برای سوال چیلر چیست ؟ می توان پاسخ های متفاوتی ارائه داد. اما به صورت ساده و عامیانه ، چیلر به معنای آب سردکن است که برای تهیه آب سرد به منظور سرمایش فضای موجود در کاربری مسکونی ، اداری ، تجاری و صنعتی به کار می رود. چیلر مانند سایر دستگاه های تهویه و تبرید دارای چهار قطعه اصلی کمپرسور ، کندانسور ، اواپراتور و عامل انبساط گاز ( شیر انبساط و یا لوله مویی ) می باشد. در چیلر نیز با استفاده از کمپرسور فشار گاز مبرد را بالا برده و در شیر انبساط به طور ناگهانی فشار را پایین آورده بنابراین دما نیز به صورت ناگهانی به مقدار زیادی افت می کند ؛ زیرا فشار و دما رابطه مستقیمی با یکدیگر دارند. گاز مبرد در ابتدای سیکل وارد کمپرسور می شود ، در این حالت مبرد در شرایط " بخار مافوق گرم " که به اصطلاح سوپرهیت ( Super heat ) نام دارد و یا بخار اشباع قرار می گیرد. در کمپرسور فشار مبرد به شدت افزایش می یابد که در این حالت فشار مبرد حدودا 4.5 برابر می شود و به صورت بخار مافوق گرم از کمپرسور چیلر خارج می شود . وظیفه کمپرسور در چیلر افزایش فشار است پس از آن مبرد وارد کندانسور هوایی چیلر و یا کندانسور آب خنک چیلر شده و تبدیل آن به مایع سرد که به اصطلاح صابکولینگ( Sub cool ) نام دارد بر عهده کندانسور چیلر میباشد. در کل وظیفه اصلی کندانسور گرفتن گرمای نهان تبخیر مبرد و کاهش دمای مبرد مافوق گرم است . پس از خنک شدن مبرد در کندانسور که با افت فشار و افت دمای کمی همراه است ، مبرد وارد شیر انبساط می شود ، در شیر انبساط افت فشار ناگهانی با افت دما همراه می شود و فشار مبرد حدود 4.5 برابر کاهش می یابد. در این حالت گاز مبرد ترکیبی در حدود 20 درصد بخار و 80 درصد مایع را دارا می باشد. پس از آن مبرد که خنک شده است وارد اواپراتور می شود . در اواپراتور آب موجود در حال گردش فن کویل ها یا هواساز ها را خنک می سازد سپس مبرد مجددا وارد کمپرسور می شود و این چرخه یک سیکل تکرار شونده خواهد بود تا چیلر برای مصرف کننده دمای نقطه آسایش را به ارمغان آورد. شایان ذکر است در بعضی مواقع به جای اواپراتور چیلر از اصطلاح آب سرد کن چیلر استفاده میکنند.
چیلر دارای کاربردهای مختلفی است که در اینجا به چند مورد از آنها شاره می کنیم. چیلر برای انواع دستگاه های تزریق پلاستیک ، صنایع دارویی و بهداشتی ، دستگاه های CNC ، صنایع تولید نوشابه ، آب معدنی ، دوغ و آبمیوه ، خنک کردن حوضچه های دستگاه های لبنيات ، صنایع چاپ و بسته بندی لمینت و سلفون ، انواع دستگاه های بادی و پلی اتیلن ، صنایع نفت و گاز و پتروشیمی ، تولید بطری پت و پلی اتیلن ، صنایع تولید رنگ ، صنایع شیر و لبنیات ، صنایع قالب سازی و اترجت وایرکات و پرس های هیدرولیک ، خنک کردن قالب ها و مخازن روغن ، دستگاه های تجهیزات پزشکی نظیر MRI ، دستگاه تولید فیلم PVC, PE,PP ، انواع دستگاه بادکن تولید PET و پریفورم ، دستگاه های ترموفرمینگ و نیمه فرمینگ و تولید ظروف یکبار مصرف کاربرد دارد.
