اهمیت انتخاب نوع کمپرسور در چیلر تراکمی (Compression Chiller)!

در صنعت تهویه مطبوع به هر سیستم تبریدی که آب خنک (Chilled Water) تولید کند، چیلر (Chiller) می­گویند. چیلرها بر اساس اصول تبرید تراکمی یا جذبی فعالیت می­کنند. چیلرهای تراکمی (Compression Chillers)از انرژی الکترومکانیکی برای راه­ اندازی سیکل سرمایش استفاده می ­کنند، در حالی که محرک چیلرهای جذبی (Absorption Chillers) برای فرآیند سرمایش در سیکل تبرید حرارت است! سیستم چیلر تراکمی که امروزه در ساختمان ­های تجاری و حتی مسکونی بسیار پرکاربرد است شامل 4 جزء اصلی است:

1) کمپرسور (Compressor)

2) اواپراتور (Evaporator)

3) کندانسور (Condenser)

4) شیر انبساط (Expansion Valve)

کمپرسور مهم­ ترین تجهیز در هر چیلر تراکمی است و دسته ­بندی چیلرهای تراکمی عموماً بر اساس نوع کمپرسور مورد استفاده در ساختار آن­ ها صورت می­ گیرد:

1) چیلر رفت و برگشتی (ChillerReciprocating)

2) چیلر اسکرو (ChillerScrew)

3) چیلر سانتریفیوژ (ChillerCentrifugal)

4) چیلر اسکرال (ChillerScroll)

 از طرفی چیلرهای تراکمی بزرگترین مصرف ­کننده انرژی در ساختمان ­ها هستند. بنابراین کسب اطلاعات در مورد انواع مختلف چیلر، ویژگی ­ها، مزایا و محدودیت ­های هر کدام برای گرفتن تصمیم ­های درست فنی مهندسی و اقتصادی در جهت انتخاب، خرید و اجرای چیلرها حائز اهمیت است.

 

انواع کمپرسورها در چیلرهای تراکمی

اغلب سیستم­ های مبرد سرمایشی از خنک­کننده­ های هوای خانگی تا چیلرهای بزرگ تجاری و صنعتی، از فرآیند تبرید معروف به سیکل تراکمی استفاده می ­نمایند. در قلب هر سیکل تبرید تراکمی کمپرسور قرار دارد و دو وظیفه آن الف) متراکم کردن مبرد گازی در سیستم به منظور چگالش و تبدیل مجدد آن به مایع و جذب حرارت از هوا یا آبی که خنک می­ گردد و ب) پمپ کردن مبرد مایع در سیستم سرمایش است.

سیستم ­های تبرید و خنک ­کننده ظرفیت مشابهی ندارند، به همین دلیل چیلرها بر اساس نوع کمپرسور طبقه ­بندی می­ گردند:

1) کمپرسور جابجایی مثبت (Positive-Displacement Compressor)

2) کمپرسور دینامیک (Dynamic Compressor)

هر کدام از این کمپرسورها از روش خاص و گاهی نوآورانه­ ای برای افزایش فشار بخار مبرد استفاده می ­کنند.

  • کمپرسورهای جابجایی مثبت به صورت مکانیکی مبرد تبخیر شده را تا فشار بالاتر و حجم کوچک تر متراکم می ­کنند و به انواع رفت و برگشتی یا سیلندر و پیستونی (Reciprocating)، دوار (Rotary)، و اسکرال یا حلزونی (Scroll) تقسیم می ­شوند. این کمپرسورها در سرعت ثابت حجم گاز ثابتی را منتقل می­ کنند.
  • کمپرسورهای دینامیک فشار مبرد تبخیر شده را از طریق انرژی جنبشی اعمال شده توسط یک پروانه چرخان افزایش می ­دهند. کمپرسور سانتریفیوژ (Centrifugal) که امروزه در ظرفیت ­های بالا مورد توجه کارشناسان قرار گرفته است یک کمپرسور دینامیک است و از نوع جابجایی ثابت نیست.

 

انواع چیلرهای تراکمی بر اساس نوع کمپرسور

همان­طور که پیش­ تر نیز بیان شد دسته­ بندی چیلرهای تراکمی عموماً بر اساس نوع کمپرسور مورد استفاده در ساختار چیلر صورت می­ گیرد. برای آشنایی با چیلرهای تراکمی در ادامه انواع مختلف چیلرها، مزایا، معایب، محدودیت ­ها و کاربردهای هر کدام به تفصیل بیان می­ گردند.

