چیلر چیست؟
چیلرها چگونه کار می کنند؟
سیکل عملکردی چیلرها و مینی چیلرها بدین صورت است که هوای خنک با عملیات تبخیر توسط اواپراتور شروع می شود. در این فرآیند، مایع مبرد که درون لوله قرار دارد از روی لوله های عبوری از اواپراتور عبور کرده و تبخیر می شود. در این فرآیند گرمای جذب شده توسط آب خنک از طریق لوله های بسته روی اواپراتور به حرکت در می آید. در این شرایط، کمپرسور بخار مبرد را که توسط اواپراتور از مایع به بخار تغییر حالت داده است را به خود جذب می کند. سپس کمپرسور بخار را با عملیات کاهش حجم و افزایش فشار درون خود به سمت کندانسور می راند که این عمل باعث می شود تا فشار و دمای آن بالاتر برود.گاز مبرد در مرحله بعد در کندانسور سرد شده و گرمای خود را با توجه به نوع کندانسور به هوا یا آب خنک کننده درون کندانسور منتقل می کند. سپس مبرد که دوباره به صورت مایع درآمده است، به وسیله شیر منبسط کننده با فشار بالا به سوی اواپراتور حرکت می کند. در این فرآیند فشار و دمای مبرد کاهش می یابد. در این حالت و در پایان سیکل، برای تداوم سیکل و ادامه فعالیت در چیلر و مینی چیلر هوا خنک، مبرد به لوله های مارپیچی آب خنک شده برگشته و گرمای بیشتری را جذب می نماید.
در خصوص تفاوت چیلر و مینی چیلر هوا خنک نیز باید بدانید که مورد اساسی در حجم و تن تبرید آن ها است. نوع کوچکتر به دلیل استفاده در مکان های با نیاز محدود و کوچکتر، دارای تن تبرید و البته فضای اشغال کننده کمتری می باشد. چیلرهای هوا خنک دارای ظرفیت های مختلفی از ۱۵ تا ۵۰۰ تن تبرید هستند.
هنگام انتخاب و خرید چیلر موارد مهمی در مظر گرفته می شوند که برایتان در جدول پایین ذکر کرده ایم.
چیلرها بر اساس ساختار و سیکل سرمایشی به دو نوع جذبی و تراکمی تقسیم می شوند. باتوجه به نوع شرایط پروژه، محدودیتها و ظرفیت برودتی مورد نیاز، میتوانیم یکی از این دو نوع آنها را انتخاب کنیم.
معرفی چیلرها
چیلر جذبی
در ساختار چیلرهای جذبی، جذب کننده‌ها و مولدهای حرارتی پیشرفته ای به کار رفته است. و سیستم خنک کننده به کار رفته در این چیلر لیتیوم بروماید استفاده می‌شود. که در اصل عمومی‌ترین سیستم‌های خنک‌کننده مورد استفاده در این نوع چیلرهاست. در بخش جذب کننده چیلر جذبی، اول بخار آب بوسیله لیتیوم برمایدی غلیظ شده جذب می شود و آب در قسمت مولد حرارتی، به بخار تبدیل می‌گردد. در مرحله دوم، بخار آب وارد کندانسور شده و به مایع تبدیل می‌گردد و سپس در خنک‌کننده دوباره به بخار تبدیل می‌شود. در واقع آب، گرمای مورد احتیاج خود را برای بخار شدن، از محیط می‌گیرد و بعد از آن بخار تولید شده در خنک کننده، به جذب کننده سیستم انتقال پیدا می‌کند. و این چرخه مکرر انجام می‌گیرد. در سیستم چیلرهای جذبی با بخار کم فشار و آب داغ هزینه‌ها را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند و می‌توانند جایگزین خوبی برای چیلرهای تراکمی باشند.
