چیلر چیست و چگونه کار می کند؟

چیلر چیست و چه کاری انجام می دهد ؟

آب سرد شده در دستگاه چیلر با پمپ و از طریق لوله کشی به واحدهای توزیع کننده هوای سرد مانند فن کویل های تعبیه شده در داخل ساختمان یا دستگاه هواساز ارسال می شود. لوله های منتقل کننده آب سرد به خوبی عایق کاری می شوند تا دمای آب سرد حفظ گردد و بدین ترتیب ضمن جلوگیری از افت راندمان ، از تشکیل برفک (یخ خشک) بر روی دیواره بیرونی لوله ها نیز جلوگیری می شود. علاوه بر سرمایش ساختمان ها ، آب سرد می تواند در فرآیندهای صنعتی نیز به عنوان آب خنک کننده یک دستگاه مورد استفاده قرار بگیرد. آب سرد چیلر در مداری بسته جریان دارد. منظور از مدار بسته این است که آب درون لوله ها و کویل ها جریان پیدا کرده و راهی برای تبخیر آن وجود ندارد.

برای مثال در شکل زیر نمونه ای از دستگاه چیلر کوچک سرمایشی (مینی چیلر) و پکیج گرمایشی نشان داده شده است که این دو دستگاه در کنار یکدیگر یک سیستم کامل سرمایشی گرمایشی ساختمان را شکل می دهند و آب سرد و گرم را به فن کویل های نصب شده در اتاق ها و سالن ها ارسال می کنند تا عمل سرمایش و گرمایش هوا توسط این فن کویل ها صورت بگیرد. وقتی در فصل تابستان آب سرد وارد لوله های مسی (کویل) دستگاه فن کویل یا دستگاه هواساز شود، دمای کویل را به شدت کاهش داده و وقتی هوای دمیده شده توسط فن با کویل سرد برخورد کند، خنک شده و در اتاق ها و سالن ها به گردش در می آید. همین اتفاق در فصل زمستان نیز رخ داده و این بار چیلر خاموش و پکیج یا بویلر موتورخانه روشن می شود تا آبگرم را به فن کویل ها ارسال و این بار عمل گرمایش هوا انجام شود.

نمونه هایی از کاربردهای آن :

نمونه ای از کاربرد دستگاه مینی چیلر و پکیج متصل به فن کویل های ساختمان برای تهویه هوا : هر زمانی که یک ساختمان از پارتیشن های (اتاق ها و سالن ها) متعددی تشکیل شده باشد (مثلا یک ساختمان اداری یا مسکونی) باید به ازای هر اتاق یک فن کویل در نظر گرفته شود (در اکثر ساختمان های متوسط و بزرگ از این سیستم استفاده می شود) و برای سرمایش ، همه این فن کویل ها به آب سرد چیلر متصل می شوند. فن کویل ها قابلیت کنترل مستقل دارند. یعنی اینکه هر کدام از آنها را می توان با توجه به شرایط مورد نیاز کاربر و در دمایی دلخواه و به سادگی (با استفاده از یک کنترل) تنظیم نمود

(بدون اینکه بر راندمان یا عملکرد فن کویل های دیگر خللی وارد شود) و هر کدام را نیز به صورت اختیاری روشن یا خاموش کرد. فرض کنید در یک هتل 180 اتاق مجزا از هم وجود داشته باشد که در چنین شرایطی منطقی نیست که از 180 دستگاه کولر گازی (شامل 180 پنل دیواری و 180 یونیت بیرون از ساختمان) استفاده شود و به جای آن از 180 عدد فن کویل استفاده می شود که همه آنها به یک چیلر متصل می شوند. در 180 تا کولر گازی ما 180 مسیر لوله کشی مسی و حجم بسیار زیادی از مبرد نیاز داریم ولی در این سیستم نیاز به این مقدار از لوله کشی مسی نیست و آب توسط دستگاه چیلر سرد شده و به فن کویل ها با لوله کشی ساده و ارزان آب ، پمپاژ می گردد.

