چیلر وسیله‌ای برای کنترل دمای آب و هوا و تامین آب سرد مورد نیاز سیستمهای تهویه مطبوع و ماشین آلات صنعتی در کارخانه‌های صنعتی، ساختمان‌های اداری و مسکونی و… میباشد. آنها به شما امکان میدهند درجه حرارت را در مکان مورد نظر تنظیم کنید یا تعادل حرارتی تجهیزات مختلف را حفظ کنید. چیلرها، سیالی با درجه حرارت بین 5 تا 12 درجه تولید و در اختیار سیستمهای تهویه مطبوع اعم از فن کویل، هواساز، ایرواشر و… قرار میدهند.
چیلر چیست؟
در سیستمهای تهویه مطبوع منبع سرما یک برج خنک‌کننده و در ادامه یک دستگاه چیلر است. چیلر وسیله‌ای است که درون موتورخانه و یا بصورت مینی چیلر بر روی پشت بام ساختمانها بعنوان یکی سیستم خنک‌کننده قرار می‌گیرد. این دسته از تجهیزات بسته به حالت خنک‌کننده کندانسور و حالت پیکربندی در انواع زیر طبقه بندی می‌گردند:
- مونوبلوک (با کندانسور از راه دور)
- چیلر با و بدون ماژول هیدرولیک داخلی
- چیلر با انواع کمپرسور
- چیلرهای آب خنک یا هواخنک
- چیلرهای جذبی یا تراکمی (بخار)
انواع چیلر
دامنه چیلرها به دلیل استفاده گسترده از انواع کمپرسورهای کارآمدتر به طور قابل توجهی به روز شده است:
- اسکرال
- اسکرول
- سانتریفیوژ
- پیستونی
چیلرهای پیستونی تا حد زیادی جایگزین کمپرسورهای رفت و برگشتی در محدوده ظرفیتهای کوچک، متوسط و بزرگ شده است. دامنه استفاده از چیلرهای دارای ماژول هیدرولیک داخلی از جمله چیلرهای دارای مخزن انباشتگی افزایش یافته است. استفاده از مبدل‌های حرارتی صفحه ای و سطحی به عنوان اواپراتور، ابعاد و وزن واحد را کاهش میدهد. تحقیقات بمنظور آداپته شدن با محیط زیست، به پیدایش گازهای فریون سازگار با محیط زیست مانند R407C،R134a،R410a کمک کرده است.
بر اساس روش خنک کننده کندانسور، چیلر به انواع زیر تقسیم میشوند:
- چیلر هوا خنک
- و آب خنک
بیشترین کاربرد و تقاضا از نوع چیلر هوا خنک میباشد. در چیلر هواخنک، گرمای کندانسور توسط هوا، اغلب در خارج از ساختمان به اتمسفر منتقل می‌شود. این روش حذف حرارت مستلزم نصب چیلر در خارج از ساختمان یا استفاده از تدابیر ویژه برای اطمینان از این روش خنک سازی است.
بر اساس نوع کارکرد چیلر نیز به دو دسته چیلر تراکمی و جذبی تقسیم می‌گردند.
چیلر هوا خنک
چیلر با کندانسور هوا خنک در طرح مونوبلاک تولید میشوند. بدین ترتیب که تمام عناصر چیلر در یک واحد قرار دارند و دستگاه خنک‌کننده دارای کندانسور از راه دور است در حالیکه واحد اصلی را می‌توان در داخل ساختمان نصب کرد و کندانسور در تماس با جریان هوای خارج از ساختمان قرار دارد و توسط هوای بیرون خنک می‌شود. واحد اصلی توسط کانالهای فریون مسی به یک کندانسور هوای نصب شده در خارج از ساختمان متصل می‌شود.
بهتر بگوییم که چیلر هواخنک از جریان هوا برای کاهش دمای مبرد استفاده می‌کند. این سازه‌ها با فن های محوری و فن های گریز از مرکز در دسترس هستند. فن های محوری نمی‌توانند برای شبکه تهویه کار کنند، بنابراین چیلرهای دارای فن محوری فقط باید در خارج از ساختمان نصب شوند، در حالی که هیچ چیزی نباید مانع از ورود هوا به کندانسور و خروج هوا توسط فن‌ها شود.
