چیلر چیست؟ بررسی، مقایسه و کاربرد

چیلر(chiller) در صنعت تهویه مطبوع، دستگاهی (ماشین تبرید) است که با گرفتن گرما از مایع (آب) در یک سیکل تبرید تراکمی یا جذبی آب سرد تولید می کند. آب سرد شده از طریق سیستم لوله‌کشی و پمپ‌­های مربوطه در مبدل­‌های حرارتی به گردش درمی‌آید و با توجه به نوع کاربری مورد‌ نیاز منجر به خنک‌ شدن هوا، آب یا یک تجهیز می­‌گردد.

کاربردهای چیلر

• پروژه‌­های مسکونی
• پروژه­‌های صنعتی
• صنعت پزشکی، خنک کاری دستگاه MRI، CT SCAN و ….
• خنک­‌کاری دستگاه لیزر
• خنک­‌کاری دستگاه تزریق پلاستیک
• خنک­‌کاری دستگاه­ های جوشکاری
• خنک‌کاری تجهیزات در فرآیند تولید دارو
• خنک‌کاری تجهیزات در صنعت معدن
• خنک‌کاری تجهیزات دیتا سنتر
• خنک‌کاری سیستم‌های اسپری شعله
• پروژه‌های اداری
• پروژه­‌های تجاری
• کاربرد در کنار سیستم آیس بانک(Ice bank)

انواع چیلرها

• انواع چیلر بر اساس سیکل کاری

چیلرها بر اساس سیکل کاری به دو دسته‌ی چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی تقسیم می‌شوند. چیلرهای تراکمی با استفاده از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی با استفاده از انرژی حرارتی باعث ایجاد برودت و سرما می‌شوند.

اصول کارکرد چیلر تراکمی

اصول کار چیلر تراکمی بر اساس سیکل تبرید است. در این سیکل از یک ماده مبرد جهت ایجاد برودت استفاده می­‌شود. این ماده با جذب حرارت از آب در اواپراتور، منجربه خنک شدن آن می­‌شود. جهت ادامه سیکل، مبرد که با جذب حرارت از آب افزایش دما پیدا کرده‌است وارد کمپرسور شده و فشار و دمای آن افزایش می­‌یابد. در ادامه، مبرد که در فاز گاز است، وارد کندانسور شده و با از دست دادن گرما دمای آن کاهش می‌­یابد و در فاز مایع سپس وارد شیر انبساط می‌­گردد. فشار و دمای مبرد پس از عبور از شیر انبساط کاهش پیدا کرده و مبرد در حالت مخلوط مایع و گاز (دو فازی) وارد اواپراتور می­‌شود. در اواپراتور مبرد با جذب حرارت از آب خنک شده و این سیکل تکرار می­‌گردد.

اصول کارکرد چیلر جذبی

اصل کارکرد چیلر جذبی نیز مانند چیلر تراکمی است، با این تفاوت که در چیلر جذبی به جای استفاده از کمپرسور  از پمپ، ابزوربر و ژنراتور جهت افزایش فشار و دمای مبرد استفاده می‌­گردد. سیال مبرد مورد استفاده در سیکل چیلر جذبی، آب در فشار خلاء است. سیال مبرد با جذب حرارت از آب در اواپراتور گرم شده و به شکل بخار آب از اواپراتور خارج و وارد ابزوربر می­‌شود.

در ابزوربر از نمک لیتیوم بروماید جهت جذب بخار آب استفاده می­‌گردد و محلول حاصل که با جذب آب رقیق شده‌است، توسط پمپ به ژنراتور فرستاده می­‌شود. در ژنراتور با دادن حرارت به محلول رقیق لیتیوم بروماید، آب محلول در آن بخار شده و لیتیوم بروماید غلیظ شده به ابزوربر باز می­‌گردد. سپس بخار آب وارد کندانسور شده و با  از دست دادن حرارت تقطیر شده و به اواپراتور بر می­‌گردد و سیکل تکرار می‌­شود. در واقع در چیلرهای جذبی از آنجایی‌که از یک سیال تراکم‌پذیر در سیکل تبرید استفاده می­‌گردد، با استفاده از پمپ می­‌توان فشار مبرد را افزایش داد و جهت افزایش دمای مبرد نیز از انرژی حرارتی استفاده کرد.

مقایسه چیلر تراکمی و جذبی

• چیلر تراکمی مصرف برق بالاتر و چیلر جذبی مصرف انرژی حرارتی (گاز) بیشتری دارد.
• چیلر تراکمی راندمان بالاتری نسبت به چیلر جذبی دارد.
• چیلر تراکمی تعمیر و نگهداری آسان‌تری نسبت به چیلر جذبی نیاز دارد.
• با توجه به اینکه چیلر جذبی نیاز به برج خنک‌کن دارد و اساس کار برج خنک‌کن تبخیر آب است، در چیلرهای جذبی مصرف آب بالا است که با توجه به کمبود منابع آب در کشور، بهتر است استفاده از آن‌ها فقط در مواردی که چاره­‌ای جز به کارگیری این تجهیزات وجود ندارد، صورت پذیرد.
• از آنجایی‌که منبع انرژی لازم جهت چیلر جذبی، انرژی حرارتی است و راندمان این دستگاه پایین است تنها در صورتی‌که منبع انرژی حرارتی درحال اتلاف مانند توربین گازی، نیروگاه و …در دسترس بوده و این انرژی قابل بازیافت باشد استفاده از چیلر جذبی توجیه‌پذیر است.
• در بارهای جزئی چیلرهای تراکمی، راندمان بالا و مصرف انرژی کم‌تری دارند، در صورتی‌که چیلرهای جذبی در بارهای جزئی قابلیت کنترل بار را ندارند.
• با توجه به موارد ذکر شده، زمینه­‌های کاربرد چیلرهای جذبی، در پروژه‌­های بزرگ با اقلیم گرم و خشک و نیمه خشک که امکان استفاده از برج خنک‌کننده در آن‌ها وجود داشته باشد، پروژه­‌هایی که در آن‌ها برای گرمایش یا سایر مصارف از سیستم بخار استفاده می‌شود، پروژه‌­هایی که تامین برق کافی جهت چیلرهای تراکمی هوا خنک امکان‌پذیر نیست و پروژه­‌هایی که در آن‌ها از سیستم بازیافت انرژی استفاده شده و از تلفات سایر سیستم­‌های حرارتی استفاده گردد مانند توربین گازی، نیروگاه، پیل سوختی و …

انواع چیلرتراکمی براساس نوع کمپرسور

چیلرهای تراکمی بر اساس نوع کمپرسور به کار رفته در آ‌ن‌ها به 4 دسته تقسیم می‌شوند.

• چیلر رفت و برگشتی

کمپرسورهای رفت و برگشتی، قدیمی‌ترین نوع کمپرسورها هستند. عملکرد این کمپرسورها مشابه محفظه احتراق ماشین است، به این ترتیب که حرکت دورانی میل لنگ منجر به حرکت خطی پیستون شده و گاز مبرد را فشرده می‌­کند. این کمپرسورها دارای سر و صدای بسیار زیاد بوده و راندمان پایینی دارند.

• چیلرهای اسکرال

در این چیلرها از کمپرسور اسکرال جهت متراکم‌سازی مبرد استفاده می­‌گردد. چیلرها با کمپرسور اسکرال در ظرفیت‌­های پایین موجود هستند و نحوه کنترل ظرفیت در این چیلرها با افزایش تعداد کمپرسورها و تعداد مدارهای دستگاه امکان‌پذیر است. از نظر تعمیر و نگهداری، کمپرسورهای اسکرال، هرمتیک بوده و اغلب قابل تعمیر نیستند، ولی هزینه اولیه خرید آن‌­ها کم‌تر است و در صورت از کار افتادن یکی از کمپرسورها بقیه کمپرسورها به کار خود ادامه می‌­دهند. بنابراین تعدد کمپرسورها علاوه بر کاهش مصرف برق، منجر به افزایش راندمان دستگاه در بارهای جزئی می­‌شود و عمر مفید دستگاه را افزایش می‌­دهد. این کمپرسورها در ظرفیت­‌های پایین­ موجود هستند و با افزایش تعداد کمپرسورها امکان دسترسی به ظرفیت‌­های بالاتر امکان‌پذیر است.

• چیلرهای اسکرو

چیلرهای اسکرو در ظرفیت­‌های بالا موجود هستند و از آنجایی‌که امکان کنترل ظرفیت به صورت پله‌­ای، پیوسته و یا با نصب اینورتور را دارند، در بارهای جزئی به خوبی پاسخگو بوده و راندمان بالایی دارند. کمپرسورهای اسکرو سمی‌هرمتیک و قابل تعمیر بوده و به‌دلیل حرکت مارپیچ‌­ها با تلرانس بسیار کم، روغن­‌کاری در آن­ها بسیار اهمیت دارد. سطح صدای کمپرسورهای اسکرو نیز نسبت به کمپرسورهای اسکرال بالاتر است.