۱. چیلر تراکمی
2. چیلر جذبی
به صورت کلی در دنیای تهویه و مطبوع چیلر به دو دسته چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم می شود و هرکدام از این دسته چیلر ها از نظر نوع کمپرسور چیلر ، نوع کندانسور چیلر و نوع اواپراتور چیلر به دسته های دیگر تقسیم می شوند که نحوه کارکرد چیلر را مجزا می کنند و در بخش های دیگر به صورت تفکیکی به آن ها خواهیم پرداخت اما در اینجا به صورت اجمالی تعاریفی از چیلر تراکمی و چیلر جذبی خواهیم داشت :
این نوع چیلر همانند دیگر چیلرها وظیفه سرد کردن آب را بر عهده دارد. پس از سرد کردن آب ، میزان آب مورد نیاز را پمپاژ کرده و به داخل ساختمان مسکونی ، اداری ، تجاری و یا ماشین آلات صنعتی هدایت می کند. آب سرد شده به فن کویل موجود در ساختمان یا هواساز می رسد و باعث خنک سازی محیط یا ماشین آلات صنعتی می گردد. جهت خنک سازی دستگاه های صنعتی ، دستگاه فنکویل دیگر وجود ندارد و فقط آب سرد در قطعات دستگاه ها و ماشین آلات صنعتی به حالت گردش در می آید و سبب خنک سازی دستگاه ها می شود.
این نوع چیلر مانند دیگر دستگاه های تهویه مطبوع سبب خنک سازی می شود اما تفاوت هایی در طراحی ، ساختار و قطعات چیلر جذبی نسبت به دیگر چیلر ها وجود دارد. یکی از این تفاوت ها استفاده از منبع گرمایی مثل بخار داغ یا شعله گاز جهت خنک سازی آب می باشد. در چیلر جذبی دستگاهی به نام کمپرسور دیگر وجود ندارد و از انرژی الکتریکی یا موتور الکتریکی استفاده نمی شود ، بلکه به جای کمپرسور از حرارت و ژنراتور در سیکل استفاده می شود. وظیفه اصلی ژنراتور غلیظ کردن مایع است پس در چیلر جذبی اختلاف فشار و دما و متراکم سازی به وسیله ژنراتور با حرارت بالا انجام می شود.
1. چیلر تراکمی هوا خنک
2. چیلر تراکمی آب خنک
در اینجا قصد داریم به صورت جداگانه چیلر تراکمی هوا خنک و چیلر تراکمی آب خنک را توضیح دهیم تا بتوانیم در جهت انتخاب چیلر مورد نیاز شما عزیزان،راهنمایی های لازم را ارائه دهیم.
چیلر هوا خنک که به چیلر هوایی نیز معروف می باشد به آن دسته از چیلرها اطلاق می شود که حرارت موجود در سیکل را با استفاده از فن های کندانسور به محیط بیرون دفع می کند. آبی که توسط چیلر تراکمی هوا خنک سرد می شود در فن کویل ها و یا کویل های آب سرد هواسازها مورد استفاده قرار می گیرد. در چیلر تراکمی هوا خنک دو سیکل وجود دارد 1_ سیکل مبرد چیلر هوا خنک : در این سیکل مبرد از کمپرسور با فشار زیاد خارج شده و در کندانسور خنک می شود و با گذر از شیر انبساط وارد اواپراتور شده و گرمای آب اواپراتور را جذب کرده و آب اطراف اواپراتور را خنک می کند و پس از خروج از اواپراتور دوباره به کمپرسور برمی گردد.
2_ سیکل آب سرمایش ساختمان چیلر تراکمی هوا خنک : از طریق کانال مکش داخل ساختمان که از بیرون به چیلر وصل است ،گرمای داخل ساختمان را وارد اواپراتور کرده و به گاز مبرد با دمای زیر صفر موجود در اواپراتور منتقل می نماید . اواپراتور گرما را جذب کرده و از طریق مبرد سرد آن را خنک می کند سپس از طریق کانال ها یا از طریق فن کویل ، این هوای خنک را به داخل ساختمان هدایت می کند. مجددا این چرخه در چیلر تراکمی از طریق کانال مکش انجام می گیرد تا به صورت پیوسته هوای خنک و مطبوع در ساختمان و محیط وجود داشته باشد.