1) چیلرهای تراکمی رفت و برگشتی (Reciprocating Chillers)

چیلرهای تراکمی رفت و برگشتی در ساختار خود مجهز به کمپرسورهای رفت و برگشتی (سیلندر و پیستونی) هستند.کمپرسورهای رفت و برگشتی از نوع ماشین ­های جابجایی مثبت هستند که از حرکت رفت و برگشتی یک پیستون درون یک سیلندر برای متراکم کردن گاز مبرد استفاده می ­نمایند. با حرکت پیستون به سمت پایین، درون سیلندر خلأ ایجاد می ­شود. به دلیل اینکه فشار بالای دریچه ورودی بیش­تر از فشار زیر آن است، شیر ورودی باز شده و مکش مبرد به درون سیلندر انجام می ­شود. پس از اینکه پیستون به نقطه پایینی خود می ­رسد، شروع به بالا آمدن می ­کند. در این هنگام شیر ورودی بسته شده و مبرد در درون سیلند به دام می ­افتد. با ادامه حرکت رو به بالای پیستون، مبرد متراکم شده و فشار آن افزایش می­ یابد. در یک نقطه معین فشار مبرد منجر به باز شدن شیر تخلیه گشته و جریان مبرد فشرده را به خارج از سیلندر انتقال می ­دهد. زمانی که پیستون به نقطه بالایی خود می ­رسد، مجدأ شروع به پایین آمدن می­ کند و سیکل تکرار می ­شود.

این کمپرسورها در سه ساختار الف) بسته (Hermetic)، ب) نیمه بسته (Semi-Hermetic) و ج) باز (Open) موجود هستند.

  •         در یک کمپرسور بسته، موتور و کمپرسور در یک بدنه واحد قرار گرفته ­اند که این بدنه آب ­بندی شده است. از آن­جایی که در این کمپرسورهااجزا برای تعمیر قابل دسترسی نیستند، در صورت خرابی احتمالی کل کمپرسور باید جایگزین شود. چیلرهای مجهز به کمپرسور بسته آب­بندی شده برای ظرفیت­ های پایین متداول هستند.
  •         در کمپرسور نیمه بسته، موتور نیز بخشی از واحد است، اما بدنه آب ­بندی نشده است. کمپرسورهای نیمه بسته به دلیل اینکه می ­توانند بارها تعمیر شوند و عمر طولانی ­تری داشته باشند مزایای بیش­تری نسبت به کمپرسورهای بسته دارند.
  •         در کمپرسور باز، موتور و کمپرسور توسط یک کوپلینگ انعطا­ف­پذیر از هم جدا شده ­اند. این نوع چیلرها از تکنولوژی قدیمی ­تری استفاده می ­کنند و امروزه متداول نیستند.

 

 

کمپرسور رفت و برگشتی بسته

شکل 1- کمپرسور رفت و برگشتی بسته

کمپرسور رفت و برگشتی نیمه بسته

شکل 2- کمپرسور رفت و برگشتی نیمه بسته

کمپرسور رفت و برگشتی باز

شکل 3- کمپرسور رفت و برگشتی باز

مهم ­ترین ویژگی ­های چیلر رفت و برگشتی هزینه کم و راندمان پایین آن به هنگام استفاده در ظرفیت­ های کم است. همچنین در این چیلرها کمپرسورهای رفت و برگشتی می ­توانند برای تأمین بارهای ساختمانی بیش­تر به صورت چندتایی نصب شوند. سایر مزایای این سیستم ­ها کنترل آسان و قابلیت تنظیم سرعت است. به طور کلی چیلرهای دارای کمپرسورهای رفت و برگشتی ساختار مستحکمی دارند و برای فعالیت در شرایط آب و هوایی نامساعد مانند مناطق جنوبی ایران نیز مناسب هستند. چیلرهای رفت و برگشتی از نظر ساختار دفع حرارت در دو گونه هوا خنک یا هوایی (Air-Cooled) و آب­ خنک یا آبی (Water-Cooled) موجود هستند و همچنین این چیلرها در ظرفیت ­های 5 تا 150 تن تبرید قابل عرضه می ­باشند.