• چیلر اینورتر

تکنولوژی کمپرسورهای اینورتر آخرین تحول در موتور کمپرسورها است. از اینورتر جهت کنترل دور موتور کمپرسور استفاده می­‌گردد، به این ترتیب که موتور کمپرسور دارای یک درایو فرکانس متغیر است که جریان AC را به جریان DC  و سپس به جریان با فرکانس مناسب تبدیل می‌­کند، به این ترتیب دور موتور کمپرسور متناسب با نیاز برودتی تغییر می­‌کند. از آنجایی‌که کمپرسور تنها در زمان بار کامل، با دور حداکثر کار می­‌کند و در زمان بارهای جزئی، دور موتور کمپرسور متناسب با بار پروژه تغییر می­‌کند، در نتیجه علاوه بر کاهش مصرف انرژی، اصطحکاک قطعات کمپرسور نیز کاهش یافته و عمر مفید قطعات افزایش می‌­یابد. بیش‌ترین مصرف انرژی در چیلرها مربوط به مصرف برق کمپرسورها مخصوصا در زمان راه‌اندازی دستگاه است، حتی در صورت نصب سافت استارتر، کمپرسور جریان برق زیادی مصرف می‌­کند، درصورتیکه در کمپرسورهای اینورتر جریان راه‌اندازی بسیار کم بوده و اصطلاحا راه­‌اندازی کمپرسوهای اینورتر نرم است. در کنار مزایای گفته شده، هزینه اولیه جهت خرید این چیلرها بالا است. هم‌چنین تعمیر و نگهداری این کمپرسورها پیچیده بوده و نیاز به نیروی متخصص دارد.

• چیلر سانتریفیوژ

کمپرسورهای سانتریفیوژ به نام کمپرسورهای توربو نیز شناخته می­‌شوند. یکی از مشکلات رایج چیلرهای سانتریفیوژ عملکرد آن­‌ها در بارهای جزئی است. این کمپرسورها برای جریان مبرد مشخصی طراحی شده‌اند. در بارهای جزئی که نیاز به بار کم‌تری است، میزان گاز مبرد ورودی به کمپرسور کم‌تر از مقدار طراحی بوده و گاز قادر به خروج از کمپرسور نبوده و کمپرسور دچار ارتعاشات شدید می­‌گردد. بنابراین چیلرهای سانتریفیوژ در ظرفیت بالا دارای راندمان مناسب هستند و در بارهای جزئی، علاوه بر کاهش راندمان دستگاه با ارتعاش و سرو صدای زیاد کار می­‌کنند. هم‌چنین هزینه تامین اولیه این چیلرها نیز بالا بوده و تعمیر و نگهداری کمپرسورهای سانتریفیوژ پیچیده­‌است.

• چیلرهای توربوکور

کمپرسورهای توربوکور از نوع سانتریفیوژ بدون روغن، اصطلاحا oil free  هستند. در کمپرسورهای معمول از روغن جهت خنک‌کاری کمپرسور استفاده می­‌گردد، در صورتی‌که در کمپرسورهای توربوکور با استفاده از یاتاقان­‌های مغناطیسی، شافت در مرکز قرار گرفته و توسط سنسور موقعیت شافت کنترل می­‌گردد. به علت حذف روغن در کمپرسور این چیلرها کلیه سطوح سایشی از بین رفته، در نتیجه عمر مفید دستگاه افزایش می‌­یابد. با حذف روغن کلیه لوله ­کشی‌­های مربوط به سیستم روغن‌کاری حذف و به این ترتیب ابعاد دستگاه نیز کاهش می‌­یابد. چیلرهای توبوکور با داشتن درایو فرکانس متغیر(اینورتر) در بارهای جزئی به خوبی پاسخگو بوده، راندمان بالا و مصرف انرژی پایینی دارند. از معایب این چیلرها پیچیدگی کمپرسور و حساسیت بسیار بالای آن­‌ها به نوسانات برق است. هم‌چنین امکان تعمیر و نگهداری قطعات آن در ایران بسیار کم است.

• چیلر فری‌کولینگ

فری‌کولینگ، یک روش اقتصادی جهت خنک کردن آب سیستم سرمایش است. در فصل زمستان که درجه حرارت محیط پایین است می­‌توان از هوای خنک به عنوان منبع تولید سرما استفاده کرد. به این ترتیب که یک کویل فری‌کولینگ به صورت موازی با کندانسور نصب می‌گردد و چنانچه درجه حرارت محیط به اندازه کافی پایین باشد که بتواند برودت لازم را ایجاد کند، آب سیستم سرمایش بای‌پس شده و از داخل کویل فری‌کولینگ عبور می­‌کند. به این ترتیب نیازی به استفاده از سیکل تبرید و روشن بودن کمپرسور در فصل زمستان نبوده و مصرف برق دستگاه کاهش می‌­یابد. در بسیاری از ساختمان‌­های تجاری و اداری در فصل زمستان نیز، نیاز به سرمایش است. در پروژه­‌های صنعتی نیز نیاز به چیلر دائم‌کار و سرمایش در فصل زمستان است، به این ترتیب با استفاده از چیلر­های فری‌کولینگ علاوه بر تامین بار برودتی، مصرف برق نیز کاهش چشم‌گیری پیدا می­‌کند.

• چیلر با سیستم هیت‌­ریکاوری

درصد زیادی از مصرف انرژی در کشور، مربوط به مصرف انرژی در ساختمان­‌ها می‌­شود. اگر بتوان منبع انرژی گرمایشی جهت تامین آبگرم مصرفی و گرمایش ساختمان­‌ها یافت، می‌­توان در مصرف انرژی صرفه­ جویی کرد. جهت تولید آب سرد در چیلرها مقدار زیادی حرارت از طریق کندانسور به محیط دفع می‌­شود. در سیستم‌های هیت‌ریکاوری، از گرمای هدر رفته در کندانسور، جهت گرم کردن آب‌گرم مصرفی استفاده می‌­شود، یک مبدل در مسیر گاز خروجی از کمپرسور نصب می‌­شود، آب‌گرم سیستم گرمایش از مبدل عبور داده شده، به این ترتیب مبرد قبل از ورود به کندانسور از مبدل عبور کرده و در صورت نیاز آب‌گرم بهداشتی را گرم می­‌کند. به این ترتیب می­‌توان به مقدار قابل توجهی در مصرف انرژی صرفه جویی کرد.

اجزای چیلر تراکمی

چیلر تراکمی از چهار جزء اصلی تشکیل می‌شود:

• کمپرسور
• اواپراتور
• کندانسور
• شیر انبساط

کمپرسور

وظیفه کمپرسور افزایش فشار و دمای گاز مبرد در سیکل تبرید چیلر تراکمی است. یک کمپرسور خوب باید دارای ویژگی های زیر باشد:

1. عمر طولانی و هزینه نگهداری پایین با راهبری آسان
2. اثر تبرید بیشتر در ازای برق ورودی کمتر (نسبت انرژی به حجم و سطح تراکم سازی پایینی داشته باشد)
3. هزینه ساخت و تولید پایین
4. بازه عملیاتی گسترده در شرایط گوناگون
5. سطح صدا و ارتعاش قابل قبول

کمپرسور را می توان به وسیله الکتروموتور به صورت ارتباط مستقیم در یک محفظه به حرکت درآورد یا با تماس غیر مستقیم از طریق گیربکس و پولی-تسمه با گشتاور به حرکت در آورد که نوع باز نامیده می شود. ممکن است الکترو موتور محرک مستقیماً کمپرسور را بگرداند و الکترو موتور و کمپرسور درون یک محفظه قرار می گیرند و با آن یکپارچه شده است. این نوع کمپرسور از نوع بسته یا نیمه بسته می باشند. کمپرسورهای بسته از لحاظ جاگیری بسیار مناسب اند و فضای اندکی را اشغال می کنند و در صورت خراب شدن اجزای داخل کمپرسور قابل تعمیر نمی باشد و باید تعویض شود، اما کمپرسورهای نیمه بسته قابل تعمیر می باشند.

سایز کمپرسور به صورت قدرت موتور آن برحسب اسب بخار HP یا کیلووات و ظرفیت سرمایی آن برحسب کیلووات سرمایی یا تن تبرید بیان می شود. همچنین حجم و فشار مبرد از جمله پارامترهای موثر بر ظرفیت سرمایی کمپرسور است. ظرفیت سرمایی کمپرسور با افزایش نرخ جریان جرمی مبرد افزایش می یابد.

مقیاس کاربردی برای عملکرد کمپرسور ضریب عملکرد COP است که به صورت نسبت ظرفیت تبرید به برق ورودی است. COP مقیاس بدون واحد است

ظرفیت یک کمپرسور در شرایط مشخص تابع جرم گاز متراکم شده در واحد زمان است. به طور ایده آل جریان جرمی برابر است با جابجایی کمپرسور به ازای واحد زمان، ضرب‌در چگالی گاز. اگرچه شرایط ایده آل به دلیل بسیاری از افت‌ها هرگز اتفاق نمی‌افتد.

در ادامه به مزایا و معایب، محدودیت‌ها و کاربردهای هر یک از چیلرها می‌پردازیم.

