چیلر هوا خنک ( چیلر هوایی )

در این نوشته به معرفی چیلر هوا خنک که یکی از انواع چیلر به شمار می رود ، پرداخته شده است. در ادامه ، سیکل تبرید و کندانسور چیلر هوایی مورد بررسی قرار گرفته و در پایان اجزای چیلر هواخنک به همراه مزایا و معایب آنها آورده شده است.

چیلر هوا خنک چیست

انواع چیلر تراکمی در فرآیندهای تصفیه هوا و عملیات سردسازی پرکاربرد می باشد. چیلر هوا خنک را می توان، به عنوان واحدی یکپارچه حتی در ابعاد و اندازه یک کولر اسپلیت در پیکربندی های مختلف به کار برد. انعطاف پذیری بالای چیلر هوا خنک در مقایسه با چیلر آب خنک ، کمک به محبوبیت زیاد این گروه از چیلر ها در میان طراحان می کند.

چیلر تراکمی هوا خنک از نظر سایز، دامنه وسیعی (از مدل های با ظرفیت پایین تا مدل های با ظرفیت بیش از صد تن) را در بر می گیرد. بنابراین، جهت خنک کردن دامنه وسیعی از ساختمان های تجاری کوچک و بزرگ مناسب می باشد.

چیلر هوا خنک

چیلر هوا خنک، در چرخه تبرید مکانیکی جهت تولید آب سرد شده و یا آب سرد و مخلوط ضد یخ به کار می رود. چیلر های هوا خنک ، با کمک یک کویل در کندانسور هوا خنک ، حرارت را از ساختمان زدوده و به هوای بیرون انتقال می دهد. سیال سرد شده توسط پمپ ها و لوله ها انتقال می یابد، که می تواند دقیقا با صدها محفظه فن کویل و ترمینال ها در ارتباط باشد. بنابراین، این ویژگی در چیلر هوایی سبب می شود، هوای مورد نیاز چندین ناحیه کنترلی در تجهیزات را تامین کند.

چیلر هوا خنک در سیستم های پیشرفته، معمول و رایج می باشد و از سال 1980، نزدیک به بیش از سی سال ، محبوبیت استفاده از آن رو به رشد بوده است. امروزه، چیلر تراکمی هوا خنک، در فعالیت های تجاری بزرگ و کوچک بسیار پر کاربرد می باشد.

محبوبیت و عمومیت اولیه چیلر هوایی، در نتیجه استفاده از هوای محیط در چیلر هوا خنک می باشد. به علاوه، مزیت دیگر چیلر هوا خنک در کاهش هزینه عملیاتی به دلیل حذف برج خنک کن است. اکثر مدل های چیلر هوا خنک، شامل تجهیزات جانبی هیدرولیک نظیر، پمپ و محفظه انبساط و… بوده که در کارخانه سازنده مونتاژ گردیده و پس از آزمایش های لازم، آماده برای راه اندازی و استفاده می گردد.

چیلر هوا خنک معمولا در مدارس، بیمارستان ها و ادارات مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این، چیلر هوا خنک در فرآیند سرد سازی یا عملیات ساخت نیز پر کاربرد و رایج است.

اجزای چیلر هوا خنک

سیکل تبرید چیلر هوا خنک

سیکل تبرید یک چیلر هوا خنک شامل دو فرآیند بسیار مهم می باشد.

فرآیند تبخیر سیال مبرد در اواپراتور، که با جذب حرارت، درجه حرارت را در سیستم آب سرد در گردش، کاهش می دهد.
فرآیند میعان بخار مبرد در کندانسور هوایی و دفع حرارت به محیط

در چرخه تبرید چیلر هوا خنک، آب وارد اواپراتور چیلر می شود و توسط مبرد سردی که در سمت دیگری در جریان می باشد، خنک می شود. آب خنک از چیلر به فن کویل های ساختمان جهت خنک نمودن ساختمان پمپاژ می شود. آب سرد خروجی از اواپراتور چیلر تراکمی، ساختمان یا فرآیند را خنک می نماید. هرگاه، جریان آب گرم شده برگشتی از ساختمان یا فرآیند به سمت اواپراتور بازگردد، چرخه تبرید فرآیند یا ساختمان کامل می شود. مخلوطی از گاز و مایع مبرد خلاف جهت آبی که سرد می شود، داخل اواپراتور جریان دارد.

