چیلر رفت و برگشتی ( چیلر ضربه ای )

پیش از این عملکرد چیلر تراکمی بررسی و انواع چیلر تراکمی شامل چیلر رفت و برگشتی ، چیلر اسکرو ، چیلر اسکرال و چیلر سانتریفیوژ مختصرا معرفی شدند.در این نوشته اختصاصا به چیلر رفت و برگشتی پرداخته و اجزا و عملکرد آن بررسی می گردد.

چیلر رفت و برگشتی چیست

در چیلر رفت و برگشتی کمپرسور سیلندر پیستونی یا ضربه ای با جابه­ جایی مثبت استفاده شده است. در این سیستم، مبرد در کمپرسور توسط سیستم سیلندر و پیستون تا فشار بالا متراکم می گردد. سپس بخار اشباع وارد کندانسور می­ شود. کمپرسور ضربه­ ای، بیشتر در سیستم های تهویه مطبوع ارزان قیمت تر پر کاربرد می­ باشد.

کمپرسور ضربه ای چیلر رفت و برگشتی

عملکرد چیلر ضربه ای ( چیلر رفت و برگشتی )

عملکرد کمپرسور رفت و برگشتی به گونه ای است که در ابتدا گاز مبرد متراکم شده و از طریق لوله ­کشی وارد کندانسور می گردد. مایع پس از عبور از کندانسور، وارد شیر انبساط شده و در شیر انبساط شاهد کاهش فشار مبرد خواهیم بود. در نتیجه، تمایل زیادی جهت تبدیل شدن به بخار دارد. سپس، مایع به اواپراتور فرستاده می­ شود. در این مرحله، با گرفتن حرارت محیط اطراف کویل، به شکل گاز درآمده و در نهایت به کمپرسور وارد می­ گردد. این سیکل تبرید تراکمی تکرار می شود.  (کندانسور و اواپراتور به فرم  کویل های مارپیچی می­ باشند.)

اجزای تشکیل دهنده چیلر رفت و برگشتی

اجزای اصلی چیلر رفت و برگشتی

اجزای اصلی یک چیلر رفت و برگشتی عبارتند از؛ یک یا چند کمپرسور ضربه­ ای متناسب با ظرفیت کلی چیلر، کندانسور آبی یا کندانسور هوایی ، اواپراتور چیلر ، شیر انبساط حرارتی ، تابلو برق ، سیستم کنترلی چیلر و محفظه آب . عملکرد و راندمان یک چیلر رفت و برگشتی علاوه بر اینکه به کیفیت اجزای اصلی چیلر مانند کمپرسور وابستگی زیادی دارد ، نحوه طراحی و ساخت چیلر رفت و برگشتی بخصوص ساخت کندانسور آب خنک و ساخت اواپراتور چیلر حتی سازه آن نیز در بهبود عملکرد سرمایشی چیلر تاثیر به سزایی می گذارد. همچنین استفاده از متریال های مناسب در ساخت چیلر رفت و برگشتی و اجزای آن نیز در کیفیت نهایی چیلر تعیین کننده است.

در ادامه عملکرد و نحوه قرارگیری هر یک از اجزای چیلر سیلندر پیستونی بررسی می شود.

کمپرسور رفت و برگشتی در چیلر تراکمی

کمپرسور رفت و برگشتی

کمپرسور اولین تجهیزی است که ماده مبرد به آن وارد می شود. عامل اصلی حرکت مبرد در سیکل تبرید، اختلاف فشار بوجود آمده توسط کمپرسور است. کمپرسور رفت و برگشتی در چیلر ضربه ای برخلاف چیلر سانتریفیوژ که فشار را مرتبا تغییر می دهد ، از نوع جابه ­جایی مثبت بوده و می تواند میزان حجم عبوری مبرد را در بازه وسیعی از  نسبت های فشار ، ثابت نگه دارد.  کمپرسورهای ضربه ای، همواره مابین اواپراتور و کندانسور جای گذاری می شوند. معمولاً، لوله های ارتباطی بین کمپرسور و اجزای دیگر چیلر عایق می ­باشد. نیرو محرکه کمپرسور رفت و برگشتی موتور الکتریکی می باشد. موتور الکتریکی مورد استفاده در کمپرسور می تواند به هر دو فرم داخلی یا خارجی نصب گردد.

مقایسه کمپرسور سیال یونی و کمپرسور سیلندر پیستونی

در طراحی کمپرسور سیال یونی ، بلبرینگ ها و سیل ها  جهت عدم اختلاط سیال یونی با گاز از سیستم حذف می شوند. کمپرسور سیال یونی در مقایسه با کمپرسور سیلندر پیستونی معمولی، تا 10 مرتبه دارای عمر مفید بالاتری بوده و در مقابل ، هزینه تعمیرات و نگهداری کاهش یافته، همچنین استفاده از کمپرسور سیال یونی هزینه انرژی را تا بیش از 20 درصد کاهش می دهد.

