آشنایی با انواع چیلر و کاربردها
چیلر یا سرما ساز (Chiller) یکی از تجهیزات پرفروش تهویه مطبوع به حساب میآید. این تجهیزات برای اهداف مختلف در ساختمانهای مسکونی، تجاری، اداری و صنایع مختلف به کار میروند. انواع مختلفی از این تجهیزات وجود دارد که از نظر ابعاد، ظرفیت، عملکرد و ساختار با یکدیگر متفاوت هستند. چیلر یک دستگاه بزرگ است که در فضاهای بیرونی مانند پشت بام قرار میگیرد. این دستگاه آب گرم را دریافت و طی یک چرخه تراکمی یا جذبی آن را خنک میکند.
نحوه عملکرد چیلر
سیکل تبرید یک فرآیند حیاتی در سیستمهای تهویه مطبوع مانند برج خنک کننده و سرد کن است. این سیکل شامل چهار مرحله اصلی است که به طور مداوم تکرار میشود. در این فرآیند گرما از یک محیط به محیط دیگر منتقل میشود. در مرحله اول گاز مبرد فشرده میشود و دما و فشار آن افزایش مییابد. سپس مبرد داغ و فشرده شده وارد کندانسور میشود که نوعی مبدل حرارتی است. مبرد حرارت خود را به محیط بیرون انتقال میدهد و از حالت گاز به مایع تغییر فاز میدهد.
در سومین مرحله تبرید، مبرد وارد شیر انبساط میشود. سپس فشار و دمای آن کاهش مییابد. در آخرین مرحله مبرد با فشار پایین وارد اواپراتور میشود. در نهایت مبرد حرارت آب را به خود جذب کرده و به حالت گاز تبدیل میشود. این فرآیند باعث خنک شدن آب یا هوا میشود. پس از اتمام این مراحل، مبرد مجدد به کمپرسور بر میگردد و این چرخه دوباره تکرار میشود. مبرد نقش کلیدی در این فرآیند دارد؛ زیرا از طریق تغییر فازهای متوالی (از گاز به مایع و برعکس) امکان انتقال گرما را فراهم میکند.
اجزای تشکیل دهنده Chiller
- کمپرسور
همانطور که اشاره کردیم، چرخه تبرید شامل 4 مرحله است. در این مراحل چهار قطعه مهم وجود دارند که سبب کاهش دمای آب میشوند. یکی از این قطعات، کمپرسور است. کمپرسور یکی از مهمترین اجزای سیستم تهویه مطبوع است. این دستگاه نقش حیاتی در سیکل تبرید دارد. در این قطعه، فشرده سازی گاز مبرد انجام میشود. با انجام این عملیات دما و فشار آن افزایش مییابد. این فرآیند مبرد را برای مرحله بعدی در سیکل تبرید آماده میکند.
انواع مختلفی از کمپرسورها وجود دارند که هر کدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند. به عنوان مثال کمپرسورهای پیستونی برای سیستمهای کوچکتر مناسب هستند. مدل سانتریفیوژ برای سیستمهای صنعتی مناسب هستند و راندمان بالایی دارند. کمپرسور تأثیر زیادی بر راندمان کلی سیستم تهویه مطبوع دارد. همچنین به طور مستقیم بر قیمت نهایی سیستمهای تهویه مطبوع تأثیر میگذارد. انتخاب نوع کمپرسور بستگی به کاربرد دستگاه و محیط مورد نظر دارد.
- کندانسور
کندانسور نیز یکی از اجزای اصلی در تجهیزات تهویه مطبوع است. وظیفه اصلی کندانسور خنک کردن مبرد و تغییر حالت آن از گاز به مایع است. این قطعات در دو نوع آب خنک و هوا خنک موجود هستند.
- شیر انبساط
این قطعه نقش مهمی در سیکل تبرید دارد. همانطور که اشاره کردیم، در سومین مرحله تبرید، فشار مبرد کاهش مییابد.
- اوپراتور
همانطور که اشاره کردیم در چهارمین مرحله از سیکل تبرید، مبرد گرمای آب یا هوا را جذب میکند. این فرآیند در قطعهای به نام اوپراتور صورت میگیرد.
