چیلر تراکمی آبی

چیلر تراکمی آب خنک (چیلر آبی) با وجود مصرف آب در برج خنک کننده، به دلیل راندمان و ضریب عملکرد بالاتر و قیمت تمام‌شده کمتر نسبت به چیلر هواخنک، مزایای بیشتری دارد. در ادامه مشخصات فنی، برآورد ظرفیت، نحوه انتخاب و نکات خرید چیلر آب خنک ارائه می‌گردد.

راهنمای تخصصی انتخاب و قیمت چیلر تراکمی آب خنک

چیلر تراکمی آب خنک در واقع قلب تپنده در تأمین آب سرد سیستم های تهویه مطبوع و تبرید صنعتی در دمای 7 تا 12 درجه سلسیوس است که عملکرد آن بر اساس سیکل تبرید تراکمی می‌باشد. چیلر تراکمی آبی یا چیلر آب خنک در صنعت تأسیسات، آب سرد کویل سرمایش فن کویل ها و هواسازها را تأمین می‌کند. 

برخلاف چیلرهای هوا خنک، دفع حرارت کندانسور در سیستم چیلر تراکمی آب خنک با استفاده از آب و معمولاً به کمک برج خنک کننده انجام می‌شود؛ به همین دلیل، انتخاب صحیح ظرفیت و مشخصات فنی چیلر باید متناسب با بار برودتی، شرایط اقلیمی و الزامات پروژه انجام شود.
در ادامه، نکات مهم انتخاب و خرید چیلر آب خنک، عوامل مؤثر بر قیمت چیلر تراکمی آبی و مشخصات فنی مهم این تجهیزات را بررسی می‌کنیم.

دمـاتجهیـز؛ راهنمای انتخاب، قیمت و تامین تجهیزات تهویه و تاسیسات (از سال 1383)

نکات انتخاب و خرید چیلر آب خنک

انتخاب چیلر تراکمی آبی مناسب تنها بر اساس ظرفیت سرمایشی یا قیمت دستگاه انجام نمی‌شود و عوامل دیگر نیز باید در نظر گرفته شود که بررسی این عوامل پیش از خرید چیلر آب خنک، به انتخاب چیلری متناسب با نیاز واقعی پروژه و دستیابی به راندمان و عملکرد پایدار کمک می‌کند:

1. ظرفیت برودتی مناسب: ظرفیت چیلر باید بر اساس بار سرمایشی واقعی پروژه و شرایط بهره‌برداری تعیین شود تا از انتخاب و خرید چیلر آبی با ظرفیت کمتر یا بیشتر از نیاز جلوگیری شود.
2. شرایط آب و دمای کندانسور: دمای آب ورودی به کندانسور و شرایط کاری مدار آب باید در انتخاب و خرید چیلر آب خنک در نظر گرفته شود؛ زیرا بر ظرفیت و راندمان دستگاه اثر مستقیم دارد.
3. انتخاب برج خنک کننده: ظرفیت و مشخصات برج خنک کننده باید با چیلر آبی و شرایط اقلیمی پروژه هماهنگ باشد تا دفع حرارت کندانسور به‌درستی انجام شود.
4. کیفیت و سختی آب: کیفیت آب مدار کندانسور بر رسوب‌گذاری و خوردگی مبدل حرارتی چیلر تراکمی آبی تأثیر دارد؛ بنابراین استفاده از تجهیزات مناسب تصفیه و کنترل کیفیت آب اهمیت دارد.
5. راندمان و مصرف انرژی: چیلر باید از نظر راندمان در شرایط کاری واقعی پروژه بررسی شود. چیلرهای آب خنک معمولاً در شرایط مناسب کاری راندمان بالایی دارند.
6. نوع و تعداد کمپرسورها: نوع کمپرسور، تعداد مدارهای تبرید و قابلیت کنترل ظرفیت، بر راندمان، قابلیت اطمینان و عملکرد چیلر آب خنک تأثیرگذار است.
7. تجهیزات جانبی و فضای موتورخانه: پیش از خرید چیلر آب خنک باید فضای موردنیاز برای چیلر، برج خنک‌کننده، پمپ‌های مدار کندانسور و سایر تجهیزات جانبی و همچنین مسیر لوله‌کشی بررسی شود.
8. برند، کیفیت قطعات و خدمات پس از فروش: کیفیت کمپرسور، مبدل‌های حرارتی، کنترلرها و سایر قطعات، در کنار دسترسی به قطعات یدکی و خدمات فنی، از عوامل مهم انتخاب و خرید تراکمی چیلر آب خنک است.

