معرفی انواع چیلر

در این مقاله به معرفی دستگاه چیلر و طرز کار آن می پردازیم و انواع مختلف این تجهیزات سرمایشی را از نظر سیکل و نحوه عملکرد مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار داده و کاربرد های مختلف آن را تشریح می نماییم. در ویدیو زیر انواع چیلر ، طرز کار و کاربرد آن ها نشان داده شده است.

چیلر چیست

چیلر دستگاهی است که، توسط انواع سیکل تبرید اعم از سیکل جذبی و سیکل تراکمی ، حرارت را از سیال خنک کننده محیط میگیرد و آن را خنک می کند. سیال خنک شده در یک سیکل بسته جریان دارد و توسط مبدل حرارتی ، قادر است فضای مورد نظر را خنک کند.

چیلر ها از جمله تجهیزات مهم در سیستم سرمایش می ­باشند. در واقع چیلر نوعی پمپ گرمایی به حساب می­ آید. این تجهیزات سرمایشی ، گرما را از فضای داخلی می گیرند و آن را از طریق برج خنک­ کننده یا کنداسور هوایی به فضای خارجی هدایت می­ کنند. حرارتی که از سیال گرفته شده، به عنوان یک محصول جانبی ، یا باید به محیط خارج دفع شود یا برای مقاصد گرمایی استفاده شود. تفاوت عمده این سیستم سرمایشی با کولر گازی در این است که توان و ظرفیت چیلر خانگی نسبت به کولر گازی بسیار بالاتر است.

چیلر آب خنک

در طراحی و انتخاب دستگاه سرمایشی مورد نیاز باید به برخی فاکتور های مهم و کلیدی از قبیل عملکرد ، بازده ، تعمیر و نگهداری و اثرات زیست محیطی و چرخه عمر محصول توجه زیادی شود. کاربرد عمده چیلر سرمایشی در اماکن مسکونی متوسط و بزرگ و یا موارد صنعتی می ­باشد. این تجهیزات سرمایشی عموما در موارد زیر به کار گرفته می شوند:

• سیستم سرد كننده خانگی
• سیستم تهویه مطبوع خانگی و صنعتی
• سیستم نگهداری مواد غذایی
• صنایع شیمیایی
• صنایع پزشکی
• صنایع فلزی

سیستم چیلر

همچنین چیلرهای صنعتی کاربرد های فراوانی دارند که آب یا مایع  را در سیستم ها به گردش در می آورند. معمولاً برای خنک کردن محصولات و ماشین آلات صنایعی همچون قالب های تزریق ، ابزار و برش قالب ، مواد غذایی و آشامیدنی ، مواد شیمیایی ، لیزر ، ابزارآلات ، نیمه رساناها و … استفاده می شود.

طرز کار چیلر

این تجهیزات با به کارگیری یک سیکل جذبی یا ترکیبی سرمایش انجام می دهند در واقع سیال مبرد طی عبور از سیکل ترکیبی ابتدا فشرده شده سپس با عبور از کندانسور تا حدودی گرما از دست می دهد و بعد از عبور از شیر فشار شکن دمای آن بیشتر شده و به صورت بخار در می آید ، در سیکل جذبی نیز شبیه سیکل ترکیبی ابتدا مبرد تبخیر می شود و با عبور از کندانسور و شیر فشار شکن دمی آن افت پیدا می کند این بخار مبرد وظیفه سرمایش آب فن کویل را دارد و پس از آن دوباره به سیکل بر می گردد و قرآیند سرمایش تکرار می شود.

کاربرد چیلر در ساختمان و صنعت

کاربرد چیلر

از انواع چیلر در سیستم های تهویه مطبوع ساختمان و موارد صنعتی استفاده می گردد. در ادامه به تشریح هر بخش پرداخته شده است.

کاربرد در سیستم تهویه مطبوع ساختمان

دستگاه  چیلر به ­عنوان زیر مجموعه سیستم تهویه مطبوع به­ حساب می آید. در سیستم تهویه مطبوع ساختمان ها  معمولاً آب سرد تولید شده در تجهیزات تامین کننده سرما به درون مبدل حرارتی یا کویل هواساز وارد شده، تا هوای جریانی بر روی کویل را خنک کند. هوای خنک شده به صورت مستقیم یا توسط کانال به فضای مورد نظر که نیاز به سرمایش دارد منتقل می شود. سپس آب سرد یا همان سیال مبرد که طی فرآیند مذکور در کویل ها گرم شده است، مجدداً در سیستم گردش می­ یابد تا طی سیکل تبرید خنک شده و  مجددا  وارد چرخه می شود.

