چیلر چیست؟ قیمت و کاربرد

چیلرها یکی از رایج ترین سیستم ها در صنعت تهویه مطبوع می باشند که وظیفه آن ها تولید سرما نیست، بلکه حذف گرمای محیط است، به این ترتیب که گرما را از محیط گرفته و به محیط دیگری منتقل می کنند. این گرما، گرمایی است که برای یک سیال یا مبرد در اثر فعالیت های داخل سیستم ایجاد می شود و می بایست از سیستم حذف گردد. چیلر دستگاهی است که این کار را با چرخاندن مبرد در قسمت های مختلف آن انجام می دهد. چیلرها را می توانیم بر اساس مکانیسم و سیکل کاری به دو دسته چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی تقسیم نماییم.
اگر به طور خلاصه به اجزای کلی چیلر که سیکل آن را تشکیل می دهند نگاه کنیم، با اجزای ثابتی مانند اواپراتور، کندانسور و شیر انبساط مواجه می شویم. اواپراتور اولین جز این چرخه و شیر انبساط آخرین نقطه آن است. اما اجزا مابین اواپراتور و کندانسور بسته به نوع جذبی یا تراکمی بودن چیلر متفاوت است.

چیلرهای جذبی

چیلرهای جذبی متفاوت از دیگر چیلرها می باشند، زیرا این دسته از چیلرها فاقد کمپرسور هستند و از گرما باقیمانده از منابعی مانند بخار، آب داغ یا گاز داغ، آب سرد تولید می کنند. اجزای اصلی چیلرهای جذبی کندانسور و ژنراتور هستند که محفظه بالایی را تشکیل می دهند و اواپراتور و جذب کننده پایین ترین محفظه را تشکیل می دهد. همچنین یک مبدل حرارتی برای بهبود کارایی سیستم وجود دارد. از آنجایی که چیلرهای جذبی از گرما برای به حرکت درآوردن چرخه تبرید استفاده می کنند، تنها مقدار کمی الکتریسیته برای راه اندازی پمپ های دستگاه مصرف می کنند.
با توجه به اینکه شرکت مهندسی اطلس تهویه پارس به مدت 14 سال واردکننده چیلرهای تراکمی می باشد در ادامه توضیحات کامل تری از اجزا و عملکرد این نوع چیلرها خواهیم داشت.

چیلرهای تراکمی

در چیلرهای تراکمی از کمپرسور استفاده می شود زیرا اساس کار چیلرهای تراکمی برپایه متراکم کردن مبرد استوار است. کمپرسور بخار مبرد را از اواپراتور گرفته، فشرده می کند و دما و فشار آن را افزایش می دهد. بنابراین در چیلرهای تراکمی از یک دستگاه واحد برای فشرده سازی مبرد استفاده می¬شود. اما این کار در چیلرهای جذبی توسط چهار دستگاه مجزا انجام می شود. به این ترتیب در چیلر جذبی، مجموعه جاذب، مبدل حرارتی، پمپ و ژنراتور جایگزین کمپرسور هستند.

عملکرد چیلرهای تراکمی

چیلرهای تراکمی معمولا در پشت بام یا زیرزمین و موتورخانه ساختمان ها با هر نوع کاربری از جمله مسکونی، تجاری، صنعتی، تفریحی، آموزشی و غیره نصب می شوند. نصب و استفاده از چیلرها در تمامی ساختمان ها و سازه ها باعث افزایش انعطاف پذیری و سازگاری آن می شود.

عملکرد کلی چیلرهای تراکمی به شرح زیر می باشد: چیلر مدولار سری H

1. ابتدا مایع گرم شده از طریق شیر ورودی وارد اواپراتور چیلر می شود، در این قسمت مایع با گرفتن گرما از محیط تبخیر شده و وارد فاز گاز می شود. در این مرحله گرمای محیط به طور طبیعی حذف شده و نواحی که با این قسمت در تماس هستند کاهش دما پیدا می کنند.
2. کمپرسور چیلر، گاز را فشرده می کند و دمای آن را افزایش می دهد و سپس آن را به کندانسور هدایت می کند.
3. سپس کندانسور مبرد گاز را به مایع اشباع شده تبدیل می کند. این فرآیند یک فرآیند فشار ثابت است.
4. آخرین مرحله این چرخه در داخل شیر انبساط است که فشار مبرد گاز را برداشته و باعث انبساط آن می شود. در نهایت، مبرد خروجی که مخلوطی از مایع و گاز است وارد اواپراتور می شود.

اواپراتور و کندانسور دو قطب اصلی چیلر تراکمی هستند که به ترتیب دارای کمترین دما و بالاترین درجه حرارت در دستگاه می باشند. بنابراین باید به خوبی در برابر یکدیگر عایق بندی شوند تا بر عملکرد یکدیگر تأثیری نگذارند. مبرد تنها واسط بین این دو می باشد که در حالیکه عملکرد خود را دارد در بین این دو نیز در حرکت است.

