در این مقاله ضرورت استفاده از چیلرهای تراکمی هواخنک در اقلیم ایران مورد بررسی قرار می گیرد. مزیت های چیلرهای تراکمی هواخنک نسبت به سایر چیلرهای موجود برشمرده می شود و به طبع آن دلایل بالارفتن فرهنگ استفاه از سیستم تبرید با کندانسور هوایی بررسی می شود. در همین راستا ابتدا انواع اقلیم ایران معرفی شده و مورد بررسی قرار می گیرند. سپس انواع چیلرهای مورد استفاده در سیستم های تهویه مطبوع به صورت اجمالی معرفی می شوند. در ادامه ضمن مقایسه شرایط عملکردی و بیان ویژگی های سیستم های تبرید هواخنک با سایر چیلرهای موجود، اهمیت استفاده از این نوع از چیلرها در اقلیم های ایران بیان می شود.
تقسیمات اقلیمی ایران و روند تغییرات آن
شیپ فایل اقلیم کل ایران
انواع اقلیم ایران را می توان به چهاردسته اقلیم معتدل و مرطوب (سواحل جنوبی دریای خزر)، اقلیم سرد (کوهستان های غربی)، اقلیم گرم و خشک (فلات مرکزی) و اقلیم گرم و مرطوب (سواحل جنوبی) دسته بندی نمود. سواحل دریای خزر دارای آب و هوای معتدل و بارندگی فراوان، رطوبت زیاد هوا و درجه حرارت معتدل می باشد. در دامنه های غربی رشته کوه های مرکزی ایران میزان بارندگی در تابستان کم و در زمستان متوسط است. در اقلیم گرم و خشک که بیشتر مناطق نیمه استوایی را شامل می شود آفتاب مستقیما تابش دارد و آسمان این مناطق، در بیشتر مواقع سال بدون ابر است. سواحل جنوبی ایران که به وسیله رشته کوه های زاگرس از فلات مرکزی جدا شده اند، تابستان های بسیار گرم و مرطوب و زمستان های معتدل دارند. در این اقلیم رطوبت هوا در تمام فصل های سال بالاست. باران های نامنظم و خشکسالی های فراوان از شاخصه های آب و هوایی این منطقه محسوب می شود. بنابراین به جز در سواحل جنوبی دریای خزر که گستره به نسبت کوچکی از سرزمین ایران را تشکیل می دهد در سایر اقلیم ها بارندگی چشم گیری وجود ندارد. کما اینکه شاخصه های آماری نشان از وجود بحران اب در کشور ایران دارند.
روند کاهشی بارش‌های جوی همزمان با تغییرات اقلیمی و افزایش میانگین دمای هوا، در چند سال اخیر به تشدید بحران آب منجر شده و متأسفانه در چشم‌انداز کوتاه‌مدت نیز جز با پافشاری بر مدیریت مصرف و اولویت دادن به تأمین آب شرب، راهکاری برای گذر این بحران به چشم نمی‌آید. طبق آمارها، میانگین بارش‌های جوی سال آبی گذشته (اول مهر ۱۴۰۰تا ۳۱شهریور ۱۴۰۱) حدود ۲۰.۶میلیارد مترمکعب معادل ۱۸درصد کمتر از میانگین بارش‌های کشور در ۵۴ سال اخیر بوده است. براساس اطلاعات مرکز ملی خشکسالی و مدیریت بحران سازمان هواشناسی در طول ۳۰ سال به ازای هر یک دهه، یک درجه افزایش دما به صورت میانگین برای کشور به ثبت رسیده که رقم قابل توجه و هشداری جدی است.
انواع چیلرهای سیستم تهویه مطبوع ساختمانی
از نقطه نظر نوع سیکل ترمودینامیکی چیلرها به دو نوع اصلی چیلر جذبی و چیلر تراکمی تقسیم بندی می شوند. از نقطه نظر نوع سیال جاری چیلرها به دو نوع چیلر آبی (آب خنک) و چیلر هوایی (هواخنک) تقسیم بندی می شوند.