چیلر آب خنک
چیلر آب خنک فرآیند سرمایش مایع مبرد (آب خنک مورد نیاز تجهیزات تهویه مطبوع و صنعتی) را با استفاده عمل تراکم مبرد توسط چهار قطعه اصلی یعنی کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و شیر انبساطی انجام میدهد. دمای آب مورد نیاز چیلر توسط برج خنک‌کننده کاهش می یابد. پس در کنار هر چیلر آب خنک، قطعا شاهد یک یا چند دستگاه برج خنک‌کننده خواهید بود. چیلرهای آب خنک قیمت کمتری نسبت به نمونه هواخنک دارند، اما به یک مدار آب برای خنک کردن کندانسور با تمام تجهیزات لازم نیاز دارند.
چیلر تراکمی
کار چیلر تراکمی بر مبنای فشرده سازی بخار توسط 4 قطعه مهم با استفاده از سیکل کارنو (Carnot cycle) میباشد. بخار مبرد توسط کمپرسور فشرده می‌شود و فشار مبرد را تا 30 اتمسفر یا بیشتر افزایش میدهد. دمای ماده تا 70 درجه افزایش می‌یابد، روند تراکم آغاز می‌شود. دو مدل چیلری که پیش تر به آن شاره شده (یعنی آب خنک و هواخنک) نیز در زمره چیلرهای تراکمی قرار می‌گیرند.
چیلر جذبی
سیکل سرمایش سیال در داخل چیلر جذبی از طریق جذب مایع مبرد توسط ماده جاذب در ابزوربر صورت می‌پذیرد. چیلرهای جذبی بر اساس مولفه‌های مختلفی به شرح زیر طبقه بندی می‌گردند:
- تعداد مدارهای تبرید: چیلر جذبی تک اثره (Single effect) و جذبی دواثره (Double effect).
- اصل گرمایش جاذب: گرمایش مستقیم و بخار.
- ماده جاذب مورد استفاده: چیلرهای جذبی لیتیوم برومیدی و دستگاه‌های آمونیاکی.
کاربردهای چیلر
چیلرها بر اساس محل استفاده به دو دسته زیر تقسیم می‌گردند:
- چیلرهای مخصوص سیستم تهویه مطبوع
- چیلرهای صنعتی
اما در حالت کلی شاهد حضور چیلر در واحدهای زیر خواهید بود:
- در کارخانه‌های مواد غذایی.
- شرکتهای دارویی.
- تهویه مطبوع واحدهای اجتماعی و فرهنگی.
- هتل‌ها
- رستوران‌ها
- مدارس
- دانشگاه‌ها
- سالن های ورزشی
- واحد تزریق پلاستیک
- واحدهای چاپ و رنگرزی
- و…
طرز کار چیلر
اصل عملکرد چیلر بسیار ساده است. از یک مبرد کم جوش به عنوان حامل گرما استفاده می‌کند و فعالیت آن به چهار جزء اصلی بستگی دارد: کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور.
مبردها (فرئون-فریون) یک عنصر ضروری چیلر هستند. فریون مورد استفاده برای انتقال حرارت نیز یک سیال فرآیندی با اثر انجماد و نقطه جوش کم است. کمپرسور چیلر با فشرده کردن مبرد و پمپاژ آن از طریق خط لوله فریون، مانند قلب انسان کار می‌کند. وظیفه کمپرسور، فشرده سازی و تبدیل گاز سرد کم فشار به گاز با دمای بالا و فشار بالا میباشد.
پس از آن، فریون گازی داغ تحت فشار بالا وارد کندانسور می‌شود و در آنجا گرما میدهد و به مایع پرفشار متراکم تبدیل می‌شود. علاوه بر این، مبرد مایع تحت فشار وارد شیر انبساط می‌شود که کنترل می‌کند چه مقدار فریون وارد اواپراتور تخلیه شده می‌شود. پس از ورود مبرد به اواپراتور، فشار آن به شدت کاهش یافته و فریون به جوش می آید و گرمای سیال فرآیندی (آب) توسط بخارات ماده در حال جوش جذب می‌شود. بنابراین فریون مایع شده که گرما را جذب می‌کند، به گاز کم فشار تبدیل می‌شود و چرخه جدیدی را دوباره از طریق کمپرسور چیلر آغاز می‌کند.
