چیلر چیست و چه اجزایی دارد؟

چیلر چیست و چه اجزایی دارد؟

چیلر چیست و چه اجزایی دارد؟ چیلر یکی از راهکارهای تهویه مطبوع است که در کنار محصولات دیگری چون، بویلر چگالشی آلومینیومی، هواساز، روفتاپ پکیج، داکت اسپلیت و فن کوئل به عنوان یکی از گزینه‌های تأمین گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع ساختمان‌های تجاری، اداری و یا مسکونی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یکی از اهدافی که هنگام پاسخگویی به پرسش چیلر چیست به آن توجه می‌شود، تأمین رفاه و آسایش ساکنان ساختمان در گرما و سرما، صرف نظر از وضعیت آب و هوایی محیط بیرونی است.

امروزه از چیلر در طیف متنوعی از ساختمان‌های تجاری و مجتمع‌ها استفاده می‌شود، هتل‌ها، رستوران‌ها، ورزشگاه‌ها، بیمارستان‌ها، کارخانجات همگی از گزینه‌های قابل توجه برای نصب چیلر محسوب می‌شوند. البته ناگفته نماند که اهل فن به خوبی آگاهند که خرید چیلر و نصب دستگاه‌های چیلر در ابعاد بزرگ یا کوچک، بخش اعظمی از توان برق مصرفی ساختمان را به خود اختصاص خواهد داد و جای تعجب ندارد اگر با نصب چیلر بیش از 50 درصد از برق مصرفی ساختمان صرف روشن نگه داشتن دستگاه چیلر مورد استفاده در ساختمان شود.

چیلر چیست و آمار در مورد آن چه می‌گوید؟

طبق آمارهای منتشر شده، تنها در امریکای شمالی، حدود 20 درصد از کل برق تولیدی توسط چیلرهای نصب شده در ساختمان‌ها مصرف می‌شود. وزارت انرژی امریکا پیش‌بینی می‌کند که این رقم حتی در هر سال تا 30 درصد هم بالا رود، تمام این آمار و ارقام به خوبی نشان می‌دهد که چه تعداد و ظرفیتی از چیلر در کشورهای پیشرفته برای اهداف تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرند و چه حجمی از نقدینگی در این بازار جابه‌جا می‌شود.

در یک توضیح کلی، کار چیلر انتقال هوای گرم داخل ساختمان به محیط خارجی است. کار چیلر به عنوان دستگاه انتقال گرما متکی به مبردی است که در چیلر مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به نقش کلیدی چیلرها در تهویه‌ی هوای ساختمان، می‌توان از چیلر به عنوان قلب تپنده‌ی سیستم تهویه‌ی ساختمان نام برد.

چیلر چیست و چگونه کار می‌کند؟

چیلر به دو صورت کار می‌کند، متراکم کردن و فشرده‌سازی بخار هوا یا جذب بخار. فرآیند خنک‌سازی در چیلر باعث می‌شود تا مایع در دمایی حدودا 10 درجه سانتیگرادی به صورت پیوسته در دستگاه چیلر در گردش باشد. با توجه به همین نحوه‌ی عملکرد چیلر است که چیلرها به صورت کلی به 2 دسته‌ی چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی، دسته‌بندی می‌شوند.

در هر دو چیلر تراکمی و جذبی، مبردی که در سیکل تبرید در گردش است، از طریق جذب گرما، زمینه‌ی انتقال گرما را به وسیله‌ی چیلر فراهم می‌کند.

چیلر تراکمی چیست و چگونه کار می‌کند؟

برای آشنایی با نحوه‌ی عملکرد چیلر تراکمی، باید پیش از هر موردی با اجزا و نحوه‌ی عملکرد چرخه‌ای آشنا شویم که در علم مهندسی مکانیک، اصطلاحا به آن چرخه‌ی تراکم بخار یا Vapor-Compression Cycle می‌گویند.

چرخه تراکم بخار چگونه کار می‌کند؟

چرخه‌ی تراکم بخار به صورت کلی 4 مرحله‌ی اصلی را شامل می‌شود:

همانطور که پیش‌تر اشاره شد، چیلر دستگاه انتقال حرارت از داخل به خارج ساختمان است، پس جای تعجب ندارد که در شروع کار چرخه‌ی تراکم بخار با جذب گرما توسط اواپراتور کار خود را شروع کند.