چیلر جذبی و دلایل عدم اقبال به استفاده از آن
مهمترین نکته در کاربرد چیلرهای جذبی این است که برای مقرون به صرفه شدن نیاز است که از حرارت غیرمستقیم منابع گرمایی ناشی از تجهیزات دیگر استفاده شود. این منابع گرمایی غالبا شامل گرمای دفع شده از توربین گاز، گرمای گازهای خروجی از دودکش کوره ها و بویلرها، گرمای اگزوز و یا آب رادیاتور یک موتور و غیره هستند. در غیر این صورت تامین منبع حرارتی به کمک شعله گاز خواهد بود که منبع انرژی سودمندی محسوب می شود و هزینه اضافه برای سیستم به همراه دارد. استفاده از چیلرهای جذبی در مناطقی مانند اقلیم ایران که با بحران کم آبی مواجه باشند توجیه کاربردی ندارد. زیرا نوع اقلیم و آب و هوایی (گرم و خشک با دمای بالا و گرم و مرطوب) به گونه ای است که عملکرد برج خنک کننده را تحت تاثیر قرار می دهد و موجب کاهش راندمان آن می شود. زیرا برج های خنک کننده در مناطق بسیار گرم و همچنین مناطق مرطوب دارای عملکرد مطلوبی نیستند.
محدودیت های چیلرهای جذبی
- چیلرهای جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی راندمان و ضریب عملکرد پایین تری دارند. ضریب عملکرد چیلرهای جذبی بین ۵/۰ تا ۵/۱ است درحالی که حداقل ضریب عملکرد چیلرهای تراکمی ۳ است. راندمان یک چیلر تراکمی بسیار بیشترحدود ۵ تا ۶ برابر یک چیلر جذبی است.
- ابعاد و اندازه یک چیلر جذبی غالبا بزرگتر از چیلر تراکمی است و نیاز به فضای بیشتری دارد.
- چیلر جذبی به دلیل نیاز به برج خنک کننده، مصرف آب بالاتری نسبت به چیلر تراکمی هواخنک دارد.
- تجهیزات مصرفی و تاسیساتی برای یک چیلر جذبی بیشتر از چیلر تراکمی است.
- چیلرهای جذبی نیاز بیشتری به نیروی متخصص جهت نگه داری و تعمیرات دارند.
- چیلرهای جذبی در ظرفیت های پایین اصلا مقرون به صرفه نیستند.
- از لحاظ اقتصادی قیمت اولیه خرید این چیلر مناسب تر است، درحالی که هزینه تعمیرات نگهداری بالاتر و در عین حال بازدهی پایین تر دارند.
با توجه به موارد ذکر شده در مورد چیلرهای جذبی، با دلایلی نظیر راندمان پایین، هزینه جاری و هزینه های نگهداری بالا و به ویژه به دلیل نیاز به مصرف زیاد منابع آبی نمی تواند انتخاب مناسبی برای استفاده در سیستم های تهویه مطبوع سختمانی در اقلیم کشور ایران باشد.
چیلر تراکمی آبی و محدودیت های آن
چیلر تراکمی آب خنک یا چیلر آبی وظیفه خنک کردن آب سیستم برودتی را بر عهده دارد که به دلیل نوع کندانسور به کار رفته در آن چیلر تراکمی آب خنک نامیده می شود. در کندانسور آب خنک از آب برای خنک کردن مبرد و تبدیل آن به مایع استفاده می شود. همچنین در چیلر تراکمی آب خنک برای به جریان انداختن آب گرم از کندانسور به برج خنک کننده نیاز است.
نکات استفاده و نگهداری از چیلر تراکمی آب خنک
- هزینه های راه اندازی و لوازم جانبی سیستم تبرید تراکمی آب خنک قابل توجه است.
- در هنگام استفاده از چیلر آبی باید به در دسترس بودن منابع آبی توجه شود. با توجه به محدود بودن منابع آبی در اقلیم ایران این نکته استفاده از این سیستم برای تهویه مطبوع ساختمانی را محدود می کند.