چیلر تراکمی آب خنک به چیلر آبی نیز معروف می باشد. نحوه کارکرد چیلر تراکمی آب خنک مانند چیلر تراکمی هوا خنک است و به همان روال گرمای هوا را دفع کرده و پس از گذر از اواپراتور هوای خنک به محیط می دهد. چیلر آب خنک از سه سیکل و چیلر هوا خنک از دو سیکل تشکیل شده است که در اینجا سه سیکل چیلر آب خنک را معرفی می کنیم :
1_ سیکل مبرد چیلر تراکمی آب خنک : در این سیکل مبرد از کمپرسور با فشار زیاد خارج شده و در کندانسور خنک می شود و با گذر از شیر انبساط وارد اواپراتور شده و گرمای آب اواپراتور را جذب کرده و آب اطراف اواپراتور را خنک می کند و پس از خروج از اواپراتور دوباره به کمپرسور بر می گردد .
2_سیکل آب برج خنک کننده چیلر آب خنک : در این جا آب خنک شده در برج خنک کن ، وارد کندانسور شده و مبرد داغ را خنک می کند و دوباره به برج خنک کننده بر می گردد تا در برج خنک کن با عبور هوا از روی آب ، گرمای آن به هوا داده شود و مجددا پس از خنک شدن به کندانسور برگردد.
3_سیکل آب سرمایش ساختمان چیلر آب خنک :در این سیکل گرمای داخل ساختمان را وارد اواپراتور کرده و به مبرد موجود در اواپراتور منتقل میشود و پس از خنک شدن دوباره به ساختمان برمی گردد. آب توسط مبرد در اواپراتور خنک می شود و از آن جا بهفنکویل های موجود در ساختمان یا هواساز هدایت می شود و سبب خنک شدن محیط میگردد.
در نصب چیلر هوایی ، چیلر را روی یک فوندانسیون تراز از جنس بتن که تحمل وزن دستگاه را داشته باشد نصب می کنند. به منظور جلوگیری از انتقال ارتعاشات در هنگام کار در زیر شاسی آن از لرزه گیر مناسب استفاده می کنند. همچنین چیلر هوایی را می توان روی یک سازه فلزی که به اسکلت ساختمان متصل است مستقر کرد. در این موقع باید پیش بینی های لازم به منظور جلوگیری از انتقال ارتعاشات و صدا به هنگام کار به عمل آورده شود. با توجه به اینکه برای تعمیرات چیلر هوایی باید فضای کافی در اطراف آن وجود داشته باشد ، لذا در انتخاب محل نصب دستگاه این مهم در نظر گرفته شود و حداقل فاصله به منظور تعمیرات چیلر تراکمی هوا خنک باید رعایت شود. توصیه می شود در مناطق سردسیر دستگاه چیلر تراکمی هوا خنک را بالاتر از سطح زمین نصب کنید تا در زمستان برف و یخ اطراف چیلر را نگیرد. چیلر هوایی را می توان روی بام یا فضای روباز در پشت بام ساختمان نصب کرد . در صورتی که محل نصب چیلر هوایی در مجاورت ساختمان انتخاب شود باید توجه داشت فاصله دستگاه تا دیوار ساختمان طوری در نظر گرفته شود که همواره هوای کافی جهت کار کردن کندانسور چیلر هوایی تأمین گردد و هوای خروجی از کندانسور مجدداً توسط فن های کندانسور به داخل کشیده شود. چیلر هوایی باید در محلی نصب شود که سر و صدای ناشی از آن در فصل تابستان برای ساکنین اطراف دستگاه مزاحمتی ایجاد نکند. توصیه می شود در مواقع اتصال لوله کشی ساختمان به اواپراتور چیلر از لرزه گیر مناسب استفاده شود و لوله های رفت و برگشت به ساختمان عایق کاری شوند.
