بررسی و مقایسه انواع چیلر های تراکمی
چیلر ماشینی است که از طریق یکی از سیکل های تبرید و مبدل های حرارتی گرما را از یک مایع می زداید و برای خنک کردن تجهیزات و یا جریان های فرایندی، استفاده می کند.
سرمایش (تبرید) عبارت است از ایجاد شرایطی برای کاهش دمای یک محیط یا یک ماده، نسبت به محیط آن. به بیان دیگر تبرید، انتقال گرما از یک محیط با دمای پایین تر به یک محیط با دمای بالاتر است. این تعریف پایه گذار مبحث سرمایش در صنعت تهویه مطبوع است.
در گذشته، سرمایش به کمک نگهداری یخ و برف فشرده در محفظه های مخصوص فراهم می شد. نزدیک به 200 سال پیش مایکل فارادی از طریق مجموعه آزمایشاتی موفق به ارائه مبنایی برای کار ماشین های جذبی شد. اولین ماشین تبرید دستی بر این مبنا در انگلستان تحولی در صنعت تبرید به وجود آورد. بعدها سیکل جذبی با استفاده از آمونیاک بعنوان ماده جاذب و آب به عنوان مبرد توسط فردیناند کاره مورد استفاده قرار گرفت، که مبنای اولین چیلر جذبی بود.
از مهمترین الزامات هر ساختمانی و به عبارتی قلب تپنده ی آن سیستم تهویه مطبوع آن است، این مهم در ساختمان های بزرگ با استفاده از چیلر انجام می پذیرد، چیلر ماشینی است که گرما را از یک مایع و از طریق یک چرخه بخار فشرده و یا تبرید جذبی میزداید که این مایع نهایتاً پس از عبور از یک مبدل حرارتی برای خنک کردن تجهیزات، و یا یک جریان فرآیندی مانند هوا یا آب استفاده می شود. از طرفی گرمای تلف شده به عنوان یک محصول جانبی شناخته می شود که بایستی در محیط آزاد شده و یا برای یک فرآیند گرمایشی استفاده شود. موارد مورد توجه در طراحی و انتخاب چیلرها شامل عملکرد، بازده، تعمیر و نگهداری، و اثرات زیست محیطی چرخه عمر محصول است. چیلرها معمولاً در دو نوع چیلر جذبی و چیلر تراکمی ساخته می شوند .
چیلر تراكمی چیست؟
در چیلر تراکمی گاز ابتدا توسط کمپرسور، متراکم می‌گردد. این گاز سپس به کندانسور وارد شده توسط آب یا هوای محیط، خنک شده و به مایع تبدیل میشود. این مایع با عبور از شیر انبساط یا لوله موئین وارد خنک کننده (اواپراتور) میشود که در فشار کمتری قرار دارد، این کاهش فشار باعث تبخیر مایع گردیده و مایع سردکننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط، باعث ایجاد برودت در موادی که با قسمت خنک کننده در ارتباط هستند میشود. پس از آن گاز حاصل از تبخیر، به کمپرسور منتقل میشود. با عبور سریع بخار در خلاء کندانسور، به علت تبدیل بخار به آب و اختلاف حجم بین بخار و آب، مایع ایجاد می‌گردد. اجزای یک سیکل تبرید تراکمی و نحوه کارکرد آن به شرح زیر است:
- كمپرسور: بخار را از اواپراتور مكیده و دما و فشار آن را به حدی افزایش می‌دهد كه بتواند با عامل تقطیر معمولی تقطیر شود.
- لوله گاز داغ یا تخلیه: خار پر فشار و با دمای زیاد را از خروجی كمپرسور به كندانسور می‌رساند.
- كندانسور: سطح تبادل حرارتی لازم برای انتقال حرارت از بخار مبرد گرم به عامل تقطیر را فراهم می‌نماید. كندانسورها در زمره مبدلهای حرارتی قرار می گیرند كه در آنها حرارت بخار مبرد به عامل تقطیر (مثلاً هوا یا آب) منتقل شده و در اثر آن بخار مبرد ابتدا تا دمای اشباع سرد شده و سپس به مایع تبدیل میشود. به طور كلی كندانسورها بر سه نوع هستند:
1-کندانسور هوایی (هوا خنک)
2-کندانسور آبی (آب خنک)
3-كندانسور تبخیری
در كندانسورهای هوایی از هوا به عنوان عامل تقطیر استفاده می شود در حالی كه در كندانسورهای آبی عامل تقطیر مبرد آب است. در كندانسورهای تبخیری، از هر دو عامل هوا و آب استفاده میشود. در كندانسورهای تبخیری، دمای هوای عبوری مقداری افزایش می‌یابد اما تقطیر مبرد عمدتاً از تبخیر آب پاشیده شده بر روی كندانسور ناشی حاصل شده و هوا جهت افزایش شدت تبخیر با رفع بخار آب بکار می رود. جریان هوا در كندانسور های هوایی ممكن است به دو صورت جریان طبیعی (كاربرد یخچال ها و فریزرهای خانگی) و جریان اجباری (جریان هوا به وسیله فن یا دمنده) باشد.