کاربرد چیلرها
وظیفه اصلی این تجهیزات کاهش دمای آب است. این تجهیزات به دلیل تنوع و کارایی بالا، گزینه مناسبی برای کاهش دمای آب هستند. آنها به گونهای طراحی شدهاند که صدای کمی تولید میکنند. به همین دلیل در محیطهایی همچون بیمارستانها و سایر مراکز درمانی نیز قابل استفاده هستند. این دستگاهها قادر به تولید حجم زیادی از آب سرد هستند. آب خنک شده در فرآیندهای مختلفی مورد استفاده قرار میگیرد که در ادامه به آنها اشاره میکنیم.
چیلر ساختمانی
در ساختمانها گرمای زیادی تولید میشود که از نور خورشید و لوازم برقی نشأت میگیرد. برای مدیریت این گرما و حفظ دمای مطلوب در داخل ساختمان، استفاده از عایقهای حرارتی همچون عایق الاستومری توصیه میشود. سیستمهای تهویه مطبوع همچون فن کویل و هواساز، راه حل عالی برای کنترل دما در ساختمانها است. چیلرها نقشی حیاتی در ساختمانهای مسکونی ایفا میکنند. آنها آب را خنک کرده و به وسیله لولهها و پمپ به فن کویلها یا هواسازها انتقال میدهند. سپس فن کویلها با مکانیزم خود، هوای خنک در محیط توزیع میکنند.
چیلر صنعتی
کاهش دمای تجهیزات صنعتی اهمیت بسیار زیادی دارد و تأثیرات مثبتی بر کارایی و راندمان آنها دارد. کنترل دما به عنوان یکی از عوامل اصلی حفاظت تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی است. افزایش دما میتواند باعث کاهش عمر مفید تجهیزات شود و در نهایت به خرابی و خسارت منجر گردد. برای جلوگیری از افزایش دمای تجهیزات صنعتی میتوان از چیلر صنعتی یا کولینگ تاور استفاده کرد. این تجهیزات با تولید آب سرد و هدایت آن به سمت تجهیزات صنعتی، دمای آنها را کاهش میدهند.
بررسی انواع چیلر ساختمانی و صنعتی
چیلر ساختمانی و صنعتی در انواع مختلف موجود هستند. این تجهیزات بر اساس فاکتورهای مختلف از جمله ظرفیت، وزن و ابعاد، مکانیزم، نوع قطعات و ساختار دارای تفاوتهایی هستند. بنابراین از تنوع بالایی برخوردار هستند که با شرایط مختلف سازگار خواهند بود. مدل صنعتی و ساختمانی در دو نوع جذبی و تراکمی تولید میشوند. این دو مدل از نظر کارکرد و سیکل تبرید تفاوتهایی با یکدیگر دارند.
چیلر تراکمی
چیلر تراکمی یکی از رایجترین انواع چیلرها در صنعت است. مبرد در حالت مایع اشباع یا نزدیک به آن وارد اواپراتور میشود. در این مرحله مبرد گرما را از آب یا هوا جذب میکند و به بخار تبدیل میشود. سپس بخار مبرد به کمپرسور منتقل میشود که فشار و دمای آن افزایش مییابد. بخار مبرد با فشار بالا وارد کندانسور میشود و با انتقال حرارت به محیط بیرون به مایع تبدیل میشود.
مایع مبرد از شیر انبساط عبور میکند که فشار آن کاهش مییابد و مجدد به اواپراتور هدایت میشود. هدف اصلی این نوع چیلر حفظ چرخه مداوم تغییر فاز ماده مبرد است. این فرآیند تغییر فاز از مایع به گاز و بالعکس باعث انتقال حرارت میشود. در نتیجه موجب کاهش دمای آب میشود. دمای عملیاتی بین 7 تا 37 درجه سانتیگراد است.
چیلر جذبی
چیلر جذبی یا ابزوربشن دستگاهی است که با استفاده از یک سیکل تبرید جذبی آب را سرد میکند. در واقع این دستگاه از منابع گرمایی مانند بخار داغ یا شعله مستقیم گاز برای کاهش دمای آب استفاده میکند. این سیستم به جای استفاده از انرژی الکتریکی و کمپرسور، از حرارت به عنوان منبع انرژی استفاده میکند. معمولاً به دلیل عدم استفاده از کمپرسور، دارای سر و صدای کمتری است.