توصیه می شود چیلر روی یک فوندانسیون محکم و مناسب نصب گردد. بطور نرمال محل قرارگیری چیلر باید تحمل وزنی معادل 2.5 برابر وزن چیلر را داشته باشد. محل نصب چیلر را طوری انتخاب کنید که فضای کافی جهت تعمیرات کمپرسور و تعویض احتمالی لوله های کندانسور و اواپراتور وجود داشته باشد. هرگز چیلر آب خنک را در فضای آزاد و بدون سقف نصب نکنید . محل نصب چیلر آب خنک در موتورخانه مرکزی و باید نزدیک برج خنک کننده باشد. هوای موتورخانه و آنجایی که چیلر آب خنک نصب می شود بایستی به خوبی تهویه گردد. محل قرارگیری چیلر تراکمی آب خنک روی فوندانسیون را طوری در نظر بگیرید که دسترسی به تابلو برق چیلر تراکمی آب خنک به راحتی امکان پذیر باشد. بین چیلر و محل قراره گیری آن حتما از لرزه گیر استفاده کنید تا از صدا و ارتعاشات جلوگیری کند.
به منظور شروع کار چیلر لازم است تا نخست پمپ های آب سرد اواپراتور و آب گرم کندانسور شروع به کار کنند . همچنین حرکت آب در لوله ها توسط کلید کنترل جریان تایید شود. اگر سیستم مجهز به هواساز باشد ، فن آن نیز کار کند. اجازه و دستور کار و راه اندازی چیلر توسط مدار فرمان صادر می شود . امروزه چیلرها مجهز به کنترل کننده های الکترونیکی PLC ( پی ال سی ) هستند که بر اساس ثابت نگه داشتن دمای آب سرد خروجی چیلر عمل می کنند . چیلرها تا دمای 13 درجه سانتی گراد آب خروجی ، باصرفه عمل می کنند اما در حالت نرمال واستاندار طراحی و تعیین ظرفیت چیلر بر اساس آب ورودی چیلر 12 درجه سانتی گراد و آب خروجی چیلر 7درجه سانتی گراد است .
توان کمپرسور چیلر تراکمی بیان کننده ظرفیت چیلر تراکمی می باشد. توان هر کمپرسور بر مبنای کیلو وات (KW ) بیان می شود. با تبدیل ظرفیت هر کمپرسور چیلر از کیلو وات به اسب بخار (hp ) می توان به ظرفیت اسمی چیلر تراکمی هوا خنک یا آب خنک به صورت تقریبا دقیق پی برد. به عنوان مثال چیلر تراکمی که دارای 6 کمپرسور با ظرفیت هر کمپرسور 40 اسب بخار باشد ، دارای ظرفیت اسمی 240 تن (240 اسب بخار ) سرمایشی می باشد. توان ورودی به کمپرسور را با IPT و یا WC نمایش می دهند و واحد آن برحسب KW در نظر می گیرند. توان ورودی کمپرسور در چیلر تراکمی به شدت وابسته به شرایط محیطی پروژه و مخصوصا دمای آب خروجی کندانسور و دمای آب سرد خروجی اواپراتور می باشد. با افزایش دمای آب خروجی کندانسور ، آب ورودی به برج خنک کننده ، آب سرد خروجی اواپراتور و آب ورودی به فن کویل ها ، توان آب نیز افزایش یافته و با کاهش دمای این دو فاکتور توان ورودی کاهش می یابد. با افزایش دمای آب خروجی اواپراتور و دمای خروجی آب کندانسور به ازای یک درجه افزایش ، انرژی ورودی کمپرسور 2 درصد افزایش می یابد و بالعکس یعنی اگر یک درجه دمای خروجی آب کندانسور و اواپراتور کاهش یابد، انرژی ورودی به کمپرسور 2 درصد کاهش می یابد. با افزایش دما در اواپراتور و کندانسور فشار نیز در آنها بالاتر می رود. شرایط طراحی چیلر تراکمی به صورت تئوری به گونه ای است که دمای کندانسور برا ساس گرمسیر بودن یا معتدل بودن محل پروژه ، تقریبا 45 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می شود. دمای آب ورودی به اواپراتور 12 درجه سانتی گراد و دمای آب خروجی از اواپراتور 7 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می شود.