نحوه برآورد تقریبی و انتخاب ظرفیت مناسب چیلر آب خنک (چیلر آبی)

تعیین ظرفیت مناسب چیلر آب خنک یا چیلر آبی در حالت اصولی، بر اساس محاسبه دقیق بار برودتی کل ساختمان انجام می‌شود. کارشناسان تأسیسات برای رسیدن به ظرفیت واقعی مورد نیاز، پارامترهای مختلفی را در نظر می‌گیرند. از جمله این عوامل می‌توان به شرایط جغرافیایی و دمای محیط (Ambient Temperature)، دمای طرح خارج در تابستان، رطوبت نسبی هوا، نوع کاربری ساختمان و دمای طرح داخل اشاره کرد. علاوه بر این، نوع مصالح و ساختار نمای ساختمان از نظر ضریب انتقال حرارت، جهت قرارگیری ساختمان نسبت به تابش خورشید، تعداد طبقات، مساحت زیربنای مفید، تعداد افراد حاضر در ساختمان و میزان گرمای تولیدشده توسط تجهیزات الکتریکی کوچک و بزرگ نیز در محاسبات مؤثر هستند. در کنار این موارد، باید حجم آب سرد مورد نیاز سیستم و ضرایب اطمینان مناسب برای عملکرد چیلر نیز لحاظ شود.

با این حال، برای یک برآورد سرانگشتی و اولیه (فاز 1) از ظرفیت چیلر آبی یا هواخنک مورد نیاز ساختمان‌های مسکونی و اداری، می‌توان از ضرایب تقریبی استفاده کرد. این برآورد برای شرایط آب‌وهوایی شهرهایی مانند تهران، اصفهان، شیراز، مشهد، سمنان، شاهرود، کرج، کرمانشاه، اراک، سلیمانیه، کرکوک، موصل، اربیل، حلب، دمشق، بیروت، کابل و شهرهای مشابه کاربرد دارد.

در طبقات میانی ساختمان، به صورت تقریبی می‌توان به ازای هر 30 مترمربع از زیربنای مفید، حداقل 1 تن تبرید معادل 12000 BTU ظرفیت سرمایشی در نظر گرفت. این مقدار صرفاً یک تخمین اولیه است و برای انتخاب نهایی ظرفیت چیلر، جایگزین محاسبات دقیق بار برودتی پروژه نخواهد بود.

از سوی دیگر، شرایط قرارگیری ساختمان می‌تواند باعث افزایش بار سرمایشی شود. برای مثال، فضاهای واقع در طبقه زیر سقف به دلیل قرار گرفتن در معرض تابش مستقیم و گرمای شدید خورشید در تابستان، معمولاً بار برودتی بیشتری دارند. همچنین ساختمان‌هایی که در نبش شرقی یا غربی گذر قرار گرفته‌اند و یکی از جداره‌های پیرامونی سمت راست یا چپ آنها بیشتر در معرض تابش خورشید و جذب گرما قرار دارد، به ظرفیت سرمایشی بالاتری نیاز خواهند داشت. بنابراین، به عنوان یک برآورد کلی، به ازای هر 100 مترمربع زیربنای مفید ساختمان، حدود 4 تن تبرید واقعی معادل 48000 BTU ظرفیت برودتی برای چیلر آبی یا هوایی در نظر گرفته می‌شود.

برای درک ساده‌تر این مقدار، می‌توان ظرفیت 4 تن تبرید برای هر 100 مترمربع را با ظرفیت کولرهای اسپلیت مقایسه کرد. از آنجا که هر تن تبرید معادل 12000 BTU است، برای ساختمانی با 100 مترمربع زیربنای مفید، این میزان ظرفیت تقریباً معادل استفاده از 4 دستگاه کولر اسپلیت 12000 BTU در فصل تابستان خواهد بود. این مقایسه صرفاً برای تجسم مقدار ظرفیت سرمایشی است و به معنای جایگزینی سیستم چیلر مرکزی با اسپلیت نیست.

با وجود این، در محاسبه ظرفیت واقعی چیلر آبی یا هواخنک، نباید لزوماً تمامی فضاهای ساختمان را به صورت هم‌زمان در حداکثر بار برودتی و شرایط پیک بار در نظر گرفت. برای مثال، نحوه محاسبه بار سرمایشی فضاهای مختلف با محاسبات ظرفیت فن کویل در حالت پیک بار یکسان نیست و شرایط بهره‌برداری هم‌زمان فضاها نیز باید در نظر گرفته شود.

