چیلر آب خنک چیست؟ طرز کار چیلر تراکمی آب خنک
در صنایع بزرگ و ساختمان‌های تجاری، استفاده از سیستم‌های سرمایشی مرکزی امری حیاتی است. چیلرهای آب خنک یکی از پرکاربردترین تجهیزات سرمایشی هستند که به دلیل کارایی بالا و قابلیت‌های خاص خود، جایگاه ویژه‌ای در صنعت تهویه مطبوع و سردسازی صنعتی دارند. در این مقاله، به معرفی چیلر آب خنک، نحوه عملکرد آنها و مزایا و معایب این سیستم می‌پردازیم.
چیلر آب خنک چیست؟
چیلر آب خنک( Water-Cooled Chiller) سیستمی است که از آب برای خنک‌سازی گاز مبرد استفاده می‌کند. این چیلرها معمولاً در کاربردهای بزرگ مانند کارخانه‌ها، بیمارستان‌ها و ساختمان‌های تجاری استفاده می‌شوند. آب به‌عنوان رسانه خنک‌کننده در سیستم گردش می‌کند و حرارت را از مبرد به برج خنک‌کننده منتقل می‌کند، جایی که آب در معرض هوای تازه قرار گرفته و حرارت آن به محیط انتقال داده می‌شود.
اجزای اصلی چیلر آب خنک
چیلر آب خنک شامل چهار بخش اصلی است:
- کمپرسور: مبرد را فشرده می‌کند و آن را به دمای بالاتر می‌رساند.
- کندانسور آب خنک: حرارت مبرد را به آب منتقل می‌کند.
- شیر انبساط: مبرد را به سمت اپراتور هدایت می‌کند و فشار آن را کاهش می‌دهد.
- اپراتور: حرارت را از محیط می‌گیرد و مبرد را سرد می‌کند.
طرز کار چیلر تراکمی آب خنک
چیلرهای آب خنک بر اساس چرخه تراکم-تبخیر کار می‌کنند. در این چرخه، ابتدا کمپرسور، گاز مبرد را فشرده کرده و آن را به سمت کندانسور هدایت می‌کند. در کندانسور، گاز مبرد در تماس با آب خنک می‌شود و به مایع تبدیل می‌شود. سپس این مایع از طریق شیر انبساط وارد اپراتور می‌شود. در اینجا مبرد با دریافت حرارت از محیط، مجدداً تبخیر شده و چرخه را کامل می‌کند. مراجعه به فیلم عملکرد چیلر آب خنک==> ویدیو طرز کار چیلر آب خنک
در چیلرهای تراکمی آب خنک نیز مطابق تعریف سیکل تبرید تراکمی، گاز مبرد به شکل بخار داغ (Superheat)، با دمایی پایین وارد کمپرسور شده تا متراکم گردد؛ در نتیجه، فشار و متعاقباً دمای مبرد بالا می رود. سپس بخار داغ خروجی از کمپرسور که اکنون دمای بالایی دارد، وارد کندانسور شده و به کمک آبِ خنک ورودی از برج خنک کننده، گرمایَش جذب می شود. چنانکه تبدیل به مایعی با دمای بالا خواهد شد. در ادامه بواسطه فرایند اختناق در شیر انبساط، افت فشار زیادی در جریان مبرد ایجاد می گردد که ضمن کاهش دمای آن، باعث تبخیر مقداری از مایع مبرد نیز می شود.
در ادامه، جریان سرد و دوفازی مبرد (مخلوط مایع و بخار) بلافاصله پس از خروج از شیر انبساط وارد اواپراتور شده تا با جذب گرمای آب ورودی، دمای آن را کاهش دهد. به این ترتیب، مایع مبرد کاملاً تبخیر شده و با ادامه جذب گرما، به شکل بخار داغِ دما پایین از اواپراتور خارج و مجدداً به کمپرسور بازمی گردد تا این چنین فرایندهای ترمودینامیکی سیکل تبرید در چیلر تکمیل شده و آب سرد مورد نیاز تولید گردد.