چیلر هوایی رفت و برگشتی

شکل 4- چیلر هوایی رفت و برگشتی

چیلر آبی رفت و برگشتی

شکل 5- چیلر آبی رفت و برگشتی

ایراد اصلی چیلرهای رفت و برگشتی نیاز زیاد به تعمیرات و نگهداری در مقایسه با سایر چیلرهای جدید است. چیلرهای رفت و برگشتی اجزای متحرک بیش­تری نسبت به چیلرهای سانتریفیوژ یا دوار دارند و در نتیجه نیاز آن­ها به فعالیت ­های نگهداری مربوط به سایش افزایش می­ یابد. چیلرهای تراکمی دارای کمپرسور رفت و برگشتی همچنین سر و صدا و ارتعاش زیادی تولید می ­کنند. بنابراین باید ملاحظات ویژه ­ای در جهت ایزوله کردن صدای زیاد چیلر از واحد صورت گیرد تا از انتقال ارتعاشات و صداهای ماشین به ساختمان جلوگیری شود.

در نهایت می ­توان گفت چیلرهای رفت و برگشتی برای کاربردهایی با بار سرمایشی بیش از 200 تن مناسب نیستند. با افزایش ظرفیت واحدها، محدودیت­ های فضایی و هزینه ­های خرید اولیه این چیلرها از سایر انواع چیلر فراتر می ­رود. علاوه بر این در صورت انتخاب چیلرهای فوق، مصرف انرژی واحدهای بزرگتر نیز در مقایسه با چیلرهای دیگر بیشتر خواهد بود.

2) چیلرهای تراکمی اسکرو (Screw Chillers)

چیلرهای تراکمی اسکرو گونه ­ای از چیلرها هستند که در ساختار خود دارای کمپرسور اسکرو یا پیچی هستند. کمپرسورهای اسکرو از نوع ماشین ­های جابجایی مثبت هستند که از روتورهای مارپیچ برای متراکم کردن گاز مبرد استفاده می ­کنند. با چرخش روتورها آن­ ها درگیر می ­شوند و به طور متناوب فضاهای میانی انتهای روتورها باز و بسته می ­شوند. زمانی که فضای میانی ایجاد شده در انتهای ورودی باز می ­شود، مکش مبرد به درون آن صورت می­گیرد. با ادامه چرخش روتورها، مبرد درون فضای میانی به دام می ­افتد و در امتداد طول روتورها به آن نیرو وارد می­شود. در نهایت حجم فضای میانی کاهش یافته و در نتیجه آن مبرد متراکم می ­گردد. مبرد متراکم ­شده نیز هنگامی که فضای میانی به انتهای دیگر می­ رسد خارج می ­شود. از نظر ساختار دو توع کمپرسور اسکرو وجود دارد:

1) کمپرسور تک پیچ اسکرو (Single-Screw Compressor)

2) کمپرسور دو پیچ اسکرو (Twin-Screw Compressor)

کمپرسور تک پیچ اسکرو

شکل6- کمپرسور تک پیچ اسکرو

کمپرسور دو پیچ اسکرو

شکل 7- کمپرسور دو پیچ اسکرو

 

  •  کمپرسور تک پیچ از یک روتور اصلی پیچی که به دو روتور دروازه ­ای با دندانه ­های همسان متصل است استفاده می­ نماید. در این کمپرسور پیچ اصلی توسط محرک اولیه به حرکت در می ­آید که عمدتاً یک موتور الکتریکی است. 
  •  کمپرسور دو پیچ شامل روتورهای دقیق تنظیم شده (یکی نر و دیگری ماده) است که به هنگام چرخش درون یک بدنه در تماس نزدیک با هم قرار می ­گیرند. عملکرد این کمپرسور به این صورت است که یک روتور حرکت داده می ­شود و سایر روتورها در جهت مخالف می­ چرخند. کمپرسور دو پیچ قابلیت کنترل بهتری دارد و بدون تأثیر زیاد بر روی راندمان عملکرد، تغییراتی در فشارهای مکش ایجاد می کند.                                                                                                              
  • چیلرهای تراکمی اسکرو در هر دو گونه ساختار چیلر هوایی و آبی موجود هستند.

