چیلر آب خنک ( چیلر آبی )

در این نوشته به معرفی چیلر آب خنک که یکی از دسته های انواع چیلر به شمار می آید. در ادامه ، سیکل تبرید و کندانسور چیلر آبی مورد بررسی قرار گرفته و در پایان اجزای چیلر آب خنک به همراه مزایا و معایب آنها آورده شده است. چیلر تراکمی را بر اساس نوع کندانسور مورد استفاده در آنها جهت خنک سازی ماده مبرد می توان به دو دسته، چیلر  آب خنک و چیلر هوا خنک دسته بندی نمود. دو ترم هوا خنک و آب خنک بیانگر این می باشد، که کندانسور چیلر به چه طریق حرارت را از مبرد می زداید.

چیلر آب خنک چیست

چیلر آب خنک با کمک انرژی الکتریکی تولید سرما و برودت می کند. چیلر تراکمی آب خنک، به نام چیلر آبی نیز شناخته می شود. سیکل چیلر آبی تراکمی بر اساس سیکل تبرید تراکمی بوده و برخی از قسمت های اصلی آن کمپرسور با الکتروموتور، کندانسور، اواپراتور، شیر انبساط، تجهیزات برج خنک کننده، پمپ و …  می باشد. در چیلر آب خنک ، سرد سازی آب در اواپراتور یا مبدل صفحه ای صورت پذیرفته و آب سرد شده از طریق لوله کشی به دستگاه های خنک کننده هوا نظیر هوا ساز، فن کویل و .. فرستاده می شود. در چیلر آبی باید از برج خنک کن برای سردسازی آب کندانسور استفاده کرد.

لوله کشی کندانسور چیلر آب خنک

سیکل تبرید چیلر آب خنک

در این بخش، سیکل تبرید و کاربرد اجزای آن در چیلر آب خنک توضیح داده شده است. در اواپراتور چیلر آبی، سیال مبرد در درجه حرارت تقریبی 42 درجه فارنهایت ، حرارت را از آب برگشتی ساختمان می گیرد (درجه حرارت آب ورودی به اواپراتور تقریبا 54 درجه فارنهایت می باشد.) مبرد در سرتاسر اواپراتور جریان یافته و به بخار تبدیل می گردد. بخار مبرد به داخل کمپرسور هدایت گردیده و درجه حرارت و فشار مبرد افزایش می یابد. کمپرسور ، کار لازم جهت فشرده سازی گاز تا فشار و درجه حرارت مورد نیاز برای کندانسور هوایی (تقریبا 97 درجه فارنهایت) را تامین می کند. سپس گاز مبرد به داخل کندانسور، جایی که بخار مبرد در داخل لوله ها چگالیده شده است ، تخلیه می شود.

برج خنک کن چیلر آب خنک

در کندانسور آبی ، آب سرد برج خنک کن جهت چگالش بخار مبرد با درجه حرارت ورودی  85 درجه فارنهایت از برج خنک کن از طریق لوله ها وارد کندانسور می شود. قطرات بسیار کوچک چگالیده سیال مبرد به سمت انتهای کندانسور سرازیر می شوند، سپس در داخل تجهیزات کاهنده فشار جریان می یابد و در نهایت به بخش زیرین سیستم خنک کننده ، جایی که فرآیند مجدد تکرار می گردد، باز گرداننده می شود. درجه حرارت های ارایه شده ، برای تامین آسایش حرارتی ساکنین به عنوان نمونه می باشد.

اجزای اصلی سیکل تبرید چیلر آب خنک

تفسیر چرخه تبرید در نمودار آنتالپی – فشار

چرخه تبرید توضیح داده شده، در دیاگرام آنتالپی – فشار نشان داده شده است. فشار نیروی اعمال شده بر واحد سطح بوده، در حالیکه آنتالپی تحت عنوان محتوای کلی حرارت بیان شده و واحد آن Btu بر پوند مواد می باشد. هرگاه اتصال کمپرسور تا اواپراتور از نوع بسته باشد، افت فشار ناچیزی در خط مکش وجود دارد، گاز در شرایط تقریبی اشباع وارد کمپرسور و از اواپراتور خارج می شود. در نمودار بالا، شرایط ذکر شده تحت عنوان نقطه یک نشان داده شده است.

