چیلر هوا خنک:

چیلر هوا خنک یا همان چیلر هوایی (Air cooled chiller) نوعی چیلر تراکمی به شمار می رود که نحوه کارکرد آن، سیکل تبرید تراکمی بخار بوده و فرایند دفع حرارت در کندانسور آن به کمک هوای محیط صورت می گیرد.

در واقع چیلرهوا خنک، سیستم سرمایشی است، که برای خنک کاری آب و پمپاژ آن به هواساز ها و فن کویل های داخل فضا های تجاری، مسکونی، اداری و غیره (جهت کم کردن دمای هوا و رطوبت زدایی) به کاربرده می شود و همچنین کاربرد های صنعتی برای خنک کردن فرآیندها، دستگاه ها و ماشین آلات صنعتی(با آب سرد) دارد.

بخش های اصلی  چیلر:

بخش های اصلی چیلر تراکمی هوا خنک شامل: کمپرسور و موتور الکتریکی کویل شده به آن، کندانسور هوا خنک، شیر انبساط، اواپراتور، مواد و لوله های انتقال دهنده مبرد و آب. این چیلر به این دلیل عنوان تراکمی را به خد اختصاص داده است که فرآیند سرمایش بر اساس متراکم کردن مبرد توسط کمپرسور را انجام می دهد.

نحوه عملکرد چیلر هوا خنک:

چیلر تراکمی هوا خنک حرارت محیط و دستگاه را جذب کرده و سپس این گرما را به محیط بیرون انتقال می‌دهد. گاهی اوقات گرمای گرفته شده از محیط را بازیافت کرده و سیستم مورد استفاده را بهینه می کند. سیکل تبرید چیلر تراکمی هواخنک از اواپراتور شروع می‌شود. مبرد بعد از گرفتن گرما و انتقال آن به کمپرسور، به صورت فشرده در می‌آید.

پس از کمپرسور، این مبرد که به صورت گاز فشار بالا می‌باشد وارد کندانسور می شود. کندانسور چیلر تراکمی هواخنک به وسیله انتقال گرما به محیط باعث چگالش مبرد می شود. پس از آن مبرد با عبور از شیر انبساط و با از دست دادن فشار وارد اواپراتور می‌شود. این چرخه در یک چیلر تراکمی هوا خنک دائما تکرار می‌شود.

ویژگی های چیلر هوا خنک:

• نصب در کلیه فضا ها بسته به نوع انتخاب
• عدم نیاز به برج خنک کننده مجزا
• امکان نصب در فضاهای باز
• یکپارچه بودن کل سیستم
• مناسب برای مناطق گرم و خشک
• قابل استفاده در ظرفیت های پایین
• مدیریت مصرف برق در نمونه های پیشرفته
• کنترل کلیه قسمت ها به وسیله دستگاه های الکترونیکی
• استفاده از بخشی از ظرفیت دستگاه و مصرف انرژی کمتر
• صرفه جویی در هزینه به وسیله حذف لوله‌ کشی و هزینه ‌های مربوط به کندانسور آبی

انواع کمپرسور در چیلر های هوا خنک:

کمپرسور روتاری (Rotary):

یکی از گزینه های انتخابِ کمپرسور در مینی چیلرها، کمپرسور های روتاری هستند که در پروژه های تهویه مطبوع با ظرفیت خیلی پایین به کار برده می شوند. کارکرد این کمپرسور ها شبیه به کمپرسور های پیستونی است و از قطعاتی مثل میل لنگ، پیستون، پره و … تشکیل شده اند.

کمپرسور پیستونی (Reciprocating):

در ظرفیت های میانی چیلر های هوا خنک معمولا از کمپرسور های پیستونی استفاده می شود. اما در واقع این روزها بیشتر از تهویه مطبوع، در پروژه های برودت صنعتی به کار گرفته می شوند. این کمپرسور ها شامل قطعات متحرک متعددی از جمله میل لنگ، شاتون، پیستون، سوپاپ و … تشکیل شده اند.

کمپرسور اسکرال (Scroll):

معمولاً در چیلر های هوا خنک با ظرفیت پایین از کمپرسور های اسکرال استفاده می شود که اغلب در پروژه های تهویه مطبوع به کار برده می شوند. کمپرسور هایی با دو مارپیچ حلزونی یا همان اسکرال که به منظور افزایش فشار گاز مبرد به کار گرفته می شوند.