تفاوت چیلر آب خنک و چیلر هوا خنک
چیلرهای آب خنک در مقایسه با چیلرهای هوا خنک کارایی بیشتری دارند. در چیلرهای هوا خنک، از هوا برای خنک‌سازی مبرد استفاده می‌شود، در حالی که در چیلرهای آب خنک، آب به‌عنوان رسانه خنک‌کننده استفاده می‌شود که دارای ظرفیت حرارتی بالاتری است و امکان انتقال حرارت بیشتری را فراهم می‌آورد. به همین دلیل، چیلرهای آب خنک عموماً در محیط‌هایی با نیاز سرمایشی بالا استفاده می‌شوند.
مزایا و معایب چیلرهای آب خنک
مزایا:
- بهره‌وری انرژی بالا: چیلرهای آب خنک به دلیل استفاده از آب به‌عنوان رسانه خنک‌کننده، کارایی بیشتری نسبت به چیلرهای هوا خنک دارند.
- طول عمر بیشتر: این چیلرها معمولاً طول عمر بیشتری دارند زیرا در مقایسه با چیلرهای هوا خنک، کمتر در معرض آسیب‌های محیطی قرار می‌گیرند.
- سروصدای کمتر: این سیستم‌ها به دلیل نوع عملکردشان صدای کمتری تولید می‌کنند.
معایب:
- نیاز به فضای بیشتر: برای نصب برج خنک‌کننده و تجهیزات مرتبط نیاز به فضای بیشتری است.
- نگهداری پیچیده‌تر: نگهداری و مدیریت سیستم‌های چیلر آب خنک به‌طور معمول پیچیده‌تر است و نیاز به تخصص بیشتری دارد.
کاربردهای چیلرهای آب خنک
چیلرهای آب خنک در صنایع مختلفی کاربرد دارند که شامل موارد زیر می‌شوند:
- صنایع پتروشیمی: برای خنک‌سازی فرآیندهای شیمیایی
- صنایع غذایی: برای حفظ دمای مناسب در فرایندهای تولید
- بیمارستان‌ها و هتل‌ها: به منظور تأمین سرمایش و تهویه مطبوع
- ساختمان‌های تجاری: در سیستم‌های تهویه مرکزی بزرگ
جدول: مقایسه چیلر آب خنک و چیلر هوا خنک
| ویژگی | چیلر آب خنک | چیلر هوا خنک |
| راندمان انرژی | بالاتر | پایین‌تر |
| فضای مورد نیاز | بیشتر (به دلیل برج خنک‌کننده) | کمتر |
| نگهداری | پیچیده‌تر | ساده‌تر |
| صدای عملکرد | کمتر | بیشتر |
| طول عمر | بیشتر | کمتر |
مصرف برق و آب چیلر تراکمی آب خنک
برای محاسبه میزان آب و برق مصرفی چیلر تراکمی آب خنک باید تمام تجهیزاتی که برق مصرف می کنند را در نظر گرفت و هر یک را به صورت جداگانه محاسبه و مجموع آن را بدست آورد. چنین محاسبه ای بسیار مفصل بوده و لذا ما در یک مقاله جداگانه با تمام جزئیات میزان آب و برق مصرفی آن (برای نمونه یک چیلر آبی 150 تن تبرید) و همچنین هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری سیستم و نیز مقایسه آن با چیلرهای جذبی را ارائه داده ایم که می توانید آن را در این مقاله ⇐ مقایسه چیلرهای تراکمی و جذبی از نظر مصرف انرژی و قیمت اولیه مطالعه کنید.
در ضمن برای محاسبه میزان آب مصرفی برج های خنک کننده با فرمول های ساده و سریع (بر اساس دبی و دمای آب ورودی و خروجی از آن و …) حتما این مقاله ⇐ محاسبه میزان مصرف آب برج خنک کننده را مطالعه بفرمایید.
توجه به نوع کمپرسور چیلر آب خنک
مهمترین قطعه بکار رفته در چیلرهای تراکمی که هنگام خرید باید به نوع آن دقت کنیم کمپرسور و موتور الکتریکی متصل به آن است که به طور مفصل به انواع و ویژگی های آنها می پردازیم.