ظرفيت دستگاه چیلر تراکمی وابسته به شرایط محیط و شرایط طراحی می باشد ؛ بنابراین در هر دمای آب خروجی از اواپراتور و یا کندانسور یک ظرفیت چیلر مشخص داریم که به آن ظرفیت واقعی چیلر گفته می شود. ظرفیت اسمی و یا نامی دستگاه چیلر تراکمی ظرفیتی است که در پلاک شناسایی دستگاه درج می شود. ظرفیت واقعی در شرایط معمولی پایین تر از ظرفیت اسمی چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک است و از ظرفیت اسمی در چیلر استفاده می شود . ابعاد و وزن چیلر تراکمی در انتخاب آن از اهمیت زیادی برخوردار اند.
پس از مشخص شدن بار سرمایشی ساختمان برحسب تن تبرید ، چیلر تراکمی که ظرفیت اسمی آن بالاتر از بار سرمایشی ساختمان باشد، انتخاب می شود . در برخی مواقع به جای بار سرمایش دبی آب سرد مورد نیاز در فن کویل و یا هواساز مشخص می شود . با دانستن دبی آب سرد مورد نیاز و میزان افت دما در اواپراتور توان تبرید مورد نیاز ازفرمول زیر در سیستم متریک محاسبه می شود.
Q =mc×∆t
در فرمول فوق Q توان تبرید مورد نیاز برحسب KW و C گرمای ویژه آب برحسب Kj/Kg°C و m دبی جرمی آب سرد بر حسب Kg/s و t∆ اختلاف دمای اولیه و ثانویه برحسب درجه سانتیگراد در اواپراتور می باشد. معمولاً دلتا تی یا همان اختلاف دما برابر با 5 درجه سانتی گراد می باشد البته در تعیین ظرفیت چیلر تراکمی صنعتی این عدد قطعا بیشتر خواهد شد و چیلر این پروژه ها معمولا با کمپرسور پیستونی ساخته می شود . در تعیین ظرفیت بار برودتی چیلر ، باید 10% ضریب اطمینان بابت افت قدرت و افت ظرفیت سرمایی چیلر ناشی از فرسودگی دستگاه در آینده اضافه در نظر گرفت .
برای مقایسه چیلر تراکمی با چیلر جذبی باید یکسری موارد را در نظر گرفت و بر اساس این موارد چیلر تراکمی و جذبی را با هم مقایسه کرد ، در این حالت باید عوامل زیر را در نظر گرفت :
1. هزینه انرژی گاز برق و آب
2. هزینه اولیه خرید کامل دستگاه های مربوط با متعلقات
3. هزینه جاری
4. فضای مورد نیاز برای موتورخانه و اتاق تأسیسات مکانیکی
5. سهولت کاربرد ، تعمیر و نگهداری
در یک تحقیق که توسط کارشناسان تهویه مطبوع انجام گرفته از یک چیلر جذبی شعله مستقیم دو اثره با cop 1.13 در مقایسه با چیلر تراکمی با 2 عدد کمپرسور اسکرو با cop 5.2 در ظرفیت های چیلر 100 تن و چیلر 200 تن و چیلر 400 تن برودتی انجام شد ؛ چیلر تراکمی شرایط بهتری داشته و از نظر هزینه های خرید تا نگهداری و سرویس ، چیلر تراکمی مناسب تر از چیلر جذبی است اما برای ظرفیت بالاتر از 400 تن ، چیلر جذبی راندامان بهتری نسبت به چیلر تراکمی دارد و در ظرفیت پایین تر از 400 تن ، چیلر تراکمی راندمان بهتر و بالاتری نسبت به چیلر حذبی دارد.
همانطور که گفته شد چیلر تراکمی دارای دو نوع چیلر تراکمی هوایی و چیلر تراکمی آبی است . هر کدام از این چیلر ها دارای معایب و مزایایی هستند که در اینجا به معایب چیلر تراکمی آبی اشاره می کنیم :
1. هزینه خرید ، نصب ، اجراء و راه اندازی برج خنک کننده.