محاسبه ظرفیت چیلر
طبق فرمول، ظرفیت خنک‌کنندگی چیلر بر اساس حجم مایع خنک شده، تغییر دمای مایع که باید توسط چیلر تامین شود، ظرفیت حرارتی مایع و البته مدت زمانی که این حجم مایع باید خنک شود تعیین می‌شود:
Q = G * (T1- T2) * C rzh *pzh / 3600
- Q: ظرفیت چیلر بر حسب کیلووات در ساعت
- G: سرعت جریان حجمی مایع خنک شده، مترمکعب بر ساعت
- T2: دمای نهایی مایع خنک شده بر حسب درجه سانتیگراد (o C)
- T1: دمای اولیه مایع خنک شده بر حسب درجه سانتیگراد (o C)
- C rzh: ظرفیت گرمایی ویژه مایع خنک شده بر حسب کیلو ژول kJ / (kg * o C)
- Pzh: چگالی سیال فرآیندی (آب) بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب که برای آب C rzh *pzh = 4.2 میباشد.
طبق این فرمول ظرفیت سرمایش مورد نیاز (ظرفیت چیلر) تعیین می‌شود.
فرمول‌های تبدیل ابعاد برای محاسبه ظرفیت سرمایش چیلر آب خنک:
- 1 کیلو وات = 860 کیلو کالری در ساعت
- 1 کیلو کالری در ساعت = 4.19 کیلوژول
- 1 کیلو وات = 3.4121 کیلو بایت بر ساعت
تنظیمات چیلر و استانداردهای نصب
با کاهش قابل توجه سطح نویز که با نصب پوشش جاذب صدا برای کمپرسور، افزایش فضای آزاد کندانسور برای عبور هوا و کاهش سرعت چرخش فن محوری نسبت به پیکر سازه و همچنین نصب کمپرسور روی پایه‌های فنر ضد لرزش، با استفاده از اتصال دهنده‌های انعطاف پذیر در خطوط لوله تخلیه و مکش مدار تبرید می‌توانید یک سازه استاندارد داشته باشید.
سطح توان صوتی مورد نیاز برای یک چیلر در حال کار با فن های محوری نصب شده در خارج از ساختمان ممکن است خیلی زیاد نباشد مگر اینکه الزامات صدای خاصی در ساختمان محل نصب چیلر وجود داشته باشد. در صورت وجود چنین محدودیتهایی، لازم است سطح فشار صوت در اتاق صدای منتشر شده از چیلر محاسبه شود و در صورت لزوم از تنظیمات مخصوص سایلنت نمودن استفاده شود.
به عنوان یک قاعده، تولیدکنندگان چیلر در کاتالوگهای خود برای نوع و اندازه چیلرهای مربوطه، سطح قدرت صوتی خود را در باندهای اکتاو و کل سطح فشار صوتی اندازه گیری شده در ارتفاع 1 متری از سطح واحد، در بار کامل و جزئی 50 درصد را نشان میدهند.
در کاتالوگها، بسته به پیکربندی چیلرها، محدوده دمای عملیاتی، به ویژه حداکثر دمای هوا در ورودی کندانسور آورده شده است. هنگامی که دمای هوای خارج از منزل بالاتر از +35 درجه سانتیگراد باشد، ظرفیت خنک کننده چیلر به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد و شرایط تبادل حرارت در کندانسور بدتر می‌شود.
بسته به شرایط عملیاتی، چیلرها برای دمای محیط استاندارد و برای دمای محیط بالا تولید میشوند، در حالت دوم، یک کندانسور با سطح تبادل حرارت ارتقاء یافته ساخته می‌شود.