چیلرها را می توانیم بر اساس نوع کندانسور و یا بر اساس نوع کمپرسور آن ها تقسیم بندی نماییم. در این قسمت به دسته بندی چیلرها بر اساس نوع کمپرسور می پردازیم:

انواع چیلر و عملکرد آن
بر اساس شکل و عملکرد نوع کمپرسورهای چیلرهای تراکمی آنها را به 4 دسته تقسیم می کنند.

1. چیلرهای اسکرال

در این نوع چیلر تراکمی دو چرخ دنده پیچ مانند یکی ثابت و دیگری متحرک وجود دارد. مبرد بین این دو چرخ دنده متراکم می شود. صدای این نوع کمپرسورها معمولا کم است و قطعات متحرک زیادی ندارد، طول عمر بالایی دارند و معمولا نیاز به نگهداری زیادی ندارند.

2. چیلرهای اسکرو

در این نوع چیلرها، دنده های تراکمی مبرد به صورت مارپیچی هستند. این نوع نیز دوام و عمر طولانی دارد و صدای کمی تولید می کند. یکی از مزایای کمپرسورهای اسکرو در چیلرهای تراکمی قابلیت کنترل ظرفیت بالای آن است.

3. چیلرهای رفت و برگشتی

کمپرسورهای رفت و برگشتی هر دو عملیات مکش و تخلیه را به صورت یکجا انجام می دهند و مبرد را فشرده می کنند. قیمت کمپرسورهای رفت و برگشتی نسبت به کمپرسورهای دیگر کمتر است.

4. چیلرهای سانترفیوژ

همانطور که از نام آن مشخص است بوسیله چرخش با سرعت بالا و نیروی گریز از مرکز، مبرد را فشرده می کند. سرعت چرخش بالا در این نوع چیلرها باعث می شود که ذرات مبرد با سرعت بالا در همه جهات حرکت کنند و با افزایش فشار ناشی از انرژی جنبشی به سمت کندانسور حرکت کنند. این نوع چیلرها برای استفاده در کارخانه و ساختمان های بزرگ متداول می باشد.

ویژگی ها، مزایا و معایب انواع کمپرسورها در چیلرهای تراکمی

1. چیلرهای رفت و برگشتی

این نوع کمپرسورها از عمل رفت و برگشتی پیستون در داخل سیلندر برای فشرده سازی مبرد استفاده می کنند. با حرکت پیستون به سمت پایین، خلاء در داخل سیلندر ایجاد می شود. از آنجایی که فشار بالای شیر ورودی بیشتر از فشار زیر آن است، شیر ورودی به اجبار باز می شود و مبرد به داخل سیلندر مکیده می شود، پس از اینکه پیستون به موقعیت پایین خود رسید شروع به حرکت به سمت بالا می کند، دریچه ورودی بسته می شود و مبرد در داخل سیلندر محبوس می شود.
همانطور که پیستون به حرکت خود به سمت بالا ادامه می دهد، مبرد را فشرده می کند و فشار آن را افزایش می دهد. در یک نقطه خاص فشار وارد شده توسط مبرد دریچه اگزوز را وادار به باز شدن می کند و مبرد فشرده شده از سیلندر خارج می شود. هنگامیکه پیستون به بالاترین موقعیت خود رسید دوباره شروع به حرکت به سمت پایین می کند و چرخه تکرار می شود.

کمپرسورهای رفت و برگشتی در 3 پیکر بندی موجود هستند:

هرمتیک Hermetic
نیمه هرمتیک Semi-Hermetic
با اتصال مستقیم به محرک Direct Driven
در نوع هرمتیک، موتور و کمپرسور در یک محفظه مشترک آب بندی شده محصور شده اند. در این حالت قطعات برای تعمیر قابل دسترسی نیستند و در صورت خرابی، کل واحد کمپرسور باید تعویض شود. کمپرسورهای رفت و برگشتی با پیکربندی هرمتیک بیشتر در ظرفیت های کوچک قابل استفاده هستند.
در واحد نیمه هرمتیک موتور نیز جزئی از این محفظه می باشد اما این محفظه آب بندی نمی شود در این صورت می توان آنها را چندین بار بازسازی کرد، از این رو عمر مفید بیشتری دارند.
در نسخه های با اتصال مستقیم به محرک، موتور و کمپرسور توسط یک کوپلینگ انعطاف پذیر از یکدیگر جدا می شوند. از آنجایی که این نوع واحدها از فناوری قدیمی تر استفاده می کنند، امروزه مورد استفاده قرار نمی گیرند.
هزینه و راندمان پایین در هنگام استفاده در ظرفیت های کم از فاکتورهای اصلی کمپرسورهای رفت و برگشتی است. مزایای دیگر شامل کنترل های ساده و توانایی کنترل سرعت است. این چیلرها در دو پیکربندی حرارت هوا خنک و آب خنک موجود هستند. از 0.5 تا 150 تن تبرید در دسترس هستند.
از معایب عمده این چیلرها سطح بالای نیاز به تعمیر و نگهداری آن ها در مقایسه با سایر انواع چیلر است. چیلرهای رفت و برگشتی دارای قطعات متحرک بیشتری نسبت به چیلرهای گریز از مرکز یا چیلرهای دوار هستند که در نتیجه نیاز به تعمیر و نگهداری را افزایش می دهد. علاوه بر آن، این دسته از چیلرها سطح بالایی از نویز و لرزش را ایجاد می کنند.