- در هنگام راه اندازی چیلرهای تراکمی آبی باید نوع آب و هوای قالب در منطقه مربوطه در نظر گرفته شود. مناطقی با آب و هوای معتدل و پربارش که منابع آبی فراوان و قابل بازیافت در دسترس باشد مناسب این سیستم ها هستند. در گستره اقلیم ایران تنها سواحل دریای خزر، دارای آب و هوای مشابهی هستند. اگرچه استفاده از چیلرهای آبی در این ناحیه از کشور با محدودیت هایی همراه است. اولا عدم جمع آوری و بازیافت صحیح منابع آبی سطحی (آب باران) و با توجه به تراکم جمعیتی این ناحیه، باعث شده است که منابع آبی در دسترس بسیار کم تر از مقدار مورد نیاز انواع ساختمان های مسکونی، اداری، تجاری و … باشد. دوما رطوبت بالای موجود در هوای این ناحیه در فصل تابستان (که اتفاقا بیشترین استفاده از سیستم های تهویه سرمایشی در همین زمان است) باعث کاهش راندمان چیلرهای آبی می شود.
- برج خنک کننده می بایست در فضای آزاد قرار گیرد اما به دلیل تبخیر شدن آب، همواره جریان آب ورودی جهت جبران میزان آب تبخیر شده باید وجود داشته باشد.
- چیلرهای آب خنک مناسب ظرفیت های برودتی پایین نمی باشند اما در صورت استفاده از چیلر آبی برای ظرفیت های برودتی پایین بهتر است کمپرسورهای تعبیه شده در آن ها از نوع اسکرو و سانتریفیوژ باشد.
- بهتر است چیلر آبی خریداری شده دارای مبدل کندانسور صفحه ای نباشد. در این نوع کندانسور به دلیل فاصله کم صفحات امکان رسوب در آن ها بسیار بوده و منجر به گرفتگی سیال می شود. در این شرایط ناگزیر است در فواصل زمانی معین اقدام به تخلیه رسوبات شود.
محدودیت های چیلر آب خنک
- چیلر آب خنک نیاز به برج خنک کن و جریان دائمی آب دارد. در صورت وجود مشکل کمبود آب، استفاده از این چیلر امکان پذیر نیست. این محدودیتی است که با توجه به بحران کم آبی در نواحی مختلف اقلیم ایران، کاربرد چیلرهای آبی با مشکل جدی مواجه خواهد شد.
- چیلر آب خنک در درون ساختمان نصب می‌شود و ابعاد بزرگی نیز دارد. بسته به نوع کمپرسور، نویز و ارتعاش زیادی را تولید می‌کنند.
- چیلر آب خنک به دلیل نیاز به موتورخانه، تعداد پمپ بیشتر، برج خنک کن و تصفیه آب، فضای زیادی را اشغال می‌کند و هزینه نصب و نگهداری بالایی دارد. بنابریان انتخاب مقرون به صرفه ای محسوب نمی شود.
- در مناطقی که از آب و هوایی با رطوبت بالا برخوردار است و یا دمای مرطوب بالایی دارد، به دلیل پایین آمدن شدید راندمان کاری، امکان استفاده از چیلر آب خنک وجود ندارد.
- از آنجایی که تشکیل رسوبات در این نوع از چیلرهای تراکمی اجتناب ناپذیر است (به ویژه در چیلرهای تراکمی آب خنک با کندانسور صفحه ای) استفاده از آن ها در مناطقی که آلودگی هوای بالایی دارند توصیه نمی شود. زیرا امر تعمیر و نگهداری را با مشکل مواجه خواهد کرد.
با توجه به موارد ذکر شده در مورد چیلرهای تراکمی آبی، با دلایلی نظیر راندمان پایین در اقلیم آب و هوایی گرم و مرطوب و یا سرد و مرطوب، هزینه جاری و هزینه های نگهداری بالا و به ویژه به دلیل نیاز به مصرف زیاد منابع آبی نمی تواند انتخاب مناسبی برای استفاده در سیستم های تهویه مطبوع سختمانی در اقلیم کشور ایران، که با بحران کم آبی مواجه است، باشد.
چیلر تراکمی هوا خنک
چیلر تراکمی هوا خنک، چیلری بر مبنای چرخه تبرید تراکمی است. به این نوع چیلر، چیلر هوایی نیز گفته می‌شود. کندانسور چیلر هوایی، متشکل از فن‌هایی است که هوا را با شدت حول لوله‌های حامل گرمای اتلافی عبور می‌دهد و با این کار گاز مبرد را تبدیل به مایع می‌کند. این نوع از چیلرها نیازی به برج خنک کن ندارند.