نمونه ای از کاربرد چیلر و بویلر متصل به دستگاه هواساز برای تهویه هوای یک ساختمان یا سوله : اگر ساختمان یا سوله ای داشته باشیم که پارتیشن های متعدد نداشته باشد (برای مثال سالن های بزرگ یک تکه مانند یک سالن تولیدی یا یک سالن سینما و غیره داشته باشیم) دیگر نمی توانیم برای سرمایش و گرمایش آنها به فن کویل ها متوسل شویم و به جای فن کویل ها یک دستگاه هواساز (هوارسان) در بیرون از ساختمان مستقر شده و برای سرمایش به آب سرد چیلر و برای گرمایش به آب گرم بویلر اتصال می یابد. هواساز دارای کویل بزرگی است که آب سرد یا گرم در داخل کویل سیرکوله شده و هوای عبوری از سطح کویل را سرد یا گرم می کند.

نکته اینکه هم فن کویل ها و هم هواسازها در حین اینکه عمل سرمایش هوا را انجام می دهند به خوبی و با توانی بالا می توانند رطوبت را نیز از هوا بگیرند. در تصویر بالا یک نمونه از کاربردهای صنعتی آن را مشاهده می کنید که برای کاهش دمای یک مخزن استفاده می شود. این فقط یک مورد از موارد استفاده از آن در صنعت است و صدها استفاده دیگر در صنایع مختلف دارد که در همگی آنها یک کار انجام می دهد و آن هم کاهش دما است. بنابرین بر اساس کاربرد به این نتیجه می رسیم که انواع چیلر را می توان به دو بخش کلی تهویه و صنعتی تقسیم بندی کرد که قطعا مشخصات فنی و قیمت برج خنک کننده  با توجه به اینکه نوع صنعتی معمولا تمام 365 روز سال را در حال کار است با یکدیگر متفاوت است.

شناخت اجزای چیلر تراکمی و انواع آن

اجزای چیلر تراکمی شامل دو عدد آب خنک یا هوا خنک (به نام کندانسور و اواپراتور) ، یک یا چند کمپرسور (از نوع اسکرال ، اسکرو ، پیستونی یا سانتریفیوژ) ، یک شیر منبسط کننده به نام شیر انبساط و مقداری سیال مبرد است. بر اساس همین قطعات می توان دستگاه چیلر را به انواع مختلفی تقسیم بندی کرد که در ادامه به آن اشاره می کنیم. مبرد در حالت گازی شکل وارد کمپرسور می شود. وظیفه کمپرسور این است که مبرد گازی را فشرده کرده و فشار و دمای آن را به شدت افزایش دهد و از طریق لوله به یک مبدل حرارتی آب خنک یا هوا خنک به نام ارسال کند. کمپرسورها در انواع مختلفی موجود هستند که بر اساس عوامل مختلفی از جمله تناژ تبرید دستگاه ، شرایط آب و هوایی محل نصب دستگاه و نیازهای پروژه معمولا یکی از انواع اسکرال یا اسکرو یا پیستونی و بر اساس محاسبات مهندس طراح انتخاب می شوند.

یکی از روش های دسته بندی انواع چیلر همین کمپرسور است و برای مثال وقتی که از کلمه “چیلر اسکرال” استفاده می کنیم منظورمان این است که در آن از کمپرسور اسکرال استفاده شده است. خرید پکینگ رندوم اسپلش نشان دهنده توجه شما به جزئیات و استانداردهای بالای بسته بندی است . دو نوع کندانسور آب خنک (آبی) و هوا خنک (هوایی) وجود دارد. یعنی اینکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور باید به نوعی گرمای اضافی خود را به محیط بیرون پس دهد و این دفع گرما در بخشی به اسم کندانسور انجام می شود که ما در اینجا یا باید با آب این گرما را به بیرون دفع کنیم یا با هوا. اگر با آب این کار انجام شود به آن آب خنک و اگر با هوا انجام شود هوا خنک می گوییم.

مبدل حرارتی آب خنک (کندانسور) معمولا از نوع  (شل اند تیوب) است که از درون لوله های آن مبرد و از اطراف لوله ها، آب عبور می کند. آب حرارت بالای مبرد را گرفته تا مبرد از حالت گاز به حالت مایع تغییر فاز دهد. آبی که حرارت را می گیرد، خودش به خنک کاری نیاز دارد و با پمپ به دستگاه کولینگ تاور (برج خنک کننده) ارسال می شود تا در برج مجددا خنک شده و به مبدل حرارتی چیلر (کندانسور) برگردد. به این نوع چیلر، چیلر تراکمی آب خنک گفته می شود زیرا کندانسور آن از نوع آب خنک است. در شکل زیر به صورت شماتیک اجزای چیلر تراکمی آب خنک ، برج خنک کننده و هواساز نشان داده شده است.

