دستگاه چیلر چیست؟ معرفی انواع چیلر و ویژگی های آن

چیلر یکی از تجهیزات مهم و شناخته شده در حوزه تهویه است که به عنوان یک راه حل برای سرمایش محیط‌های مختلف از جمله فضاهای مسکونی، تجاری، صنعتی و کارگاهی استفاده می‌شود. دستگاه چیلر (Chiller) به وسیله‌ی فرایند تراکم بخار یا جذب و با استفاده از نیروی برق، گرما را از آب می‌گیرد. در واقع از طریق سرد و خنک کردن آب و ارسال آن به سیستم‌های تهویه، به خنک شدن هوا و فضا کمک می‌کند. باید گفت که خروجی این دستگاه معمولا آب خنک است که در بهبود دمای محیط کاربرد دارد.

انواع چیلر 

به طور کلی چیلرها به سه دسته تراکمی، جذبی و سانتریفیوژی تقسیم می‌شوند که هریک از آنها کاربرد و ساختار متفاوتی دارند. جهت بررسی و مقایسه انواع چیلرها، ضریب عملکرد کلی (Overall COP) مورد بررسی قرار می‌گیرد که در ادامه به هر کدام از آنها خواهیم پرداخت.

1. چیلر های جذبی

در ابتدا باید بدانیم که ابزوربر یا جذب کننده نقش اصلی را در این سیستم ایفا می‌کند. اصول کار چیلر جذبی به این صورت است که ماده مبرد در سیکلی بین اجزای مختلف شامل شیر انبساط، اواپراتور، ابزوربر، پمپ، ژنراتور و در نهایت کندانسور می‌چرخد. ابتدا، ماده مبرد وارد اواپراتور شده و سعی می‌کند دما را بالا ببرد. برای این کار، از گاز شهری یا منابع دیگری برای تامین دمای محیط استفاده می‌شود. هنگام تبدیل شدن مایع مبرد به گاز، فشار در اواپراتور به حداقل می‌رسد. در این مرحله، نیاز به یک جاذب (ابزوربر) برای تخلیه بخار آب وجود دارد و بعد از آن با استفاده از ترکیبی از لیتیوم بروماید و یا نمکی که از اواپراتور خارج شده، خود را به کمک پمپ‌ها به ژنراتور منتقل می‌کند.

ژنراتور، که یک مبدل حرارتی است، ماده مبرد و لیتیوم بروماید را گرم و پس از تبخیر، بخشی از آب که به آب مقطر تبدیل شده، وارد شیر انبساط و سپس دوباره وارد اواپراتور می‌شود. به این ترتیب، سیستم مدنظر با استفاده از این سیکل، توانایی خنک‌کردن را دارد و میزان حرارت را از منبع دیگری مانند گاز شهری، به دست می‌آورد. به طور کلی، در این مدل، محلول لیتیوم بروماید برای جذب و جداسازی بخار مبرد استفاده می‌شود و تجهیزات مختلفی از جمله ژنراتور، کندانسور، اواپراتور و ابزوربر برای انجام این فرآیندها به کار می‌روند؛ تقسیم بندی چیلرهای جذبی عبارتند از:

• تک اثره: گروه تک اثره به سه دسته تغذیه بخار، تغذیه آب داغ (دمای بالای 100 درجه سانتیگراد) و تغذیه آب گرم (دمای زیر 1000 درجه سانتیگراد) تقسیم می‌شوند که نحوه کار آنها مشابه است و همگی حداقل دارای یک مولد حرارتی هستند.

• دو اثره: این چیلرها، نسل جدید نوع خود محسوب می‌شوند و از سیکل تبرید کاملتری نسبت به دستگاه جذبی تک اثره‌ برخوردار هستند که به دو دسته با تغذیه بخار و با شعله مستقیم تقسیم می‌شوند.

مزایای چیلر جذبی چیست؟

سیستم این مدل به طور خودکار پارامترهای تنظیم شده را در هر اتاق با تطبیق مقررات بهداشتی حفظ می‌کند، بنابراین استفاده از آن بسیار آسان است. فاصله بین چیلر و فن کویل تنها توسط ظرفیت پمپ محدود می‌شود و می‌تواند به صدها متر برسد. به طور کلی سیستم جذبی با استفاده از منابع انرژی پایین‌تر و بهینه‌تر، هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد.

