای کوچکی که معمولا ظرفیت برودتی آن ها کمتر از 10 تن تبرید است، به مینی چیلر موسوم هستند. هدف اصلی ساخت مینی چیلرها، سیستم سرمایشی واحدهای مسکونی است و قابلیت نصب در فضای تراس یا بالکن را دارد. آب مینی چیلرها از طریق لوله کشی به یونیت های داخلی واحدها ارسال می شود و فرآیند سرمایش با گردش جریان آب تحقق پیدا می کند. گرچه مینی چیلرها نظیر همان چیلرهای معمولی هم کاربردهای صنعتی دارند اما اغلب آن ها برای سرمایش واحدهای مسکونی استفاده می شود.
چیلر مرکزی بهتر است یا مینی چیلر؟
برای بسیاری از مشتریان این سوال مطرح می شود که برای یک مجتمع مسکونی بهتر است از مینی چیلر استفاده کنیم یا یک چیلر مرکزی؟ پاسخ این سوال بستگی به شرایط و پارامترهایی دارد اما به طور کلی چه از لحاظ مصرف برق و چه از لحاظ هزینه خرید دستگااه، پیشنهاد چیلر مرکزی منطقی تر است. در یک بررسی آماری که یک شرکت متخصص تهویه مطبوع انجام داده است مشخص شده است که چیلر مرکزی سبب کاهش هزینه های کلی ساختمان می شود و تعمیرات و نگهداری نیز ساده تر می شود.
چیلر جذبی
چیلرهای جذبی فرآیند کاری و عملکرد متفاوتی نسبت به چیلرهای تراکمی دارند. در سیستم های جذبی دیگر خبری از کمپرسور نیست و بجای آن از تجهیزات دیگری نظیر پمپ، ژنراتور و محفظه جاذب استفاده شده است. سیکل عملکردی چیلرهای جذبی ترکیبی از فرآیندهای ترمودینامیکی و شیمیایی است. چون در چیلر جذبی از کمپرسور استفاده نمی شود در نتیجه مصرف برق بالایی ندارد اما هر ماشینی برای راه اندازی و عملکرد به یک منبع انرژی نیاز دارد. منبع انؤزی چیلرهای جذبی، انرژی گرمایی است.
شاید عجیب باشد که برای تولید آب سرد و تامین سرمایش، به انرژی گرمایی نیاز باشد اما اگر نسبت به سیکل تبرید جذبی شناخت داشته باشید می توان آن را درک کرد. ماده مبرد در چیلر جذبی آب است و آب هم به وسیله پمپ در طول مدار چیلر جریان می یابد. ماده دیگر که سبب جذب جریان آب می شود، لیتیوم بروماید (نمک مایع) است و به همین دلیل آن را ماده جاذب می نامند.
چیلرهای جذبی انرژی گرمایی لازم را از طریق مشعل که گاز طبیعی یا گازوئیل مصرف می کنند به دست می آورند. احتمال دارد گرمای لازم از طریق سازوکار سیستم گرمایشی( آب گرم موتورخانه) تامین شود. در نتیجه این ماشین بجای مصزف انرژی الکتریکی، سوخت فسیلی مصرف می کند.
چیلرهای جذبی هم بر اساس نوع طراحی به سه دسته کلی تقسیم می شوند:
- چیلر جذبی تک اثره (Single effect)
- چیلر جذبی دو اثره (ِDouble effect)
- چیلر جذبی شعله مستقیم (Direct fired)
چیلر جذبی مشابه چیلرهای تراکمی آب خنک (چیلر آبی) باید به کولینگ تاور مجهز باشد و به همین دلیل در شهرهای شرجی شمال و جنوب ایران کارایی لازم را ندارد.
تفاوت چیلر جذبی و تراکمی
مقایسه چیلر جذبی و تراکمی و پاسخ به این سوال که کدام برای پروژه ما بهتر یا مناسب تر است؟ بحثی چالشی است که باید توسط متخصصی تهویه مطبوع انجام شود. اما بر اساس آمار تولید شرکت های داخلی و خارجی به سادگی می توان دریافت که کابرد چیلر تراکمی و به ویژه چیلر تراکمی هوا خنک، بسیار گسترده تر از چیلر جذبی است. معمولا چیلرهای تراکمی آبی برای ظرفیت های بالاتر از 600 تن تبرید و چیلرهای جذبی بالتر از 1000 تن تبرید واقعی توجیه اقتصادی دارد اما این یک فرمول مستحکم نیست و باید تمامی ابعاد یک پروژه جهت انتخاب بهترین سیستم بررسی شود.