چیلر هوایی اسکرو

شکل 8- چیلر هوایی اسکرو

 

چیلر آبی اسکرو

شکل 9- چیلر آبی اسکرو

با داشتن نسبت تراکم نسبتاً بالا و اجزای متحرک کم، چیلرهای اسکرو فشرده، کوچک ­تر و سبک ­تر از چیلرهای رفت و برگشتی و سانتریفیوژ با ظرفیت سرمایشی مشابه هستند. همچنین فعالیت این چیلرها کم صدا تر و بدون ارتعاش است به گونه ­ای که چیلرهای اسکرو برای ساختار قوی، سادگی و قابلیت اطمینان خود شناخته شده هستند. چیلرهای تراکمی مجهز به کمپرسورهای اسکرو برای دوره­ های طولانی فعالیت پیوسته و با نیاز کم به تعمیرات و نگهداری طراحی شده ­اند. کمپرسورهای موجود در این چیلرها می ­توانند زمانی که سرعت کاهش می ­یابد به نیروی لیفت بالا غلبه کنند و بدون احتمال سرجینگ کمپرسور در زمان کاهش بار، منجر به صرفه­ جویی انرژی شوند.

عیب اصلی چیلرهای تراکمی با کمپرسور اسکرو هزینه اولیه خرید بالا است. برای بارهای سرمایشی کم، چیلرهای رفت و برگشتی از نظر خرید و نصب کم ­هزینه ­تر هستند؛ برای بارهای بزرگ نیز چیلرهای سانتریفیوژ ارزان­ تر هستند.

رنج ظرفیت کاربردی چیلرهای اسکرو با یک کمپرسور معمولاً از 80 تا 250 تن تبرید می ­باشد که در صورت به ­کارگیری چندین کمپرسور در ساختار چیلر، این ظرفیت تا 750 تن تبرید افزایش می ­یابد.

3) چیلرهای تراکمی سانتریفیوژ (Centrifugal Chillers)

چیلرهای تراکمی سانتریفیوژ در ساختار خود مجهز به کمپرسورهای سانتریفیوژ هستند. کمپرسور سانتریفیوژ یک ماشین دینامیک است که از حرکت چرخشی یک چرخ پروانه ­ای (Impeller Wheel) برای اعمال نیروی گریز از مرکز به مبرد درون یک محفظه مدور (Volute) استفاده می ­نماید. مکش مبرد به درون چرخ پروانه­ ای توسط یک ورودی بزرگ دایره ­ای انجام می­شود و مبرد بین پروانه ­ها جریان می ­یابد. نیروی پروانه ­ها مبرد را به طرف بیرون می­ راند و نیروی گریز از مرکز به آن اعمال می­ کند. فشار مبرد در اثر حرکت اجباری و برخورد آن به دیواره­ های محفظه مدور افزایش پیدا می­ کند. کمپرسورهای سانتریفیوژ برای متراکم کردن حجم ­های بزرگ مبرد تا فشارهای نسبتاً پایین مناسب هستند. نیروی متراکم­ کننده ایجاد شده توسط چرخ پروانه ­ای کوچک است، بنابراین چیلرهای مجهز به کمپرسور سانتریفیوژ معمولاً بیش از یک چرخ پروانه ­ای را به صورت سری به کار می ­گیرند. امروزه کمپرسورهای سانتریفیوژ که در واقع جدیدترین مدل کمپرسور چیلرهای تراکمی هستند، به دلیل طراحی ساده و اجزای متحرک کم خود مورد توجه هستند.

چیلر تراکمی سانتریفیوژ

 

کمپرسور سانتریفیوژ

شکل 10- کمپرسور سانتریفیوژ

چیلرهای سانتریفیوژ بر اساس شرایط فشار اواپراتور و نوع مبرد استفاده شده از نوع ماشین ­های فشار مثبت (Positive Pressure) و فشار منفی (negative Pressure) هستند. چیلری که از مبردهای R-22 و R-134A استفاده می­ کند، ماشین فشار مثبت است در حالی که چیلری که مبرد R-123 را مورد استفاده قرار می ­دهد، ماشین فشار منفی است.

مانند چیلرهای رفت و برگشتی، چیلرهای سانتریفیوژ در دو ساختار بسته آب ­بندی شده (Hermetic Sealed) و باز (Open) موجود هستند. علیرغم راندمان عملکرد پایین ­تر، کمپرسور سانتریفیوژ بسته آب بندی شده عمل در سطح وسیع ­تری استفاده می­ گردد.