اواپراتور چیلر چیست و چطور گرمای محیط را جذب می‌کند؟

اواپراتور ممکن است برای جذب گرما از هوا و یا آب کمک بگیرد، در اواپراتور هواخنک، مایع و بخار مبرد، به صورت همزمان وارد اواپراتور می‌شوند که در این حالت، حجم مایع در مقایسه با بخار، به مراتب بیشتر است. البته باید به این نکته توجه داشت که صرف نظر از نوع عملکرد اواپراتور به علت وجود شیر انبساط قبل از ورودی اواپراتور، مقداری بخار مبرد به واسطه‌ی مکش کمپرسور در این قسمت وجود خواهد داشت. از سمت خروجی اواپراتور نیز، تنها بخار مبرد خارج خواهد شد.

در اواپراتور آب‌خنک، این آب است که جایگزین هوا می‌شود و با کمک مایع مبرد، گرمای محیط را جذب و با استفاده از سیکل تبرید، خنک می‌کند.

چیلر هواخنک و اواپراتور لوله پره‌دار

چیلرهای مجهز به اواپراتور هواخنک عموما از اواپراتور لوله پره‌دار finned-Tube Evaporator استفاده می‌کنند، در اواپراتور لوله پره‌دار، با استفاده از قابلیت کوئل انبساط مستقیم، امکان خنک شدن هوا فراهم می‌شود. در کوئل انبساط مستقیم، لوله‌های حاوی مبرد با گذر از روی صفحاتی با ابعاد و اندازه‌های مشخص، سطح تماس با هوای عبوری را افزایش داده و با ایجاد تلاطم در جریان هوا، مانع لایه‌لایه شدن هوا نیز می‌شود.

هر چه جریان انتقال حرارت، یکنواخت‌تر باشد، چیلر راندمان بهتری خواهد داشت، بنابراین با به گردش در آوردن مبرد در چندین مدار موازی به صورت متوازن، این مهم نیز در چیلرها مورد توجه قرار می‌گیرد. در اواپراتور لوله پره دار، طول و قطر تمامی لوله‌ها به صورت مساوی و برابر طراحی می‌شود.

چیلر هواخنک و اواپراتور پوسته-لوله

اواپراتور پوسته – لوله Shell-and-Tube Evaporator تنها در چیلرهای تراکمی استفاده می‌شود، اواپراتور پوسته – لوله حکم تبخیر کننده‌ی انبساط مستقیم را بازی می‌کند و برای خنک کردن آب کاربرد دارد. در اواپراتور پوسته-لوله درون لوله‌ها، صفحاتی تعبیه شده‌اند که از طریق منحرف کردن جریان آب، سطح تماس حجم آب را با لوله‌های حاوی مبرد، افزایش می‌دهند.

کمپرسور دومین مرحله از چرخه‌ی ابتدایی سرمایش تراکمی را به خود اختصاص می‌دهد و بخار مبرد در سیکل تبرید یا چرخه‌ی سرمایش، در خطی که به نام خط مکش در حد فاصل اواپراتور و کمپرسور کشیده شده است، با فشار کم و دمای پایین، جریان پیدا می‌کند.

کمپرسور چیلر چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟

در یک تعریف ساده، کمپرسور چیلر بخار مبرد را به صورت کم فشار و با دمای پایین دریافت می‌کند و پس از متراکم کردن یا تحت فشار قرار دادن این بخار، آن را با فشار و دمای بالا وارد خط دهش می‌کند. به گرمای تولید شده ناشی از تراکم بخار مبرد و تبدیل انرژی مکانیکی به گرمایی، گرمای تراکم نیز می‌گویند. کمپرسورها نیز مانند اواپراتورها بر حسب کارآیی و عملکرد، انواع مختلفی دارند.

کمپرسور چیلر چه انواعی دارد؟

به طور کلی کمپرسورهای چیلرهای تراکمی به 4 دسته بر مبنای عملکردشان تقسیم می‌شوند:

1. کمپرسور سیلندر پیستونی یا رفت و برگشتی Reciprocating
2. کمپرسور اسکرو یا پیچی Screw
3. کمپرسور اسکرال یا حلقه‌ای یا حلزونی Scroll
4. کمپرسور سانتریفیوژ یا گریز از مرکز Centrifugal

  کمپرسور سیلندر پیستونی یا رفت و برگشتی: همانطور که از نام این کمپرسورها مشخص است، عملکرد آن‌ها مانند موتورهای احتراقی درون سوز است، با این تفاوت که در این کمپرسورها دیگر خبری از جرقه‌زنی و سوخت‌رسانی نیست.