نکته دیگری که در انتخاب ظرفیت چیلر باید مورد توجه قرار گیرد، کاهش تدریجی راندمان و توان تأمین برودت واقعی دستگاه در طول سال‌های بهره‌برداری است. عوامل مختلفی می‌توانند به مرور زمان عملکرد چیلرهای آب خنک و هواخنک را تحت تأثیر قرار دهند. به همین دلیل، در بسیاری از ساختمان‌هایی که از سیستم چیلر مرکزی استفاده می‌کنند، برای تأمین سرمایش مورد نیاز برخی فضاها از کولرهای اسپلیت به عنوان سیستم سرمایش تکمیلی نیز استفاده می‌شود.

در مناطق دارای آب‌وهوای گرم و مرطوب (شرجی) مانند اهواز، آبادان، ماهشهر، بندرعباس، کیش، چابهار، بصره، کراچی، دُبی، شارجه، مسقط، ابوظبی، جدّه، صنعا، دوحه و مناطق مشابه، شرایط اقلیمی باعث افزایش نیاز سرمایشی ساختمان می‌شود. در این مناطق، بر اساس محاسبات پروژه، نظر کارشناس تأسیسات و نتایج نرم‌افزارهای محاسباتی HVAC، معمولاً حدود 20 تا 30% به ظرفیت سرمایشی مورد نیاز چیلر آب خنک اضافه می‌شود.

با توجه به تأثیر عوامل مختلف اقلیمی، معماری و کاربری ساختمان بر ظرفیت نهایی چیلر، پیش از انتخاب و خرید چیلر تراکمی آب خنک (آبی) بهتر است محاسبات بار برودتی پروژه به صورت تخصصی کنترل شود. برای بررسی نهایی محاسبات، برآورد صحیح بار سرمایشی و انتخاب ظرفیت واقعی چیلر مورد نیاز ساختمان یا پروژه، می‌توانید با بخش مهندسی تجهیزات تهویه مطبوع مجموعه تخصصی دماتجهیز تماس بگیرید. کارشناسان این مجموعه آماده ارائه مشاوره به کارفرمایان، سازندگان و سایر متقاضیان هستند.

تفاوت ظرفیت نامی و واقعی چیلر آب خنک

هنگام انتخاب چیلر تراکمی آب خنک، توجه به تفاوت میان ظرفیت نامی (Nominal) و ظرفیت واقعی (Actual) اهمیت زیادی دارد. ظرفیت واقعی دستگاه باید متناسب با شرایط محل بهره‌برداری، به‌ویژه دمای طرح خارج تابستان در منطقه مورد نظر، بررسی شود. بنابراین، صرف مشاهده ظرفیت نامی درج‌شده برای چیلر نمی‌تواند به تنهایی مبنای مناسبی برای انتخاب دستگاه باشد.

یکی از عوامل مهم و تعیین‌کننده در دستیابی چیلر آبی به ظرفیت واقعی مورد انتظار، کافی بودن سطوح تبادل حرارتی در کندانسور و اواپراتور است. در این زمینه، مشخصاتی مانند طول، قطر و تعداد تیوب‌های به‌کاررفته در کندانسور و اواپراتور مستقیماً در عملکرد و ظرفیت واقعی چیلر تراکمی آب خنک تأثیرگذار هستند. بنابراین، این موارد باید در زمان بررسی مشخصات فنی و انتخاب نهایی دستگاه مورد توجه قرار گیرند.

دمـاتجهيــز؛ هـــزاران محصـول برای هـــزاران پــروژه مهندسی و صنعتی (از سال ۱۳۸۳)

چگونگی سیکل تبرید در چیلر تراکمی آب خنک

عملکرد چیلر تراکمی بر مبنای سیکل تبرید تراکمی است و تجهیزات اصلی این سیکل عبارتند از اواپراتور، کمپرسور، کندانسور، شیر انبساطی (Expansion valve). سیکل تبرید تراکمی در چیلر آب خنک به شرح زیر است:

در چیلر تراکمی آب خنک ابتدا گاز مبرد توسط کمپرسور متراکم و مدار فرمان، برج خنک کننده و ماده مبرد وارد پوسته (shell) کندانسور می گردد و در آنجا حرارت خود را به آب برج خنک کننده که درون کویل کندانسور جریان دارد منتقل می نماید و به مایع مبرد تبدیل می گردد، سپس فشار و سرعت مایع مبرد با عبور از شیر انبساط (Expansion Valve) به شدت کاهش یافته و بلافاصله وارد کویل اواپراتور گردیده و در نتیجه این کاهش فشار در اواپراتور عمل تبخیر مایع مبرد که عملی گرماگیر است، صورت می پذیرد. در نتیجه تبخیر مایع مبرد به گاز درون کویل اواپراتور است که دمای آب داخل پوسته اواپراتور که همان آب جاری در سیستم تهویه مطبوع است تا اندازه دلخواه کاهش یافته و کاملا خنک گردیده و سپس توسط پمپ های سیرکولاتور وارد فن کویل ها و هواساز ها می گردد. از طرف دیگر گاز مبرد ناشی از تبخیر در اواپراتور بوسیله کمپرسور مکش گردیده و این سیکل تبرید مجدداً ادامه پیدا می‌کند.

• کندانسور و اواپراتور چیلر تراکمی در واقع مبدل های حرارتی هستند که می توانند به انتخاب کارفرمای محترم از نوع مبدل های حرارتی پوسته و لوله (shell & tube) و یا مبدل های حرارتی صفحه ای انتخاب گردند.

با وجود مزایایی که مبدل های حرارتی صفحه ای دارند (مانند سرعت و سطوح تبادل حرارتی بالا، حجم کم و قیمت مناسب تر )، اما به دلیل حساسیت هایی که در طول بهره برداری از مبدل های حرارتی صفحه ای در موضوع رسوب گرفتن در سطوح تبادل حرارت وجود دارد، معمولاً چیلرهای تراکمی آب خنک با کندانسور و اواپراتور پوسته و لوله یا shell & tube سفارش داده می شوند.

اخیرا در چیلر هایی که به چیلرهای فلودد (Flooded Chillers) موسوم است، طراحی کندانسور به طوری است که مبرد درون لوله‌های کندانسور و آب برج خنک‌کننده در فضای پوسته اطراف لوله‌ها جریان دارد. این آرایش، انتقال حرارت را بهبود می‌دهد و با امکان کنترل دقیق و هوشمند سطح مبرد، شرایط کارکرد چیلر را با دقت بیشتری تنظیم می‌کند. همچنین، جریان آب برج در سمت پوسته باعث می‌شود رسوب‌گذاری در جداره داخلی لوله‌های کندانسور کاهش یابد و نگهداری مبدل حرارتی آسان‌تر شود.
در اواپراتور چیلرهای فلودد نیز آب مدار تهویه مطبوع داخل لوله‌های اواپراتور و مبرد در فضای پوسته اطراف لوله‌ها جریان دارد.

اجزای اصلی چیلر تراکمی آب خنک

چیلرهای تراکمی آبی یا آب خنک دارای چهار جزو اصلی کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و شیر انبساط هستند که هر یک از این موارد در ادامه شرح داده می‌شوند.

دمـاتجهیـز؛ مرکز تخصصی تامیـن تجهیـزات تهویـه و تاسیسـات (از سـال ۱۳۸۳)

1. انواع کمپرسور در چیلر تراکمی

کمپرسور در واقع اصلی ترین قطعه چیلر ها و قلب قپنده در هر چیلر تراکمی می‌باشدکه انتخاب نوع، تعداد، برند و ظرفیت آن در نحوه عملکرد و کارکرد چیلر تراکمی بسیار موثر است.
انواع کمپرسورهای مورد استفاده در چیلر تراکمی عمدتاً شامل، کمپرسورهای اسکرال (حلزونی)، اسکرو (مارپیچی) و رفت و برگشتی (سیلندر پیستونی)، چرخشی و سانتریفیوژ هستند که هر کدام دارای مزایای مختص خود هستند (که خصوصیات آنها در بخش پرسش های متداول بیان شده است).

مکانیزم فشرده سازی گاز مبرد در كمپرسورهايي كه در چيلر هاي تراكمي بكار برده مي‌شوند، متفاوت است. این كمپرسورها همانطور که در بالا ذکر گردید به پنج گروه زیر تقسيم مي‌گردند:

• كمپرسورهاي رفت و برگشتي يا پيستوني (Reciprocating)

• كمپرسورهای پيچشی (Screw)

• كمپرسورهاي حلزوني (Scroll)

• كمپرسورهاي چرخشي (Rotary)