اگر مبدل حرارتی کندانسور از نوع آب خنک نباشد و به جای آن از نوع باشد، هوا از اطراف لوله های کندانسور توسط فن دمیده شده و حرارت را از مبرد می گیرد تا مبرد از حالت گاز به حالت مایع تغییر فاز دهد که به آن کندانسور هوا خنک گفته می شود و به این نوع چیلر، چیلر تراکمی هوا خنک گفته می شود. در شکل زیر یک چیلر تراکمی هوا خنک که در شرکت ما ساخته شده است را مشاهده می کنید که کندانسور هوا خنک آن به همراه فن های موجود در بالای چیلر نشان داده شده است. (چیلر هوا خنک فاقد برج خنک کننده است) نکته اینکه اگر بخواهیم این دو نوع را نسبت به هم مقایسه ای کوتاه کنیم و بدانیم که در چه شرایطی باید از نوع هوا خنک و چه شرایطی باید از نوع آب خنک استفاده کرد باید به این چند نکته توجه کنیم که عبارتند از

الف . نوع آب خنک (آبی) در موتورخانه نصب می شود و بنابرین فضایی را در موتورخانه باید به آن اختصاص داد که مسلما در مواردی که بتوان از این فضا بهره برداری های دیگری نمود هر متر مربع آن ارزش بالایی خواهد داشت. مزیت نصب در موتورخانه این است که چیلر تراکمی آب خنک چون در معرض بارش باران ، نور آفتاب و غیره نیست عمر بالاتری نسبت به نوع هوا خنک (هوایی) که روی بام نصب می شود و معمولا در معرض بارش باران و نور آفتاب قرار دارد خواهد داشت. نوع هوا خنک چون بر روی بام نصب می شود بنابرین نگرانی بابت در نظر گرفتن یک فضای سرپوشیده خاص که معمولا هم ارزش بالایی دارد وجود نخواهد داشت.

ب . نوع آب خنک دارای برج خنک کننده است و نگهداری و سرویس پکینگ برج خنک کننده زیاد بوده و هزینه بر است ولی نوع هوا خنک چون برج خنک کننده ندارد به نگهداری و سرویس بسیار کمتری نیاز خواهد داشت. محدودیت هایی در استفاده از برج خنک کننده وجود دارد که مهمترین آنها این است که در شهرهایی که رطوبت هوا بالاست اصلا نمی توان برج خنک کننده استفاده کرد.

ج . خنک کاری کندانسور چیلر با آب ، راندمان بالاتری نسبت به خنک کاری آن با هوا دارد و دفع گرما با آب نسبت به هوا بهتر انجام می شود و لذا نوع آبی راندمان بالاتری نسبت به نوع هوایی دارد. یکی دیگر از اصلی ترین روش های دسته بندی انواع چیلر همین کندانسور است که به طور دقیق به آن اشاره کردیم. بنابرین هر یک مزایا و معایب و نیز محدودیت هایی در استفاده دارند که پس از کارشناسی و تعیین نوع کاربری و شهر محل نصب و غیره توسط مهندسان متخصص تصمین نهایی گرفته می شود.

شیر انبساط (اکسپنش ولو) یکی دیگر از اجزای مهم این دستگاه است و به این علت بعد از کندانسور بر سر راه مبرد قرار می گیرد که فشار را از روی مبرد با منبسط کردن، بردارد و مجدد آن را از حالت مایع به حالت گاز تبدیل کند. بعد از شیر انبساط حدود 25 درصد از مبرد از حالت مایع به حالت گاز تغییر فاز داده و مخلوطی از مبرد مایع و گازی به صورت کنترل شده وارد مبدل حرارتی دیگری به نام می شود. اکسپنشن ولوها در دو نوع TEV (حرارتی که معمولا در ظرفیت های کم استفاده می شود) و EEV (الکترونیکی) موجود هستند. حتی از این نظر نیز می توان انواع چیلر را به دو دسته الکترونیکی (دارای شیر انبساط الکترونیکی) و ترموستاتیکی (دارای شیر انبساط ترموستاتیکی) دسته بندی کرد.