انواع کمپرسورها

کمپرسورها به دو دسته نوع جابجایی مثبت و نوع دینامیکی تقسیم می‌شوند:

کمپرسور جابجایی مثبت

کمپرسور جابجایی مثبت به طور فیزیکی حجم مبرد را کاهش و فشار آن را از این طریق افزایش می‌دهد، که شامل کمپرسور رفت و برگشتی، اسکرال و اسکرو می‌باشد. این کمپرسورها حجم ثابتی از گاز با فشار بالا ایجاد می‌کنند.

کمپرسورهای رفت و برگشتی

این نوع کمپرسورها براساس نوع محرک، آرایش سیلندر پیستون، سیستم‌های خنک کاری و روغن کاری طبقه‌بندی می‌شوند. کمپرسورها به طور معمول به کمک الکتروموتور کار می‌کنند اما در سیستم‌های تهویه، وسایل حمل و نقل نیرو یا توان محرک، به وسیله موتورهای درون سوز تأمین می‌شود.

کمپرسورهای رفت و برگشتی جزء کمپرسورهای جابجایی مثبت می‌باشند که حرکت رفت و برگشت پیستون داخل سیلندر کمپرسور صورت می‌گیرد. همانطور که پیستون به پایین حرکت می‌کند، یک خلاء نسبی داخل سیلندر به وجود می‌آید زیرا فشار بالایی شیر ورودی بزرگتر از فشار زیر آن است، در نتیجه شیر ورودی در اثر این اختلاف فشار به وجود آمده باز می‌شود و مبرد به داخل سیلندر جریان می‌یابد.

بعد از اینکه پیستون به انتهای سیلندر (پایین‌ترین نقطه) می‌رسد، پیستون رو به بالا شروع به حرکت می‌کند، شیر ورودی بسته می‌شود و مبرد داخل سیلندر تله می‌افتد. در نتیجه فشار درون محفظه سیلندر نسبت به بخش مکش افزایش می‌یابد.

همانطور که سیلندر رو به بالا حرکت می‌کند، فشار مبرد متراکم شده افزایش می یابد. فشار مبرد تا حدی افزایش می‌یابد که شیر خروجی را باز می‌کند و مبرد متراکم شده به خارج از سیلندر جریان می‌یابد. در ابتدا پیستون به بالاترین موقعیت خود می‌رسد سپس شروع به حرکت روبه پایین می‌کند و این سیکل تکرار می‌شود.

طراحی سیلندر در کمپرسورهای پیستونی از نظر تعداد و نحوه آرایش سیلندرها، دوطرفه یا یک طرفه بودن آن‌ها (پیستون دوسره یا یک سره) متفاوت است. کمپرسورهای پیستونی را با 1 تا 16 سیلندر می‌سازند و نحوه آرایش سیلندر در آن‌ها برحسب نیاز، به صورت‌های جناغی، جفت جناغی، شعاعی یا ستاره ای است.

تنها مزیت کمپرسورهای رفت و برگشتی قیمت پایین آن‌ها، کنترل‌های ساده و توانایی کنترل سرعت از طریق تسمه است که در هر دو شکل آبی و هوایی موجود است. بخش عمده‌ای از چیلرهای رفت و برگشتی در مقایسه با دیگر چیلرها سطح نیاز به تعمیرات بیشتری دارند. این نوع کمپرسور قطعات متحرک و ارتعاش بیشتر، جریان راه اندازی بالاتر و ضریب عملکرد پایین‌تری نسبت به دیگر کمپرسورها دارد.

کمپرسور دوار

• کمپرسور Rolling piston

این کمپرسورها یک روتور مرکزی ثابت و یک روتور در حال چرخش دارند که یک میل‌لنگ روتور در حال چرخش را خارج از محور، درون استوانه ثابت می‌غلتاند و فشار گاز مبرد از طریق تله افتادن بین دو روتور ثابت و متحرک افزایش می‌یابد. در واقع با چرخش روتور خارج از محور غلتان، حجم گازی که بین استوانه ثابت و متحرک تله می‌افتاده، کاهش می‌یابد و فشار افزایش می‌یابد. حجم مبرد از طریق تغییر سرعت چرخش پروانه و یا از طریق بای‌پس کردن گاز مبرد تغییر می‌کند.

از جمله معایب این کمپرسور بازدهی پایین آن‌ها می‌باشد، که عموماً برای ظرفیت‌های کوچک تهویه مطبوع خانگی ساخته می‌شود. همچنین این کمپرسورها را نباید در محیط‌هایی که ذرات معلق موجود در هوا زیاد است نصب کرد.

• کمپرسور پیچی (اسکرو):

کمپرسورهای پیچی به دو نوع کمپرسور پیچی جفت (دوبل) و کمپرسور پیچی منفرد دسته بندی می‌شوند:

1.کمپرسورهای پیچی جفت

در کمپرسورهای پیچی جفت یکی از روتورها male و دیگری female است و به طور معمول روتور male روتور female را به حرکت در می‌آورد. در واقع روتور male دارای دنده (lobe)  و دارای رزوه-شیار (gully) می‌باشد. و از ترکیب lobe و gully حرکت چرخشی دو روتور ایجاد می‌شود.

روتور female همواره با سرعت کم‌تری نسبت به روتور male می‌چرخد. معمولاً نسبت دندانه‌های (lobe) روتور male به female پنج به شش است. البته این نسبت در سازنده‌های مختلف، متفاوت است اما این نزدیک‌ترین سرعت روتور female به روتور male است.

در کمپرسورهای پیچی جفت، از دو چرخنده (روتور) مارپیچ برای متراکم کردن گاز استفاده می‌شود. روغن موجود در فضای بین روتورها جهت seal کردن و انتقال انرژی بین محرک و متحرک می­‌باشد. در اثر گردش روتورها ماده مبرد به داخل فضای interlobe مارپیچ روتور مکیده می‌شود و با توجه به جهت چرخش روتور به صورت پیچی به سمت جلو حرکت می‌کند و  مبرد متراکم شده و از قسمت انتهایی چرخنده خارج می‌گردد.

زمانی که روتور با سرعت بالا می‌چرخد، کمپرسور اسکرو نسبت به کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت دیگر حجم مبرد بیشتری را متراکم می‌کند. در واقع کمپرسورهای اسکرو جایگزین مناسبی برای کمپرسورهای سیلندر پیستونی و سانتریفیوژ قدیمی است. همچنین ظرفیت این کمپرسورها از طریق اسلاید ولو بین 25 تا 100 درصد تغییر می‌کند.

2.کمپرسورهای پیچی منفرد

در کمپرسورهای پیچی منفرد عمل تراکم توسط یک روتور مارپیچ و دو روتور ستاره‌ای با دندانه ماشینی صورت می‌گیرد. زمانی که روتور اصلی می‌چرخد، دندانه‌های روتورهای ستاره‌ای با شیارهای روتور اصلی درگیر می‌شوند و در اثر چرخش سریع روتور و چرخ ستاره ای، گاز مبرد داخل شیارهای روتور مارپیچ تله می‌افتد. درنتیجه فشار مبرد افزایش یافته و در انتها (در سمت تخلیه) با فشار زیاد خارج می‌شود.

به طور کلی با انتقال مبرد از یک سمت به سمت دیگر و انباشتن آن فشار افزایش می‌یابد. جنس روتورهای ستاره‌ای از نوع کامپوزیت فلزی و روتور پیچی از جنس فلزی می‌باشد. این مجموعه در داخل یک جعبه استوانه‌ای قرار دارد که مجرای ورودی ساکشن در یک انتها و مجرای دیسشارژ در انتهای دیگر می‌باشد، که بخش‌های فشار بالا و فشار پایین توسط روتورهای ستاره ای جدا می‌شوند. در کمپرسور اسکرو منفرد روتروهای ستاره‌ای در تماس سایشی با روتور پیچی می‌باشند.

مزایای کمپرسور اسکرو (پیچی):

• عملکرد آرام این نوع کمپرسورها که ناشی از تراکم چرخشی محورهای کمپرسور است.
• کمپرسورهای اسکرو برای کارکرد دائم و به طور پیوسته طراحی شده‌اند.
• به علت حرکت دورانی حلزون‌های کمپرسور لرزش آن بسیار کم می‌باشد.
• به علت همپوشانی سیکل مکش و دهش کمپرسورهای پیچی، جریان مبرد یکنواخت و مستمر است.
• کمپرسورهای پیچی نسبت به کمپرسورهای تناوبی قطعه متحرک کم‌تری دارند، لذا خرابی کمپرسور پیچی نسبت به کمپرسورهای تناوبی کم‌تر بوده و تعمیرات آن راحت‌تر می‌باشد.
• در کمپرسورهای پیچی فضای مرده وجود ندارد و لذا راندمان حجمی این نوع کمپرسورها، به ویژه در نسبت تراکم‌های بسیار بالا بهتر می‌باشد.
• عمر بسیار طولانی‌تر (حدود 8 برابر کمپرسورهای رفت و برگشتی)
• عملکرد بهتر در بار جزئی
• کنترل دقیق‌تر و مناسب‌تر دمای فرآیند
• تغییر و کنترل پیوسته دبی حجمی (جرمی) مبرد در حال گردش سیکل تبرید
• حذف قطعات بحرانی و حساس مثل پمپ روغن
• مقاومت بیشتر و آسیب پذیری کم‌تر در مقابل ورود مبرد به شکل اشباع تا کیفیت 4/0
• در کمپرسور اسکرو هیچ گونه تغییر سایزی در حجم اشغالی مبرد صورت نمی‌گیرد و برخلاف کمپرسورهای رفت و برگشتی راندمان حجمی ثابتی دارد.