در هواساز ها ، گرمای نهان و محسوس از هوا به آب در گردش منتقل می­ شود. بنابراین، بدین صورت هوا و رطوبت اتاق کنترل می­ شود. چیلر تهویه مطبوع در تناژ مختلف تبرید جهت تامین سرمایش بکار گرفته می شوند. دمای آب سرد خروجی این تجهیزات تامین کننده سرمایش متناسب با نیاز و کاربرد آن مابین 1.5 تا 7 درجه سلیسیوس متغیر می­ باشد.

چیلر مدل صنعتی

کاربرد در صنعت

در کاربرد صنعتی ، آب سرد و یا هر سیال سرد دیگر را می توان توسطاین سرماساز تامین کرد. چیلر صنعتی اکثراً جهت خنک ­کردن تولیدات و ماشین ­آلات در بازه وسیع صنعتی به ­کار می­ رود. کاربرد عمده این تجهیزات سرمایشی در صنایع پلاستیک و تزریق و قالبگیری دمشی، فلزکاری و برش با روغن ، ریخته ­گری ، پردازش شیمیایی ، تولید مواد غذایی و آشامیدنی ، تولید سیمان ، ماشین­ کاری ، تجهیزات جوشکاری ، تجهیزات نیروگاهی ، هوای فشرده ، دستگاه ­های لیزر و MRI  می ­باشد.

اجزای چیلر

اجزای چیلر

اجزای اصلی شامل کمپرسور یا ژنراتور ، کندانسور ، شیر فشار شکن و اواپراتور چیلر است.

شفت کمپرسور چیلر سانتریفیوژ

انواع چیلر

این تجهیزات به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

• چیلر تراکمی
• چیلر جذبی

هر دو نوع سرماساز بر سه اصل اساسی و اولیه ترمودینامیک زیر استوار هستند:

• گرمای نهان میعان و تبخیر
• نقطه جوش و فشار کاری
• جهت انتقال گرما

همچنین می ­توان این تجهیزات سرمایشی را بر اساس چگونگی خنک شدن ماده مبرد نیز به دو گروه آب خنک و هوا خنک تقسیم­ بندی کرد. تفاوت چیلر تراکمی و چیلر جذبی در نحوه و چگونگی ایجاد برودت می ­باشد. چیلر تراکمی با انرژی الکتریکی کار می کند در حالی که عمده مصرف چیلر جذبی انرژی حرارتی تولید شده در بویلر  از سوخت های فسیلی و یا گرمای اضافی به دست آمده در واحد های جانبی یا یوتیلیتی یک کارخانه می باشد.

چیلر تراکمی با کندانسور هوایی

 چیلر تراکمی

اساس کار در چیلر تراکمی ، ایجاد اختلاف فشار توسط کمپرسور در دو سمت سیال مبرد است. بنابراین ، اختلاف فشار ایجاد شده سبب به­ جوش آمدن مایع مبرد و تبخیر آن می­ شود. از طرفی تبخیر با گرفتن حرارت همراه بوده و این امر باعث سرد شدن محیط و یا سیال در گردش حامل سرما می ­گردد. گرمای جذب شده توسط ماده مبرد توسط جریان اجباری هوا یا آب از مبرد دفع می گردد بنابراین می ­توان چیلر تراکمی را بر اساس نحوه سرد کردن ماده مبرد به دو نوع چیلر هوا خنک ( کنداسور هوایی ) و چیلر آب خنک ( کنداسور آبی ) تقسیم کرد.

همچنین چیلر تراکمی را می توان از نظر نوع عملکرد کمپرسور به چهار گروه دسته بندی نمود:

چیلر رفت و برگشتی

در چیلر رفت و برگشتی، مبرد در کمپرسور پیستونی رفت و برگشتی و توسط سیستم سیلندر پیستونی متراکم و گرم می­ شود و سپس به ­سمت کندانسور فرستاده می­ شود. این نوع کمپرسور، بیشتر در سیستم های تهویه مطبوع ارزان قیمت پر کاربرد است.

چیلر اسکرو

چیلر اسکرو

یکی از نسل های جدید سیستم های سرمایش تراکمی ، چیلر اسکرو است. این تجهیزات سرمایشی تراکمی اسکرو  به ­دلیل استفاده از کمپرسورهای اسکرو یا مارپیچ به این نام شناخته می­ شود. یکی از خصوصیات مهم کمپرسور اسکرو نسبت به کمپرسور رفت و برگشتی ، قابلیت کنترل ظرفیت و راندمان بالای آن می باشد. همچنین جریان راه اندازی پایین و میزان قطعات کمتر نیز از ویژگی های مثبت کمپرسور اسکرو می باشد.