اجزاء چیلرهای جذبی عبارتند از:
۱ . اواپراتور یا (تبخیر کننده)
وظیفه اواپراتور سرد کردن آبی است که باید برای مصارف سرمایشی ساختمانی یا صنعتی با پمپ ارسال شود. در اواپراتور، آب مقطر (به عنوان مبرد) توسط نازل هایی بر روی لوله های حاوی آب چیلد (آبی که قرار است سرد شود و داخل لوله ها جریان دارد) افشانده می شود و به خاطر اینکه در اواپراتور حالت خلا وجود دارد، آب مقطر افشانده شده به سرعت و با گرفتن کوچک ترین حرارت از اطراف خود، بخار می شود. در واقع منظور از اطراف همان آب چیلد جاری در لوله ها است که حرارت را از آب چیلد می گیرد و منجر به کاهش دمای آب چیلد می شود. حال سوالی که پیش می آید این است که چرا و چطور فشار قسمت اواپراتور کم بوده و حالت خلا دارد؟ چونکه ماده ای به نام لیتیوم بروماید در قسمت ابزوربر چیلر جذبی وجود دارد (اواپراتور و ابزوربر به هم راه دارند) که به عنوان جذب کننده عمل کرده و بخار آب را به خود جذب می کند.
۲ . ابزربر یا (جاذب)
ابزوربر وظیفه بقا و نگهداری فشار اواپراتور در حالت خلا را دارد و این کار را از طریق جذب بخار مبرد تبخیر شده در اواپراتور انجام می دهد. بعد از اینکه لیتیوم بروماید توانست بخار آب را به خود جذب کند با پمپی به قسمت ژنراتور پمپاژ می شود تا با گرفتن حرارت خارجی (گرمایی که به منظور راه اندازی سیکل جذبی استفاده می کنیم که می تواند گرمای در حال هدر رفتن یک کوره یا شعله مشعل و … باشد) بتواند بخار آب را از خود جدا کرده و مجددا مورد استفاده قرار گیرد.
۳ . ژنراتور (مولد یا تغلیظ کننده)
وظیفه ژنراتور، غلیظ کردن محلول لیتیوم بروماید به حالت غلظت اولیه اش می باشد. هنگامی که در ژنراتور، لیتیوم بروماید از بخار آب جدا شود، هر یک مسیری جداگانه می روند. بخار آب به قسمت کندانسور می رود تا دوباره به حالت مایع (آب مقطر) تبدیل شود و لیتیوم بروماید به ابزوربر می رود تا دوباره بتواند بخار آب قسمت اواپراتور را به خود جذب کند.چیلر جذبی، دستگاهی سرمایشی است که در آن به جای انرژی الکتریکی و موتور الکتریکی کمپرسور (چیلرهای تراکمی) از حرارت و ژنراتور به عنوان منبع انرژی استفاده می شود. سیکل جذبی و سیکل تبرید تراکمی از نظر فرایندهای تبخیر و تقطیر که در دو فشار متفاوت انجام می شوند شبیه هم هستند. تفاوت این دو سیکل در این است که در سیکل جذبی برای تولید اختلاف فشار از یک ژنراتور که با حرارت کار می کند استفاده می گردد ولی در سیکل تراکمی، اختلاف فشار توسط کمپرسور ایجاد خواهد شد. هر دو سیکل برای کار کردن نیاز به انرژی دارند. سیکل جذبی نیاز به حرارت و سیکل تراکمی نیاز به انرژی الکتریکی الکتروموتور که کمپرسور را به گردش در می آورد.
۴ . کندانسور یا (چگالنده)
بخار مبردی (بخار آب) که از ژنراتور آزاد می شود، در کندانسور به مایع (آب مقطر) تبدیل می شود. در چیلرهای جذبی یک مدار آب برج خنک کننده هم وجود دارد که این آب از قسمت ابزوربر و کندانسور عبور داده شده تا دمای این دو قسمت را کاهش بدهد تا هم لیتیوم بروماید بتونه در قسمت ابزوربر با راندمانی بالاتر بخار آب رو به خودش جذب کنه و هم اینکه در قسمت کندانسور، بخارآب بتواند به مایع تبدیل شود. وجود برج خنک کننده باعث بروز مزایا و معایب مهمی در چیلر جذبی می شود و در شرایط آب و هوایی خاصی کاربرد چیلر جذبی را محدود می کند.