در این نوع کمپرسور چیلرها، متحرکی الکتریکی با چرخاندن میل‌لنگ، سیلندر کمپرسور را بالا و پایین می‌کند تا هنگام پایین آمدن سیلندر، بخار مبرد از طریق سوپاپ به داخل کمپرسور مکیده شود و بعد از بالا رفتن سیلندر، بخار مبرد متراکم شده، از سوپاپ دهش به بیرون کمپرسور رانده شود.

کمپرسور اسکرو یا پیچی: در کمپرسورهای اسکرو یا مارپیچ چیلرهای اسکرو، بخار مبرد توسط دو روتور مارپیچ به درون کمپرسور مکیده می‌شود و سپس این دو روتور مارپیچ با چرخش در کنار یکدیگر، بخار مبرد را به سمت جلو حرکت می‌دهد و متراکم می‌کند.

کمپرسورهای اسکرال حلقه‌ای یا حلزونی: در چیلرهایی که به کمپرسورهای اسکرال مجهز هستند، دو نوار حلقوی در کنار هم به صورت دورانی به گردش در می‌آیند و بخار مبرد را در بین این دو نوار حلقه‌ای متراکم می‌کنند و  به سمت بیرون هدایت می‌کنند.

کمپرسور سانتریفیوژ یا گریز از مرکز: همانطور که از اسم این نوع کمپرسور مشخص است، این نوع کمپرسورها برای متراکم کردن بخار مبرد از چرخش گریز از مرکز یک پره، درون کمپرسور استفاده می‌کند.

کمپرسور اسکرو چگونه بخار مبرد چیلر را متراکم می‌کند؟

تراکم بخار مبرد در کمپرسور سه مرحله‌ی مختلف را شامل می‌شود، این 3 مرحله با توجه به عملکرد کمپرسور چیلر عبارت‌اند از:

1. مکش
2. تراکم
3. دهش

در چیلر اسکرو، هر کدام از روتورهای نر و ماده در مجاورت یکدیگر در یک محفظه نصب شده‌اند، این مارپیچ نر و ماده بخار مبرد را از یک سو می‌مکد و با استفاده از تغییر حجم، متراکم می‌کند.

باید به این نکته توجه داشت که وجود دو روتور نر و ماده در کمپرسور اسکرو چیلر به معنای اتصال هر دو روتور به موتور الکتریکی نیست و تنها یکی از روتورها به موتور الکتریکی متصل می‌شود و به گردش در می‌آید و روتور کناری را نیز برای مکش، تراکم و دهش بخار مبرد به حرکت در می‌آورد.

همانطور که احتمالا قابل حدس زدن است، بخار مبرد با گرفتار شدن در مارپیچ نر و ماده‌ی روتورها از حجمش کاسته می‌شود و در عوض بر میزان فشار و تراکم آن افزوده می‌شود.

ذکر این نکته هم قابل توجه است که انتخاب نوع چیلر بر مبنای کمپرسور به ظرفیت مورد نیاز برای تأمین سرمایش ساختمان مورد نظر باز می‌گردد، با توجه به این توضیح، توصیه می‌شود تا برای دسترسی به بالاترین کارآیی و راندمان از چیلر اسکرو برای تأمین ظرفیت سرمایش 70 تا 450 تن تبرید یا 200 تا 1500 کیلووات استفاده شود تا بهترین بازده را داشته باشد.

چیلر اسکرال حلقه‌ای و حلزونی: همانطور که پیش‌تر اشاره شد در چیلرهای اسکرال این نوارهای حلقوی‌اند که بخار مبرد را در محفظه‌های مارپیچ متراکم می‌‌کند و به سمت کندانسور هدایت می‌کند. در واقع اگر حلقه‌های درهم در کمپرسور اسکرال را دایره فرض کنیم، بخار مبرد درست در مرکز این دایره، بیشترین میزان تراکم را به دست می‌آورد و سپس از کمپرسور خارج می‌شود.

کمپروسورهای اسکرال چیلرها که علاوه بر حلقوی به طوماری نیز معروف‌اند، از دو حلقه نر و ماده تشکیل شده‌اند که یکی از این حلقه‌ها ثابت و دیگری متحرک است، این حلقه‌ها روی هم سوار می‌شوند و با چرخیدن حلقه پایین، بخار آب در فضای بین تیغه‌های نوار حلزونی کمپرسور اسکرال چیلر، متراکم می‌شود.