کمپرسور یک چیلر رفت و برگشتی

کمپرسورهای پرکاربرد در چیلر رفت و برگشتی عبارتند از:

• کمپرسور بسته یا هرمتیک Hermetic که برای چیلر هایی با ظرفیت 25 تن تبرید مناسب می باشد. در کمپرسور های رفت و برگشتی بسته، موتور و کمپرسور به­ طور مستقیم کوپل شده و داخل یک محفظه کاملا بسته و آب بندی شده ­ای نسبت به هوای اتمسفر قرار داده می ­شود. کمپرسور های بسته، اکثراً برای ظرفیت­ های پایین مناسب هستند.
• کمپرسور نیم بسته که برای چیلر هایی با ظرفیت 200 تن تبرید استفاده می گردد.
• کمپرسور باز با اتصال مستقیم به محرک که برای چیلر هایی با ظرفیت بالا کاربرد دارد. در این کمپرسور ها، موتور و کمپرسور هر یک به­ طور جداگانه در محفظه های مخصوص قرار می گیرد. کمپرسور های رفت و برگشتی باز، دارای عمر مفید بیشتری بوده و به نگهداری کمتری نیاز داشته و همچنین راندمان بالاتری نیز دارد. کمپرسور باز در مقایسه با کمپرسور بسته گران تر است.

کندانسور آب خنک در چیلر تراکمی رفت و برگشتی

انواع کندانسور چیلر ضربه ای

در چیلر رفت و برگشتی ، کندانسور پس از کمپرسور و قبل از شیر انبساط حرارتی قرار داده می شود. هدف اصلی از قرار دادن کمپرسور در این چرخه، زدودن حرارت از مبردی است که وارد اواپراتور می گردد. اکثر کندانسورها، به دو صورت خنک شونده با هوا که به کندانسور هوا خنک معروف است و یا خنک شونده با آب که به آن کندانسور آب خنک می گویند

در سیستم کندانسور آب خنک، آب کندانس مرتبا بین برج خنک کننده و کندانسور چیلر به چرخش در می آید. انتقال حرارت بین آب خنک شده در برج خنک کن و مبرد گرم شده خروجی از کمپرسور که به کندانسور وارد می شود اتفاق می افتد. آب کندانس از بالای برج خنک کن وارد شده و با انتقال دمای خود به هوای جریانی در برج از بخش پایینی برج خنک کن خارج می گردد.

مایع مبرد و آب کندانس نبایستی تحت هیج شرایطی با یکدیگر مخلوط شوند. آب کندانس در داخل لوله و مبرد بر روی دیواره بیرونی کندانسور جریان دارد. برای کاهش هزینه در تهیه کندانسور آب خنک از مبدل دو لوله ای یا مبدل پوسته و کویل استفاده شده و  مبدل پوسته و لوله ای برای متراکم تر و کم حجم تر کردن کندانسور کاربرد دارد. چیلر با کندانسور خنک شونده با آب، چیلر آب خنک نیز گفته می شود.

کندانسور هوا خنک چیلر رفت و برگشتی

تفاوت بین چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک

طراحی و عملکرد کندانسور چیلر هوا خنک با چیلر آب خنک متفاوت است. تفاوت عمده آنها، عدم استفاده از برج خنک کننده در کندانسور هوا خنک می باشد. اما هوا در عرض لوله های حامل ماده مبرد در کندانسور هوا خنک در جریان است،  از طرفی استفاده ازکندانسور های هوا خنک نیز به اندازه کندانسور آب خنک پوسته و لوله ­ای متداول است. چیلر تراکمی با کندانسور هوا خنک، چیلر  هوا خنک نیز گفته می شود.

نمونه ای از شیر انبساط

شیر انبساط حرارتی

شیر انبساط حرارتی ما بین اواپراتور و کندانسور قرار داده می شود. در شیر انبساط حرارتی، با منبسط کردن مبرد، فشار مبرد کاهش و حجم آن افزایش می یابد. این حالت، سبب جلوگیری از انتقال حرارت پیش بینی نشده از مبرد به اواپراتور می گردد. به عبارت دیگر، در شیر انبساط حرارتی، مقدار جریان و فشار مبرد از کندانسور به اواپراتور به ­گونه ­ای تنظیم می­ گردد که مبرد مکیده شده توسط کمپرسور، در حالت گازی باقی بماند و به­ شکل مایع وارد کمپرسور نشود. از طرفی از تبخیر بیش از حد مبرد نیز جلوگیری می­ کند. زیرا این امر سبب کاهش ظرفیت چیلر رفت و برگشتی می شود. انواع متفاوتی از شیر انبساط وجود دارد که شیر انبساط حرارتی، شیر انبساط الکتریکی، و شیر انبساط روزنه ثابت پر کاربردتر می باشد.