چیلرتراکمی
در ساختار سیستم چیلر تراکمی از کمپرسور استفاده شده است. نحوه عملکردش بدین صورت است که اول گاز، بوسیله کمپرسور چیلر تراکمی متراکم شده و بعد از آن بوسیله آب یا هوای محیط، خنک می‌گردد و تبدیل به مایع می‌شود. این مایع تولید شده، از شیر انبساط یا لوله موئین عبور می‌کند و به درون لوله خنک‌کننده که فشار کمتر دارد می‌رود. ادر اصل کاهش فشار باعث تبخیر مایع شده و با دریافت حرارت محیط، سبب ایجاد سرما می‌گردد. و درانتها، گاز تولید شده از تبخیر به کمپرسور منتقل می‌شود. قابل ذکر است که تعمیرات چیلر خانگی باید توسط مهندسین با تجربه صورت گیرد .
اجزا چیلرهای تراکمی عبارتند از:
شیر انبساط
مبرد به وسیله شیر انبساط یا دستگاه اندازه گیری به درون اواپراتور جاری می شود. شیر انبساط وظیفه کنترل میزان سرمایش را به عهده دارد. از طریق این شیر، مبرد به فشار و دمای بسیار پایین تری می رسد. زمانی که مبرد در لوله های اواپراتور جاری می شود، گرمای آب سرد شده که از سیستم فن کویل یا هواساز برگشته است را جذب نموده و موجب تکمیل چرخه سرمایش می گردد.
کنترل ها
چیلر های جدید تر توسط ریز پردازنده های پیچیده ای کنترل می شوند ( مانند پی ال سی ها) سیستم های کنترل چیلر شامل کنترل ایمنی و عملکرد می باشند. در صورتی که تجهیز درست عمل نکند، کنترل ایمنی برای جلوگیری از آسیب های جدی به دستگاه، آن را خاموش می کند مانند کلید کنترل فشار بالا (pressure Switchhigh) به کار گیری کنترل ها به تنظیمات برخی چیلر ها امکان استفاده از پارامتر ها را می دهد. برای عملکرد بهتر چیلر، سیستم کنترل چیلر باید با کنترل دیجیتال مستقیم (DDC-Direct Digital Control) ساختمان ارتباط برقرار کند.
تبخیر کننده اواپراتور
آب سرد در تبخیر کننده (اواپراتور) و در جایی که مبرد در مجموعه لوله های تبخیر کننده جاری می شود، توسط چیلر ها جاری می گردد. مبرد گرمای آب را از لوله های مسی گرفته آن را تبخیر می کند و بعد از آن آب سرد به وسیله سیستم توزیع آب سرد به واحد جا به جایی هوا در ساختمان (مانند هواساز یا فن کویل) پمپاژ می شود. آب سرد به منظور از بین بردن گرما از هوایی که جهت تهویه ساختمان استفاده شده است، از لوله های موجود در فن کویل یا هواساز رد می شود. آب گرم ( با گرمای منتقل شده از هوای تهویه ساختمان گرم شده است) به تبخیر کننده (اواپراتور) برمی گردد و چرخه را از سر می گیرد.
کمپرسور
مبرد تبخیر شده از اواپراتور خارج شده و به سمت کمپرسور روانه می شود، در آن جا تحت کمپرس مکانیکی قرار می گیرد و به بخاری با دما و فشار بالا تبدیل می شود. به محض خروج از اواپراتور، مبرد به بخش دستگاه تقطیر (کندانسور) چیلر وارد می شود.
کندانسور
داخل کندانسور، مبرد داغ در پیرامون لوله های دارای آب دستگاه تقطیر که به صورت کویل است، جاری می شود. گرما به آب منتقل و سبب تبدیل مبرد به حالت مایع می شود (تقطیر). آب دستگاه کندانسر به برج خنک کننده که گرما از آن به محیط منتقل می شود، پمپاژ خواهد شد. مبرد مایع به سمت شیر انبساط حرکت می کند.