ظرفیت کمپرسور اسکرال چیلر چیست؟

عموما از چیلر مجهز به کمپرسور اسکرال برای تأمین سرمایش تا ظرفیت 20 تن تبرید استفاده می‌کنند. معمولا کمپرسورهای اسکرال به صورت عمودی و با ساختاری کاملا بسته، روی بدنه‌ی چیلر سوار می‌شوند. در کمپرسور اسکرال، برای خنک ماندن قسمت سیم‌پیچ الکتروموتور، طراحی کمپرسور به گونه‌ای است که بخار مبرد از سمت سیم‌پیچ الکتروموتور وارد کمپرسور شود.

کمپرسورهای اسکرال با توجه به اینکه با ظرفیت نسبتا پایین خود بازده تقریبا بالایی دارند، در ساخت بسیاری از چیلرهای تراکمی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کمپرسور سانتریفیوژ یا گریز از مرکز: کمپرسورهای سانتریفیوژ در صدر هرم ظرفیتی کمپرسورهای دستگاه‌های چیلر طبقه‌بندی می‌شود، این نوع کمپرسور بر خلاف سه نوع کمپرسور که پیش‌تر توضیح داده شد، با استفاده از تغییر حجم، فشار داخل کمپرسور تغییر نمی‌کند.

در این نوع کمپرسور با چرخش سریع بخار مبرد در محفظه‌ی حلزونی شکل، کمپرسور بخار مبرد متراکم می‌شود. کمپرسورهای گریز از مرکز برای نصب در چیلرهایی با ظرفیت 100 تا 3000 تن تبرید یا 350 تا 10500 کیلووات استفاده می‌شود و به همین دلیل نیز کمپرسور سانتریفیوژ پرظرفیت‌ترین نوع کمپرسور به حساب می‌آید.

کندانسور هواخنک یا آب‌خنک در چیلر چیست و چه کاربردی دارد؟

با اینکه عموما کندانسورها در دو گروه عمده‌ی هواخنک و آب‌خنک تقسیم می‌کنند، دسته‌‎ی دیگری نیز کندانسور برای چیلرها وجود دارد که با عنوان کندانسور تبخیری مشهوراند و به نوعی ترکیبی از چیلر آب‌خنک و هواخنک محسوب می‌شوند، البته از چیلرهای تبخیری به ندرت استفاده می‌شود و به همین دلیل نیز وقتی صحبت از دسته‌بندی انواع چیلر بر مبنای کندانسور می‌شود، منظور همان چیلر هواخنک و چیلر آب‌خنک است.

هواخنک یا آب‌خنک، وجه تمایز چیلر چیست؟

هنگام انتخاب چیلر و تصمیم‌گیری در دوراهی آبی یا هوایی، باید توجه داشته باشیم که برای پروژه‌ی ساختمانی خود به چه مقدار ظرفیت به ازای هر تن تبرید نیازمندیم و پروژه در چه شرایط اقلیمی و آب‌وهوایی قرار دارد؟

کندانسورهای چیلر آب‌خنک برای پوشش سرمایشی ظرفیت‌های 10 تا 3000 تن تبرید یا 35 تا 10500 کیلووات استفاده می‌شود. در مقابل کندانسورهای چیلر هواخنک نهایتا ظرفیتی بین 7.5 تا 500 تن تبرید یا 25 تا 1580 کیلووات را پشتیبانی می‌کنند.

البته باید به این نکته نیز توجه داشت که کم‌تر بودن ظرفیت، به عنوان نقطه‌ی ضعف چیلر هواخنک محسوب نمی‌شود چرا که چیلرهای هواخنک بر خلاف ظرفیت کم‌تر خود در مقایسه با چیلرهای آب‌خنک، هیچ محدودیتی از نظر استفاده در شرایط آب و هوایی مختلف ندارند، اما چیلرهای هواخنک، به دلیل آنکه برای تکمیل چرخه‌ی تبرید خود به برج خنک‌کننده نیاز دارند، علی‌رغم ظرفیت بالاتر، برای استفاده در مناطق مرطوب، گزینه‌ای منطقی محسوب نمی‌شوند.

کندانسور هواخنک Air-Cooled Condensers چیلر چیست؟

عنصر کلیدی که کندانسور چیلر هواخنک را از آب‌خنک متمایز می‌کند، وجود فن جریان محوری یا فن آکسیال است. در این نوع کندانسور چیلر، در کنار کوئلی که وظیفه‌ی تبدیل بخار مبرد به حالت مایع را دارد، فن آکسیال یا جریان محوری با عبور هوا از روی کوئل، ایجاد اختلاف دما، تغییر فاز مبرد را تسهیل می‌کند.