- مخزن ذخیره مایع: تقطیر شده را ذخیره می‌نماید و جریان ثابتی از مایع مورد نیاز را به اواپراتور برقرار می‌كند.
- لوله مایع: مبرد مایع را از مخزن ذخیره به کنترل كننده ماده مبرد می‌رساند.
- شیر انبساط: مقدار مناسبی از مبرد را به اواپراتور می‌رساند و فشار آن را طوری كاهش می‌دهد كه مایع بتواند در دمای پایین مورد نظر، تبخیر شود.
- اواپراتور: یک مبدل حرارتی است که امکان انتقال انرژی حرارتی مایع به گاز مبرد را فراهم می کند. در طول تغییر حالت مایع به گاز، مبرد بدون تغییر دما مقدار زیادی حرارت را جذب می کند. اواپراتورها از نظر ساختمان به 3 دسته زیر تقسیم می‌شوند و موارد دیگر از مشتقات این سه نوع است:
1-پوسته و لوله: معمولاً از لوله‌های فولادی و مسی ساخته می‌شوند. از این نوع كویل برای سرد كردن مایعات استفاده میشود
2-صفحه‌ای: از دو صفحه فلزی كه بر روی آن شیارهایی برای عبور مبرد ایجاد شده ساخته شده است. این نوع اواپراتورها به دلیل امكان شكل پذیری به فرم دلخواه، تولید اقتصادی و سهولت تمیز كردن در یخچالها و فریزرهای خاگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نوع دیگر، از لوله‌ای واقع بین دو صفحه فلزی تشكیل شده است صفحات در انتها به یكدیگر جوش می‌شوند. در این اواپراتورها برای ایجاد تماس حرارتی مطلوب بین صفحات و لوله حامل مبرد، فضای بین صفحات را با محلول اتكتیك پر می‌كنند.
3-اواپراتورهای فین دار: در جاهایی که انتقال حرارت جابجایی اندک باشد برای جبران این کمبود با افزایش سطح تماس از طریق اضافه نمودن پره یا فین، انتقال حرارت را افزایش می دهند.
- لوله مكش: بخار كم فشار را از اواپراتور به مكش كمپسور انتقال می‌دهد.
انواع چیلر تراکمی
به طور کلی چیلرهایی که از سیکل تراکمی بهره میبرند به دو نوع کنداسور هوایی (هوا خنک) و کنداسور آبی (آب خنک) و سانتریفیوژ تقسیم می شوند. این طبقه بندی ها نیز خود با تنوع در نوع کمپرسور مورد استفاده در سیکل به دسته های دیگری تقسیم می شوند. امروزه متداولترین آنها چیلر اسکرو و چیلر اسکرال است.
- چیلر اسکرو
نسل جدیدی از چیلر در صنعت تهویه مطبوع، چیلر اسکرو هستند. وجه تسمیه آن استفاده از کمپرسورهای مارپیچ یا اسکرو است. از ویژگیهای مهم این کمپرسورها قابلیت کنترل ظرفیت، راندمان بالا نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی، جریان راه اندازی پایین، تعداد قطعات کم و … است.
- چیلر اسکرال
چیلر اسکرال نام خود را از کمپرسور بکار رفته در سیکل تبرید خود گرفته است. ساختمان این کمپرسورها از دو حلزون غیر هم محور تشکیل شده که یکی ثابت و دیگری متحرک است. این کمپرسور نیز مانند نوع اسکرو از نسل جدید و جایگزین کمپرسورهای رفت و برگشتی است.
مقایسه چیلر آب خنک و هوا خنک
- تفاوت چیلر هوا خنک و آب خنک از نظر قطعات
مقایسه چیلر هوا خنک و آب خنک : قطعات چیلر هوا خنک (چیلر تراکمی هوا خنک یا چیلر هوایی) و آب خنک (چیلر تراکمی آب خنک یا چیلر آبی) بسیار شبیه یکدیگر هستند. هر دو از قطعات اصلی کمپرسور ، اواپراتور ، کندانسور و شیر انبساط تشکیل می شوند. مهمترین تفاوت چیلر هوا خنک و آب خنک این است که کندانسور با استفاده از آب یا هوا خنک میشود. اگر کندانسور با آب خنک شود به آن چیلر تراکمی آب خنک می گویند که به تجهیزات برج خنک کننده و پمپ نیز نیاز دارد. اگر کندانسور با استفاده از فن دمنده هوا ، خنک شود به آن چیلر تراکمی هوا خنک گفته می شود که به برج خنک کننده و پمپ نیازی ندارد.