چیلر سانتریفیوژ
چیلر سانتریفیوژ یا گریز از مرکز نوعی چیلر تراکمی است. این چیلر تراکمی برای تأمین نیروی لازم برای گردش مبرد در سیکل تبرید، از کمپرسور سانتریفیوژ استفاده می کند. کمپرسور سانتریفیوژ نوعی از کمپرسورهای دینامیک است. عملکرد این کمپرسور به نیروی گریز از مرکز متکی است. به طوری که سیال ورودی (گاز) به مرکز پروانه در حال چرخش برخورد کرده و نیروی گریز از مرکز ایجاد شده به وسیله پروانه، گاز را به اطراف پرتاب می‌کند. چرخش پروانه، سرعت گاز و همچنین فشار آن را افزایش می دهد. بهره وری در کمپرسور سانتریفیوژ به سرعت چرخش پروانه (ایمپلر) کمپرسور بستگی دارد. چیلر سانتریفیوژ در ظرفیت های تبرید بالا ساخته می شود و کاربرد دارد. عملکرد اصلی و بهینه ی این دستگاهها در بارهای جزیی است و همانطور که مشخص است از روی کمپرسور آنها را نام گذاری کرده اند. مدل های سانتریفیوژ مصرف برق و آب کمتری نسب به دیگر مدل های تراکمی دارد.
اجزا چیلرهای سانتریفیوژ عبارتند از:
کمپرسور
کمپرسور سانترفیوژ استفاده شده در این نوع از چیلر تراکمی، با چرخش پروانه شفار گاز مبرد را به میزان چشم‌گیری افزایش می‌دهد.
اواپراتور
اواپراتور که نقش آن در چیلر تراکمی، کاهش دمای آب موجود می باشد، از سه بخش پوسته، لوله و صفحه تشکیل می‌شود.
کندانسور
کندانسورها هم که عموما وظیفه سرد کردن و تبدیل مایع به گاز مبرد را برعهده دارند، به دو صورت کندانسور آب خنک و هوا خنک مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مزایا و معایب چیلرهای جذبی و تراکمی
چیلرهای جذبی با توجه به نوع ماده مبرد و همین طور استفاده از وسیله مکانیکی هم چون کمپرسور در ظرفیت های برابر از چیلرهای جذبی کم حجم تر هستند و جای کمتری اشغال می کنند اما در قالب یک دستگاه واحد می تواند تا ۱۵۰۰ تن تبرید ظرفیت آن باشد. در حالی که در یک چیلر تراکمی با کمپرسور سیلندر پیستونی که حداکثر تا ۳۰۰ تن تبرید است. بنابراین در پروژه های بزرگ که به تامین نیاز زیاد ظرفیت سرمایشی وجود دارد، چیلر های جذبی در مجموع حجم کمتری را اشغال می کند مثلا در پروژه ای با نیاز سرمایش ۲۰۰۰ تن تبرید بهتر است از دو چیلر جذبی با ظرفیت ۱۰۰۰ تن تبرید استفاده نمود در مقایسه با ده عدد چیلر تراکمی، طبیعی است سطح اشتغال فضا ده عدد چیلر تراکمی به مراتب کمتر است نسبت به دو چیلر جذبی می باشد اما تعدد چیلر مزایا خاص خود را دارد در بارهای جزیی، امکان کنترل بهتر از مزایای آن است. با توجه به اینکه چیلر برای بدترین شرایط گرمایی انتخاب می شود. بنابراین در مواقعی غیر از اوج بار، مصرف به صورت جزیی می باشد و با استفاده از کنترل چیلر به صورت موردی و یا خاموش شدن کمپرسور می توان کنترل ظرفیت دقیق تری انجام داد، هر چند کنترل ظرفیت برای چیلرهای جذبی و تراکمی میتواند به صورت موردی نیز انجام گردد. اما دامنه عملکرد به طور قطع مطابق نقطه عملکرد سیستم نخواهد بود.
چیلرهای تراکمی به واسطه کار مکانیکی کمپرسور دارای سروصدا و ارتعاشات و لرزش زیاد می باشند، در حالی که در چیلرهای جذبی در مقایسه چیلرهای تراکمی ساکت تر هستند. که در برخی کاربردهای خاص در صورتی محل موتورخانه باید از آلودگی های صوتی دور باشد و همچنین باید نوع چیلر در نظر گرفته شده باشد.
مزایا و معایب چیلرهای سانتریفیوژ
- چیلرهای سانتریفیوژ در ظرفیت‌های بالا تولید می‌شوند و به علت راندمان بالا مناسب پروژه‌های با ظرفیت بالا می‌باشند.