مهمترین قطعه در چیلر تراکمی آب خنک و هوا خنک ، کمپرسور است که می بایستی با توجه به کاربرد آن به نحوه درست انتخاب گردد. دو نوع از بهینه ترین کمپرسورها نوع اسکرال Scroll و نوع اسکرو Screw هستند. در واقع نوع کمپرسورها خود باعث ایجاد مزایا و معایب فراوانی در چیلرها می شود و همچنین در میزان برق مصرفی آن نیز اثر مستقیم دارد (چونکه کمپرسور بیشترین برق را در چیلر تراکمی آب خنک و هوا خنک مصرف می کند) که در ادامه هر یک را شرح خواهیم داد.
مزایای کمپرسورهای اسکرو عبارت اند از :
1 . داشتن COP بیشتر نسبت به کمپرسور رفت و برگشتی (پیستونی) که در تناژ برابر ، مصرف برق کمتری دارد. (یعنی اینکه یک چیلر تراکمی آب خنک مجهز به کمپرسورهای اسکرو در مقایسه با کمپرسورهای رفت و برگشتی (با مشخصات فنی و تن تبرید برابر) برق مصرفی کمتری دارد)
2 . استهلاک و ارتعاش کمتر به دلیل اینکه قطعات متحرک کمتری دارد و به جای حرکت رفت و برگشتی ، حرکت دورانی دارد. (از جمله معایب چیلر آب خنک مجهز به کمپرسور رفت و برگشتی، ارتعاش و نیز استهلاک بالاتر آن نسبت به نوع اسکرو است)
3 . مقاومت در برابر بازگشت مایع (یعنی اینکه این کمپرسورها در برابر برگشت مبرد به شکل مایع به داخل کمپرسور، مقاومت بالایی دارند و از آسیب احتمالی آن جلوگیری می شود)
4 . کنترل ظرفیت به صورت پیوسته و در نتیجه ثابت نگه داشتن راندمان آن تحت بارهای کاری مختلف (برای مثال کمپرسورهای اسکرو شرکت Hanbell می توانند به شکل پیوسته (معمولا از 30 تا 100 درصد) دور خود را تغییر دهند و در نتیجه به اندازه نیاز مصرف کننده تحت بار قرار گرفته و میزان برق مصرفی آن کاهش قابل توجهی دارد که از مهمترین مزایا و برتری های آن است)
سوالات متداول
- چرا چیلرهای آب خنک کارایی بیشتری دارند؟ چیلرهای آب خنک به دلیل استفاده از آب به‌عنوان رسانه خنک‌کننده که ظرفیت حرارتی بالاتری دارد، قادرند حرارت بیشتری را به محیط منتقل کنند، که این مسئله باعث افزایش کارایی آنها می‌شود.
- آیا چیلرهای آب خنک مناسب برای مناطق خشک هستند؟ خیر، چیلرهای آب خنک برای مناطقی که منابع آب کافی دارند مناسب‌تر هستند. در مناطق خشک، استفاده از چیلرهای هوا خنک به دلیل نیاز کمتر به آب ترجیح داده می‌شود.
- آیا نگهداری چیلرهای آب خنک دشوار است؟ بله، نگهداری چیلرهای آب خنک پیچیده‌تر است و نیاز به تخصص فنی بیشتری دارد. این شامل مدیریت برج خنک‌کننده، تصفیه آب و کنترل میزان خوردگی در سیستم است.
نتیجه‌گیری
چیلرهای آب خنک به دلیل کارایی بالا و قابلیت تأمین سرمایش برای فضاهای بزرگ، گزینه مناسبی برای صنایع و ساختمان‌های تجاری محسوب می‌شوند. با وجود نیاز به نگهداری پیچیده‌تر و فضای بیشتر، مزایای عملکرد بهتر و عمر طولانی‌تر این سیستم‌ها باعث شده است که در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تجاری محبوب باشند. در نهایت، انتخاب بین چیلر آب خنک و هوا خنک باید بر اساس نیازهای خاص پروژه و منابع موجود انجام شود.