منحنی آنتالپی – فشار سیکل تبرید چیلر آب خنک

در صورت دنبال کردن مراحل نشان داده شده در نمودار بالا، حالت A تا یک، بیانگر اثر تبرید بوده و در این مرحله، حرارت ساختمان از آب سرد، توسط مبرد جذب شده و مبرد از حالت مایع به بخار اشباع در نقطه یک تبدیل می گردد. مرحله یک به دو را مرحله تراکم می نامند. در این مرحله، درجه حرارت و فشار بخار مبرد اشباع تا درجه حرارت چگالش اشباع افزایش می یابد. بنابراین حرارت به سیال چگالنده انتقال می یابد.

کندانسور چیلر آب خنک

کندانسور چیلر آب خنک

کلیه چیلرهای آب خنک از اجزای زیر تشکیل شده­ اند.

• اواپراتور چیلر
• کندانسور آبی
• کمپرسور
• شیر انبساط
• برج خنک کننده

یکی از اجزای اصلی چیلر تراکمی ، کندانسور ها می باشند که تفاوت اصلی انواع چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک در نوع کندانسور آنها است. در چیلر آب خنک ، از کندانسور آبی استفاده می شود. کندانسور چیلر آبی را می توان نوع خاصی از مبدل حرارتی در نظر گرفت. در مبدل حرارتی ، حرارت از یک سیال زدوده شده و به سیال دیگر انتقال می یابد.

در کندانسور چیلر آب خنک، حرارت بخار مبرد حذف شده و به آب در گردشی که از برج خنک کن ارسال می گردد، انتقال می یابد. بخار مبرد در بخش بیرونی لوله های اواپراتور چگالیده شده و هم زمان با فرآیند چگالش و تبدیل شدن به مایع، مبرد حرارت خود را از دست داده و این حرارت به آب در جریان در داخل لوله های اواپراتور منتقل می شود. کندانسور آبی یکی از مهمترین اجزا در فرآیند های تهویه مطبوع و سیستم های تبرید می باشد.

برج خنک کننده چیلر آب خنک

مقایسه چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک

یکی از مشخصه های متمایز کننده انواع چیلر تراکمی ، 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.

چیلر هوا 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

مقایسه هزینه عملیاتی و بازدهی چیلر های هوا خنک و آب 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.

چیلر آب خنک مشکی رنگ

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.

مزایای چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک

مقایسه درجه حرارت و مصرف انرژی چیلر های آب خنک و هوا 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.

نمونه یک چیلر آب خنک

مقایسه ظرفیت و هزینه تعمیر و نگهداری چیلر های آب خنک و هوا خنک

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.

برج خنک کننده طوسی رنگ چیلر آب خنک

مقایسه عمر مفید و کاربرد چیلر های آب خنک و هوا خنک

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.

مزایای چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک

انتخاب اندازه ی مناسب چیلر

اهمیت انتخاب یک چیلر با اندازه مناسب بسیار مهم است. یک چیلر کم بازده همیشه مشکل زا خواهد بود و هرگز نمی تواند آب را به درستی خنک کند. شییوه انتخاب اندازه مناسب به شرح ذیل است:

• دلتا یا همان تغییر دما بین آب ورودی و خروجی را محاسبه کنید تا مشخص شود که چه مقدار گرما از طریق تجهیزات به آب اضافه می کند که بدین منظور به ترموکوپل یا دماسنج احتیاج داریم
• اندازه گیری نرخ جریان بر حسب (GPM)

حال واحد BTU بر ساعت را می یابیم:

و از آنجا که هر 1 تن خنک کننده 12000 BTU در ساعت است می توان چیلر متناسب را انتخاب کنیم

 industrialcontrolsonline , industrialwaterchiller, carrier برداشت و ترجمه از

تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس

“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”