چیلرهایی با فن‌های سانتریفیوژ برای نصب در داخل ساختمان طراحی شده‌اند. الزامات اصلی برای این واحدها فشرده بودن و سطح سر و صدای کم مرتبط با نصب داخلی است. این نوع چیلر از فن‌های سانتریفیوژ کم سرعت استفاده می‌کند، اکثر ظرفیتهای کوچک و متوسط دارای کمپرسور اسکرول کم نویز هستند، اندازه‌های کمپرسور رفت و برگشتی هرمتیک در یک محفظه عایق صدای مخصوص قرار می‌گیرند.
هنگام انتخاب این نوع چیلر و محل قرارگیری آن، باید از تامین هوای خنک‌کننده چیلر و حذف هوای گرم شده در کندانسور اطمینان حاصل کرد. این کار با کمک واحد هواکش سانتریفیوژ و تخلیه با اگزاست فن انجام می‌شود. بنابراین یک شبکه تهویه متشکل از فن، کندانسور چیلر، کانالهای هوا، لوورهای تهویه هوای ورودی و خروجی تشکیل می‌شود. ابعاد لوور خروجی بر اساس سرعت هوای توصیه شده در سطح مقطع گریتینگ‌ها و کانالهای هوا انتخاب می‌شود.
تعیین افت فشار در شبکه تهویه بر اساس محاسبات آیرودینامیکی ضروری است. آنها باید با فشار ایجاد شده توسط فن سانتریفیوژ در مقدار نرخ جریان هوا که کندانسور را خنک می‌کند مطابقت داشته باشد. در صورتی که فشار فن سانتریفیوژ کمتر از افت فشار در شبکه تهویه باشد، می‌توان با دستور خاصی موتور الکتریکی قویتری را به فن سانتریفیوژ اعمال کرد.
کانالهای هوا می‌بایست با استفاده از کانکتورهای انعطاف پذیر به چیلر متصل شوند تا لرزش به شبکه تهویه منتقل نشود. از این طریق، چیلر با کندانسور از راه دور و بدون خازن در داخل ساختمان نصب میشوند و به کندانسورهای از راه دور متصل میشوند. نصب این نوع چیلرها با کمپرسور سانتریفیوژ عملکرد سیستم را ساده می‌کند.
استفاده از آب به عنوان یک سیال خنک‌کننده در سیستم که در زمستان نیازی به تخلیه ندارد، هزینه مصرف آب را کمتر می‌کند. معایب چیلرهای بدون کندانسور عبارتند از:
- فقط بعنوان خنک‌کننده استفاده می‌شود.
- محدودیت در طول کل خطوط لوله فریون
ترکیب عملیات چیلر با برج خنک کننده مدار باز
این یک دستگاه نسبتاً حجیم است که نیاز به نگهداری ویژه، نصب پمپ و سایر تجهیزات کمکی دارد. اخیراً از برجهای خنک‌کننده یا کندانسور به اصطلاح «خشک» استفاده می‌شود. آنها نشان دهنده یک مبدل حرارتی سطحی آب-هوا با فن‌های محوری هستند که در آن دمای آب گرم شده در کندانسور به هوا منتقل می‌شود که توسط فن‌های محوری از طریق مبدل حرارتی به گردش در می‌آید.
ترکیب عملیات چیلر با برج خنک‌کننده مدار بسته
در این طرح، مدار آب بسته است. لذا در این حالت لازم است تمام تجهیزات لازم نصب شود. مانند: یک پمپ جریان سیال، یک مخزن انبساط، یک شیر اطمینان، دریچه‌های قطع کن و…
برای جلوگیری از یخ زدگی آب هنگامی که چیلر در حالت خنک‌کاری در دمای منفی بیرون کار می‌کند، مدار بسته را با محلول آبی مایع ضد یخ پر می‌کنند. با خنک شدن آب کندانسور، گرمای میعان نیز به محیط منتقل می‌گردد. اگر منبع گرمایی مانند سیستم آب گرم یا خط فرآیند در طول دوره تولید سرد وجود داشته باشد، ممکن است استفاده از گرمای میعان مفید باشد.
کمپرسورهای تبرید دستگاه چیلر
کمپرسورهای اسکرول و اسکرو که در یک محدوده عملکرد معین نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی کارآمدتر هستند، به تدریج جایگزین دومی میشوند. چیلرهای هوا خنک که برای عملکرد در حالت پمپ حرارتی طراحی شده‌اند با چرخه تبرید معکوس ارائه میشوند، چیلرهای آب خنک با معکوس کردن مدار آب عرضه میشوند.