کمپرسور اسکرو (Screw):

اغلب اوقات در پروژه های تهویه مطبوع از کمپرسور های اسکرو استفاده می شود که در برودت صنعتی با ظرفیت های بالا مورد استفاده قرار می گیرند. این کمپرسور ها از دو مارپیچ دوار اسکرو یا (نر و ماده) برای ایجاد تراکم در گاز مبرد بهره می گیرند.

کمپرسور سانتریفیوژ (Centrifugal):

معمولاً در ظرفیت های خیلی بالا و برای پروژه های بزرگ تهویه مطبوع و برودت صنعتی از کمپرسور های سانتریفیوژ یا همان گریز از مرکز به علت حجم جا به جایی زیادی که دارند، استفاده می شود. این کمپرسور ها از طریق افزایش انرژی جنبشی گاز مبرد، فشار آن را بالا می برند. تنها کمپرسوری که بدون روغن کار می کند، کمپرسور سانتریفیوژ است.

در مجموع معمولاً در چیلر هوا خنک استفاده کمتری از کمپرسور های سانتریفیوژ می شود، چراکه نسبت تراکم تولیدی این کمپرسور ها برای چیلر های هوا خنک چندان مناسب نمی باشد. لذا، عمدتاً در چیلر های آب خنک از کمپرسور های سانتریفیوژ استفاده می گردد.

هرچند که می توان از نوع دو مرحله ای آن ها که قادرند نسبت تراکم بیشتری تولید کنند، در چیلر های هوا خنک نیز استفاده نمود. در تصویر زیر می توانید نمونه ای از کندانسور هواییِ به کار رفته در چیلر هوا خنک (دو پارچه) را مشاهده کنید.

چیلرهای هوا خنک  به دو شکل مختلف طراحی و تولید می شوند:

چیلر هوا خنک یک پارچه (Packaged)

درچیلر های یکپارچه، دستگاه به سادگی، تنها به وسیله یک انشعاب آب و برق از ساختمان، قابل راه اندازی خواهد بود،زیرا  تمامی متعلقات چیلر درون یک یونیت قرار گرفته اند و این نوع از چیلر، به واسطه مکانیزم کاری کندانسور هوایی، باید حتماً در محوطه آزاد نصب شود.

چیلر هوا خنک دو پارچه (Split)

در چیلر های دو پارچه، کندانسور هوایی در یونیتی مجزا ساخته شده و مجموعه کمپرسور، شیر انبساط و اواپراتور در یونیت دیگری قرار داده می شوند. در این صورت  می توان محل نصب یونیت دوم را جدای از کندانسور و در موتورخانه در نظر گرفت. چنین روشی در پروژه هایی لحاظ می گردد که بام ساختمان توانایی تحمل وزن چیلر یکپارچه را نداشته و فضای دیگری هم برای قراردادن دستگاه وجود نداشته باشد. در غیر این صورت، به علت وجود دلایلی از جمله افزایش هزینه تولید، افت فشار ایجادشده در بخار مبرد ورودی به کندانسور، کاهش راندمان دستگاه و … نمی توان به کارگیری این چیلر ها را ایده مناسبی دانست. هرچند که برخی از تکنسین ها، به علت دسترسی ساده تر به موتورخانه، چیلر های هوا خنک دو پارچه را انتخاب مناسب تری  می دانند.

چیلر آب خنک

چیلر های تراکمی آب خنک یا همان چیلر آب خنک ، یکی از متداول ترین چیلر هایی است که امروزه برای کاربردهای متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرند.

از این دستگاهها می توان برای خنک کردن ساختمان های اداری و تجاری، سالن های سرپوشیده، مراکز صنعتی و … بهره برد.

تفاوت این دستگاهها با نوع دیگر چیلرهای تراکمی در چگونگی خنک سازی سیال مبرد است. در این دستگاهها از یک برج خنک کننده و جریان آب برای این کار استفاده می شود.

در صورتی که در چیلر های هوا خنک از چندین فن و جریان هوا برای خنک سازی بهره برده می شود. اما سؤال اینجاست، چرا باید از چیلر های آبی استفاده کرد؟

موارد برتری چیلر های آب خنک چیست و چرا این دستۀ خاص در بازار چیلرها از محوبیت بیشتری برخوردارند؟

در این مقاله قصد داریم به سراغ این دستگاه ها برویم، ساختمان آن‌ ها را بررسی کنیم و سپس به مزایا و معایب آن بپردازیم.