مبرد استفاده شده در سیستم این کالا برای محیط زیست بی‌ضرر است و این سیستم از نظر قابلیت چیدمان منعطف بوده و نیاز به فضای کمتری برای نصب دارد. به عنوان مثال، می‌توان آن را روی پشت بام، کف ساختمان یا در حیاط نصب کرد. سیستم جذبی با طراحی کم سر و صدا، صداهای ناخواسته را در فرآیند عملکرد خود به حداقل می‌رساند. همچنین این چیلرها به عنوان منبع تامین سرما در فصل گرما و در عین حال به عنوان یک پمپ حرارتی در فصل سرد کاربرد دارند.

معایب چیلر جذبی کدامند؟

این نوع دستگاه معمولاً از کارایی کمتری برخوردار هستند و ممکن است نیاز به فضای اضافی داشته باشند. همچنین هزینه‌های نصب و نگهداری بیشتری نسبت به سیستم‌های تراکمی دارد. سیستم چیلر جذبی از مبرد خاصی استفاده می‌کند که علاوه بر دسترسی کم، هزینه بالایی را شامل می‌شود. این نوع به دلیل پیچیدگی‌های فنی، نیازمند تعمیرات و خدمات تخصصی‌تری است و در دماهای بالا نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده‌ی جانبی دارد.

2. چیلر های تراکمی

چهار قسمت اصلی سیستم این مدل، اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط است. در این سیستم، مبرد با حالت مایع اشباع، در فشار و دمای پایین وارد اواپراتور شده و سپس با دریافت گرما از آب یا هوا، به بخار تبدیل می‌شود. برای بازگشت بخار به حالت مایع اولیه، گرمای جذب شده از مبرد باید جدا گردد. سیستم‌های تراکمی و جذبی وظیفه ایجاد شرایطی را بر عهده دارند که امکان انتقال حرارت به محیط اطراف را ایجاد کند. در این نوع سیستم‌ها، کمپرسور، فشار سیال را به حدی افزایش می‌دهد که دمای مبرد حداقل 15 تا 20 درجه سانتیگراد بیشتر از دمای خشک محیط شود.

با این افزایش دما، شرایط لازم برای انتقال حرارت به محیط اطراف فراهم می‌گردد. اصول کار مدل تراکمی نسبت به جذبی ساده‌تر است. با توجه به اینکه سیستم فشرده‌سازی گاز در آنها الکتریکی بوده، می‌توان کنترل بیشتری روی فرآیند داشت و با تنظیمات مناسب، راندمان را بهبود بخشید. به طور کلی، کمپرسورهای چیلر تراکمی عبارتند از:

1. کمپرسورهای رفت و برگشتی یا پیستونی (Reciprocating)
2. پیچی ( Screw) 
3. حلزونی (Scroll)
4. چرخشی (Rotary)
5. سانتریفیوژ 
6. توربوکر؛ همچنین کنترل کننده‌های فشار در این محصول به دو دسته کنترل فشار بالا و پایین و فشار روغن تقسیم می‌‌شوند.

• کنترل فشار بالا و پایین: دستگاه کنترل فشار در این سیستم شامل دو لوله متصل به دستگاه است. لوله LP به بخش مکش کمپرسور و لوله HP به بخش فشار بالا متصل می‌شود. کمپرسور باید با فشار مکش و دهش مشخصی کار کند؛ در صورت فشار کم یا بیشتر از حد تنظیم، دستگاه از کار می‌افتد. در چیلر تراکمی با کندانسور آبی، معمولاً فشار پایین را بر روی 30 psi و فشار بالا را بر روی 220 psi تنظیم می‌کنند. در صورتی که کمپرسور به دلیل فشار بالا قطع شود، باید خطای سیستم رفع و دکمه ریست را فشار دهید؛ اما در صورت قطعی کمپرسور به دلیل فشار پایین، به صورت خودکار هنگامی که فشار به حالت اولیه برگردد، به کار می‌افتد.

• کنترل فشار روغن: این دستگاه برای کنترل مداوم فشار روغن کمپرسور مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورتی که فشار روغن در کمپرسور کاهش پیدا کند، دستگاه آسیب خواهد دید. دستگاه کنترل روغن دارای دو لوله متصل به خود است. یکی از آن‌ها به بخش ساکشن (مکش) و دیگری به بخش فشار روغن کمپرسور متصل می‌شود. بین فشار مکش کمپرسور و فشار روغن، حداقل 10 psi فشار باید قرار بگیرد، در غیر این صورت دستگاه کنترل روغن دستور قطع را صادر می‌کند و زمانی که فشار کنترل روغن زیر 10 psi برسد یک هیتر در داخل دستگاه کنترل روغن فعال شده و پس از تقریباً 90 ثانیه، حرارت هیتر باعث قطع جریان و خاموشی کمپرسور می‌شود.