چیلر آبی

شکل 11- چیلر آبی سانتریفیوژ

v مزایای چیلرهای سانتریفیوژ

مهم ­ترین مزیت چیلر تراکمی سانتریفیوژ راندمان عملکرد بالا در حالت بار کامل (Full Load) است. بر خلاف کمپرسور رفت و برگشتی و اسکرو دوار، کمپرسور سانتریفیوژ یک ماشین جابجایی ثابت نیست، بنابراین چیلر سانتریفیوژ محدوده وسیعی از ظرفیت ­ها را در گستره محدودی از نسبت­ های فشار پوشش می­ دهد. این چیلرها برای متراکم کردن حجم ­های بزرگ مبرد تا فشارهای نسبتاً پایین مناسب هستند. با تغییر فاکتورهای طراحی مانند تعداد مراحل، سرعت کمپرسور، قطر پروانه، و نوع مبرد، کمپرسورهای سانتریفیوژ می ­توانند در چیلرهایی که دماهای طراحی گسترده ­ای برای مایع خنک ­کننده و سیال خنک­ شونده دارند، به کار گرفته شوند.

کمپرسورهای سانتریفیوژ به دلیل ظرفیت خیلی بالای جریان بخار مبرد، بازار چیلرهای 200 تن تبرید و بالاتر را در جهان تسخیر کرده ­اند. چرا که در آن محدوده ظرفیت کم ­هزینه ­ترین و کارآمدترین طراحی را دارند. چیلرهای سانتریفیوژ اغلب توسط الکتروموتورها راه ­اندازی می ­شوند، اما محرک آن ­ها می ­تواند توربین ­های بخار (Steam Turbine) و یا موتورهای گازی (Gas Engines) نیز باشند.

v معایب چیلرهای سانتریفیوژ

جدی ­ترین ایرادی که به چیلرهای سانتریفیوژ وارد است عملکرد آن ­ها در حالت بار جزئی (Part Load) است. زمانی که بار ساختمانی کاهش می ­یابد، چیلر با بستن جزئی دریچه ­های ورودی برای محدود کردن جریان مبرد پاسخ می ­دهد. در حالی که این روش کنترلی برای ظرفیت­ های تا حدود 20% خروجی نامی چیلر کارآمد است، همزمان منجر به کاهش راندمان عملکرد نیز می ­شود. از آن­جایی که چیلرها در کم­تر از 10% مواقع در بار کامل یا نزدیک به آن فعالیت می­ کنند، ویژگی ­های عملکردی فعالیت در بار جزئی به طور قابل توجهی مصرف انرژی سالانه را تحت شعاع قرار می ­دهد.

از طرفی فعالیت چیلرهای سانتریفیوژ در بارهای سرمایشی کم دشوار است زیرا زمانی که بار تا 25% خروجی نامی چیلر افت پیدا می ­کند، چیلر در معرض خطر سرجینگ (Surging) قرار می ­گیرد. برای کاهش احتمال رخداد سرجینگ که آسیب ­های جدی به چیلر وارد می­ کند، سازندگان کنترل ­های خاصی اضافه می ­کنند، اما بیشتر این کنترل ­ها با کاهش راندمان بار جزئی واحد همراه هستند.

همچنین بالاتر بودن قیمت خرید اولیه چیلرهای سانتریفیوژ زیر 200 تن تبرید، نسبت به چیلرهای اسکرو و رفت و برگشتی از دیگر محدودیت ­های آن ­ها می ­باشد.

 

 

4) چیلرهای تراکمی اسکرال (Scroll Chillers)

چیلرهای تراکمی اسکرال چیلرهایی هستند که کمپرسور آن ­ها از نوع اسکرال یا حلزونی است. کمپرسور اسکرال یک ماشین جابجایی مثبت است که در آن مبرد توسط دو دیسک مارپیچ متراکم می ­گردد. دیسک بالایی ثابت است در حالی که دیسک پایینی به صورت مداری حرکت می ­کند. حرکت مداری دیسک پایینی درون دیسک ثابت فضاهای آب ­بندی شده با حجم متغیر ایجاد می­ کند. گاز مبرد از طریق ورودی واقع در سطح حلزون وارد می ­شود. بخشی از مبرد در یکی از فضاهای آب­ بندی شده به دام می ­افتد. با حرکت دیسک فضای بسته شده حاوی مبرد به طرف مرکز دیسک جابجا می­ شود و حجم آن کاهش می­ یابد و در نتیجه این کاهش حجم، مبرد متراکم می ­گردد. در آخر مبرد متراکم شده از طریق یک درگاه که در مرکز دیسک بالایی قرار گرفته است تخلیه می­ شود.