2. چیلرهای اسکرو

کمپرسورهای اسکرو از دواره های حلزونی برای فشرده سازی گاز مبرد استفاده می کنند. همانطور که دواره ها می چرخند، به یکدیگر می پیوندند و به طور متناوب فضاهای بین لبه را در انتهای دواره ها باز و بسته می کنند. هنگامیکه یک فضای بین لبه در انتهای ورودی باز می شود، مبرد به داخل آن مکیده می شود، با ادامه این چرخش، مبرد در داخل فضای بین لبه ای محبوس می شود و در طول دواره ها فشار می آورد. حجم فضای بین لبه ها کاهش می باید و مبرد فشرده می شود.

کمپرسورهای اسکرو در دو نوع وجود دارند:
• تک پیچ Single Screw
• جفت پیچ Twin Screw

چیلرهای اسکرو با نسبت تراکم نسبتاً بالا و قطعات متحرک کم، فشرده، کوچک تر و سبک تر از چیلرهای رفت و برگشتی و گریز از مرکز با ظرفیت خنک کنندگی یکسان هستند. صدا و لرزش این دسته از چیلرها کمتر است و به دلیل استحکام، سادگی و قابلیت اطمینان خود شناخته شده اند. این نوع چیلرها نیاز به نگهداری کمی دارند و برای دوره های طولانی کار طراحی شده اند.
از معایب آن میتوان به هزینه های بالای اولیه آن اشاره کرد. برای بارهای خنک کننده کوچک، چیلرهای رفت و برگشتی نسبت به چیلرهای اسکرو هزینه کمتری برای خرید و نصب دارند. برای بارهای بزرگ، چیلرهای گریز از مرکز هزینه کمتری دارند.

3.چیلرهای اسکرال

چیلرهای اسکرال در قسمت های قبل توضیح دادیم.

4. چیلرهای گریز از مرکز

کمپرسورهای گریز از مرکز یک ماشین دینامیکی هستند که از چرخش چرخ تیغه دار برای اعمال نیروی گریز از مرکز بر روی مبرد در داخل یک محفظه گرد استفاده می کنند. مبرد از طریق یک ورودی دایره ای بزرگ به چرخ تیغه دار مکیده می شود و بین تیغه ها جریان می یابد. تیغه ها، مبرد را به سمت بیرون هدایت و نیروی گریز از مرکز به مبرد وارد می کنند. کمپرسورهای گریز از مرکز برای فشرده سازی حجم زیادی از مبرد تا فشارهای نسبتا کم مناسب هستند.
نیروی فشار ایجاد شده توسط چرخ تیغه دار اندک است، بنابراین چیلرهایی که از کمپرسورهای گریز از مرکز استفاده می کنند معمولا از بیش از یک چرخ تیغه دار استفاده می کنند. کمپرسورهای گریز از مرکز به دلیل طراحی ساده و تعداد کم قطعات متحرک مطلوب هستند.
چیلرهای گریز از مرکز یا همان سانتریفیوژ بسته به شرایط فشار اواپراتور و نوع مبرد در دو دسته ماشین های فشار مثبت یا فشار منفی طبقه بندی می شوند.
چیلرهایی که از مبرد R-22 و R-134A استفاده می کنند یک ماشین فشار مثبت است در حالیکه چیلرهایی که از R-123 استفاده می کنند یک ماشین فشار منفی هستند.نرخ جریان جرمی برای هر دو مبرد اساساً یکسان است و تقریباً 3 پوند در دقیقه/تن است. کمپرسورهای که از R-123 استفاده می کنند معمولا از تیغه هایی با قطر بزرگ (حدود 40 اینچ)، و کمپرسورهایی که از R-123A استفاده می کنند از تیغه هایی با قطر بسیار کوچکتر (حدود 5 اینچ) استفاده می کنند.

از آنجایی که کمپرسور با استفاده از R-123 در خلا کار می کند، منجر به آلودگی احتمالی اتمسفر، بخار آب، هوا و اکسیژن می شود. این امر به دلیل فشرده سازی گازهای غیرقابل تراکم، احتمال خوردگی و مصرف انرژی بیهوده را ایجاد می کند. از اینرو پاکسازی مداوم این دسته از چیلرها از اهمیت بسزایی برخوردار است و برای تعمیر و نگهداری به خاموشی های طولانی تری نیز نیاز دارند.
کمپرسورهای سانتریفیوژ به دلیل ویژگی های ظرفیت جریان بخار بسیار بالا، بر بازار چیلرهای 200 تنی و بزرگتر تسلط دارند، جایی که کم هزینه ترین و کارآمدترین کمپرسور خنک کننده را دارند. سانتریفیوژها معمولا توسط موتورهای الکتریکی هدایت می شوند. اما می توانند توسط توربین های بخار و موتورهای گازی نیز هدایت شوند.