رایجترین نوع چیلر برای تهویه مطبوع و خنککاری صنعتی چیلر تراکمی یا چیلر مکانیکی تراکم بخار نامیده میشود. اما چیلر تراکمی چیست؟
چیلر تراکمی چیست؟
چیلر تراکمی یا Compression Chiller دستگاه تبریدی است که گرما را از مایع، معمولا آب یا محلول آب گلیکول، خارج کرده و مایع سرد برای خنک سازی هوا یا تجهیزات به گردش در می آید. فرآیند تخلیهی گرما از مایع با بکارگیری چرخهی تبرید تراکم بخار انجام میشود. اجزای اصلی این سیستم به ترتیبی که در جریان تبرید کار میکند عبارت است از:
۱. کمپرسور
۲. کندانسور یا چگالنده
۳. شیر انبساط
۴. اواپراتور یا تبخیرکننده
طرز کار چیلر تراکمی را به زبان ساده بگویید
برابر با ترتیب فوق، در کمپرسور بخار مبرد با فشار پایین وارد و فشرده میشود. خروجی این مرحله بخاری با فشار و دمای بالاست. در مرحلهی بعد بخار داغ گرما را با محیط خارجی، هوا یا آب، تبادل کرده و به مایعی با فشار بالا تبدیل میشود؛ این فرآیند داخل کندانسور اتفاق میفتد.
سپس و در مرحلهی سوم و با بکارگیری شیر انبساط فشار مبرد مایع کاهش یافته و در نتیجهی افت فشار افت شدید دما را شاهد هستیم. در حقیقت ابتدا با فشردهسازی دما و فشار را همزمان بالا بردیم، سپس با کمک فرآیند چگالش در داخل کندانسور فقط دما را کاهش دادیم و در نهایت در شیر انبساط با کاهش فشار دما را مجدد و به مقدار قابل توجهی کم کردیم.
حال و در مرحلهای که اواپراتور وارد کار میشود مایعی بسیار سرد با فشاری پایین در اختیار داریم. در اینجا مایع مبرد گرما را از آب برگشتی چیلر جذب کرده و به بخار تبدیل میشود تا چرخه در کمپرسور تکرار شود. در نتیجهی این چرخه گرما از ساختمان یا فرآیند صنعتی گرفته شده، به آب سرد و سپس به مایع مبرد منتقل میشود. در کندانسور نیز گرما با محیط خارجی که هوا یا آب است تماس داشته و به بیرون ساختمان منتقل میشود. شاید بگویید گرمایی که در کندانسور دفع میشود همان گرمایی که از ساختمان گرفته شده نیست، مهم نیست. مسئله انرژی است که در تمام این مراحل به چرخش واداشته شده و از ساختمان یا فرآیند صنعتی تهویه میشود.
انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کمپرسور به کار رفته
روش خنک کاری در کندانسور چیلر
مشابه با کمپرسورها، چیلرها هم از روشهای مختلف خنککاری بهره میبرند. در چیلرهای هواخنک یا Air cooled دفع گرما با کمک فنها و هوای محیط است. در این مدلها نیازی به برج خنک کننده یا کولینگ تاور نیست و هزینهها و زحمات نگهداری از آن کمتر است. اما چیلرهای هواخنک بازدهی پایینتری در آب و هوای گرم داشته و نیازمند شارژ مبرد بیشتری است.
در چیلرهای آبخنک یا Water cooled گرما به مدار جداگانهای از آب دفع میشود که به طور معمول برج خنک کننده یا کولر سیال است. این روش تهویهی قویتری فراهم میآورد. در چیلرهای آبخنک از مزایایی چون راندمان بالاتر و اشغال فضای کمتر بهره میبریم، به نوعی که این سیستمها قابل نصب در داخل ساختمان است. البته هیچ مزیتی عاری از عیب نیست، چیلرهای آبخنک نیازمند همراهی برج خنککننده، تصفیهی آب و محافظت در برابر یخزدگی هستند که هرکدام از این موارد هزینهی جداگانه و البته زحمات نگهداری و تعمیرات دارد.
کلمات کلیدی
- واحد سنجش انتقال گرما در این عملیات با تُن تبرید تعیین میشود. هر یک تن تبرید برابر است با ۱۲ هزار بی تی یو بر ساعت که گرمای مورد نیاز برای یخ زدن ۱ تن آب در ۲۴ ساعت است.
BTU بر ساعت واحد توان یا گرما در سیستم انگلیسی و مخفف British Thermal Unit است. هر وات برابر با ۳/۴۲ بیتییو بر ساعت است. - ضریب عملکرد COP: خروجی سرمایشی با واحد کیلووات را بر ورودی الکتریکی با واحد مشابه کیلووات تقسیم کنید تا ضریب عملکرد چیلر تراکمی محاسبه شود. این رقم در محدودهی ۲/۵ تا ۶ است.