چیلر اسکرال

چیلر اسکرال

این دستگاه نیز نسل جدید سیستم سرمایش در صنعت تهویه مطبوع می­ باشد در این نوع از تجهیزات سرمایشی تراکمی کمپرسور اسکرال جایگزین کمپرسور پیستونی رفت و برگشتی شده است.  به همین دلیل به نام چیلر اسکرال یا حلزونی شناخته می­ شود. کمپرسور اسکرال عموما از دو حلزون غیر هم محور تشکیل شده است ( یکی ثابت و دیگری متحرک ).

چیلر سانتریفیوژ

چیلر سانتریفیوژ

یکی دیگر از انواع سرماساز تراکمی، چیلر سانتریفیوژ است. چیلر تراکمی سانتریفیوژ به واسطه سیکل تبرید خاصی که دارد و نحوه عملکرد کمپرسور ها در مقایسه با سایر انواع تراکمی ضریب عملکرد و راندمان بالاتری دارد. نحوه عملکرد کمپرسور سانتریفیوژ بر اساس نیروی گریز از مرکز می باشد یکی از مهمترین مزایای این سیستم های تراکمی ، تامین بار سرمایشی زیاد با استفاده از یک دستگاه سرمایش است. از دیگر مزایای کمپرسور سانتریفیوژ سر و صدای بسیار کم، لرزش پایین، هزینه تعمیرات و نگهداری پایین به دلیل تکنولوژی بالا کنترل پذیری خطی می باشد.

چیلر جذبی تک اثره

چیلر جذبی

چیلر جذبی، شامل یک ژنراتور ، جاذب ، کندانسور  و اواپراتور جرارتی می­ باشد. در ژنراتور ماده مبرد آغشته به محلول لیتیوم برماید در معرض گرما قرار گرفته و در فشار بالا به جوش می آید پس از عبور از کندانسور میعان می شود و دمای پایینی دارد . در این سیکل جذبی ماده مبرد حرارت آب خنک کننده محیط مثل آب فن کویل را می گیرد و خود ، تبخیر می شود. چیلر فن کویل از پرکاربردترین تجهیزات برای سرمایش ساختمان است.

چیلر جذبی

انواع چیلر جذبی

این تجهیزات که بر پایه فرایند جذب کار می کنند ، به دو دسته تقسیم می شوند:

• چیلر جذبی تک اثره
• چیلر جذبی دو اثره

یکی از انواع سیستم سرمایشی جذبی ، چیلر جذبی تک اثره است که خود به سه دسته تقسیم می­ شود. نحوه کارکرد هر سه مشابه بوده و در هر کدام حداقل از یک مولد حرارتی استفاده شده ­است.

• تک اثره با تغذیه بخار که در آن مولد حرارتی از بخار داغ تغذیه می کند.
• تک اثره با تغذیه آب داغ ( دمای بالای 100 درجه سانتی­گراد )
• تک اثره با تغذیه آب گرم (دمای زیر 100 درجه سانتی­گراد) که در آن مولد حرارتی از آب گرم تغذیه می­ کند.

چیلر جذبی

یکی دیگر از انواع سیستم های سرمایش جذبی ، چیلر جذبی دو اثره است که در مقایسه با نوع تک اثره دارای سیکل تبرید کامل تری می ­­باشد. سیستم دو اثره نیز خود به دو دسته تقسیم می­ شود.

• دو اثره با تغذیه بخار
• دو اثره شعله مستقیم که از نسل جدید تجهیزات سرمایشی جذبی می­ باشد. در یک چیلر شعله مستقیم مبدل حرارتی به ­طور مستقیم با شعله در تماس است. در این تجهیز سرمایشی شعله مستقیم با قرار دادن ژنراتور دما پایین در سیکل و با استفاده از سیستم تهویه مطبوع با اختلاف دمای بالا راندمان بالایی ( COP = 1.43 ) حاصل خواهد شد.

ضریب عملکرد چیلر

راندمان چیلر با ضریب عملکرد COP ارزیابی می شود این راندمان از تقسیم انرژی ( سرمایی ) خروجی ( بار چیلر ) به انرژی حرارتی ورودی به ژنراتور یا انرژی ورودی به کمپرسور به دست می آید. انتخاب نوع چیلر ، نوع مبرد – جاذب در چیلر جذبی ، تعداد مراحل جذب و میزان تعمیر و نگهداری تأثیر زیادیی در عملکرد و COP مربوط به این دستگاه دارد.

ضریب عملکرد چیلر تراکمی از چیلر جذبی عموما بالاتر است. به طوری که ضریب عملکرد چیلر جذبی کمتر از یک و ضریب عملکرد چیلر تراکمی معمولا بالاتر از 2 محاسبه می گردد. البته در انتخاب نوع دستگاه باید به نوع حامل انرژی مصرفی و در دسترس بودن انرژی همچنین ارزش و قیمت آن نیز توجه نمود.