در برخی از اواپراتورها ،مبرد در پوسته و در انواع دیگر در بخش داخلی لوله جریان دارد. هر گاه مبرد در بخش لوله جریان داشته باشد اواپراتور به نام اواپراتور انبساط مستقیم شناخته می شود. هر زمان مبرد در بخش پوسته جریان یابد، اواپراتور تحت عنوان سرد کننده سیلابی نام گذاری می گردد.

مبرد موجود در اواپراتور ، حرارت را از گرمای آب برگشتی از ساختمان جذب می کند، بنابراین مبرد به بخار تبدیل شده و سرانجام به صورت بخار فوق گرم از اواپراتور خارج می گردد. سپس، بخار فوق گرم مبرد وارد ورودی مکش کمپرسور می شود. در کمپرسور، مبرد متراکم شده، بنابراین، فشار و درجه حرارت آن افزایش می یابد. گاز مبرد در فشار و دمای بالا، از کمپرسور خارج می شود. سپس، از مسیر خروجی کمپرسور عبور کرده و وارد کندانسور می گردد. حال آنکه، در کویل کندانسور هوا خنک، گاز داغ تحت فرآیند میعان در داخل لوله ها به مایع تبدیل شده، در شرایطی که بخار مبرد حرارت خود را به هوای سرد بیرونی که توسط فن کندانسور بر روی کویل های کندانسور در جهت مخالف وزیده می شود، انتقال می دهد.

سیال مبرد کندانس شده، کندانسور را ترک کرده و سپس وارد تجهیزات انبساطی می گردد. در هنگام عبور مبرد از تجهیزات انبساطی ، فشار و دمای مبرد تا جایی کاهش می یابد که بخشی از مایع مبرد وارد فاز بخار می گردد. شیر انبساط ، میزان تغییر فاز مایع مبرد را به منظور حفظ حالت فوق گرم خاص کنترل می کند تا قطره مایعی وارد بخش مکش کمپرسور نگردد. پس از ترک شیر انبساط ، مبرد وارد اواپراتور شده و چرخه مجددا ادامه می یابد.

کندانسور چیلر هوا خنک

کلیه چیلرهای هوا خنک از اجزای زیر تشکیل شده اند.

اواپراتور چیلر
کندانسور هوایی
کمپرسور
شیر انبساط

یکی از اجزای اصلی چیلر تراکمی ، کندانسورها می باشند که تفاوت اصلی انواع چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک در نوع کندانسور آنها است. در چیلر هوا خنک ، از کندانسور هوایی استفاده می شود. کندانسور هوایی ، نوعی مبدل حرارتی می باشد که گاز مبرد گرم را با کمک سرد سازی هوای بیرونی عبوری از روی کویل ها به مایع تبدیل می کند. در چیلر هوا خنک ، فن های پروانه ای جهت وزش هوای بیرونی بر روی کویل ها استفاده می گردد. بخار مبرد گرم در فشار بالا ، در سرتاسر لوله های کویل جریان یافته و مایع چگالش می یابد. در بخش انتهایی لوله چگالنده، مبرد مایع پیش سرمایش می گردد. بخش پایانی کندانسور جهت کاهش درجه حرارت مبرد تا زیر درجه حرارت چگالش اشباع مورد استفاده قرار می گیرد. این فرآیند پیش سرمایش نامیده می شود. پیش سرمایش، اثر تبرید را افرایش داده و از طرفی ظرفیت سیستم در حدود 1 درصد برای هر درجه از پیش سرمایش اعمال شده، افزایش می یابد.