مزایای چیلر تراکمی (Centrifugal Chillers)

این محصولات مزایای متعددی دارند؛ در ادامه، به برخی از مهم‌ترین مزایای این نوع سیستم اشاره می‌کنیم:

مزیت اول: امکان افزایش تعداد فن‌کویل‌ها بر روی چیلر.

مزیت دوم: یک ساختمان بزرگ می‌تواند شامل یک چیلر واحد شود.

مزیت سوم: سیم‌کشی ساده‌ و کم‌ هزینه‌.

مزیت چهارم : ایمنی بالا به دلیل متمرکز بودن گاز مبرد؛ به طور کلی، این نوع سیستم‌ها به دلیل بهره‌وری و ظرفیت بالا، کنترل دقیق، عمر طولانی و کمترین سطح نویز بسیار کاربردی هستند.

معایب چیلر تراکمی

یکی از معایب سیستم‌های این مدل، مناسب نبودن برای تهویه است. این سیستم‌ها هوا را در هر اتاق خنک می‌کنند؛ اما بر روی گردش هوا تاثیر چندانی ندارند. آنها نیاز به تجهیزات سنگینی دارند که به طور معمول تا 15 تن وزن حدودی آن‌‌ها است. این به معنای نیاز استفاده از قاب‌های سازگار برای توزیع وزن چیلر در یک منطقه بزرگ با انتخاب نقاط پشتیبانی مناسب است. قاب‌های استاندارد همیشه برای هر حالت خاص مناسب نیستند، بنابراین اغلب به طراحی خاصی نیاز پیدا می‌کنند.

تفاوت چیلرهای جذبی و تراکمی

به دلیل ضریب عملکرد (COP) پایین و استفاده از گاز به عنوان نیروی محرک، چیلرهای جذبی در واحدهای بسیار بزرگ مانند بیمارستان‌ها، هایپرمارکت‌ها و برج‌های مسکونی بزرگ استفاده می‌شوند. با این حال، به دلیل هزینه‌های تعمیر و نگهداری بالا، محصولات مورد نظر امروزه گزینه جذابی برای کارفرمایان نیستند. به عنوان جایگزین، چیلرهای تراکمی به دلیل استفاده از تکنولوژی‌های روز دنیا، داشتن ضریب عملکرد بالا و هزینه‌های تعمیر و نگهداری کمتر، روز به روز سهم بیشتری در بازار تهویه مطبوع به خود اختصاص می‌دهند.

چیلر سانتریفیوژ

چیلر سانتریفیوژ یا گریز از مرکز، یک نوع چیلر تراکمی است که برای گردش مبرد در سیکل تبرید از کمپرسور سانتریفیوژ استفاده می‌کند. در این کمپرسور، سیال ورودی (گاز) با مرکز پروانه در تماس قرار می‌گیرد و نیروی گریز از مرکز توسط پروانه ایجاد شده، گاز را به اطراف انتقال می‌دهد. چرخش پروانه باعث افزایش سرعت و فشار گاز می‌شود. همچنین بهره‌وری کمپرسور سانتریفیوژ به سرعت چرخش پروانه (یا ایمپلر) کمپرسور بستگی دارد.

ظرفیت بالای سرمایشی، کاهش اثرات زیست محیطی و بهره‌وری بیشتر، چیلرهای سانتریفیوژ را به گزینه‌ای مناسب تبدیل می‌کند. این مدل عموماً دارای ظرفیت و ضریب عملکرد بالایی است (COP > 6)، به ویژه در شرایط بارگذاری کامل که باعث کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود. این محصولات را می‌توان به سه نوع توربوکور، آب خنک و هوا خنک تقسیم کرد که هر کدام از آنها ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی دارند.