- تعمیر و نگهداری این چیلرها ساده است اما به دلیل رزومه کم در ایران نیروی متخصص کمتر از چیلرهای دیگراست.
- در پروژه هایی که نیاز به یک مقدار ظرفیت بالای پیوسته و در حالت فول بار دارند استفاده از چیلرهای سانتریفیوژ مناسب است زیرا در حالت عملکرد در بارهای جزئی، کمپرسورهای سانتریفیوژ بازدهی خوبی نداشته و با ایجاد پدیده (Surge) در آن ها سروصدا و ارتعاش زیادی تولید می کنند.
- دوام و طول عمر این کمپرسورها نسبتاً زیاد است.
- هزینه اولیه برای خرید این چیلرها نسبتاً بالا است.
- نوع دور متغیر و یا اینورتور نیز در این کمپرسورها وجود داشته و در صورت استفاده باعث کاهش مصرف برق و هزینه های انرژی می گردد.
- این چیلرها با داشتن ظرفیت بسیار‌بالا و در ابعاد کم، از نظر اشغال‌فضا، نیاز به فضای کمی جهت نصب دارند.
- ماده مبرد چیلرهای جذبی آب مقطر می باشد که به وفور در طبیعت یافت می شود در حالی فریون های چیلرهای تراکمی از نوع کلروفلوورکربن ها بوده که آثار بسیار زیان باری بر روی محیط زیست از جمله آسیب به لایه اوزون است. البته در چیلر های جذبی علاوه بر آب مقطر به عنوان مبرد از لیتیوم بروماید به عنوان جاذب استفاده می شود.
- لیتیوم بروماید به خودی خود سمی نمی باشد، اما مواد ضد خورنده که به آن اضافه می گردد مانند لیتیوم کرومات و نیترات بسیار سمی و خطرناک هستند و از تماس مستقیم با آن ها باید جلوگیری گردد. در چیلرهای جذبی نیز به دلیل مصرف گرما که به سوزاندن سوخت های فسیلی حاصل می گردد، نیز در گرمایش جهانی نقش داشته و با توجه به عدم نگهداری مناسب و عدم تنظیم مشعل های آن، نقش آن را میتوان چشم گیر دانست.
- تمایز آشکار چیلرهای تراکمی و جذبی، موضوع مصرف برق و تامین آن می باشد. در سیستم های تراکمی برای تامین هر تن تبرید تقریبا بین ۰٫۸ الی ۱ کیلو وات توان الکتریکی مورد نیاز است. در ظرفیت های زیاد این مقایسه سهم بسزایی در تعیین برتری های چیلرهای جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی دارد. مثلا برای پروژه ای که نیازمند به ۵۰۰ تن تبرید می باشد در صورت استفاده از از چیلر تراکمی فارق از دیگر اجزا ، باید انشعاب الکتریکی بین ۴۰۰-۵۰۰ کیلووات برای تامین سرمایش درنظرگرفت که نیازمند حدود ۸۰۰ الی ۱۰۰۰ آمپر می باشد، در صورتی که در یک چیلر جذبی با همین مقدار سرمایش نیازمند نهایتا ۱۵ کیلووات یا ۳۰ آمپر است. اینقدر اختلاف بسیار مهم و تاثیر گذار می باشد. زیرا توان تامین انشعاب سنگین برق جهت چیلر تراکمی باید در نظر گرفته شود. تبعات تامین توان های زیاد الکتریکی از دیدگاه های مختلفی قابل بررسی می باشد. اولین مشکل، هزینه های نسبتا گران خرید انشعاب برق نسبت به انشعاب گاز و دوم بحث دسترسی به انرژی می باشد. مثلا در نیروگاه ها که انرژی گرمایی به وفور در دسترس می باشد، بهتر است جهت تامین سرمایش از چیلر جذبی استفاده گردد، و یا در بیمارستان که استفاده از بخار در بخش های مانند لاندری و… استفاده می شود، می توان از چیلر جذبی استفاده نمود، اما در چیلرهای تراکمی با توجه به راحتی در نگهداری و هزینه های زیاد بهای گاز در مصارف مسکونی می تواند مفید تر باشد.