معایب کمپرسور اسکرو (پیچی):

• شدت و فرکانس بالاتر صدا
• نیاز این نوع کمپرسورها به روغن کاری با ویسکوزیته بالاتر

• کمپرسور اسکرال

  

در این کمپرسور گاز بین دو پره حلزونی شکل متراکم می‌شود، که یکی از پره‌ها ثابت و پره دیگر داخل این پره ثابت حرکت می‌کند و با توجه به فاصله لبه‌های هر دو قطعه، گاز مبرد از قسمت بیرونی مکیده شده و به شکل حلزونی حرکت کرده و با فشار زیاد از مرکز اسکرال خارج می‌شود. این کمپرسور تنها دو قطعه متحرک شامل شافت و پره متحرک دارد. در کمپرسور اسکرال، شفت به صورت عمودی قرار می‌گیرد و روتورها در قسمت بالای آن قرار گرفته‌اند. در کمپرسور اسکرال برخلاف کمپرسور اسکرو با حرکت حلزونی متحرک، مبرد حبس شده بین دو حلزونی به سمت مرکز رانده می‌شود و به دلیل کوچک شدن فضای اشغالی مبرد، حجم مبرد کاهش یافته و فشار آن افزایش می‌یابد و در نهایت از مرکز به بخش رانش کمپرسور هدایت می‌شود.

جهت تغییر ظرفیت حجمی (جرمی) مبرد در سیکل با کمپرسور اسکرال سه روش رایج وجود دارد:

1. با بهره‌گیری از مکانیسمی در هنگامی که نیازی به تراکم سازی نیست حلزونی متحرک مقدار کمی در حدود یک دهم میلی‌متر از روی حلزونی ثابت بلند می‌شود که عمل تله افتادن مبرد مختل شده و کمپرسور مبرد را متراکم نمی‌سازد و در اصطلاح هرز می‌گردد. این عمل کمک می‌کند که حجم مبرد مورد نیاز جهت تراکم در قسمتی از زمانی که کمپرسور در گردش می‌باشد، کاهش یابد. در این صورت ظرفیت کمپرسور بدون خاموش و روشن شدن آن، کنترل می‌شود.
2. با استفاده از اینورتر و با تغییر سرعت گردش کمپرسور حجم مبرد متراکم شده تغییر می‌کند و از این طریق ظرفیت کنترل می‌گردد.
3. با روشن و خاموش شدن متناوب کمپرسور، ظرفیت برودتی کنترل می‌شود.

مزایای کمپرسورهای اسکرال:

• بازده کمپرسورهای اسکرال حداقل 10 تا 15 درصد بیشتر از کمپرسورهای پیستونی برآورد شده است.
• تخلیه گاز به صورت پیوسته و مداوم و به طور یکنواخت انجام می‌شود.
• قطعات متحرک کمپرسور اسکرال بسیار کم بوده و امکان خرابی این نوع کمپرسورها نسبت به کمپرسورهای پیستونی بسیار کم‌تر می‌باشد
• ارتعاش و سر و صدای این نوع کمپرسورها کم‌تر از کمپرسورهای پیستونی است.
• عمر مفید آن حداقل 8 برابر بیشتر است.
• راندمان حجمی کمپرسور در تمام طول عمر آن تقریباً ثابت و تغییر نمی‌کند.
• دمای گاز متراکم شده در کمپرسور اسکرال پایین‌تر می‌باشد.

مزایای نسبی کمپرسورهای اسکرال نسبت به کمپرسورهای اسکرو :

بایستی توجه داشت که معمولاً این دو نوع کمپرسور با کاربردهای ظرفیتی متفاوت در بازار مورد نظر قرار می‌گیرند و از کمپرسور اسکرال در ظرفیت‌های پایین و از کمپرسورهای اسکرو در ظرفیت‌های بالا استفاده می‌شود.

• بازده کمپرسور در بار جزئی نسبتاً بیشتر است.
• ارتعاش و سر و صدای این نوع کمپرسورها کم‌تر از کمپرسورهای اسکرو است.
• قیمت پایین‌تر
• حذف احتمال نشت مبرد از بدنه (معمولاً کمپرسور اسکرو به صورت نیمه بسته ساخته می‌شود.)

با توجه به مزایای فوق توصیه می‌شود که از این نوع چیلر در کاربری­‌های مسکونی با بار برودتی کم‌تر از 100 تن استفاده شود. از جمله معایب و یا شاید هم مزیت کمپرسورهای اسکرال عدم امکان دسترسی به اجزای داخلی کمپرسور برای تعمیر است.

کمپرسور دینامیکی

کمپرسور دینامیکی فشار مبرد بخار را از طریق انتقال پیوسته مومنتوم زاویه ای یک پره در حال چرخش با تبدیل انرژی جنبشی به پتانسیل افزایش می‌دهد. یک کمپرسور سانتریفیوژ یک کمپرسور دینامیکی بوده و کاملاً متفاوت با یک کمپرسور جابجایی مثبت می‌باشد. این کمپرسورها به طور وسیع در صنایع پتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کمپرسور سانتریفیوژ:

کمپرسور سانتریفیوژ یک ماشین دینامیکی است که تراکم از طریق اعمال نیروی اولیه به مبرد گازی از طریق چرخش پره صورت می‌گیرد. این کمپرسورها می‌توانند یک یا چند طبقه باشند. در کمپرسور سانتریفیوژ جریان سیال در جهت محوری وارد پروانه می‌شود و از پره به صورت شعاعی خارج می‌شود. انرژی از طریق پروانه به مبرد منتقل می‌شود، سپس گاز وارد محفظه دیفیوزر شکل می‌شود و سرعت آن کاهش یافته و فشار افزایش می‌یابد.

میزان افزایش فشار مبرد به سرعت چرخش پروانه (انرژی جنبشی مبرد) بستگی دارد. همچنین برای افزایش فشار بیش‌تر از کمپرسورهای چند طبقه‌ای استفاده می‌شود. که در واقع چند پروانه به صورت سری قرار گرفته‌اند. این نوع کمپرسورها برای تراکم حجم زیادی مبرد با نسبت فشار پایین مناسب می‌باشد.

کمپرسورهای سانتریفیوژ بر اساس نوع مبردی که با آن کار می‌کنند با توجه به شرایط بخار به دو دسته فشار مثبت و فشار منفی طبقه‌بندی می‌شوند. کمپرسورهای که با مبرد R22 و R134a کار می‌کنند، فشار مثبت می‌باشند و کمپرسورهایی که با مبرد R123 کار می‌کنند، کمپرسورهای فشار منفی هستند.

با توجه به اینکه چگالی مبرد R123 بسیار کم‌تر از چگالی مبرد R134a می‌باشد، بنابراین نرخ جریان حجمی مبرد R123 بسیار بیش‌تر است و پروانه کمپرسوری که با این مبرد کار می‌کند، بسیار بزرگتر می‌باشد و با سرعتی حدود RPM 3600  می‌چرخد. در صورتی‌که کمپرسورهایی که با مبرد R134a کار می‌کند با سرعت RPM30000 می چرخد.

کمپرسورهای سانتریفیوژ نسل جدید که کمپرسور توربوکور هم نامیده می‌شوند از خانواده توربوماشین‌ها هستند. این ماشین‌ها به طور پیوسته مومنتوم زاویه‌ای بین المان مکانیکی در حال چرخش و جریان سیال را تغییر می‌دهند. با توجه به اینکه در این ماشین‌ها جریان پیوسته است ظرفیت حجمی این ماشین‌ها نسبت به ماشین‌های جابجایی مثبت بزرگتر است.

برای تغییر مومنتوم زاویه‌ای موثر، سرعت چرخش باید بیش‌تر باشد، در حالی که ارتعاش به دلیل حرکت پایدار و عدم تماس قطعات کم‌تر است. کمپرسورهای سانتریفیوژ برای کاربری تهویه مطبوع و تبرید مناسب هستند.

جریان ساکشن به صورت محوری وارد المان در حال چرخش می‌شود و به صورت شعاعی با سرعت نزدیک به صوت وارد دیفیوزر شده و با کاهش شدید سرعت، فشار به شدت افزایش می‌یابد، فشار خروجی دیفیوزر از فشار دیسشارژ بیشتر می‌باشد که امکان خروج را فراهم می‌سازد. در طی فرآیند دیفیوزری فشار دینامیکی (انرژی جنبشی) به فشار استاتیکی (انرژی پتانسیل) تبدیل می‌شود.