• كمپرسورهاي سانتريفيوژ

اصول كاركرد چهار كمپرسور اول (جابجايي مثبت) با كمپرسورهاي سانتريفیوژ (ديناميكي) تفاوت قابل ملاحظه‌اي دارد؛ به این صورت که در كمپرسورهاي جابجايي مثبت، حجم مشخصی از گاز توسط پيستون، مارپيچ، حلزون و يا چرخش دائماً كم مي‌شود و با كاهش حجم گاز مبرّد، فشار آن افزايش می‌یابد. در حالي كه در كمپرسورهاي سانتريفيوژ، گاز به دليل شتاب گرفتن توسط پروانه دوار متراكم شده و با كاهش سرعت در يك ديفيوزر، فشار افزايش مي‌يابد. لازم به ذکر است که كمپرسورهاي سانتريفيوژ در ظرفيت‌هاي بسيار بالا كاربرد دارند.

نحوه ارتباط محفظه كمپرسور و موتور الكتريكي در كمپرسورها

• كمپرسور هاي بسته (Hermetic)
• كمپرسورهاي نيمه بسته (Semi Hermetic)
• كمپرسورهاي باز (Open Type)

در كمپرسورهاي بسته موتور الكتريكي و محفظه كمپرسور در يك پوسته نصب شده‌اند و در صورت خرابي، كمپرسور و يا الكتروموتور قابل تعمير نیستند، لذا کمپرسورهای بسته در ظرفيت‌هاي كوچك ساخته مي‌شوند.
در كمپرسورهاي نيمه بسته موتور و الكتروموتور در يك پوسته دو قسمتي قرار دارند. به ‌عبارت ديگر قسمت موتور و كمپرسور كاملاً مشخص مي‌باشد. ظرفيت اينگونه كمپرسورها معمولاً متوسط بوده و ظرفيت آن ها بیشتر از كمپرسورهاي بسته است.
 در كمپرسورهاي باز محفظه كمپرسور و الكتروموتور جدا از يكديگر هستند و توسط كوپلينگ به يكديگر متصل مي‌گردند. اين كمپرسورها که به کمپرسورهای باز موسوم هستند، در ظرفيت‌هاي بالا ساخته می شوند.

لازم به ذکر است که تمام کمپرسورهای استفاده شده در چیلرهای تراکمی دماتجهیز دارای کد شناسه محصول جهت ردیابی و اطمینان از اصالت کالا و تشخیص کمپرسور ساخت کمپانی اصلی از کمپرسورهای تقلبی می‌باشند.

دمـاتجهیـز؛ راهنمـای تخصصی و مهندسی تامین تهویـه و تاسیسـات (از سال ۱۳۸۳)

2. کندانسور چیلر آب خنک

در چیلرهای آب خنک، کندانسور با استفاده از آب مدار کندانسور، گرمای مبرد را جذب و آن را از حالت گاز داغ به مایع تبدیل می‌کند. آب گرم‌شده سپس به برج خنک کننده منتقل می‌شود تا پس از دفع حرارت و کاهش دما، دوباره به کندانسور بازگردد. چیلرهای آب خنک معمولاً در موتورخانه نصب می‌شوند.

کندانسورهای آب خنک از نظر ساختار و نحوه انتقال حرارت به چند نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

• کندانسور پوسته و لوله: از مجموعه‌ای از لوله‌ها درون یک پوسته تشکیل شده است. آب برج از داخل لوله‌ها و مبرد از فضای پوسته عبور می‌کند. ساختار ساده، استحکام بالا، تحمل فشار مناسب و هزینه قابل‌قبول از مهم‌ترین مزایای این نوع کندانسور است.
• کندانسور صفحه‌ای: از صفحات فلزی متعددی تشکیل شده که آب و مبرد به‌صورت متناوب در کانال‌های بین آنها جریان دارند. سطح انتقال حرارت بالا، باعث عملکرد حرارتی مناسب و ابعاد نسبتاً کوچک این نوع کندانسور می‌شود و معمولاً در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• کندانسور پوسته و کویل مارپیچ: عملکردی مشابه کندانسور پوسته و لوله دارد، با این تفاوت که به‌جای لوله‌های مستقیم و موازی از یک کویل مارپیچ استفاده می‌شود. این نوع کندانسور بیشتر در ظرفیت‌های پایین کاربرد دارد.
• کندانسور دو لوله‌ای: از دو لوله هم‌مرکز تشکیل شده است؛ آب درون لوله داخلی و مبرد در فضای بین دو لوله جریان دارد. این ساختار ساده معمولاً برای چیلرهای با ظرفیت پایین و کاربردهای خاص استفاده می‌شود.