مقایسه چیلر جذبی و تراکمی
در صنعت تهویه مطبوع، چیلر یکی از دستگاههای پرکاربرد است که برای خنک کردن آب استفاده میشود. همانطور که اشاره کردیم، مدل جذبی و تراکمی بر اساس سیکل تبرید و سایر مشخصات با یکدیگر تفاوت دارند. این تجهیزات از لحاظ ضریب عملکرد (COP) با یکدیگر تفاوتهایی دارند. COP میزان مصرف انرژی و راندمان این دستگاهها را نشان میدهد. اگر عدد این شاخص بالا باشد، به معنای کارایی بالای سیستم و مصرف کم انرژی آن است. بین مدل جذبی و تراکمی، نوع تراکمی از ضریب عملکرد بالاتری برخوردار است. در ادامه به سایر تفاوتهای آنها اشاره میکنیم:
- فضای اشغالی
یکی از تفاوتهای مهم بین مدل تراکمی و جذبی مربوط به میزان فضای مورد نیاز برای نصب آنها است. معمولاً مدل تراکمی از ابعاد کوچکتری برخوردار است. بنابراین نسبت به مدل جذبی فضای کمتری را اشغال میکند.
- وزن دستگاه
این تجهیزات از نظر وزن دستگاه نیز با یکدیگر متفاوت هستند. به طور کلی مدل جذبی به دلیل ساختار و تجهیزات جانبی، وزن سنگینتری دارد. این فاکتور تاثیر مستقیمی بر روی هزینههای نصب و حمل و نقل آنها دارد. فرآیند نصب این نوع تجهیزات به هزینه و زمان بیشتری نیاز دارد. برای نصب آنها به سازه ای نیاز است تا وزن آنها را تحمل کند. در مقابل مدل تراکمی وزن سبکتری دارد و زمان و هزینههای نصب آن کمتر است.
- میزان آلودگی صوتی
معمولاً نوع جذبی به دلیل نداشتن کمپرسور، از سطح صدا و لرزش پایینتری برخوردار است. در نوع تراکمی به علت وجود کمپرسور، صدای بیشتری تولید میشود. با این وجود با استفاده از راه حلهایی میتوان سطح صدای این تجهیزات را به حداقل رساند.
انواع چیلر تراکمی
چیلرهای تراکمی ابزارهای مؤثری برای کنترل دما و حذف گرمای ناخواسته در محیطهای صنعتی و تجاری هستند. در این تجهیزات از انواع مختلف کمپرسور و کندانسور استفاده میشود. همچنین بسته به نوع سیال در دو مدل هوا خنک و آب خنک موجود هستند. چیلر تراکمی هوا خنک از هوای محیط برای خنک کردن مبرد استفاده میکند. معمولاً آنها برای مکانهایی با فضای محدود و عدم دسترسی به منبع آب مناسب هستند. چیلر تراکمی آب خنک از آب برای خنک کردن مبرد استفاده میکند. معمولاً این دستگاه از کارایی بالاتری برخوردار است.
چیلرهای جذبی تک اثره و دو اثره
مدل تک اثره قدیمیترین نسل چیلرهای جذبی هستند. این تجهیزات دارای ضریب عملکرد (COP) پایینتری نسبت به سایر مدلها هستند. ضریب عملکرد آنها حدود 0.75 است که نشان دهنده بازدهی انرژی کمتری است. چیلر جذبی دو اثره نسبت به نوع تک اثره کاربرد فراوانی در صنایع دارد. این نوع دستگاه از ضریب عملکرد (COP) بیشتری برخوردار است. این تجهیزات میتوانند از بخار داغ یا احتراق گاز طبیعی و سوخت مایع به عنوان منبع انرژی استفاده کنند.
بررسی تفاوتهای چیلر ماژولار با مدولار
تفاوت اصلی بین میان مدل ماژولار (معمولی) و مدولار در نحوه طراحی سیستم کمپرسور و مدار مبرد آنها است. معمولاً چیلر ماژولار از یک مدار مبرد و یک کمپرسور استفاده میکند. در این سیستمها اگر کمپرسور دچار مشکل شود، کل سیستم تا زمان تعمیر یا تعویض کمپرسور از کار میافتد. با این حال چیلر مدولار دارای چندین مدار و کمپرسور هستند. در صورت خرابی یک کمپرسور، سایر کمپرسورها به طور مستقل کار میکنند. در صورت خرابی کمپرسور، کل سیستم به طور کامل از کار نمیافتد.