تغییر مومنتوم زاویه‌ای و انرژی انتقال‌یافته بین پره سانتریفیوژ و جریان مبرد، متناسب با سرعت پره و سرعت مبرد هنگام خروج از پره است. در کمپرسورهای سانتریفیوژ نسل قدیم کنترل فقط از طریق IGV صورت می‌گیرد، بنابراین بر ضریب عملکرد در بار جزئی تأثیر منفی می‌گذارد. زمانی که ظرفیت دستگاه کم‌تر از 25 درصد باشد، امکان پدیده سرچ وجود دارد که این پدیده می‌تواند به کمپرسور صدمه جدی وارد کند.

نوعی از نسل جدید این کمپرسورها، ساخت کارخانه توربوکور دانفوس هستند که از روغن در این کمپرسورها استفاده نشده است. در واقع این کمپرسورها مجهز به یاتاقان‌های مغناطیسی بوده و با بهره‌گیری از خاصیت مغناطیسی امکان شناوری محور گردنده را مهیا ساخته و از تماس جلوگیری می‌شود.

تمامی کمپرسورهای توربوکور دارای دو مرحله می‌باشند، در واقع گاز از روی دو پروانه روی یک شفت گذر می‌نماید و در دو مرحله متراکم می‌شود. گاز سوپرهیت در دما و فشار پایین وارد طبقه اول کمپرسور می‌شود، نیروی گریز از مرکز پروانه باعث افزایش سرعت می‌گردد و سپس مبرد با سرعت بالا وارد پروانه طبقه دوم می‌گردد و انرژی جنبشی آن بیش‌تر افزایش می‌یابد. گاز خروجی از طبقه دوم وارد پیچک VOLUTE می‌گردد و سرعت آن کاهش یافته و تبدیل به فشار می‌شود، در نتیجه فشار آن افزایش می‌یابد. گاز مبرد با دما و فشار بالا از دهانه خروجی خارج می‌گردد. کنترل ظرفیت در این کمپرسورها از طریق IGV (تغییر دبی مبرد) و VFD (تغییر فرکانس) صورت می‌گیرد.

از جمله مزایای چیلرهای توربوکور می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• بهینه‌سازی انتقال حرارت به دلیل استفاده از تکنولوژی Oil free
• ضریب عملکرد بسیار بالا در بار جزئی
• کاهش صدا و ارتعاش
• وزن و ابعاد کوچکتر
• استارت نرم با جریان راه‌اندازی بسیار پایین حدود 2 آمپر

روش های کنترل ظرفیت

اغلب سیستم‌های سردسازی به کنترل ظرفیت نیاز دارند. به طور کلی چهار روش برای این امر متداول است:

1. استفاده از چند کمپرسور
2. بی بار کردن سیلندر
3. کنترل جریان مبرد
4. کنترل سرعت دوران کمپرسور (rpm)

• استفاده از چند کمپرسور

در این حالت یک یا چند کمپرسور کار می‌کنند و یکی از کمپرسورها در مواقع لازم روشن یا خاموش می‌شوند تا با نوسان‌های بار مقابله کنند. هم‌چنین در برخی از دستگاه‌ها کمپرسور را در حال کار تغییر می‌دهند تا فقط یک کمپرسور فرسوده نشود. در چنین سیستمی که از این روش کنترل ظرفیت استفاده می‌شود باید آرایش مدار و کنترل ظرفیت کندانسور دقیق باشد، تا بین بقیه اجزا و ظرفیت کاهش یافته کمپرسور موازنه برقرار شود.

• استفاده از چند سیلندر

در کمپرسورهای چند سیلندر ظرفیت کمپرسور به جابجایی حجمی گاز مبرد توسط سیلندرهای کمپرسور بستگی دارد، لذا می‌توان ظرفیت هر کمپرسور را به آسانی با بای‌پس کردن گاز خروجی از هر سیلندر کاهش داد. در واقع گاز از طریق شیر بی‌ بارکننده به قسمت مکش کمپرسور برگشت داده می‌شود. تا در صورت کاهش تدریجی بار به تدریج سیلندرهای کمپرسور از مدار خارج شوند.

کندانسور

گاز مبرد پس از خروج از کمپرسور با فشار و دمای بالا وارد کندانسور می­‌شود. کندانسور یک مبدل حرارتی است و وظیفه آن خنک‌سازی گاز مبرد است. از لحاظ نحوه خنک‌سازی گاز مبرد کندانسورها در دو مدل هوا خنک و آب خنک موجود هستند.

• کندانسور هوا خنک

در کندانسور هوا خنک، از گردش هوا جهت خنک‌سازی گاز مبرد استفاده می­‌شود. گاز مبرد با دما و فشار بالا وارد کندانسور می­‌شود و از یکسری لوله پره ­دار(فین) عبور می­‌کند. کویل کندانسور از هوای اطراف محیط گرم‌تر است، توسط فن­ هوا در اطراف لوله به گردش درآمده، گاز مبرد در فشار ثابت خنک شده تا به درجه حرارت اشباع برسد پس از آن با ادامه انتقال حرارت، تقطیر مبرد آغاز شده و دمای مبرد کاهش می­‌یابد. در این حالت که دمای مبرد از دمای اشباع پایین‌تر است، اصطلاحا مایع سابکول شده‌است. بنابراین چیلر هوا خنک جهت عملکرد مناسب باید در محیط باز نصب گردد.

هدف از سابکول کردن مبرد در کندانسور، افزایش راندمان چیلر است. گاز مبرد به شکل مخلوط مایع و گاز، وارد اواپراتور می­‌شود. هر چقدر مقدار مبرد ورودی به اواپراتور در فاز مایع، بیش‌تر باشد، انتقال حرارت بیش‌تر و در نتیجه راندمان چیلر افزایش می‌­یابد. هم‌چنین در صورت وجود حباب گاز، عملکرد شیر انبساط مختل شده و ظرفیت آن کاهش می­‌یابد.

چیلرهای هوا خنک، عموما از لوله­‌های مسی و فین‌های آلومینیومی تشکیل شده­‌اند. آلومینیوم به علت داشتن خواصی چون سبک بودن، ضریب انتقال حرارت بالا و در دسترس بودن، مناسب‌ترین ماده جهت ساخت فین است. با این وجود در محیط‌هایی با خوردگی بالا، محیط­‌های اسیدی، محیط­‌هایی با رطوبت بالا و شور، امکان تخریب فلز آلومینیوم بالا است، استفاده از دو فلز از جنس مختلف نیز منجر به ایجاد خوردگی گالوانیک می­‌گردد. هم‌چنین از آنجایی‌که کندانسور هوا خنک، می­‌بایست در فضای آزاد نصب گردد، وجود رطوبت، ذرات گرد و غبار و هرگونه کثیفی بر روی کندانسور موجب کاهش انتقال حرارت و در نتیجه کاهش راندمان کندانسور می‌­گردد. در چنین شرایطی از پوشش­‌های خاصی جهت افزایش عمر کندانسور و یا هر مبدل حرارتی دیگری استفاده می­‌گردد.

1.کندانسور با پوشش بلوفین

در مناطقی که اقلیم مرطوب دارند، رطوبت منجر به خوردگی کویل کندانسور می­‌گردد، به همین منظور در این مناطق تکنولوژی بلوفین پیشنهاد می­‌شود، به این ترتیب که سطح کویل با پوشش اپوکسی پوشانده می­‌شود تا از کویل در مقابل رطوبت محافظت کند.

2.کندانسور با پوشش گلدفین

استفاده از پوشش گلدفین نیز جهت جلوگیری از خوردگی کندانسور در محیط­‌های مرطوب و وجود گرد و غبار است. پوشش گلدفین نسبت به بلوفین منجر‌به افزایش راندمان انتقال حرارت شده و حفاظت‌کننده بهتری نسبت به پوشش بلوفین محسوب می­‌شوند.

3.کندانسور هیدروفوبیک

در مواردی که اثر خوردگی آب نسبت به اسید و نمک اهمیت بیش‌تری دارد، به روکشی نیاز است، که آب بدون آن‌که روی آن بماند از سطح جدا شود. این پوشش­‌ها به عنوان پوشش آب‌گریز یا هیدروفوبیک طبقه‌بندی می‌­شوند. عامل مهم در میزان تر شوندگی سطح زاویه تماس مایع با سطح است، هر چقدر زاویه تماس مایع با سطح به صفر نزدیک­‌تر باشد، تر شوندگی بیش‌تر می­‌شود. در سطوح آب‌گریز، زاویه تماس بیش‌تر از 90 درجه است، به این ترتیب قطرات شکل کروی پیدا می­‌کنند و امکان ایستایی قطرات کم‌تر شده و بدون مقاومت از سطح خارج می‌­شوند.

4.کندانسور هیدروفیل

در صورتی‌که زاویه تماس قطرات مایع با سطح به صفر نزدیک‌تر باشد، قطرات مایع کم‌تر امکان جداشدن از سطح را داشته و در صورت انباشته شدن قطرات آب، فیلم نازکی از آب روی سطح ایجاد می‌شود.