مقایسه چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک

یکی از مشخصه های متمایز کننده انواع چیلر تراکمی مانند چیلر اسکرو ، تفاوت روش مورد استفاده جهت کندانس مبرد پس از خروج از کمپرسور می باشد. دو روش کندانس در چیلر هوایی و چیلر آبی به ترتیب با کمک دو نوع متفاوت از کندانسور شامل، کندانسور هوایی و کندانسور آبی انجام می پذیرد. کندانسور هوا خنک ، هوای محیط را به عنوان عامل کندانس سیال مبرد استفاده کرده و این هوا را توسط فن پروانه ای بر روی کویل های پره دار دمیده و به حرکت در می آورد تا بخار مبرد چگالش یابد. چیلرهوا خنک شامل چندین و یا یک کمپرسور می باشد و می تواند تعداد کمپرسورها متناسب با ظرفیت چیلر ها تغییر کند. برای یک سطح معین و میزان جریان هوا، ظرفیت کندانسور هوا خنک با درجه حرارت چگالش مبرد تغییر می کند، که تحت عنوان تابعی از درجه حرارت حباب خشک ورودی می باشد. در شکل در یک درجه حرارت، چگالش هوا خنک خاص بر اساس دمای هوای محیط حباب خشک در 95 درجه فارنهایت آورده شده است.

درجه حرارت چگالش سیال مبرد در کندانسور چیلر هوا خنک

کندانسور آب خنک، از آب به عنوان ماده کندانس سیال مبرد استفاده کرده و با کمک پمپ ، آب را در سرتاسر مسیر کندانسور به چرخش در می آورد. آب گرم شده در کندانسور در برج خنک کن حرارت خود را به محیط منتقل می کند.

هزینه عملیاتی و بازده از فاکتورهای مهم اولیه جهت انتخاب یکی از دو چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک می باشد. عموماً سیستم چیلر های هوا خنک در مقایسه با چیلر های آب خنک دارای هزینه عملیاتی اولیه و تعمیر و نگهداری کمی به دلیل عدم نیاز به برج خنک کن ، پمپ های آب سرد و رسوب زدای شیمیایی آب در گردش برج خنک کن می باشند. در سیستم چیلر آب خنک ، با اضافه شدن پمپ آب چگالیده و رسوب زدای شیمیایی به حلقه آب کندانسور ، سیستم نیاز به تعمیرات و نگهداری بیشتری در مقایسه با چیلر هوا خنک دارد. اگرچه در مجموع، چیلر آبی دارای بازده بیشتری است، بنابراین هزینه های عملیاتی چیلرآب خنک مورد قبول و کمتر می باشد. زیرا چیلر آبی دارای مزیت بیشتری نسبت به چیلر هوایی در درجه حرارت های چگالش کمتر هستند. هرگاه در فرآیند سرمایش ساختمان ، عواملی نظیر فقدان آب دردسترس و یا آب موجود جز عوامل خوردگی باشد، از نظر کاربردی و علمی نمی توان از برج خنک کن استفاده بنابراین در این شرایط، چیلر هوا خنک انتخاب می شوند.

سیستم چیلر تراکمی آب خنک به همراه برج خنک کن و تجهیزات جانبی

مزایای چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک

درجه حرارت چگالش مبرد در چیلر هوا خنک به درجه حرارت حباب خشک هوای محیطی وابسته می باشد. در چیلر آب خنک، درجه حرارت چگالش مبرد به درجه حرارت آب کندانسور ورودی و نرخ جریان وابسته است، که این درجه حرارت خود تابعی از درجه حرارت حباب خشک هوای محیط می باشد. زیرا همیشه، درجه حرارت حباب مرطوب کمتر از دمای حباب خشک می باشد. درجه حرارت و فشار چگالش مبرد در چیلر آب خنک به میزان قابل ملاحظه ای کمتر از چیلر هوا خنک است. این مشخصه یکی از دلایل انتخاب چیلر های آبی در مقایسه با چیلر های هوایی هستند و بیانگر این امر است که چیلر آب خنک به مراتب راندمان بالاتری دارد.