کندانسور آب خنک معمولا از نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله است. کندانسور هوا خنک از لوله های فین دار (شبیه رادیاتور) تشکیل می شود که فن هوا را از میان آن دمیده و آن را خنک می کند.
- مقایسه چیلر هوا خنک و آب خنک از نظر مصرف آب
با توجه به اینکه مقداری از آب درون برج خنک کننده در اثر تبخیر کم می شود، به آب جبرانی نیاز بوده و چیلر آب خنک مصرف آب دارد ولی در مدار چیلر هوا خنک ، آب وجود ندارد و به آن نیازی نیست. در مناطقی که آب به مقدار کافی وجود نداشته باشد یا قیمت آن بالاتر باشد بهتر است که از نوع هوا خنک استفاده شود.
- مقایسه چیلر هوا خنک و آب خنک از نظر عملکرد
از نظر عملکرد ، چیلر هوا خنک تا حدودی وابسته به درجه حرارت هوای محیط بیرون بوده و افزایش یا کاهش درجه حرارت محیط بر عملکرد آن تاثیر می گذارد ولی عملکرد چیلر آب خنک به دمای محیط وابسته نیست.
- مقایسه چیلر هوا خنک و آب خنک از نظر نگهداری
چیلر تراکمی هوا خنک نسبت به آب خنک به نگهداری کمتری نیاز دارد. تنها نیاز آن است که کویل های کندانسور به صورت دوره ای پاکسازی می شوند (مخصوصا در محیط هایی که چیلر در آب و هوایی کثیف کار کند) تا از ایجاد رسوب در سطح کویل و کاهش راندمان آن جلوگیری شود. در نوع آب خنک به علت استفاده از آب در مدار آن ، به نگهداری بیشتری نیاز است. میزان نگهداری به کیفیت آب موجود بستگی دارد که با افزودن ترکیبات شیمیایی به آب از خوردگی و رسوب آن جلوگیری می شود. به علت تبخیر مقداری از آب در چیلر آب خنک بایستی که آب جبرانی جایگزین آن گردد که علاوه بر مصرف آب، باید ترکیبات شیمیایی نیز به آن افزوده شود که در نتیجه به نگهداری بیشتری نیاز خواهد بود.
- انتخاب چیلر هوا خنک یا آب خنک
انتخاب آن به شرایط آب و هوایی هر منطقه ، وجود یا عدم وجود آب کافی و تمیز ، هزینه ها و … بستگی دارد که بایستی محل پروژه و ساختمان توسط مهندسان بازدید و محاسبات لازم انجام و سپس نوع آن انتخاب گردد. به طور کلی می توان گفت در مناطقی که آب به وفور یافت می شود ، هوای محیط عاری از ذرات معلق است و رطوبت نسبی در فصل تابستان کم است از چیلر آب خنک و در مناطقی که آب ناکافی است و یا کیفیت آن پایین است و رطوبت نسبی در تابستان بالاست از چیلر هوا خنک استفاده می شود.
– در چیلرهای آب خنک به علت حجم بالای تبخیر آب و تامین آب از دست رفته، مصرف کننده هزینه بالایی را متحمل می شود. تبخیر آب موجب گذاشتن رسوبات در برج خنک کن می شود و سختی آب نیز افزایش پیدا می کند، در نتیجه هزینه ای اضافی جهت سختی گیری آب و جداسازی رسوبات را در بر می گیرد.
– در کندانسورهای هوایی ضریب انتقال حرارت جابجایی به هوای درحال گذر از کویل ها و دمای هوای خشک منطقه مورد استفاده بستگی دارد. میزان حرارت قابل انتقال در طول روز، بعلت تغییر دمای خشک در شبانه روز تغییر کرده و باعث کاهش ضریب عملکرد چیلر می شود.
– در چیلرهای آب خنک، بدلیل جریان داشتن آب در سمت دیگر کندانسور، ضریب انتقال حرارت بالاتر بوده و لذا در ظرفیت های یکسان چیلر هوا خنک و آب خنک، کندانسور آب خنک دارای اندازه کوچکتری می باشد. در نتیجه سایز کمپرسور نیز کوچکتر می شود. کوچکتر شدن کمپرسور کاهش مصرف برق، بالا رفتن ضریب عملکرد سیکل و افزایش عمر کمپرسور را به همراه دارد.
بسیار عالی
موفق باشید