برندهای معتبر جهانی نظیر GREE, HITACHI, LG, Schneider, Western Air, SARAVEL, Green, Bicold و غیره از تولیدکنندگان مدل های متنوع چیلرهای تراکمی هواخنک محسوب می شوند.
در تولید چیلرهای تراکمی هواخنک از انواع مبردها نظیر R22, R143a, R410a, R407c استفاده شده است.
به واسطه استفاده از اجزای متنوع به ویژه کمپرسورهای مختلف و نیز قابلیت اتصال چیلرهای پورتابل به یکدیگر تولیدات چیلرهای تراکمی آب خنک گستره وسیعی از ظرفیت های حرارتی از ۸/۰ کیلووات تا 2۴۰۰ کیلووات را پوشش می دهند.
نکات نصب و راه اندازی چیلر تراکمی هوا خنک
- ظرفیت چیلر هوا خنک مورد استفاده برای مناطق گرمسیری باید بیشتر از چیلرهای مناطق سردسیر باشد.
- فرآیند راه اندازی چیلر هوایی نیاز به محیطی دارای فضای باز است. با توجه به عملکرد چیلر هوا خنک این تجهیز حتما در فضای آزاد قرار گیرد.
- با توجه به قرارگیری این چیلر در فضای آزاد برای جلوگیری از نویز صدایی توصیه می شود در انتخاب محل نصب دقت لازم شود و از ضربه گیرهای لازم استفاده شود.
مزایای چیلر هوا خنک
- عدم نیاز به برج خنک کننده و سیستم های سختی گیر از مهم ترین مزایای استفاده از چیلرهای هوا خنک می باشد. در صورت استفاده از برج خنک کننده یا سیستم های سختی گیر، کاربر نیازمند لوله کشی در سطح وسیع می باشد، به همین دلیل بهترین گزینه برای ساختمان های کوچک استفاده از چیلر هوا خنک می باشد، زیرا با توجه به نحوه عملکرد نیاز به لوله کشی را بسیار کاهش داده همچنین فاقد برج خنک کننده بوده و روند نصب آسان تری نیز دارا می باشد و به طور کلی چیلر هوایی نسبت به سایر انواع چیلرها که عموما با بر پایه مصرف آب کار می کنند مقرون به صرفه تر است.
- چیلر های تراکمی هوا خنک با توجه به استفاده اندک از آب، سبب صرفه جویی در آب شده و برای مناطقی که با بحران کمبود آب مواجه هستند، بسیار مناسب است.
- چیلر هوایی قادر به عملکرد مطلوب در مناطق مختلف همچون گرم خشک و حتی مرطوب می باشد.
- سیستم چیلر هوا خنک بسیار ساده بوده و نیازی به پمپ دیگر برای کندانسور ندارد. هزینه نصب چیلر هوایی به دلیل کم بودن تعداد تجهیزات، کمتر است. در چیلرهای هوا خنک، به دلیل عدم استفاده از برج خنک کننده تعداد دفعات تعمیر و سرویس چیلر کمتر می باشد.
- استفاده از چیلرهای هوا خنک، جهت تامین آب فن کویل ها، با توجه به سادگی لوله کشی های انجام شده و تنظیم دمای هر فن کویل به صورت جداگانه برای کاربر مقرون به صرفه می باشد.
- چیلر هوایی فضای کمتری را نیاز دارد و می‌تواند روی سقف نصب شده و نیازی به موتورخانه ندارد. این یعنی فضای بیشتری در ساختمان قابل استفاده است.
- با استفاده از مدولار بودن چیلرهای هواخنک می توان همزمان 16 دستگاه را به یکدیگر متصل کرد و ظرفیت سرمایش کل را تا 640 تن تبرید بالا برد.
- چیلرهای هواخنک به دلیل قابلیت تولید در ظرفیت های مختلف، قابل استفاده در تمامی ساختمان های تجاری، اداری، مدارس، صنایع، مسکونی، بیمارستان ها، هتل ها، صنایع هوایی، خودروسازی، نیروگاه ها و غیره هستند.