آشنایی با مینی چیلر
مینی چیلر به عنوان مدلهای کوچکتر چیلرهای مرکزی شناخته میشود. این تجهیزات برای استفاده در فضاهای کوچکتر مانند آپارتمانها، ویلاها و فروشگاهها طراحی شدهاند. معمولاً این دستگاهها دارای ظرفیتهای کمتر از 20 تن تبرید هستند و میتوانند در فضاهایی مانند تراسها نصب شوند. آنها از کمپرسورهای اسکرال یا پیستونی استفاده میکنند. این دستگاهها به دلیل ابعاد کوچکتر و وزن سبک، نصب آسانتری دارند و فضای کمتری را اشغال میکنند.
فاکتورهای مهم در محاسبه ظرفیت چیلر
محاسبه دقیق ظرفیت چیلر بسیار مهم است. با انتخاب صحیح ظرفیت دستگاه، از کارایی و راندمان بالایی برخوردار خواهند بود. ظرفیت این تجهیزات با واحد تن تبرید (TR) یا Btu/hr اندازه گیری میشود. این شاخص نشان دهنده میزان ظرفیت سرمایشی است که دستگاه میتواند در یک ساعت تولید کند. برای تعیین ظرفیت این تجهیزات بایست فاکتورهای مختلفی را در نظر گرفت که در ادامه به آنها اشاره میکنیم:
- مدل دستگاه
همانطور که اشاره کردیم، مدل تراکمی و جذبی از نظر ظرفیت و کارایی تفاوتهایی دارند. معمولاً نوع تراکمی از ضریب عملکرد بالاتری برخوردار است. در نتیجه ظرفیت این تجهیزات نسبت به نوع جذبی بالاتر است.
- دبی آب سرد
دبی آب سرد که از چیلر عبور میکند، یکی از عوامل مهم در تعیین ظرفیت سرمایشی چیلر است. دبی آب سرد به معنای حجم آبی است که در واحد زمان از دستگاه عبور میکند. معمولاً با واحد گالن در دقیقه (GPM) اندازه گیری میشود. هر چه دبی آب سرد بیشتر باشد، ظرفیت دستگاه نیز افزایش مییابد.
- دمای آب ورودی و خروجی
دمای آب ورودی و خروجی از فاکتورهای مهم در محاسبه ظرفیت این تجهیزات به حساب میآیند. اگر دمای آب ورودی به دستگاه بالا باشد، در نتیجه دستگاه باید از ظرفیت بالایی برخوردار باشد.
- شدت جریان آب
شدت جریان آب نیز یکی از عوامل مهم در تعیین ظرفیت این تجهیزات است. این فاکتور با واحد متر مکعب بر ساعت (m³/h) یا لیتر بر ثانیه (L/s) اندازه گیری میشود. اگر شدت جریان آب بیشتر باشد، دستگاه میتواند حرارت بیشتری را از آب جذب کند. این امر موجب افزایش ظرفیت دستگاه میشود.
مزایای چیلرها نسبت به سایر تجهیزات
این تجهیزات به دلیل مصرف انرژی کم و کارایی بالا در مقایسه با سایر سیستمها، مقرون به صرفه هستند. این سیستمها علاوه بر کارایی بالا، فضا کمی را اشغال میکنند و قابلیت کنترل دما را فراهم میکنند. این تجهیزات از مزایای همچون مصرف کم انرژی برخوردار هستند. به طور مثال در مقایسه با کولرهای گازی، مصرف انرژی آنها بسیار کم است. با نصب یک چیلر برای یک ساختمان چند طبقه، میتوانید هزینههای مصرف انرژی را کاهش دهید.
- سازگاری با لوازم جانبی مختلف
چیلرها دارای پیکر بندیهای مختلفی هستند و میتوانند با لوازم جانبی متنوعی سازگار شوند.
- عملکرد بدون صدا و لرزش
معمولاً این تجهیزات بدون ایجاد صدا و لرزش کار میکنند. همچنین مدل جذبی به علت نداشتن کمپرسور، آلودگی صوتی کمتری ایجاد میکند.