• توربوکور: Turbo Core به عنوان یکی از نوآورانه‌ترین انواع چیلرهای سانتریفیوژ شناخته می‌شود. این نوع، از یاتاقانهای مغناطیسی و پروانه دو مرحله‌ای استفاده می‌کند. یکی از تفاوت‌های مهم آن با مدل‌های معمولی، عدم استفاده از روغن برای خنک‌کاری کمپرسور است. یاتاقانهای مغناطیسی باعث کاهش اصطکاک و افزایش بهره‌وری کمپرسور می‌شوند و همچنین کنترل بهتری در بارگذاری کم را فراهم می‌کنند. ظرفیت بالا و قدرت سرمایشی قوی، آن را برای پروژه‌های بزرگ و مراکز خرید، ساختمان‌های تجاری و صنعتی مناسب می‌سازد.

• آب خنک: در این مدل آب خنک به عنوان مبرد برای جابجایی گرمای مصرفی به کمک پمپ‌های خنک‌کننده، استفاده می‌شود. این نوع سیستم برای کاربردهای گسترده‌ای مانند ساختمان‌های تجاری، بیمارستان‌ها، هتل‌ها و صنایع تولیدی مناسب است.

• هوا خنک: در این نوع چیلر هوای خنک به عنوان مبرد، با وسیله پروانه‌های سانتریفیوژ به داخل آن هدایت می‌شود و در آنجا از طریق حرارت انتقال پیدا می‌کند. از مزایای آن عدم نیاز به برج خنک‌کن و توانایی کارکرد در هر شرایط فصلی است.

نکات مثبت و منفی چیلر سانتریفیوژ 

نکته مثبت این نوع سیستم در حالت تمام بار (Full load)، شامل افزایش راندمان و ابعاد جمع و جور آن می‌شود. با این حال، باید توجه داشت که این راندمان فقط در شرایط بار بالا کارایی دارد و در شرایط بار کم (Partial load یا Low load)، کاهش پیدا می‌کند؛ اما نکته منفی اصلی آنها تولید صدا و ارتعاش در حالت بار کم (Low load) است. به همین دلیل، استفاده از این محصول معمولاً به تناژهای ثابت و بزرگ محدود می‌شود.

نحوه انتخاب چیلر چگونه است؟

برای انتخاب مناسب یک چیلر، باید به مشخصات فنی آنها مانند ظرفیت خنک‌کنندگی مورد نیاز، نوع کمپرسور، نوع گاز مبرد و رده انرژی دستگاه توجه داشت که در ادامه هریک از آنها را بررسی می‌کنیم.

• ظرفیت خنک‌کنندگی: ظرفیت خنک‌کنندگی محصول مدنظر به طور معمول به صورت تن (TR) یا کیلووات (kW) بیان می‌شود. این مقدار نشان‌دهنده میزان حرارتی است که می‌تواند از محیط خارج کند. در صورتی که به خنک کردن کمتری نیاز است می‌توان از مدل‌های با ظرفیت کمتر استفاده کرد؛ این دسته از محصولات مدنظر قیمت کمتری نسبت به نمونه‌های بزرگتر دارند و نگهداری و تعمیر آنها نیز به‌سادگی انجام می‌شود.

• نوع کمپرسور: نوع کمپرسور مورد استفاده در چیلر، تاثیر مستقیمی بر راندمان، سطح صدا و هزینه‌های نگهداری دستگاه دارد. انواع معمولی کمپرسورها شامل مدل پیستونی، اسکرو و اسکرال می‌شوند. چیلرهای پیستونی نسبت به اسکرو و اسکرال از قیمت کم و راندمان پایین‌تری برخوردار هستند.

• نوع گاز مبرد: نوع گاز مبرد استفاده شده در چیلر نقش مهمی در محیط زیست و هزینه‌های عملیاتی دستگاه دارد. نمونه‌های قدیمی گازهای مبرد شامل R22 و R410A می‌شود که در حال حاضر تولید و استفاده از آنها به دلیل تاثیرات مخرب بر محیط زیست ممنوع است. به جای آنها، گازهای مبرد R407C و R410A مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• رده انرژی: رده انرژی آن‌ها از A تا G را شامل می‌شود، که A نشان‌دهنده بهره‌وری بالا و مصرف انرژی کمتر و G نشان‌دهنده بهره‌وری پایین و مصرف انرژی بیشتر است.

کاربرد اصلی چیلر چیست؟

چیلر به عنوان یکی از تجهیزات مهم و کاربردی در حوزه تهویه مطبوع و در کنار آن راه حل موثر برای سرمایش محیط‌های مختلف از جمله فضاهای مسکونی، تجاری، صنعتی و کارگاهی شناخته می‌شود.