مناسب ترین دستگاه های تهویه مطبوع در مناطق گرم و مرطوب یا معتدل و مرطوب دستگاه هایی هستند که بر پایه سیکل تبرید تراکمی موجب سرمایش و کاهش رطوبت هوا می شوند. منظور از سیکل تبرید تراکمی این است که در ساختار تمامی این دستگاه ها از کمپرسور ، کندانسور ، اواپراتور و مبرد استفاده شده است. چنانچه چیلر به عنوان سیستم تهویه در اقلیم گرم و مرطوب (مثل شهرهای جنوب کشور) و یا نواحی معتدل و مرطوب (مثل شهرهای شمال کشور) انتخاب شود باید از نوع چیلر تراکمی هوا خنک باشد و نه چیلر تراکمی آب خنک زیرا چیلر تراکمی آب خنک به برج خنک کننده نیاز دارد که راندمان برج خنک کننده در مناطق مرطوب و گرم پایین است. با توجه به متراژ و ابعاد ساختمان یا سوله مورد نظر چیلرهای هواخنک با ظرفیت های کمپرسور متفاوت می توانند به عنوان سیستم تهویه در مناطق مرطوب و گرم (مانند شهرهای بندرعباس ، بوشهر ، چابهار و …) یا نواحی گرم و نیمه مرطوب (مثل شهرهای اهواز ، آبادان ، لار و …) و یا مناطق معتدل و مرطوب (مثل شهرهای شمالی کشورمان از جمله رشت ، ساری ، گرگان و …) انتخاب می شوند.
سیستم چیلر هواخنک نه تنها یکی از سیستم های مناسب برای تهویه مطبوع در اقلیم گرم و مرطوب محسوب می شود، در منطقه گرم و خشک و نیز معتدل و خشک و حتی آب و هوای سرد و خشک هم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل این ادعا به این خاطر است که در منطقه با آب و هوای گرم و خشک راندمان سیستم های آب خنک پایین تر است و سرمایش مطلوبی همانند چیلرهای هواخنک ندارند. همچنین به دلیل اقلیم خشک و کم آب ایران که در اکثر مناطق با کمبود آب مواجه است، سیستم های آب خنک که مصرف آب قابل توجهی دارند انتخاب مناسب نیستند. علاوه بر این، در سیستم های تبرید هواخنک مجهز به چیلر و فن کویل می توان دمای هر فن کویل را مستقلا کنترل نمود و در نقاط مختلف انواع ساختمان های مسکونی، اداری، تجاری، صنعتی و غیره دمای قابل تنظیم داشت. بنابرین سیستم چیلر هواخنک و فن کویل از جمله مناسب ترین دستگاه های تهویه مطبوع سرمایشی و گرمایشی در اقلیم گرم و خشک و نیز آب و هوای گرم و مرطوب هستند. در ضمن سایر سیستم های مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی از جمله کولرهای گازی، داکت اسپلیت، VRF و GHP هم در منطقه گرم و خشک و نیز معتدل و خشک می توانند به عنوان دستگاهی مناسب مورد استفاده قرار بگیرند.
نتیجه گیری
با توجه به مباحث مطرح شده در شرایط کمبود منابع آبی استفاده از چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی آبی امکان پذیر نمی باشد. همچنین چیلرهای مذکور در شرایط آب و هوایی مرطوب کارایی پایینی دارند. علاوه بر این در هنگام استفاده در هوای آلوده با مشکل نگهداری مواجه خواهند شد. بنابراین با انجام یک مصالحه بین مجموع هزینه اولیه و جاری و راندمان و بهره وری سیستم، به خوبی مشخص است که در میان چیلرهای تولیدی چیلر تراکمی هواخنک می تواند انتخاب بهینه و ارجحی باشد. همچنین با بررسی شرایط اقلیمی کشور ایران در نواحی مختلف آب و هوایی و ارزیابی شرایط دمایی، میزان رطوبت و مهم تر از همه میزان بارش و در نظر گرفتن عدم دسترسی به منابع آبی، می توان دریافت چیلرهای تراکمی هواخنک بهترین و بهینه ترین پاسخ به نیاز سیستم های تهویه ساختمانی هستند. طبیعی است که ظرف دهه گذشته این اتفاق در ایران افتاده است و فرهنگ استفاده از سیستم تبرید با چیلر هوایی به خوبی جا افتاده است.