 کمپرسورکمپرسور اسکرال

شکل 12- کمپرسور اسکرال

 

چیلرهای اسکرال در سال ­های اخیر پیشرفت زیادی داشته ­اند به طوری که به سرعت در حال اشغال جایگاه چیلرهای رفت و برگشتی هستند. این چیلرها ابعاد کوچک، صدا و ارتعاش کم، و راندمان خوبی دارند. چیلرهای مجهز به کمپرسور اسکرال در ساختارهای هوا خنک (هوایی) و آب ­خنک (آبی) موجود هستند و ظرفیت آن­ ها تقریبأ به 30 تن تبرید یا کمتر می ­رسد، که آن­ ها را به گزینه ­ای خوب برای کاربرد در ساختمان ­های کوچک و به ­ویژه ساختمان ­های مسکونی تبدیل کرده است.

بزرگترین عیبچیلرهای مجهز به کمپرسورهای اسکرال این است که این کمپرسورها نمی ­توانند تعمیر شوند. همچنین کمپرسورهای اسکرال معضلاتی به دلیل از دست دادن روغن در دماهای پایین دارند.

چیلر هوایی

شکل 13- چیلر هوایی اسکرال

چیلر آبی

شکل 14- چیلر آبی اسکرال

 

مقایسه چیلرهای تراکمی از نظر ظرفیت­ سرمایش (Cooling Capacity)

سایز کمپرسورهای مورد استفاده در چیلرهای تراکمی بر اساس توان اسب بخار موتور ورودی (HP)، توان کیلووات موتور ورودی (kW ورودی)، ظرفیت سرمایش تبریدی (kW سرمایش)، تن تبرید (TR) و یا (BTU/hr) بیان می­ گردد. در واقع حجم و فشاری که مبرد می ­تواند در آن پمپ شود، ظرفیت سرمایشی چیلر تراکمی، عملکرد و نواحی کاربردی که چیلر با آن کمپرسور خاص می ­تواند در آن ها به کار گرفته شود را تعیین می ­نماید.

  • چیلر­های رفت و برگشتی در ظرفیت ­های 5 تا 150 تن تبرید ساخته می­ شوند. توان مصرفی چیلرهای هوایی رفت و برگشتی در حدود 1 تا 1.3 کیلووات در تن تبرید (kW/TR) است در حالی که توان مصرفی چیلرهای آبی در حدود 0.7 تا 1 کیلووات در تن تبرید (kW/TR) است. (راندمان چیلرهای آبی بیشتر از چیلرهای هوایی است)
  • چیلرهای هوایی اسکرو در ظرفیت ­های سرمایشی در حدود 70 تا 500 تن تبرید و با توان مصرفی 1.1 تا 1.5 کیلووات در تن تبرید موجود هستند. ظرفیت ­های سرمایش چیلرهای آبی اسکرو نیز بین 70 تا 750 تن تبرید و توان مصرفی آن­ ها در حدود 0.65 تا 0.9 کیلووات در تن تبرید است.
  • چیلرهای سانتریفیوژ عمدتاً ظرفیت ­هایی در حدود 90 تا 1000 تن تبرید دارند، و اکثر آن ­ها مربوط به بازه ظرفیتی 150 تا 300 تن تبرید هستند. چیلرهای با کمپرسور سانتریفیوژ از لحاظ مصرف انرژی کارآمدترین چیلرها هستند و توان مصرفی آن ­ها بین 0.5 تا 0.6 کیلووات در هر تن تبرید است!

توصیه ­های مهم

ü در مواردی که اوج بار به 80 الی 100 تن تبرید می ­رسد، چیلرهای مجهز به کمپرسور رفت و برگشتی گزینه مناسبی هستند. برای مقادیر اوج بار بین 100 و 200 تن تبرید، دو یا چند چیلر رفت و برگشتی می ­توانند به کار گرفته شوند.

ü برای اوج بار بیش از 200 تن، چیلرهای مجهز به کمپرسور اسکرو از نظر اقتصادی شروع به کارآمد شدن می­ کنند. چیلرهای اسکرو برای کاربردهای تا 750 تن تبرید مناسب هستند. بالاتر از این ظرفیت ­ها، در صورت در دسترس بودن آب برای دفع حرارت، چیلرهای سانتریفیوژ اقتصادی­ تر هستند.