• ضریب عملکرد چیلر جذبی تک اثره مابین 0.6 الی 0.8 می­ باشد.
• ضریب عملکرد چیلر جذبی دو اثره نزدیک 1 است.
• ضریب عملکرد چیلر تراکمی مابین 2 الی 6.1 می ­باشد.

چیلر جذبی و چیلر تراکمی

مقایسه چیلر تراکمی و چیلر جذبی

• در سیستم های سرمایش با ظرفیت­ برابر، چیلر تراکمی در مقایسه با جذبی فضای کمتری را اشغال می­ کند.
• مصرف آب سیستم تراکمی هوا خنک نسبت به سیستم جذبی کمتر است.
• برای استفاده از  چیلر تراکمی در مناطق مختلف محدودیتی دیده نمی ­شود حتی در مناطق گرم و مرطوب ، اما در چیلرجذبی امکان استفاده بهینه ( ظرفیت ­های زیاد ) در مناطق گرم و مرطوب وجود ندارد.
• اثرات زیست محیطی تجهیزات تراکمی نسبت به تجهیزات جذبی کمتر است.
• ظرفیت برج خنک کن در سیستم مجهز به سرمایش تراکمی به مراتب کمتر از سیستم جذبی می باشد.

چیلر هوایی

نحوه انتخاب چیلر

برای انتخاب چیلر مناسب باید پارامتر های زیر را در نظر گرفت:

• شرایط آب و هوایی محل نصب دستگاه
• قیمت دستگاه انتخابی
• نوع انرژی در دسترس ( برق یا بخار گرم )
• قیمت انرژی مصرفی و در دسترس بودن آن
• هزینه تعمیر و نگهداری
• عمر مفید تجهیزات
• ابعاد دستگاه سرد کننده
• تجهیزات پیرامونی
• هزینه نصب

نمونه ای از مینی چیلر

مینی چیلر چست

مینی چیلر دستگاه کوچک و پرکاربردی برای فضا هایی که نیازمند به سرمایش و گرمایش مستقل می باشد ، است. مکانیزم تغییر مدار سرمایی به گرمایی در مینی چیلر ها توسط شیر چهار راهه معکوس کننده جریان گاز قابل انجام است. بنابراین با استفاده از این دستگاه مشکلات مرتبط با موتورخانه­ مرکزی قابل حل است. در اکثر مینی چیلر ها کندانسور هواخنک استفاده شده است. می­ توان این نوع از چیلر ها را به­ عنوان پمپ حرارتی در نظر گرفت که تامین کننده آب گرم مورد نیاز در زمستان هستند. البته در برخی از انواع آن ها ، گرم شدن آب توسط مشعل صورت می­ گیرد.

برخی از مزایای مینی چیلر ها عبارتند از:

• کاربرد در سیستم­ های مستقل تهویه آپارتمانی
• تنوع ظرفیت در تناژ برودتی
• قابل نصب در تراس یا پشت بام
• دارای کمپرسور اسکرال هرمتیک
• کم صدا با حجم و وزن کم
• دارای ضریب عملکرد بالا
• نصب و راه اندازی سریع و آسان
• قابلیت اتصال به سیستم­ های گرمایشی

نصب و راه اندازی چیلر

نصب و راه اندازی چیلر

قبل از نصب و راه اندازی چیلر ، مواردی نظیر فونداسیون نصب چیلر ، فونداسیون نصب برج خنک کن ، اجرای لوله کشی مدار اواپراتور چیلر و کندانسور چیلر ، نصب پمپ اواپراتور چیلر و کندانسور ، مدار اینترلاک ، نصب تهویه و هواکش در محل راه اندازی چیلر در موتور خانه ، نقشه برق چیلر ، مطلوبیت نور و روشنایی موتورخانه و ولتاژ برق ورودی به موتورخانه چیلر و در نهایت اندازه کابل تغذیه باید کنترل شوند. کار کردن با سیستم های برودتی همیشه نیاز به تخصص دارد. سیستم های برودتی حساسیت بالایی در اجرا و راه اندازی دارد و توصیه می شود که راه اندازی و نصب آن به افراد متخصص سپرده شود. همانند تمامی مراحل طراحی و نصب، مرحله اجرا هم نیازمند دقت بسیار است.

در ویدیو زیر نحوه نصب و راه اندازی یک مدل از چیلر با تکنولوژی نوین نمایش داده شده است:

برداشت و ترجمه از  thermalcare , The Engineering Mindset ، york

تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس

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