نحوه کارکرد و کاربرد چیلر چگونه است؟

با توجه به مصرف گسترده‌ی انواع چیلرها و استفاده از آب سرد تولید شده توسط آن‌ها در دماهای متغیر بالای صفر (برای تهویه مطبوع) یا زیر صفر (برای سرمایش و مصارف صنعتی)، استفاده از این دستگاه‌ها در شرایط متنوع امکان‌پذیر است؛ به طور کلی، این محصولات بر اساس نوع و کارکرد به چند دسته زیر می‌توان تقسیم کرد:

1. نوع سیکل تبرید: مدل‌های تبخیر جذبی (Absorption Chillers) و فشرده‌سازی مکانیکی (Mechanical Compression Chillers)
2. شکل خنک شدن ماده مبرد: چیلرهای هوا خنک (Air-Cooled Chillers) و آب خنک (Water-Cooled Chillers)
3. ظرفیت ولتاژ دستگاه: مدل‌های با ظرفیت تبرید کمتر و بیشتر از ۲۰۰ تن.

محصول مورد بحث به گونه‌ای طراحی شده‌ است که با حداقل مصرف انرژی، بیشترین کارایی را داشته باشند. به همین دلیل، آنها در صنایع برودتی محبوبیت بالایی دارند. در این راستا، لوله‌های منتقل‌کننده آب سرد خروجی چیلر به منظور حفظ دما به خوبی عایق‌کاری می‌شوند. این آب خروجی در یک مدار بسته شامل لوله‌ها و کویل‌ها می‌چرخد که به همین دلیل از تبخیر و از دست دادن دما جلوگیری می‌کند.

مراحل اصلی راه‌اندازی و نصب چیلر چگونه است؟

چیلرها در انواع مختلفی تولید می‌شوند و دارای اهداف‌ گوناگونی هستند؛ اما در نهایت همه آنها کارکرد مشابهی دارند. به دلیل هزینه‌بر بودن این دستگاه‌ها، نصب و راه‌اندازی آنها نیازمند تخصص و دانش خاصی است؛ مراحل اصلی نصب و راه‌اندازی آن عبارتند از:

مرحله اول؛ تعیین محل نصب: در این مرحله باید مکان مناسبی برای نصب محصول تعیین شود. تهیه نقشه محل نصب و اندازه‌گیری فضا در این مرحله کمک کننده است. باید به اندازه کافی فضا برای دسترسی به تجهیزات نصب و تعمیر، کنترل قسمت‌های مختلف و نظارت بر عملکرد آنها در نظر بگیرید.

مرحله دوم؛ انتخاب محل نصب بر اساس نوع: در صورتی که چیلر با خنک کننده هوا استفاده شود، باید در مسیر جریان هوای آزاد مانند روی پشت بام ساختمان قرار بگیرد و در صورت استفاده از آن با خنک کننده آب، مکانی مسقف مانند محوطه موتورخانه یا محل تاسیسات ساختمان انتخاب کنید.

مرحله سوم؛ انتقال چیلر به داخل محیط موتورخانه: با توجه به ابعاد و حساسیت سیستم حمل و نقل، این مرحله نیازمند احتیاط و دقت است تا هیچ آسیبی به دستگاه نرسد.

مرحله چهارم؛ پیاده‌سازی و اجرا: در این مرحله، چیلر بر اساس سفارش و نوع کارکرد آن پیاده‌سازی و راه‌اندازی می‌شود که شامل اتصال لوله‌ها، کابل‌ها، تنظیمات مورد نیاز و تست و عیب‌یابی است.

مرحله پنجم؛ نصب روی فونداسیون: در مرحله آخر، نصب محصول مورد بحث روی فونداسیون صورت می‌گیرد تا از آسیب رسیدن و وارد شدن ضربه به دستگاه جلوگیری کند.

جمع بندی

به طور کلی چیلرها دستگاه‌های حائز اهمیت در خنک‌سازی محیط‌ها هستند که در انواع مختلفی تولید می‌شوند. با رعایت مراحل نصب و انتخاب مناسب چیلر، این دستگاه با عملکرد خوب، محیط مورد نظر را به طور موثر و کارآمد خنک و مطبوع می‌کند. شما در وبسایت پیوان علاوه بر اطلاع از روند افزایش و یا کاهش قیمت تیرآهن و سایر مقاطع فولادی می‌توانید از جزئیات قطعات فولادی مورد نیاز‌تان مطلع شوید و با مشورت با کارشناسان متخصص، سفارش خود را ثبت کنید.