چیلر هوا خنک در حالت بارگذاری کامل در مقایسه با چیلرآب خنک دارای مصرف بالاتری بر حسب Kw/ton می باشند. مصرف چیلر هوایی به طور تقریبی 1.25 Kw/ton بوده و برای چیلر آبی بین 0.55 تا 0.8 Kw/ton می باشد. در مقایسه بین دو چیلر آب خنک و هوا خنک با ظرفیت های یکسان بایستی توان مصرفی فن های برج خنک کن و پمپ آب در گردش برج را به مصرف چیلر آب خنک اضافه نمود.البته پس از محاسبه انرژی مصرفی کل سیستم با چیلر آبی به همراه کلیه متعلقات ، به طور معمول سیستم آب خنک بازده بالاتری نسبت به سیستم هوا خنک دارد.

مشکلات و هزینه تعمیر و نگهداری در چیلر هوا خنک به دلیل عدم نیاز به برخی تجهیزات نظیر رسوب زدای آب کندانسور ، تمیز کننده لوله کندانسور ، برج خنک کن ، جلوگیری از یخ زدگی برج خنک کن و تامین آب جبرانی کاهش می یابد. این امر به کاهش هزینه های اضافی کمک می کند، بنابراین کاهش نگهداری ملزومات و تجهیزات تا حدودی برای صاحب ساختمان جذاب می باشد. در چیلر آب خنک ، جهت ممانعت از رشد آلودگی ها نظیر باکتری ها و جلبک ها باید برنامه رسوب زدای آب کندانسور به آن اضافه شود. در سیستم های چیلر آبی در صورت گرفتگی لوله های کندانسور ، ظرفیت چیلر کاهش یافته و این کاهش ظرفیت متداول است.

از نقطه نظر ظرفیت، چیلرهای هوا خنک به طور تقریبی، برای ظرفیت های بالای 500 تن قابل استفاده است. در حالیکه سیستم چیلرهای آب خنک برای ظرفیت های بیش از 3000 تن توجیه اقتصادی دارد. به میزان محدود، برخی از چیلر های آبی سفارشی دارای ظرفیتی بیش از این مقدار (بیش از 10000 تن) نیز می باشند.

چیلرهوا خنک اغلب برای سیستم هایی که نیاز سالانه به تجهیزات مکانیکی دارند، انتخاب می شود. کندانسور هوایی توانایی عملیاتی در درجه حرارت زیر نقطه انجماد را دارد و می تواند بدون نیاز به محافظت از یخ زدگی و ایجاد مشکلاتی مرتبط با عملکرد برج خنک کن در این گونه شرایط به کار خود ادامه دهد. برای کاربردهایی نظیر مراکز کامپیوتر که به سرمایش سالانه نیاز دارند، چیلر های هوا خنک در مقایسه با چیلر آب خنک مشابه دارای مزیت متمایز کننده ای می باشد.

شماتیک عدم نیاز چیلر هوا خنک به برج خنک کن

عمر مفید چیلر آب خنک در مقایسه با چیلر هوا خنک بیشتر است. چیلر هوایی در حدود 20سال و چیلر آبی در حدود 23 سال یا بیشتر عمر می کند. عمر طولانی چیلر آب خنک را می توان به این حقیقت قابل استناد دانست که، چیلر های آبی در یک فضای داخلی و بسته راه اندازی شده، در حالیکه ساختار کلی اکثر چیلر های هوا خنک می باید عمر مفیدشان را در فضای بیرونی و باز بگذرانند. همچنین، اکثر چیلر های آب خنک بزرگ به جهت انجام وظایف سنگین و جزئی از درجه بندی صنعتی ساخته می شوند.