- ماندگاری بالا
طول عمر این تجهیزات به عوامل مختلفی بستگی دارد. این عوامل شامل کیفیت دستگاه، شرایط محیطی و نحوه نگهداری و تعمیرات هستند. به طور کلی ماندگاری و طول عمر این دستگاهها بیش از 20 سال است.
مراحل طراحی چیلر
طراحی و تولید چیلر فرآیندی دشوار است و نیاز به دقت بالایی دارد. این تجهیزات از طریق سیکل تبرید تراکمی یا جذبی، گرما را از مایعی خاص (مبرد) جذب میکنند. سپس این مایع خنک شده میتواند در سیستمهای تهویه مطبوع یا برای خنک سازی ماشین آلات صنعتی استفاده شود. طراحی چیلر شامل مراحل مختلفی است و در هر مرحله استانداردهای مشخصی باید رعایت شوند.
- توجه به نیاز مشتریان
بررسی نیازهای مشتری یکی از مهمترین مراحل در فرآیند تولید این تجهیزات است. این مرحله شامل درک دقیقی از نیازهای مشتری است.
- طراحی چیلر
در این مرحله توجه به جزئیات و معیارهای فنی دستگاه بسیار مهم است. برای ماندگاری و دوام بالای این تجهیزات، باید از متریال با کیفیت استفاده شود. توجه به شرایط محیطی یکی از جنبههای حیاتی در طراحی این تجهیزات است. این عامل تأثیر قابل توجهی بر کارایی و عمر مفید این سیستمها دارد. به عنوان مثال این تجهیزات باید بتوانند در شرایط محیطی مختلف کار کنند.
- شبیه سازی عملکرد دستگاه
در مراحل طراحی این دستگاهها، مهندسین از نرم افزارهای شبیه سازی برای پیش بینی عملکرد این تجهیزات استفاده میکنند. همچنین آزمایشهای مختلفی را برای اطمینان از کارایی و ایمنی این سیستمها انجام میدهند.
- انتخاب نوع قطعات
پس از اتمام مرحله طراحی و شبیه سازی، انتخاب نوع قطعات دستگاه آغاز میشود. این قطعات باید با دقت و بر اساس مشخصات فنی که در طراحی تعیین شدهاند، انتخاب شوند.
- مونتاژ دستگاه
مونتاژ چیلر فرآیندی است که در آن تمام قطعات انتخاب شده به یکدیگر متصل میشوند. در نتیجه یک سیستم تبرید کامل و کارآمد را تشکیل میدهند.
- بررسی عملکرد دستگاه
پس از اتمام مونتاژ، دستگاه باید تحت تستها و آزمایشات مختلف قرار گیرد. با انجام این تستها اطمینان حاصل میشود که تمام اجزا به درستی کار میکنند. در نهایت دستگاه آماده تحویل به مشتری است.
مقایسه چیلر استاندارد و غیر استاندارد
با توجه به افزایش نیاز صنایع به چیلر، استفاده از چیلرهای غیر استاندارد در بازار رو به افزایش است. این تجهیزات نسبت به مدلهای استاندارد قیمت کمتری دارند. این تجهیزات باید بر اساس استانداردهای مشخصی تولید شوند. تفاوت اصلی بین مدلهای استاندارد و غیر استاندارد در عملکرد و کارایی است. چیلرهای استاندارد از طول عمر بالا، مصرف کم انرژی، راندمان و کارایی بالاتری برخوردار هستند. در مقابل در مدلهای غیر استاندارد از مواد نامرغوب استفاده شده است. به همین علت از کیفیت پایینتری برخوردار هستند و ماندگاری آنها بسیار کمتر است. همچنین مصرف انرژی در آنها بیشتر است.
میزان مصرف برق و آب در دستگاههای سرما ساز
میزان مصرف برق بستگی به نوع و مدل دستگاه دارد. به طور کلی مصرف برق مدل تراکمی هوا خنک بین 15 تا 25 کیلووات بر تن تبرید است. این نوع تجهیزات مصرف برق کمتری دارند. مدل جذبی مصرف برق بیشتری دارد و معمولاً بین 25 تا 35 کیلووات بر تن تبرید است. در مورد مصرف آب، نوع آب خنک نیاز به آب بیشتری دارد تا حرارت را از سیستم خارج کند. محاسبه دقیق مصرف آب بستگی به طراحی سیستم، دمای محیط و ظرفیت تبریدی دارد. همچنین میزان مصرف برق و آب در مینی چیلرها کمتر از مدلهای معمولی است.