2. تعمیرات و نگهداری بالاتر مانند سرویس ، تعویض قطعات و اسیدی شویی کندانسور و برج خنک کننده می باشد
3. مصرف آب بالا ؛ زیرا هر برج خنک کننده به ازای هر تن تبرید چیلر ، 3.5 تا 4 گالن در ساعت آب مصرف خواهد کرد.
4. در مناطق گرم و مرطوب راندمان آن کمتر می شود.
چیلر تراکمی هوا خنک که به آن چیلر هوایی نیز گفته می شود دارای مزایای زیادی نسبت به دیگر چیلر ها می باشد که در اینجا به صورت خلاصه به چند مورد اشاره می کنیم :
1. هزینه خرید و نصب آن کمتر میباشد.
2. فضای کمتری اشغال میکند و میتواند کندانسور هوایی آن در پشت بام یا کنار ساختمان که هوا جریان داشته باشد نصب شود.
3. هزینه تعمیر و نگهداری کمتری دارد .
4. در مناطق با شرایط آب وهوایی مختلف راندمان بالاتر و بهتری دارد .
اگر دمای تغذیه آب سرد کمتر از 10 درجه سانتی گراد باشد ، می توانید از ضدیخ در چیلر خود استفاده نمایید. اگر چیلر در دمایی پایین تر از 10 درجه سانتی گراد رها گردد، انجماد سریع در صفحات اواپراتور رخ داده و کارایی سیستم را به نحوی چشمگیر کاهش می دهد و یا حتی بدتر از آن باعث ایجاد صدمات دائمی به مبدل های حرارتی می گردد. بسیار مهم است که همیشه از حداقل مقدار ممکن ضدیخ در چیلر استفاده شود ؛ زیرا غلظت بالای این ماده ظرفیت چیلر را کاهش خواهد داد. اگر ضدیخ با غلظت مناسبی در چیلر مورد استفاده قرار گیرد از بروز انجماد سریع جلوگیری کرده و خرابی احتمالی چیلر را کاهش خواهد داد. به یاد داشته باشید که هرگز نباید ضدیخ هایی که در خودرو استفاده می شوند را در چیلر به کار برد ؛ زیرا افزودنی هایی که در این نوع ضدیخ ها یافت می شوند باعث بروز اشکال در مبدل های حرارتی شده و منجر به عدم کارایی کافی در انتقال حرارت می گردند. ضد یخ چیلر از دو ماده اصلی اتیلن گلیکول و پروپیلن گلیکول ساخته شده است که برای چیلر تراکمی هوایی و آبی مناسب اند و در دمای 51 درجه سانتی گراد تا 177 درجه سانتی گراد عملکرد خوبی دارند. اتیلن گلیکول کاربرد بیشتری دارد. اگر کاربرد مورد نظر در زمینه مواد دارویی و یا در تماس با غذا یا آب آشامیدنی باشد استفاده از پروپیلن گلیکول خالص انتخاب درستی است . محلول های ضدیخ دارای رنگدانه یا بازدارنده های خاص سمی بوده و نباید در چنین مواردی استفاده شوند. برخی قوانین محلی و منطقه ای استفاده از اتیل گلیکول را مجاز نشمرده و تنها استفاده از پروپیلن گلیکول را الزام نموده اند. برخی از سازندگان گلیکول های حاوی بازدارنده های شیمیایی ارائه می دهند که به کاهش خوردگی چیلر کمک می کنند. البته با وجود استفاده از گلیکول های حاوی بازدارنده در چیلر آب سرد که در آن ها از لوله و اتصالاتی از جنس آهن فولاد یا آهن گالوانیزه استفاده شده باشد ، می توانند در معرض خوردگی قرار گیرند. این مواد نباید در ساخت سیستم به کار گرفته شوند بلکه همیشه باید از لوله ها و اتصالات چیلر از جنس مس فولاد ضد زنگ یا پی وی سی استفاده نمود . ضدیخ ماده ای خورنده است. اتیلن گلیکول نیز در فهرست مواد سمی سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده قرار دارد و در صورت وارد شدن این ماده در محیط باید اقدامات مربوط به پاکیزه نمودن ضایعات خطرناک در مورد آن بکار گرفته شود.