آشنایی با چیلر های آبی

چیلرهای تراکمی، دستگاه های سرماسازی هستند که در آن ها از یک سیکل تبریدی و سیال مبرد استفاده می شود. سیال مبرد، سیالی است که دارای ظرفیت گرمایی بالایی است و با طی کردن سیکل تبرید، به صورت پیاپی تغییر فاز می دهد. در چیلرها با بهره گیری از علوم ترمودینامیک و انتقال حرارت، از این عمل تغییر فاز برای سرمایش و گرمایش محیط های متفاوت استفاده می کنند.

نقطۀ شروع در سیکل تبریدی چیلر های آبی ، بخش کمپرسور است. سیال مبرد با عبور از کمپرسور، فشرده شده و دمای آن بالا می‌رود. این گاز متراکم شده، سپس به بخش کندانسور فرستاده می شود.

در نتیجه، عمل میعان بر روی سیال صورت گرفته، گاز متراکم به مایع متراکم تبدیل می شود.

این سیال پس از عبور از کندانسور چیلر از یک شیر انبساطی گذر می کند. نتیجۀ این اتفاق، کاهش شدید فشار سیال و تبخیر مجدد آن است؛ که همزمان با عمل تبخیر، سیال وارد بخش اواپراتور می گردد و دمای آن بالا می رود. که در نتیجه مابقی سیال مایع موجود در خط لوله نیز به گاز تبدیل شده، آمادۀ ورود مجدد به کمپرسور می شود.

خروجی بخش اواپراتور در حقیقت نقطۀ ورود مجدد سیال به کمپرسور است. با تکرار پیاپی این سیکل تبریدی، عمل خنک سازی در چیلرها صورت می گیرد.

آشنایی با اجزای اصلی چیلر های آب خنک

اجزای تشکیل دهندۀ اصلی یک چیلر تراکمی آب خنک به شرح زیر است:

• کمپرسور یا متراکم کننده
• اواپراتور
• کندانسور
• برج خنک کننده

البته در کنار این موارد دستگاه های کنترلی و کمک کنندۀ دیگری نیز در چیلرهای تراکمی به کار برده می شوند که به بهبود عملکرد فرایند و محافظت از دستگاه های اصلی کمک می کنند.

کمپرسور چیلر آبی

کمپرسور در چیلرهای تراکمی در حقیقت قلب دستگاه به شمار می رود. معمولاً در طراحی چیلرهای تراکمی از کمپرسور های اسکرو استفاده می شود.

اگرچه می توان از کمپرسور های رفت و برگشتی نیز در طراحی دستگاه استفاده کرد. دلیل انتخاب کمپرسورهای اسکرو، سر و صدای کمتر این کمپرسورها و کنترل دقیق تر ظرفیت این کمپرسور است.

در چیلرهای تراکمی معمولاً از دو یا چند سیکل موازی استفاده می شود؛ که هر سیکل به چند کمپرسور متصل می گردد. این عمل باعث می شود تا در وهلۀ اول کار کنترل دستگاه ساده تر صورت بگیرد.

به این معنا که اگر نیاز به کاهش ظرفیت سرمایشی چیلر باشد، می توان یکی از کمپرسورهای چیلر را از مدار خارج کرد و مثلاً اگر از یک چیلر با چهار کمپرسور در کنار هم استفاده می شود، با خاموش کردن هر کمپرسور می توان حدود بیست و پنج درصد از ظرفیت تراکمی کمپرسورها را کاهش داد.

دلیل دوم استفاده از چند کمپرسور و خط لوله های موازی این است که اگر در هنگام کار یکی از کمپرسورها دچار خرابی شد، همچنان بتوانیم از چیلر استفاده کنیم. در این حالت کافی است

خط لولۀ مورد نظر را از مدار خارج کرده، به طور موقت و تا زمان تعمیر کمپرسور از چیلر با ظرفیت پایین تری استفاده کرد.

نقش اواپراتور در چیلر های تراکمی آب خنک

اواپراتور به مانند یک مبدل حرارتی در چیلرهای تراکمی عمل می کند. در حقیقت اواپراتور همان بخشی است عمل خنک سازی محیط به کمک آن انجام می گیرد. اواپراتورها به صورت یک مبدل پوسته لوله طراحی می شوند.

سیال مبرد در داخل لوله در جریان است و در اطراف لوله آب جریان می یابد. در نیتجه سیال مبرد باعث کاهش دمای آب در اواپراتور شده، خود به طور کامل تبخیر می شود.