5.کندانسور میکروچنل

کندانسورهای میکروچنل نسل جدیدی از کندانسورهای هوا خنک هستند. در طراحی این کندانسورها از آلومینیوم به جای مس استفاده شده‌است. کندانسورهای میکروچنل شامل صفحات آلومینیومی هستند که در هر کدام از این صفحات چند ردیف کویل با قطر بسیار کم جهت عبور مبرد در نظر گرفته شده‌است.

مزایای کندانسورهای میکروچنل

• از آنجایی‌که آلومینیوم در مقایسه با مس سبک‌تر است کندانسورهای میکروچنل سبک‌تر بوده و فضای کم‌تری را اشغال می­‌کنند.
• با افزایش سطح انتقال حرارت و کاهش افت فشار مبرد در کندانسور، دمای کندانس پایین‌تر و در نتیجه کارکمپرسور کاهش پیدا می­‌کند که منجر به افزایش راندمان دستگاه می­‌گردد.
• به‌دلیل کاهش افت فشار مبرد در کندانسور، نیاز به فن کوچک‌تر است.
• استفاده از گاز مبرد منجر به تخریب لایه ازون و گرم‌شدن زمین می­‌گردد، با توجه به قطر کم لوله­‌ها در کندانسورهای میکروچنل، نیاز به شارژ گاز مبرد کم‌تری است. در نتیجه، استفاده از کندانسورهای میکروچنل خطر کم‌تری از نظر استانداردهای زیست محیطی دارد.
• در کندانسورهای لوله و فین، استفاده از دو آلیاژ غیر هم‌­جنس (لوله مسی و فین آلومینیومی) منجر‌به ایجاد خوردگی می‌­گردد. کندانسورهای میکروچنل به‌دلیل استفاده از فلز آلومینیوم نسبت به خوردگی مقاوم بوده و عمر بالاتری دارند.

معایب کندانسورهای میکروچنل

با توجه به قطر کم لوله‌های مبرد در کندانسورهای میکروچنل، وجود هرگونه ناخالصی می‌­تواند منجر به انسداد لوله­‌ها شود، که در نهایت منجر به کاهش انتقال حرارت و ایجاد نشتی در کندانسور گردد.

• کندانسور آب خنک

در این کندانسورها از آب جهت خنک کردن گاز مبرد استفاده می­‌گردد. کندانسورهای آب خنک در مدل­‌های مختلف پوسته و لوله، دو لوله‌ای و مبدل صفحه­‌ای موجود هستند. در تمام انواع کندانسورهای آب خنک، گاز مبرد از یک سمت و آب از سمت دیگر وارد می­‌شود. با انتقال حرارت بین آب و  مبرد، مبرد گازی شکل، با فشار و دمای بالا خنک شده و آب گرم می­‌شود. جهت استفاده مجدد از آب گرم شده و بازگشت به سیکل تبرید از برج خنک کننده استفاده می­‌گردد.

در برج خنک کننده، آب‌گرم شده در اثر تبخیر سطحی با محیط، خنک شده و به سیکل بازگردانده می­‌شود. چیلرهای آب خنک در مقایسه با چیلرهای هوا خنک، مصرف آب بالاتری دارند که با توجه به بحران آب در ایران توصیه نمی­‌گردد.

برج خنک ­کن باز

برج خنک کن باز همانطور که از نام آن مشخص است در یک سیکل باز، آب را خنک می­­‌کند و اصول کارکرد آن براساس تبخیر سطحی است. آب بعد از تبادل حرارت با مبرد، در کندانسور گرم شده و از قسمت بالای برج توسط تعدادی نازل بر روی سطح پکینگ پاشیده می­‌شود. پکینگ­‌ها منجر به افزایش سطح تماس هوا با آب شده و آب در اثر تبخیر سطحی در تماس با هوای محیط، خنک شده و در قسمت پایین برج ته‌­نشین می‌­شود.

بنابراین میزان کاهش دمای آب بستگی به میزان رطوبتی دارد که توسط هوای محیط می‌­تواند جذب گردد و دمای آب حداکثر تا دمای مرطوب محیط می‌­تواند کاهش پیدا کند.

معایب برج خنک‌کن باز

• در برج خنک­‌کن باز، آب حداکثر تا دمای مرطوب محیط می‌­تواند خنک شود، بنابراین در مناطق مرطوب استفاده از برج خنک‌کن باز، کارایی مطلوبی ندارد.
• پاشیدن آب به اطراف و تبخیر بیش از اندازه آب.
• در اثر تبخیر سطحی آب، میزان مواد معدنی در آب افزایش یافته و می­‌تواند منجربه ایجاد رسوب گردد.
• ایجاد رسوب منجربه کاهش انتقال حرارت کندانسور می‌­گردد.
• نیاز به سختی‌گیر جهت آب MAKE UP

برج خنک کن بسته

همانطور که توضیح داده‌شد، اساس کار برج خنک­ کن تبخیر آب است. آب ورودی به برج­ خنک­‌کننده دارای املاح است که اصطلاحا به آن TDS گفته می­‌شود. با تبخیر آب، املاح موجود افزایش پیدا کرده و به مرور زمان TDS آب افزایش یافته و آب، اشباع از یون­‌های سخت کلسیم و منیزیم می‌­شود که به مرور زمان منجربه ایجاد رسوب در کندانسور می­‌گردد.

در برج خنک­‌کن بسته، آب سیستم در کویل به گردش در می­‌آید و در تماس مستقیم با هوا نیست. هم‌زمان آب در مدار برج خنک­‌کن بر روی سطح کویل پاشیده شده و در مجاورت جریان هوای ایجاد شده توسط فن تبخیر و منجربه خنک شدن آب داخل کویل می­‌گردد. در این سیستم، از آنجایی‌که آب داخل کویل در تماس مستقیم با هوا نیست، تبخیر نمی­‌شود و در صورتی‌که آب سیکل برای اولین بار با آب نرم پر گردد، دیگر نیازی به شارژ مجدد آب نیست. هم‌چنین از آنجایی‌که آب سیستم در سیکل بسته جریان دارد، مانع از رسوب آب می­‌گردد.

مقایسه برج خنک کن مدار باز و بسته

• رسوب: در برج خنک­‌کن بسته سیستم، با آب نرم پر شده و از آنجایی‌که هیچ تماسی با هوای محیط ندارد در نتیجه تبخیر نشده و فاقد رسوب است. در صورتی‌که در برج خنک­ کن مدار باز، به‌دلیل تبخیر آب، املاح موجود در آن بالا رفته و رسوب منجربه کاهش انتقال حرارت کندانسور و به مرور زمان خرابی آن می­‌گردد.
• مصرف آب: از آنجایی‌که در هر دو نوع برج خنک کن مدار باز و بسته دفع حرارت از آب سیستم از طریق تبخیر آب صورت می­‌گیرد بنابراین، میزان مصرف آب در هر دو یکسان است. در برج خنک کن مدار باز تبخیر آب بر روی پکینگ­‌ها و در برج خنک ­کن مدار بسته تبخیر آب بر روی کویل اتفاق می­‌افتد.
• تجهیزات: در برج خنک­ کن مدار باز، نیاز به یک پمپ جهت گردش آب است در صورتی‌که در برج خنک کن مدار بسته علاوه برگردش آب در مدار، برج خنک کن نیاز به یک پمپ جهت گردش آب در کویل نیز دارد، به این ترتیب مصرف انرژی نیز در برج ­خنک کن مدار بسته بالاتر است.
• قیمت: برج خنک کن مدار بسته، به‌دلیل وجود تجهیزات بیش‌تر  و هم‌چنین استفاده از کویل مسی جهت افزایش انتقال حرارت، قیمت بالاتری نسبت به برج خنک کننده مدار باز دارند.

شیر انبساط

گاز مبرد پس از خروج از کندانسور وارد شیر انبساط می‌­گردد. وظیفه شیر انبساط، کاهش فشار و دمای مایع خروجی از کندانسور و کنترل مقدار مبرد ورودی به اواپراتور است. شیر انبساط در مدل‌­های ترموستاتیک و الکترونیک موجود است. تفاوت شیر انبساط الکترونیک و ترموستاتیک در نحوه عملکرد آن‌ها جهت تنظیم مقدار ماده مبرد خروجی است.

• شیر انبساط ترموستاتیک

شیر انبساط ترموستاتیک، شامل یک بالب است که از طریق لوله مویین به خروجی اواپراتور متصل شده‌است. در صورت افزایش بار سیستم دمای گاز مبرد در خروجی اواپراتور افزایش می‌­یابد، به این ترتیب گاز داخل بالب منبسط شده و به دیافراگم شیر انبساط نیرو وارد می­‌کند و به این ترتیب مبرد بیشتری تزریق می‌­شود.