کندانسور هواخنک در این دسته از چیلرها برای ایجاد سرمایش به آب نیاز نخواهد داشت، در مقایسه با چیلر آب‌خنک تعمیر و نگهداری ساده‌تری دارد، به سهولت و بدون مشکلی در مناطق مرطوب قابل استفاده است و خطر یخ‌زدگی نیز آن را تهدید نمی‌کند.

کندانسور آب‌خنک Water-Cooled Condencers چیلر چیست؟

از نام چیلر و کندانسور آب‌خنک مشخص است که این دسته از چیلرها برای انتقال گرما و تغییر فاز مبرد از آب خنک شده استفاده می‌کنند.

بنابراین در چیلر آب‌خنک به وجود آب با دمایی پایین نیاز است که معمولا نیز این نوع آب خنک شده با استفاده از برج خنک‌کننده به دست می‌آید، البته باید توجه داشت که برج خنک‌کننده تنها گزینه‌ی موجود در چیلرهای آب‌خنک نیست و از آب چاه و رودخانه نیز برای خنک کردن مبرد این نوع چیلرها می‌توان استفاده کرد، اما به این شرط که ویژگی‌هایی چون سختی آب، دما و دبی آن از قبل کنترل شده باشد.

در چیلرهایی که از کندانسور آب‌خنک پوسته – لوله استفاده می‌کنند، آب رفت و برگشتی از مبدأ برج خنک‌کننده در لوله‌ها جریان پیدا می‌کند و امکان انتقال گرمای بخار موجود در پوسته را به آب و تبدیل مبرد از حالت بخار به مایع را فراهم می‌کند.

شیر انبساط در چیلر تراکمی چه وظیفه‌ای بر عهده دارد؟

وظیفه‌ی شیر انبساط تنظیم فشار و حجم مایع مبرد میان کندانسور و اواپراتور متناسب با میزان بار مورد نیاز است. هر چه بخار مبرد تشکیل شده پس از شیر انبساط بیشتر باشد، چیلر بار سرمایشی بیشتری را تجربه خواهد کرد و در مقابل در صورتی که حجم زیادی از اواپراتور را مایع اشغال کرده باشد با حالت عدم تبخیر و بار کم مواجه خواهیم بود.

باید توجه داشت که شیر انبساطی وظیفه‌ی خیلی مهمی را دستگاه‌های چیلر بازی می‌کند، چرا که در هیچ شرایطی نباید اجازه دهد مایع مبرد از اواپراتور خارج شود و وارد کمپرسور شود، زیرا ورود هر مبردی به غیر از بخار به کمپرسور برای چیلر آسیب‌زا خواهد بود.

به این نکته نیز باید توجه داشت که از شیر انبساط در چیلرهایی با ظرفیت بیش از 5 تن تبرید استفاده می‌‌شود و برای چیلرهایی که ظرفیت کم‌تری دارند از روش‌های دیگری مانند لوله‌ی موئین استفاده می‌شود.

چیلرهای تراکمی راتا تولید شرکت مبنا؛

در این مقاله تلاش کردیم تا با توجه به اجزای مختلف درگیر در سیکل و چرخه‌ی تبرید نحوه‌ی عملکرد چیلر را تا حد امکان توضیح دهیم و انواع مختلف چیلر را بر مبنای عملکرد قسمت‌هایی مانند کمپرسور و اواپراتور تشریح کنیم.

امروزه استفاده از چیلر به ویژه در ساختمان‌های چندین واحدی و مجتمع‌ها، به گزینه‌ای محبوب تبدیل شده است و به همین دلیل نیز سفارش و خرید بهترین چیلر و بالاترین راندمان، اهمیت بسزایی در تأمین رفاه ساکنان ساختمان بازی می‌کند.

در طراحی چیلرهای راتا ضمن توجه به محدودیت فضای نصب، سعی شده تا همزمان با تأمین بالاترین عملکرد سرمایشی، کم‌ترین فضا اشغال گردد.

برای آگاهی از ویژگی‌های چیلرهای تراکمی راتا ساخت شرکت مبنا و سفارش و خرید چیلر با دفتر مرکزی فروش مبنا تماس بگیرید.

منبع: attuneiot.com ؛