نمونه ای از اواپراتور چیلر سیلندر پیستونی

کاربرد اواپراتور چیلر رفت و برگشتی

محل قرار گیری اواپراتور، بین شیر انبساط و کمپرسور بوده و هدف از جایگذاری اواپراتور در سیستم، دریافت حرارت سیال حامل انرژی در سیستم و انتقال این حرارت به مبرد می باشد. به عبارت دیگر، ماده مبرد در حین عبور از درون لوله­ ها، توسط جذب حرارت آب اطراف لوله­ ها تبخیر می­ شود. سپس، ماده مبرد به کندانسور انتقال یافته و در آنجا حرارت موجود در مبرد، حذف می گردد.  به­ طور همزمان آبی که حرارت خود را از دست داده است، به شدت سرد می ­شود. آب سرد شده جهت مصارف مورد نیاز دیگر پمپاژ می­ شود. اواپراتور مورد استفاده در چیلر  رفت و برگشتی از نوع پوسته و لوله می ­باشد.

نمونه ای از تابلو برق

تابلو برق چیلر سیلندر پیستونی

تابلو برق می تواند، به طور مستقیم برروی چیلر رفت و برگشتی نصب شود،  و یا به صورت جداگانه بر روی دیوار اتاق سیستم توسط کابل برق نصب و راه اندازی گردد. هدف از نصب و جایگذاری تابلو برق، کنترل جریان برق در چیلر می باشد. تابلو برق شامل، استارتر، قطع کننده مدار، کنترل کننده سرعت و تجهیزات نمایش برق می باشد.

تابلو کنترل چیلر رفت و برگشتی

سیستم کنترل چیلر ضربه ای

در برخی از چیلر های رفت و برگشتی، از تابلو کنترل برای کنترل عملکرد اجزای مختلف چیلر استفاده می شود. سیستم کنترل چیلر سیلندر پیستونی، با دریافت اطلاعات از بخش های مختلف چیلر و تطبیق عملکرد آنها با تنظیمات داده شده از طرف اپراتور، خروجی چیلر را کنترل و تنظیم می نماید. در صورت بروز مشکلات در عملکرد هر یک از اجزا، تابلو کنترل چیلر به اپراتور هشدار لازم را منتقل نموده، تا از بوجود آمدن خسارات جبران ناپذیر به سیستم جلوگیری شود.

مزایا و معایب چیلر رفت و برگشتی

مهمترین مزایای چیلر سیلندر پیستونی شامل :

• کمپرسور رفت و برگشتی نسبت به سایر کمپرسورها دارای قیمت پایین­ تری می­ باشد.
• در مقایسه با چیلر اسکرو و چیلر اسکرال که قابل تعمیر نمی­ باشند، چیلر ضربه ای در صورت فرسوده شدن به­ راحتی قابل تعمیر می­ باشد.
  

  کمپرسور چیلر رفت و برگشتی

• در کمپرسور رفت و برگشتی در صورتی که جهت چرخش کمپرسور از موتورهای با دور متغیر و یا درایور دور متغیر استفاده شود، می توان در انرژی مصرفی در چیلر صرفه­ جویی نمود.
• از مزایای دیگر چیلر ضربه­ ای قابلیت ترکیب شدن چند دستگاه برای افزایش ظرفیت می باشد. اگر میزان بار برودتی ساختمان کمتر باشد می توان ، متناسب با بار برودتی مورد نیاز ، برخی از واحد ها را از سیستم خارج نموده و در حالت افزایش بار برودتی، تعداد مورد نیاز را به مدار اضافه کرد. بنابراین امکان صرفه جویی در مصرف انرژی ساختمان در مواقع کاهش بار ساختمان مهیا می گردد.

مهمترین معایب چیلر رفت و برگشتی شامل :

• چیلر ضربه ای نسبت به سایر انواع چیلر نیازمند به نگهداری بیشتری می باشند.
• کمپرسورهای رفت و برگشتی در مقایسه با کمپرسورهای اسکرال و اسکرو دارای صدا و ارتعاش بیشتری ایجاد می کنند.
• ابعاد چیلر ضربه ای بزرگ بوده و متناسب با ابعاد، وزن این چیلرها نیز افزایش می یابد.

برداشت و ترجمه از theengineeringmindset

تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس

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