• شیر انبساط الکترونیک

جهت توضیح عملکرد شیر انبساط الکترونیک، ابتدا مفهوم سوپرهیت باید توضیح داده شود. مبرد پس از عبور از شیر انبساط به شکل مخلوط مایع و گاز وارد اواپراتور می‌­گردد. در اواپراتور، با جذب حرارت از آب در فشار ثابت تغییر فاز داده و به شکل بخار اشباع از اواپراتور خارج می‌­گردد. با کاهش ظرفیت، امکان ورود مبرد به شکل مایع به کمپرسور وجود دارد که خطرناک است. به همین دلیل مبرد با جذب حرارت بیش‌تر در اواپراتور تغییر فاز داده و به شکل گاز وارد کمپرسور می­‌گردد.

نحوه عملکرد شیر انبساط الکترونیک به این شکل است که در خروجی اواپراتور یک سنسور دما و یک ترنسدیوسر فشار نصب می­‌گردد. ترنسدیوسر فشار، فشار اشباع در خروجی اواپراتور و سنسور دما نیز دمای گاز خروجی از اواپراتور را اندازه می‌­گیرد. با داشتن فشار اشباع در خروجی اواپراتور، دمای اشباع متناسب با فشار توسط کنترلر خوانده می‌­شود. اختلاف دمای اشباع و دمای خوانده شده توسط سنسور دمای سوپرهیت است. سپس کنترلر تصمیم به باز کردن شیر انبساط جهت خروج مبرد بیش‌تر، یا بستن شیر انبساط می­‌گیرد.

اواپراتور

مبرد بعد از کاهش دما در شیر انبساط وارد اواپراتور شده و با جذب حرارت از آب، منجربه خنک شدن آن می­‌گردد. اواپراتور در مدل‌های مختلفی موجود است.

• اواپراتور پوسته و لوله

اواپراتور پوسته و لوله شامل یک پوسته و تعداد زیادی لوله مسی است که به صورت موازی داخل پوسته قرار گرفته‌اند. در این مدل از اواپراتورها، آب داخل پوسته و گاز مبرد در لوله­‌ها جریان دارد. در داخل پوسته یکسری صفحات (Baffles) وجود دارد که با مغشوش کردن جریان آب منجر به افزایش انتقال حرارت می­‌شود.

• اواپراتور صفحه‌ای

اواپراتور صفحه‌­ای شامل صفحاتی است که به صورت موازی با یکدیگر قرار گرفته‌­اند. در این صفحات به صورت یکی در میان آب و گاز مبرد جریان دارد و تبادل حرارت صورت می‌­گیرد. این مدل از اواپراتورها نسبت به رسوب آب حساس هستند و در صورت بالا بودن سختی آب، به مرور زمان منجر به ایجاد رسوب شده و انتقال حرارت از سطح مبدل کاهش پیدا می­‌کند. جهت حل این مشکل در صورت استفاده از مبدل پلیتی باید از سختی‌­گیر و صافی با مش مناسب در مسیر ورودی آب استفاده گردد.

• اواپراتورهای فلودد

اواپراتورهای فلودد مانند اواپراتورهای پوسته و لوله هستند با این تفاوت که آب در لوله و مبرد در پوسته جریان دارد. به این ترتیب لوله‌های آب همواره در مبرد در حال جوشش غوطه‌­ور هستند، بنابراین سطح انتقال حرارت افزایش می‌­یابد.

در اواپراتور DX جهت جلوگیری از برگشت مایع به کمپرسور، گاز مبرد خروجی از اواپراتور سوپرهیت شده و سپس وارد کمپرسور می­‌گردد، در صورتی‌که در اواپراتور فلودد مبرد در قسمت بالای پوسته همواره به صورت گاز خارج می‌­شود و نیاز به سوپرهیت کردن مبرد نیست، در نتیجه راندمان دستگاه افزایش می‌­یابد. در اواپراتورهای فلودد نیاز به شارژ مبرد بیش‌تری است در نتیجه سنگین‌تر هستند. از آنجایی‌که همواره مقداری روغن همراه مبرد از کمپرسور خارج می­‌گردد، سرعت حرکت مبرد در سیکل، جهت برگشت روغن به کمپرسور حائز اهمیت است.

در این اواپراتورها از آنجایی‌که مبرد در پوسته جریان دارد، بنابراین سرعت حرکت مبرد کاهش پیدا کرده و امکان برگشت روغن به کمپرسور کاهش یافته و جهت برگشت روغن به کمپرسور باید تمهیدات مناسب در نظر گرفته شود.

سایر اجزای چیلرتراکمی

• فیلتر درایر

فیلتر درایر، جهت حذف رطوبت و ذرات جامد موجود در سیکل تبرید، قبل از شیر انبساط نصب می‌­گردد. این ناخالصی­‌ها در اثر وجود هوا در سیستم، وجود ناخالصی در ماده مبرد و نشتی در سیستم به‌وجود می­‌آیند. وجود رطوبت در سیکل تبرید، موجب ایجاد خوردگی در قطعات مکانیکی، از بین رفتن سیم پیچ کمپرسور، تغییر در ساختار روغن شده و عمر مفید قطعات را کاهش می‌­دهد. هم‌چنین در صورت وجود رطوبت در شیر انبساط، امکان یخ‌­زدگی وجود دارد، که مانع از عملکرد صحیح شیر انبساط شده، در نتیجه راندمان سیستم کاهش پیدا می­‌کند.

• سایت گلاس

سایت گلاس، در خط مایع و قبل از شیر انبساط نصب می‌­گردد. جهت بررسی میزان شارژ گاز مبرد، گرفتگی فیلتر درایر، وجود رطوبت در سیستم، از سایت گلاس استفاده می‌­شود. در صورتی‌که مبرد به شکل کف­‌آلود باشد، و یا در صورت مشاهده حباب، مقدار مایع مبرد عبوری کم است. در صورت وجود رطوبت نیز با تغییر رنگ نشانگری که در وسط سایت گلاس است، وجود رطوبت تشخیص داده می­‌شود، به این ترتیب که رنگ زرد نشان­‌دهنده وجود رطوبت و رنگ سبز نشان‌دهنده عدم وجود رطوبت است.

• فلوسوییچ

فلوسوییچ یا سوییچ اختلاف فشار تفاضلی، وظیفه تشخیص جریان را دارد. در صورتی‌که دبی آب سیستم کم‌تر از حداقل دبی لازم جهت راه‌اندازی چیلر باشد، چیلر روشن نمی­‌شود.

• هیتر ضدیخ ­زدگی اواپراتور

در صورتی‌که دبی آب در گردش اواپراتور، به دلایل مختلفی مانند گرفتگی مدار، عمل نکردن سیستم‌های کنترلی، از حداقل دبی لازم کم‌تر باشد امکان یخ زدن اواپراتور وجود دارد. در این صورت هیتر ضدیخ‌­زدگی عمل کرده و مانع یخ زدن اواپراتور می­‌گردد. عملکرد هیتر ضد یخ زدگی مخصوصا درصورت وجود اواپراتور صفحه­‌ای ضروری است.

• حفاظت دمایی کمپرسور

وظیفه محافظ حرارتی کمپرسور، قطع برق در صورت افزایش بیش از حد دما است. به این ترتیب از آتش سوزی و آسیب رسیدن به قطعات الکتریکی جلوگیری می‌­شود.

• سوییچ حفاظت فن

در صورت کثیفی کندانسور، اختلاف فشار بین مکش و دهش فن بالا می­‌رود. به این ترتیب سیستم حفاظتی عمل کرده و فن‌­ها خاموش می­‌شوند.

• فن دور متغیر

در چیلرهای هوا خنک، انتقال حرارت جهت خنک‌سازی مبرد با محیط انجام می‌­گیرد. بنابراین با کاهش دمای محیط امکان چگالش مبرد در کندانسور وجود دارد. جهت جلوگیری از چگالش مبرد در صورت کاهش دمای محیط، دور فن‌­ها تغییر پیدا کرده و به این ترتیب گاز در دما و فشار مناسب از کندانسور خارج می­‌گردد.

• کنترل فشار بالا و پایین کمپرسور

جهت کنترل فشار مبرد قبل و بعد از کمپرسور سوییچ High Pressure و Low Pressure نصب می­‌گردد. در صورت افزایش بیش از حد فشار بالای کمپرسور و یا فشار پایین کمپرسور، کنتاکت­‌های کمپرسور قطع و کمپرسور از مدار خارج می­‌گردد.

• کنترل فاز

کنترل فاز جهت بررسی تقدم و تاخر فازها نصب می‌­گردد و در صورتی‌که فازها به درستی به دستگاه متصل نشده باشند، خطای کنترل فاز بر روی برد دستگاه نشان داده می­‌شود و نمی‌­توان دستگاه را روشن کرد.

• شیر سلونوییدولو

شیر برقی یا سلونوئید ولو، بعد از کندانسور نصب می­‌گردد. در صورت خاموش شدن کمپرسور، برق­‌دار شده و مسیر مایع خروجی از کندانسور را بسته و مانع از ورود مایع به کمپرسور می­‌گردد.

• شیر shut off valve

شیر دستی در زمان پمپ‌دان کردن دستگاه مورد استفاده قرار می­‌گیرد تا مانع ورود مایع به کمپرسور گردد.