به طور کلی در مقایسه چیلر جذبی و تراکمی می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- چیلر تراکمی راندمان و ضریب عملکرد بسیار بهتری دارند
- چیلرهای تراکمی مصرف برق بالایی دارند
- چیلرهای جذبی فضای بیشتری را اشغال می کنند
- چیلرهای جذبی مصرف انرژی فسیلی دارند
- عمر مفید چیلرهای جذبی به دلیل خورندگی مواد جاذب کمتر است
- تعمیرات و نگهداری چیلر جذبی به دلیل کارکرد تحت شرایط خلاء دشوارتر است
- چیلر جذبی قابلیت اتصال به سیستم های موتورخانه را دارد
- چیلر جذبی قابلیت اتصال به نیروگاه های CHP را دارد
- چیلر جذبی مصرف آب بالایی دارد
- قیمت خرید چیلرهای جذبی معمولا بالاتر از چیلر تراکمی هم ظرفیت می شود
- چیلر جذبی به دلیل عدم وجود کمپرسور دارای سطح آلودگی صوتی کمتری است
- چیلر جذبی قابلیت کارکرد در شرایط اقلیمی شرجی را ندارد
به طور مطلق نمی توان گفت کدام سیستم برودتی یا تهویه مناسب کدام پروژه هست و باید پیش از انتخاب و خرید دستگاه ها از شرکت ها یا کارشناسان متخصص حوزه تهویه مطبوع مشاوره گرفت
چیلر، فن کویل و هواساز
گفتیم که چیلر وظیفه دارد آب سرد تولید کند. این جریان آب سرد به وسیله پمپ به سمت سیستم ها و یونیت هایی مانند فن کویل یا هواساز که قابلیت تبادل گرمایی دارند باید مورد استفاده قرار بگیرد. فن کویل ها نوعی مبدل گرمایی هستند که در انواع مختلف زمینی، دیواری، سقفی و.. ساخته می شوند و در داخل اتاق ها نصب می شوند. اگر آب سرد چیلر را به سمت لوله های فن کویل هدایت کنیم، با عبور جریان هوای محیط می توانیم هوای محیط را خنک کنیم.
هواسازها معمولا دستگاه های بزرگ تری هستند و بیرون از مجتمع ها نصب می شوند و ترجیحا برای فضاهای یکپارچه مانند پاساژها و مجتمع های تجاری مناسب تر هستند. هواساز قابلیت سرمایش، گرمایش و تنظیم رطوبت موجود در جریان هوا را دارد. با ارسال آب سرد تولیدی چیلر و آب گرم تولیدی موتورخانه می توانیم از طریق هواسازها سیستم سرمایشی گرمایشی داشته باشیم.
تفاوت چیلر با اسپلیت
به طور کلی یکی ازسوالات مهم مشتریان این است که چیلر چه فرقی با کولر گازی یا همان اسپلیت دارد؟ چرا آن ها آب سرد تولید نمی کنند و به طور مستقیم توانایی تامین سرمایش دارند؟ سیستم چیلر جزو سیستم های برودتی آبی است و با اینکه سیکل تبرید تراکمی اساس کار هدوی این دستگاه هاست اما عملکرد متفاوتی دارند. ممکن است یک مینی چیلر یا اسپلیت هر کدام برای خنک کاری یک واحد مشخص استفاده شوند اما مینی چیلر آب سرد تولید می کند و به وسیله آن سبب سرمایش می شود در صورتی که در کولر گازی فقط ماده مبرد در داخل یونیت های داخلی و سیکل دستگاه وجود دارد. چیلر ها دوام و استحکام به مراتب بالاتری نسبت به کولر گازی دارند و قابلیت تعمیر بهتری نیز دارند
سخن پایانی
وجود سیستم های برودتی و تهویه متنوع و متعدد، ممکن است افراد عادی را در زمان انتخاب و خرید کمی دچار تحیر کند. چیلر یکی از اصولی ترین سیستم های برودتی است که در اسل های اخیر در ایران نیز با استقبال بسیار خوبی در پروژه های مسکونی و صنعتی مواجه شده است. چیلر طبق سیکل عملکردی یا تراکمی است و یا جذبی. اینکه بدانیم برای هدف ما کدام نوع چیلر مناسب است یک امر تخصصی محسوب می شود و معمولا خود شرکت های طراح و تولید کننده چیلر مشاوره پیش از خرید را به طور رایگان به مشتریان خود ارئه می دهند.
بهتر است با یک مهندس تاسیسات مکانیکی و برودتی نیز مشورت کنید. چیلر تراکمی هوا خنک رایج ترین محصول برودتی در میان چیلرها است. اما در برخی پروژه ها مثل سردخانه ها هنوز استفاده از چیلر تراکمی آب خنک قابلیت توجیه بهتری دارد. یکی دیگر از انواع چیلر، چیلر جذبی است که بر خلاف چیلر تراکمی مصرف برق کمی دارد اما می توان با مصرف انؤزی فسیلی و تامین گرمایش از آن ها استفاده کرد. این چیلرها مکانیزم کاری پیچیده تری دارند و تعمیرات و نگهداری آن ها نیز مشکل تر است. چیلر جذبی در پروژه هایی که گرمای اتلافی بالایی وجود دارد از لحاظ اقتصادی قابلیت توجیه بیشتری دارد اما در مجموع نرخ استفاده از آن ها در سرتاسر جهان کاهش یافته است.
در نیروگاه های تولید همزمان برق و حرارت (Combined heat and power)، چیلر جذبی به شدت کارایی دارد و بسیاری از شرکت های تولیدی امروزه از این تکنولوژی با هدف تامین برق مجموعه و همزمان تامین سیسیتم های سرمایش و گرمایش استفاده می کنند. وزارت نیرو هم در این زمینه طرح های تشویقی ارائه می دهد.
در ساختمان هایی که ساکنین آن تمایل دارند که سیستم سرمایش و گرمایش مستقل داشته باشند، می توان بجای استفاده از چیلر مرکزی، به طور جداگانه برای هر واحد از مینی چیلر استفاده کرد اما مجموع هزینه خرید و مصرف برق ساختمان بالاتر می رود و بهتر است برای جلوگیری از این امر همان سیستم چیلر مرکزی استفاده شود.