ü چیلرهای مجهز به کمپرسورهای سانتریفیوژ عمدتاً ظرفیت ­های بزرگتر از 750 تن تبرید را پوشش می ­دهند. ماشین ­های سانتریفیوژ بالاترین راندمان اوج بار را دارند و برای کاربردهای نیازمند فعالیت پایدار و یکنواخت به صورت قابل اطمینانی فعالیت می ­نمایند. این چیلرها تنها با گزینه کندانسور آب­ خنک توصیه می ­شوند.

ü مجدداً یادآوری می ­شود که راندمان چیلرهای آبی از راندمان چیلرهای هوایی بیشتر است.

 

 

مقایسه چیلرهای تراکمی از نظر هزینه ­های سرمایه­ گذاری (Capital Costs)

هزینه ­های سرمایه­ گذاری برای چیلرهای تراکمی رفت و برگشتی کمترین مقدار و برای چیلرهای تراکمی اسکرو بیشترین مقدار است.

  • چیلرهای رفت و برگشتی متداول ­تر می ­باشند و به طور کلی در مقایسه با سایر چیلرها و به ویژه برای ظرفیت­ های کوچک­تر ارزان ­تر هستند.
  •  چیلرهای اسکرو از نظر هزینه اولیه گران ­قیمت ­ترین گزینه هستند.
  •  چیلرهای سانتریفیوژ در بیشتر سایزها و در شرایط عملکردی یکسان 10 الی 15 درصد از چیلرهای اسکرو ارزان­ تر هستند. هزینه اولیه چیلر سانتریفیوژ در ظرفیت ­های کم­تر از 200 تن تبرید از چیلر رفت و برگشتی بیشتر است اما در ظرفیت­ های بالاتر با آن رقابت می ­کند.

 

مقایسه چیلرهای تراکمی از نظر راندمان (Efficiency)

راندمان چیلر بر اساس کیلووات در تن تبرید (kW/TR) و یا ضریب عملکرد (COP) آن بیان می ­گردد که تعریف ضریب عملکرد نسبت انرژی حرارتی خروجی بر حسب BTU به انرژی حرارتی ورودی بر حسب BTU است.

  • چیلرهای هوایی رفت و برگشتی بسته به ظرفیت و دمای هوای محیط در حالت اوج بار به 1 الی 1.3 کیلووات در تن تبرید توان نیاز دارند. بنابراین ضریب عملکرد بار اوج برای این سیستم ­ها در محدوده 3.52 الی 2.7 است.
  • چیلرهای اسکرو معمولی با کندانسورهای آب­ خنک در حالت اوج بار توانی در حدود 0.6 تا 0.8 کیلووات در تن تبرید نیاز دارند که منجر به ضریب عملکرد 7 الی 5 می ­شود. راندمان کمپرسور اسکرو و کمپرسور رفت و برگشتی، زمانی که در نسبت تراکم یکسان فعالیت می­ کنند برابر است. کمپرسورهای اسکرو قادر به فعالیت در 30 نسبت تراکم هستند و این ویژگی آن ­ها را قادر می ­سازد که فعالیت کارآمدتر و بهتری نسبت به کمپرسور رفت و برگشتی داشته باشند.
  • چیلرهای سانتریفیوژ در حالت اوج بار کارآمدترین گزینه هستند و کم­ترین میزان توان را مصرف می ­کنند. مطابق استانداردهای مربوط به شرایط عملکردی، چیلر سانتریفیوژ در بار کامل و برای ظرفیت ­های بیش از 300 تن تبرید، نیازمند توان 0.53 کیلووات در تن تبرید است و برای ظرفیت ­های کم­تر از 300 تن تبرید، توان مورد نیاز آن مقداری بین 0.6 تا 0.7 کیلووات در تن تبرید را دارد. راندمان این چیلرها در طی سال­ ها در نتیجه طراحی ­های بهبود یافته پروانه، ساختارهای بهتر در چیلر، افزایش سطوح انتقال حرارت و افزایش تأکید بر روی کاهش تقاضاهای انرژی در چیلر بهبود پیدا کرده است.

مقادیر تقریبی توان مصرفی در هر کدام از چیلرهای تراکمی مورد مقایسه در جدول زیر آورده شده ­است.