اقدامات لازم جهت افزایش راندمان دستگاه سرما ساز
همانطور که اشاره کردیم، راندمان چیلر با عنوان ضریب عملکرد (COP) نشان داده میشود. با گذشت زمان به دلایل مختلفی، راندمان چیلرها کاهش مییابد. به عنوان مثال اگر میزان مبرد در سیستم کم باشد، باعث افزایش عملکرد کمپرسور میشود. در نتیجه پس از مدتی کمپرسور با مشکل مواجه میشود. نگهداری و تعمیر منظم این تجهیزات مزایای متعددی دارد. همچنین در افزایش راندمان این دستگاهها موثر است.
- بررسی و کنترل عملکرد: مرتباً عملکرد دستگاه را بررسی کنید تا از کارایی آن اطمینان حاصل نمایید.
- تمیز کردن قطعات و لولهها: قطعات و لولههای ورودی و خروجی دستگاه را به طور منظم تمیز کنید تا از انسداد آنها جلوگیری کنید.
- رسیدگی به نشتیها: در صورت مشاهده نشتی، باید به سرعت آن را رفع کرده و سیستم را وکیوم و شارژ مجدد کنید.
- شستشو و تمیز کردن کندانسور: کندانسورها را با هوای فشرده یا آب با فشار بالا تمیز کنید تا از انتقال حرارت مؤثر اطمینان حاصل شود.
راهنمای خرید چیلر صنعتی
هنگام انتخاب و خرید چیلر برای پروژههای مسکونی، تجاری و صنعتی باید فاکتورهای مختلفی را بررسی کنید. انتخاب یک چیلر مناسب بسیار مهم است، زیرا انتخاب نادرست میتواند باعث مشکلات جدی همچون راندمان پایین دستگاه شود. برای جلوگیری از این مشکلات، لازم است قبل از خرید این تجهیزات، مشخصات دستگاه به دقت مورد بررسی قرار بگیرد. فاکتورهای مهم هنگام خرید این تجهیزات عبارتند از:
- بررسی کیفیت و استانداردهای دستگاه: پیش از خرید این تجهیزات، استانداردها و کیفیت دستگاه را بررسی کنید. همانطور که اشاره کردیم، مدلهای استاندارد مصرف انرژی کمتری دارند.
- بررسی کیفیت و نوع قطعات: بررسی کیفیت و نوع قطعات بسیار مهم است. قطعات با کیفیت بالا میتوانند تأثیر زیادی در عملکرد و عمر مفید این تجهیزات داشته باشند.
- نوع دستگاه: انتخاب نوع چیلر بستگی به نیاز، محیط کاربرد و بودجه شما دارد. به طور کلی این تجهیزات به دو دسته اصلی تراکمی و جذبی تقسیم میشوند. هر یک از این تجهیزات مشخصات و عملکرد متفاوتی دارند.
- ظرفیت دستگاه: یکی از نکات کلیدی در خرید این سیستمها، انتخاب ظرفیت آن است. این امر به شما کمک میکند تا چیلری را انتخاب کنید که متناسب با نیازهای شما باشد.
عوامل موثر در تعیین قیمت چیلر
افزایش قیمت مواد اولیه باعث تغییر قیمت چیلر میشود. علاوه بر نوع متریال، ویژگیها و فناوریهای به کار رفته در این دستگاه نیز در تعیین قیمت نهایی آنها مهم هستند. نوع قطعات در تعیین قیمت نهایی این تجهیزات تاثیر مهمی دارد. معمولاً قطعات با کیفیت قیمت بالاتری دارند. بنابراین در افزایش قیمت چیلرهای صنعتی و ساختمانی موثر است. سایر فاکتورها عبارتند از:
- ظرفیت و ابعاد
- نوع دستگاه
- راندمان و کارایی
- کیفیت
- ضریب عملکرد
- میزان صدای دستگاه