بار ناهموار سیستم تهویه مطبوع در طول روز، ماه و سال، تنظیم عملکرد منابع گرما و سرما، نصب چیلر را ضروری می‌کند. لذا خرید و نصب چیلر، یکی از راه‌های اصلی صرفه جویی در هزینه‌های عملیاتی برای تولید سرما است.
تجزیه و تحلیل آمار بارگذاری سیستم تهویه مطبوع با واحدهای چیلر و فن کویل در طول روز نشان میدهد:
- تنها 3 درصد از مواقع لازم است که چیلر با 100 درصد ظرفیت کار کند.
- 23٪ مواقع – با بهره وری 67٪
- 48٪ مواقع – با بهره وری 37٪
- بقیه زمان (26%) چیلرها خاموش هستند.
چیلرهای قدیمی دارای دو سطح کنترل توان 50 و 100 درصد بودند. استفاده از کمپرسورهای اسکرول با ظرفیتهای مختلف در انواع چیلرهای مدرن، دستیابی به مراحل کنترل بیشتری را ممکن می‌سازد.
سیستم کنترل استفاده شده نیز نقش زیادی در کارایی چیلر دارد. کمپرسور اسکرو مجهز به دو روتور حلزونی و کمپرسور اسکرال به یک روتور حلزونی ثابت و دوار می‌باشند. کمپرسور سانتریفیوژ دارای یک محفظه حلزونی و پروانه دوار میباشد. کمپرسور پیستونی مجهز به پیستون و سیلندرهای رفت و برگشت مبرد میباشد.
سیستمهای کنترل چیلر
یک سیستم کنترل چیلر متناسب، همراه با عملکردهای معمول، اجازه میدهد تا:
- بسته به پارامترهای هوای بیرون (دما و آنتالپی) یا سیگنال الکتریکی از سیستم کنترل فرآیند یا میکروکلیمای ساختمان، نقطه تنظیم را تغییر دهید.
- تنظیم دمای آب خروجی چیلر در شب در یک بازه زمانی (بعنوان مثال یک هفته)
- مرحله مورد نیاز تنظیم عملکرد را با تغییر بار در سیستم تهویه مطبوع انتخاب کنید.
- فقط در صورت لزوم، در حالت پمپ حرارتی، چیلر را برای یخ زدایی اواپراتور تغییر دهید.
- در صورت لزوم، پمپ گردش سیال و مبرد را خاموش کنید.
مزایای چیلرهای مدرن (چیلرهای چند مداره)
کاهش تعداد کمپرسورهای روشن در طول روز به دلیل افزایش مراحل کنترل و استفاده از سیستم کنترل پیشرفته تر.
استفاده از چند کمپرسور اسکرول که به صورت موازی به هم متصل شده اند و روی یک یا دو مدار تبرید کار می‌کنند، کاستی های کنترل روشن و خاموش ظرفیت کمپرسور اسکرول روشن و خاموش را برطرف کرده است که با چندین مرحله تنظیم هموار می‌شود.
کمپرسورها به صورت خودکار بسته به بار مورد نیاز به تدریج روشن میشوند، هنگام راه اندازی چیلر، جریانهای راه‌اندازی حداقل هستند. در عین حال، تعداد کمپرسورهای فعال در چیلر در واقع برای اطمینان از عملکرد مورد نیاز ضروری است. در حالی که در صورت خرابی یکی از کمپرسورها همیشه حالت ذخیره امکان پذیر است، هزینه تعویض یک کمپرسور اسکرول کوچک همیشه کمتر از هزینه تعویض یک پیچ بزرگ یا کمپرسور رفت و برگشتی خواهد بود. چرخه کمپرسور زمان کار هر کمپرسور را کاهش میدهد و مهمتر از همه، تعداد شروع و توقفهایی که بر عمر کمپرسور تأثیر می‌گذارد را کاهش میدهد.
بنابراین، تقسیم جریان برق، علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف برق به دلیل کنترل عملکرد انعطاف پذیر، مزایای دیگری نیز دارد:
- افزایش قابلیت اطمینان سیستم.