جدول 1- نرخ تقریبی مصرف توان در چیلرها در حالت بار کامل

پارامتر

چیلر رفت و برگشتی

چیلر اسکرو و اسکرال

چیلر سانتریفیوژ

نرخ تقریبی توان مصرفی (kW/TR)

 

                

0.85

 

 

0.79 برای ظرفیت­های کم­تر از 150 تن تبرید

0.7 برای ظرفیت­های کم تر از 150 تن تبرید

0.71 برای ظرفیت­های بین 150 تا 300 تن تبرید

0.63 برای ظرفیت­های بین 150 تا 300 تن تبرید

0.63 برای ظرفیت­های بیش­تر از 300 تن تبرید

0.53 برای ظرفیت­های بیش­تر از 300 تن تبرید

 

 

مقایسه چیلرهای تراکمی از نظر عملکرد در حالت بار جزئی (Part Load Performance)

در سیستم ­های خنک­ کننده هوا، اوج بار (Peak Load) در طی سال تنها در ساعات خیلی محدودی از شبانه­روز رخ می­ دهد. طبق یک مبنای سالیانه، بار ساختمان بر اساس زمان روز و در نتیجه الگوی حضور ساکنان، انرژی حرارتی جذب شده از خورشید در طول روز و غیره و همچنین بر اساس زمان سال به علت تغییرات فصلی تابش خورشید و دما تغییر می ­یابد. با وجود تمام این متغیرها، هر چیلر تراکمی آبی در بیش­تر زمان­ ها در شرایط خارج از طراحی (Off-Design Condition) فعالیت می­ کند. مطالعات مختلف نشان می­ دهند که یک چیلر تنها 1 درصد مواقع در ظرفیت 100%، 42 درصد مواقع در ظرفیت 75%، 45 درصد مواقع در ظرفیت 50% و 12 درصد مواقع در ظرفیت 25% فعالیت می ­نماید.بنابراین عملکرد بار جزئی سیستم یک فاکتور اساسی در انتخاب چیلر است. موارد مربوط به راندمان بار جزئی گزینه­ های مختلف در زیر بیان شده است:

  • چیلر اسکرو کاهش راندمان نامحدودی از بار 100% تا 0% دارد و در مجموع از راندمان بار جزئی خوبی برخوردار است.
  • چیلر سانتریفیوژ کاهش ظرفیت را از طریق کاهش مراحل (Stages) انجام می ­دهد. زمانی که بار ساختمان کاهش می ­یابد، چیلر با بستن جزئی دریچه ­های ورودی و محدود کردن جریان مبرد واکنش نشان می­ دهد. در حالی که این روش کنترل برای ظرفیت­ هایی تا حدود 20% خروجی نامی چیلر مؤثر است و منجر به کاهش راندمان عملکرد چیلر نیز می ­شود. به عنوان نمونه چیلری با توان مصرفی 0.6 کیلووات در تن تبرید در حالت بار کامل، ممکن است به هنگام کاهش بار به اندازه 0.9 کیلووات در تن تبرید توان نیاز داشته باشد.
  • کنترل ظرفیت پله ­ای کمپرسورهای رفت و برگشتی در بار حداقل، کارآمدتر از عملکرد کمپرسور اسکرو دوپیچ است. نصب کمپرسورهای رفت و برگشتی چندتایی به منظور تطبیق ظرفیت چیلر با بار ساختمان آسان است و به مدیر واحد این امکان را می ­دهد که در شرایط بار جزئی نحوه فعالیت سیستم را تعیین نماید و این امر منجر به افزایش راندمان عملکرد نیز می ­گردد.
  • یکی از بهترین انتخاب ­ها برای داشتن راندمان بالا در بارهای جزئی ساختمان­ های متوسط و کوچک استفاده از چیلر با تعداد مناسب کمپرسور اسکرال می­باشد.

 

مقایسه چیلرهای تراکمی از نظر عمر مفید (Economic Life)

عمر مفید چیلر یک بازه زمانی است که در آن بازه چیلر برای مصرف ­کننده قابل استفاده است و پس از اتمام آن دچار استهلاک شده و انتظار می ­رود که دیگر از لحاظ فیزیکی قابل به ­کارگیری نباشد.در واقعزمانی که فعالیت و نگهداری یک جز از تجهیزات از جایگزین کردن آن هزینه ­بر تر باشد، عمر مفید به پایان رسیده است.

  • عمر مفید چیلرهای مجهز به کمپرسور رفت و برگشتی 15 سال است، در حالی که انتظار می­رود چیلرهای دارای کمپرسورهای دوار و سانتریفیوژ عمر مفیدی برابر 25 سال داشته باشند.