- شاخصهای راندمان چیلر در بار جزئی سنجیده میشود. چیلر به ندرت با بار ۱۰۰ درصد کار میکند. این شاخصها عبارتند از EER و IPLV.
Integrated Part-Load Value و Energy Efficiency Ratio. در تمام عمر چیلر، شاید تنها یک درصد از زمان را با بار کامل کار و صددرصدی کند. - اصطلاح آخر هم کیلووات بر تن است. هر چه کمتر باشد بهتر است. اگر چیلر شما ۰/۵ کیلووات بر تن کار میکند عالی است و راندمان بالایی دارد. این رقم در دستگاههای قدیمیتر در حدود ۰/۸ کیلووات بر تن است.
چیلر تراکمی در چه مصارفی کاربرد دارد؟
- چیلر تراکمی در تهویه مطبوع مرکزی برای ساختمانهای اداری، بیمارستانی، مراکز خرید و هتلها کاربرد دارد.
- در فرآیندهای صنعتی خنککاری قالبگیری پلاستیک، برش لیزری، راکتورهای شیمیایی و فرآوری مواد غذایی بر دوش چیلر تراکمی است.
- دیتاسنترها، تهویه دیتاسنترها! این روزها دیتاسنترها به موجب رونق هوش مصنوعی کامبکی به فضای رسانهای داشته اند. خنککاری و دفع گرمای متراکم سرورها اغلب با آب سرد و با بهرهگیری از چیلر تراکمی انجام میشود.
- در خنککاری منطقهای یا District Cooling چیلرخانهای بزرگ چندین ساختمان مسکونی را تغذیه میکند.
در مقایسه با چیلر جذبی، چیلر تراکمی چه مزایایی دارد؟ (جدول)
مشکلات رایج در بکارگیری و نگهداری چیلر تراکمی چیست؟
چیلر تراکمی سیستمی فنی است که برای هدف خاصی طراحی و بهینه شده است. این تجهیزات مهندسیشده هستند و تلاش بر آن است که معضلات آن به حداقل برسد، اما حتی در مقیاس خانگی هم بارها شاهد خرابی آنها بوده ایم. چیلر مزایا و معایبی را برای کاربران آن به ارمغان میآورد، پس مشکلات و خرابیهای آن را لیست میکنیم:
۱. اگر با کاهش سرمایش یا داغ شدن کمپرسور روبرو هستید، سری به مبرد آن بزنید. احتمالا شارژ مبرد کم شده است.
۲. در کمپرسورهای پیستونی و اسکرو برگشت روغن کمپرسور از خرابیها و مشکلات متداول است.
۳. کاهش دفع گرما، افزایش فشار و افزایش مصرف انرژی؟ بد نیست لولههای کندانسور را به دنبال گرفتگی بررسی کنید.
۴. در چیلرهایی که از کمپرسور سانتریفیوژ استفاده میکند مشکل مشهور این خانواده از کمپرسورها نیز رخ مینماید: Surge که ناشی از بار کم یا فشار بالای کندانسور است.
۵. اگر جریان آب یا مبرد کم باشد ممکن است اواپراتور یخ بزند.
توصیههای اساسی و همیشگی
فشار و روغن مبرد را چک کنید. لولهها را تمیز کنید. از جریان آب و سلامت قطعات الکتریکی اطمینان حاصل کنید.
مثال سادهی دبیرستانی برای تخمین ظرفیت چیلر تراکمی
چیلر سانتریفیوژ و آب خنک ۵۰۰ تنی را با مصرف ۰/۵۵ کیلووات بر تُن در نظر بگیرید. این اصطلاحات را در بخش کلمات کلیدی شناخته و بازهی بهینهی آنها را میدانیم. این چیلر ۲۷۵ کیلووات برق مصرف میکند و COP آن برابر با ۶/۴ است. چیلر آب خنک مذکور ۵۰۰ ضربدر ۱۲۰۰۰ معادل ۶ میلیون بیتییو بر ساعت، یعنی ۱۷۵۸ کیلووات گرما را حذف میکند. دقت کنید که کیلووات در دل خود واحد زمان را گنجانده است. این دستگاه گرمای مذکور را در ترکیب با انرژی الکتریکی مصرفی به آب کندانسور وارد میکند که به معنای دفع حدود ۲۰۲۳ کیلووات گرماست.
منابع مطالعهی بیشتر و دقیقتر در مورد چیلرهای تراکمی
- ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment (Chapter on Chillers)
- Trane Engineering Newsletter – Centrifugal Chiller Fundamentals
- Carrier / Daikin / York application manuals
موارد فوق به زودی و پس از بازگشت وضعیت اینترنت به حالت نرمال بر روی صفحهی کتابخانهی جهان کمپرسور قرار خواهد گرفت.