- جریانهای شروع کوچک.
- کاهش هزینه‌های نگهداری کمپرسور.
- افزایش طول عمر دستگاه.
- کاهش سطح ساخت و ساز اشغال شده توسط تجهیزات به دلیل کاهش ابعاد چیلر با ماژول هیدرولیک داخلی به دلیل عدم نیاز به مخزن تجمع با کنترل انعطاف پذیر عملکرد چیلر.
- کاهش هزینه‌های یکبار مصرف به ازای هر واحد ظرفیت تبرید.
اجزای چیلر
چیلر به عنوان یک ماشین خنک کننده آب از اجزای اصلی تشکیل شده است:
- کمپرسور و موتور الکتریکی (هرمتیک، نیمه هرمتیک و غیر هرمتیک وجود دارد)
- کندانسور
- اواپراتور (صفحه لحیم کاری یا جوش داده شده، خازنی و پوسته و لوله وجود دارد)
- دستگاه انبساط مبرد یا شیر انبساط
- واحد کنترل:
چیلر مانند یک دستگاه تبرید مجهز به ابزار اتوماسیونی است که هزینه‌های عملیاتی را کاهش میدهد، توده دما را با دقت حفظ می‌کند و ایمنی و عملکرد بدون مشکل را تضمین می‌نماید. دستگاه‌های تنظیم و کنترل خودکار و دستگاه‌های حفاظتی (ایمنی) وجود دارد.
دستگاه‌های کنترل اتوماتیک شامل شیرهای ترموستاتیک (TRV) و شیرهای الکترومغناطیسی (سلونوئیدی)، تجهیزات ایمنی شامل کلیدهای فشار قوی و پایین می‌باشند. شیر انبساط ترموستاتیک یک تنظیم کننده مستقیم است که موقعیت بدنه تنظیم آن توسط دمای اواپراتور تعیین می‌شود و وظیفه آن تنظیم مقدار مبرد عرضه شده به اواپراتور بسته به گرمای فوق العاده (بخارات فریون در خروجی اواپراتور) است.
6- عناصر حفاظت و امنیت: برای عملکرد قابل اعتماد کمپرسور موجود در چیلر تراکمی، بسته به نوع آن، تجهیزات کمکی زیر ضروری است:
- جداکننده سطح روغن.
- دستگاه برگشت روغن.
- خنک کننده روغن.
- فیلتر روغن.
- پمپ روغن.
- دستگاه توزیع مبرد.
7- شیرآلات: شیرهای ایمنی برای جلوگیری از افزایش فشار ناخواسته در کمپرسورها و خطوط لوله طراحی شده‌اند.
8- الکتروموتور: یکی از اساسی ترین تجهیزات درون انواع چیلرها می باشد.
قیمت چیلر
قیمت چیلر بسیار به پیکربندی آن (جذبی یا تراکمی) بستگی دارد. کاتالوگ قیمت چیلر در اغلب شرکتهای سازنده همچون ساری پویا و سرما آفرین، معمولاً قیمت دستگاه را بدون محافظ و آپشن‌های اضافی نشان میدهد.
صرفه جویی و کاهش قیمت چیلر با کاهش تجهیزات جانبی و یا کیفیت قطعات، در آینده با تعمیرات گران قیمت که پس از خرابی دستگاه به دلیل نداشتن عملکردها و حفاظتهای لازم، همراه خواهد بود.
چیلرها بر اساس دیتای مشتریان طراحی و تولید می‌گردد که هزینه طراحی و سفارشی‌سازی نیز در لیست قیمت تمام شده گنجانده می‌شود. قیمت چیلر همانند بسیاری از تجهیزات صنعتی به شدت تحت تاثیر نرخ ارز میباشد چرا که برخی از قطعات آن وارداتی میباشد. ظرفیت، نوع کمپرسور، نوع چیلر (تراکمی یا جذبی)، نحوه چرخه تبرید (هواخنک/ آب خنک) و… پارامترهای تاثیرگذار بر قیمت دستگاه میباشد. جهت استعلام قیمت چیلر با مشاوران شرکت سازآب تماس برقرار نمایید.