در حقیقت از این آب خنک شده است که برای خنک سازی محیط و یا دستگاه های صنعتی استفاده می شود. آب جاری در اواپراتور پس از خروج به سمت دستگاه های هواساز و فن کویل های می رود تا عمل سرمایش را انجام دهد. سیال مبرد نیز پس از خروج از اواپراتور دوباره به کمپرسور فرستاده می شود.

نقش کندانسور در طراحی چیلر های تراکمی آبی

طراحی کندانسور نیز درست مانند یک مبدل حرارتی پوسته لوله صورت می گیرد. سیال مبرد در اینجا نیز داخل لوله در جریان است. سیالی که وارد کمپرسور می شود، دما و فشار بالایی دارد که با ورود به کندانسور دمای آن پایین آمده، آمادۀ ورود به شیر انبساط می شود.

یک بار دیگر به سراغ مفهوم چیلر های آبی برویم. همین طور که گفتیم، عمل خنک سازی چیلرهای تراکمی را هم می توان با جریان هوا انجام داد و هم با جریان آب.

نقش آب در خنک سازی چیلر درست در بخش کندانسور است که مشخص می شود. اگر برای خنک سازی اولیۀ سیال مبرد از جریان آب استفاده گردد، گفته می شود که چیلر از نوع آب خنک است.

آب مورد نیاز برای ورود به بخش کندانسور به کمک برج خنک کننده تأمین می شود.

نقش برج خنک کننده در راه اندازی چیلر های تراکمی آب خنک

برج های خنک کننده در حقیقت یک عضو کمکی به شمار می روند که در کنار چیلر به عمل سرمایش محیط کمک می کنند. همین طور که گفتیم، در بخش کندانسور دمای سیال مبرد با عبور از یک مبدل پوسته لوله کاهش می یابد. آبی که در بخش کندانسور جریان پیدا می کند، همان آبی است که به کمک برج خنک کننده دمای آن پایین آورده می شود.

در حقیقت آب خروجی از کندانسور وارد برج خنک کننده می شود. طراحی برج خنک کننده به این شکل است که آب از بالا به صورت آبشاری جاری می شود.

جریان هوا نیز از پایین به درون برج پمپ می گردد؛ که در نتیجۀ این عمل دمای آب برج خنک کننده کاهش می یابد. این آب خنک شده در پایان آمادۀ ورود مجدد به بخش کندانسور می شود.

بررسی مزایا و معایب چیلر های آبی

حال که با ساختمان چیلرهای آبی و چگونگی عملکرد آن ها آشنا شدیم، می توانیم به سراغ بررسی مزایا و معایب آن برویم. امروزه از چیلر های آبی برای خنک سازی ساختمان های اداری، تجاری و حتی مسکونی نیز استفاده می شود. به علاوه که می توان از آن ها برای خنک سازی دستگاه های صنعتی و محیط های کارگاهی نیز استفاده کرد.

دلیل این استقبال گسترده از این دستگاهها، ظرفیت سرمایش آنهاست. ظرفیت سرمایشی این چیلرها نسبت به چیلرهای جذبی و هواخنک بیشتر است.

این در صورتی است که برای راه اندازی این چیلرها نیاز به آب فراوانی خواهد بود. که تأمین این آب در مکان های گرمسیری کار مشکلی است.

مسئلۀ دیگر هزینه های جاری طراحی چیلرهای تراکمی است. طبیعتاً راه اندازی چیلر های آب خنک نسبت به چیلرهای هواخنک هزینۀ بیشتری را در پی خواهد داشت.

زیرا لازم است در کنار این دستگاهها از یک برج خنک کننده نیز استفاده کرد. اما اگر به دنبال چیلری با ظرفیت سرمایشی بالا هستید، استفاده از چیلر های آب خنک مقرون به صرفه تر بوده و کارایی بهتری دارد.

نکتۀ بعدی به تفاوت مکان نصب چیلرهای آب خنک و چیلرهای هواخنک بر می گردد. چیلرهای هواخنک را باید حتماً در جریان هوای آزاد و معمولاً روی پشت بام خانه ها نصب کرد.

موضوعی که در درجۀ اول روی زیبایی ساختمان اثر می گذارد. این در حالی است که چیلرهای آبی را می توان در بخش موتورخانه یا تأسیسات نصب نمود.

مکانی که هم دسترسی به آن ساده تر است و هم از نظر زیبایی تأثیر مثبتی روی نمای بیرونی ساختمان دارد.