مینی چیلر چیست؟

ساختار کلی مینی­ چیلر مشابه چیلر است، اجزای اصلی تشکیل دهنده مینی­ چیلر شامل کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور است و مانند چیلر از سیکل تبرید جهت خنک‌سازی آب استفاده می‌­گردد.

تفاوت مینی­ چیلر با چیلر در مدار هیدرولیکی است، چیلرها، آب سرد جهت سیستم سرمایش را تولید می­‌کنند و جهت توزیع آب سرد باید پمپ مناسب در نظر گرفته شود. درصورتی‌که در ساختمان مینی‌چیلرها، پمپ و منبع انبساط جهت توزیع آب سرد در نظر گرفته می‌­شود. مینی­‌چیلرها در ظرفیت‌­های کم‌تر و ابعاد کوچک‌تری موجود هستند و از کمپرسور اسکرال در ساخت آن­‌ها استفاده می‌­شود.

به‌دلیل یکپارچگی ساختار مینی­‌چیلرها، امکان استقلال فضاها از نظر کنترل دما و مصرف برق وجود دارد، هم‌چنین دیگر نیازی به اجرای موتورخانه نبوده و فضای مفید کم‌تری در ساختمان اشغال می­‌شود.

معیارهای انتخاب سیستم چیلر

• ظرفیت

در کاتالوگ­ شرکت­‌های سازنده اغلب ظرفیت اسمی چیلر ذکر می‌­گردد، در صورتی‌که جهت انتخاب دستگاه، ظرفیت واقعی چیلر ملاک انتخاب است. ظرفیت واقعی چیلر باید با در نظر گرفتن شرایط محل نصب دستگاه، ارتفاع از سطح دریا و دمای محل نصب محاسبه شده و ملاک انتخاب دستگاه قرار گیرد.

• راندمان فصلی

در بسیاری از پروژه‌­ها، بار برودتی براساس شرایط حداکثر دما در تابستان محاسبه شود، در صورتی‌که، با توجه به تغییرات دمای هوا در فصول مختلف سال، در فصول میانی چیلرها در بارهای جزئی کار می­‌کنند. بنابراین راندمان فصلی، معیار ارزیابی مصرف انرژی دستگاه است و بالا بودن راندمان فصلی نشان­‌دهنده کنترل ظرفیت مناسب چیلر در فصول مختلف سال و ملاک ارزیابی و انتخاب دستگاه است. در پروژه­‌های صنعتی نیز پارامتر راندمان فصلی SEPR ملاک انتخاب دستگاه است.

• کنترل ظرفیت چیلر

به منظور بالا بردن راندمان فصلی دستگاه، کمپرسور باید قابلیت کنترل ظرفیت را در بارهای جزئی داشته باشد. به این منظور درکمپرسورهای اسکرال با بالابردن تعداد کمپرسورها و افزایش تعداد مدارهای دستگاه و در کمپرسورهای اسکرو با کنترل ظرفیت به صورت پله­‌ای، یا پیوسته و یا اینورتور کردن کمپرسور  امکان بالا بردن راندمان فصلی دستگاه امکان‌پذیر است.

• دوست‌دار محیط زیست

مبرد مورد استفاده در سیکل تبرید علاوه بر داشتن خواص ترمودینامیکی مناسب، اشتعال‌ناپذیری، عدم خوردگی تجهیزات مکانیکی و سمی نبودن، باید با محیط زیست نیز سازگار باشد. براساس پروتکل­‌های جهانی جهت حفاظت از لایه ازون استفاده از مبردهایی که آثار مخرب بر روی محیط زیست دارند ممنوع است.

به منظور مقایسه اثر زیست محیطی مبردها، دو پارامتر ODP که نشان دهنده تخریب لایه ازون و GWP که معیار گرمایش زمین است ملاک قرار می‌­گیرد. هر چقدر پارامتر ODP به یک نزدیک‌تر باشد اثر تخریبی آن بر روی لایه اوزون بیش‌تر است و در مورد پارامتر GWP هرچقدر عدد بزرگ‌تری باشد نشان‌دهنده تاثیر بیش‌تر آن مبرد در گرمایش زمین است. در چیلرهایی با کمپرسور اسکرال استفاده از گاز R410A و در چیلر با کمپرسور اسکرو استفاده از گاز  R134A، رایج است. در مورد گازR410A مقدار ODP=0 و مقدار GWP=1890 و در مورد گاز R134A مقدار ODP=0 و مقدار GWP=1300 است.

• کاربری پروژه

چیلر به عنوان دستگاه تولیدکننده برودت، در پروژه‌های مختلف مسکونی، تجاری، اداری و صنعتی مورد استفاده قرار می­‌گیرد. به عنوان مثال در ساختمان­‌های تجاری و اداری در صورت وجود فضاهای داخلی نیاز به سرمایش در فصل زمستان است، در فرآیندهای صنعتی که نیاز به خنک­‌کاری دارند به چیلرهایی نیاز است که علاوه بر قابلیت کارکرد در تمام فصول سال، در صورت لزوم بتوانند آب با دمای صفر درجه و یا زیر صفر را نیز تولید کنند، در این شرایط آب سرد‌شونده باید محلول آب و ضدیخ جهت دستیابی به دماهای زیر صفر باشد. بدین ترتیب انتخاب دستگاه باید با در نظر گرفتن کاربری پروژه انجام شود.

• صرفه جویی در مصرف انرژی

در پروژه‌­های صنعتی که نیاز به کارکرد چیلر به صورت دائم­‌کار است، با استفاده از چیلرهای فری‌کولینگ می‌­­توان مصرف برق دستگاه را کاهش داد. به این ترتیب که در فصل زمستان آب مورد نیاز سیستم سرمایش از کندانسور فری‌کولینگ عبور داده شده و توسط محیط خنک می‌­شود. بنابراین در فصل زمستان نیازی به روشن بودن کمپرسور نیست و علاوه بر کاهش مصرف برق، عمر مفید قطعات نیز افزایش می­‌یابد.

استفاده از دستگاه­‌های هیت‌­ریکاوری نیز در پروژه­‌هایی که میزان آب‌گرم بهداشتی مورد نیاز بالا باشد پیشنهاد می­‌گردد. به این ترتیب که از گرمای گاز مبرد خروجی از کمپرسور، جهت گرم کردن آب بهداشتی استفاده می‌­گردد. در این وضعیت علاوه بر اینکه نیاز به منبع حرارتی با ظرفیت کم‌تر، جهت گرم کردن آب‌گرم بهداشتی است، هیچ حرارتی از طریق کندانسور به محیط دفع نشده و بازیافت می­‌گردد.

• کنترل صدا

با توجه به کاربری پروژه و محل نصب دستگاه، سطح صدای دستگاه باید مورد توجه قرار گیرد. امکان کاهش سطح صدای دستگاه با عایق کردن کمپرسور و قراردان کمپرسور در محفظه بسته وجود دارد.

• محل نصب

جهت نصب دستگاه، الزامات شرکت سازنده باید مورد توجه قرار گیرد. به عنوان مثال در صورت نصب چیلر هوا خنک، دستگاه باید در فضای آزاد نصب گردد تا کندانسور قابلیت دفع گرما به محیط را داشته باشد.

• ایمنی بالا

طول عمر دستگاه با نصب تجهیزات ایمنی و حفاظتی گوناگون مانند فلوسوییچ، هیتر ضدیخ‌­زدگی، حفاظت دمای کمپرسور، کنترل فاز و … افزایش پیدا می­‌کند. نصب تجهیزات ایمنی بر روی دستگاه باید مورد توجه قرار گیرد.

• استقلال دمایی

در بسیاری از پروژه­‌های مسکونی درخواست استقلال دما و مصرف برق جهت هر واحد وجود دارد، در این صورت استفاده از مینی­‌چیلر پیشنهاد می‌­گردد. در این صورت نیاز به فضای اضافی جهت نصب تجهیزات نظیر پمپ و منبع انبساط وجود نخواهد داشت.

• خدمات

از آنجایی‌که چیلر پیچیده‌ترین و گران‌ترین تجهیز در تاسیسات ساختمان است، گارانتی دستگاه و امکان تامین قطعه از طرف شرکت تامین­ کننده حائز اهمیت است. شرکت­های تامین کننده باید گواهینامه و استانداردهای لازم جهت تامین قطعات دستگاه را داشته باشند. به این ترتیب قابلیت اطمینان جهت استفاده از دستگاه در زمان گارانتی نیز تامین می‌­گردد.

ما در شرکت ایرتمپ، به پشتوانه خدمات پس از فروش کارخانجات صنعتی جنرال با بیش از 50 سال فعالیت در زمینه محصولات سرمایشی و گرمایشی، با ارائه انواع چیلرهای تراکمی هایتما، ساخت کشور ایتالیا همواره در کنار شما عزیزان هستیم. برای خرید این محصول می‌توانید با واحد فروش شرکت ایرتمپ به شماره 62861000-021 داخلی 2 تماس حاصل فرمایید.