در عصر پیشرفت علم و تکنولوژی ابزارهای رفاهی بشر گسترش چشم‌گیری داشته‌اند. امروزه در صنایع مختلف ابزارهای متفاوتی وجود دارد که هدف آن‌ها پیشبرد بهتر کارها و رفع محدودیت‌ها است. یکی از نیازها در زندگی روزمره و حتی در صنایع گوناگون، دسترسی به آب و هوای خنک است. این کار در ساختمان‌های وسیع و صنایع گسترده ممکن است دشوار باشد. برای رفع این مشکل دستگاهی به نام چیلر وجود دارد. این دستگاه حرارت را ازآب‌گرفته و طی یک فرایند تراکمی یا جذبی آن را سرد می‌کند. آب سرد شده برای خنک کردن دستگاه‌های مختلف در صنایع و یا خنک کردن هوا در ساختمان‌ها، سوله‌ها و... استفاده می‌شود. دستگاه نام‌برده انواع مختلفی دارد که نحوه عملکرد هرکدام متفاوت است. این تفاوت در عملکرد سبب تفاوت کارایی و محل قرارگیری آن‌ها می‌شود. برای کسب اطلاعات دقیق‌تر در این زمینه، لطفاً با ما همراه باشید.
چیلر چیست؟
دستگاهی مهم و کاربردی که عملکرد آن بر اساس یک سیکل ترمودینامیکی است. این عملکرد می‌تواند به دو شکل جذبی یا تراکمی باشد. وظیفه‌ی آن این است که گرما و حرارت را از یک جریان سیال گرفته و فرایند تبرید را روی آن انجام دهد. به بیانی ساده‌تر دستگاهی است که حرارت را از آب می‌گیرد و آن را سرد می‌کند. این آب سرد شده از طریق سیستم لوله‌کشی برای خنک کردن دستگاه‌های مختلف در صنایع و یا خنک کردن هوا در ساختمان‌های گوناگون استفاده می‌شود. این دستگاه مبرد، یک نوع پمپ انرژی است که گرما را از یک جا گرفته و به جای دیگری منتقل می‌کند. نتیجه‌ی این فرایند، تولید آب سرد و استفاده از آن برای مصارف گوناگون است. در مورد اهمیت آن بهتر است بدانید که یکی از مهم‌ترین تجهیزات برودتی و تولید سرما در صنایع، ساختمان‌ها و کارخانه‌ها به‌حساب می‌آید. استفاده از چیلر مزایای مختلفی به همراه دارد و همین مزایا سبب شده‌اند که استفاده از آن‌ها موردتوجه قرار گیرد. نحوه عملکرد دستگاه به‌صورتی است که در مکان‌های مختلف، شرایط آب و هوایی گوناگون و محیط‌های وسیع قابل‌اجرا است. به‌طورکلی چیلرها ازنظر نوع کاربرد و کارایی به دو دسته‌ی کلی تقسیم می‌شوند؛ دسته‌ی اول در جهت تهویه مطبوع و دسته‌ی دوم در جهت برودت صنعتی کاربرد دارد.
انواع چیلر
این دستگاه را می‌توان به شیوه‌های مختلفی تقسیم‌بندی کرد. اگر بخواهیم ازنظر عملکرد، نوع کارایی، مکان مورداستفاده و... تقسیم‌بندی کنیم، به انواع مختلفی دست خواهیم یافت؛ اما معمولاً آن را بر اساس نوع سیکل کاری تقسیم می‌کنند. سیکل کاری همان فرایندی است که گرما و حرارت را به سرما تبدیل می‌کند. از این نظر باید گفته که دو نوع دستگاه برودتی به نام چیلر تراکمی و چیلر جذبی خواهیم داشت. علاوه بر این، گاه دستگاه را بر اساس کاربرد آن تقسیم می‌کنند. به‌طور مثال، دستگاهی که در صنایع به‌کار می‌رود با دستگاهی که در ساختمان‌ها استفاده می‌شود، متفاوت است. همچنین دستگاه خنک‌کننده هوا با دستگاه خنک‌کننده‌ی آب متفاوت هستند. ما در ادامه به مهم‌ترین موارد در این زمینه خواهیم پرداخت:
چیلر تراکمی
کارکرد نوع تراکمی به این صورت است که جریان سیال در سیکل سرمایشی تراکمی بخار، به گردش درمی‌آید. این گردش در چهار مرحله انجام‌شده و در نهایت آب سرد تولید می‌شود. این چهار دسته عبارت هستند از: کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور. در این فرایند بخار مبرد به کمک کمپرسور متراکم می‌شود و پس‌ازآنکه فشار و دما در آن افزایش پیدا می‌کند، برای رفع حرارت وارد کندانسور می‌شود. در این مرحله دمای آن کاهش پیدا می‌کند و پس از رفع کامل حرارت به مایع تبدیل می‌شود. پس‌ازآن مایع از شیر انبساط عبور می‌کند و به دلیل افت فشار ناگهانی که ایجادشده است، مقداری از آن تبخیر می‌گردد. مخلوطی از مایع و بخار با دمایی پایین به‌دست می‌آید که وارد اواپراتور می‌شوند. با جذب گرمای آب یا هوا، بخار کاملاً تبخیر شده و فرایند سرمایش در اواپراتور تکمیل می‌گردد. در نهایت بخار مبرد به کمپرسور بازگشت می‌کند. این نوع چیلر خود دارای انواع مختلفی است که بر اساس نوع کمپرسور و نوع کندانسور تقسیم‌بندی می‌شود. طبق نوع کندانسور سه دسته‌ی هوا خنک، آب خنک و تراکمی تبخیری وجود دارد که در ادامه به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت:
-
چیلر آب خنک: همان‌طور که گفته شد این مدل خود زیرمجموعه نوع تراکمی است و محصول خروجی آن آب سرد است. آب سرد تولیدشده در آن برای تهویه‌ی ساختمان‌ها و انواع پروژه‌های صنعتی استفاده می‌شود. از رایج‌ترین دستگاه‌های مبرد در بازار می‌توانیم به این نمونه اشاره کنیم. استفاده از آن در بیشتر پروژه‌های صنعتی و زیر صفری امری رایج و مرسوم است؛ به‌طوری‌که پیشبرد بسیاری از صنایع بدون وجود دستگاه هوا خنک امکان‌پذیر نیست. عملکرد آن به این صورت است که آب خنک در برج خنک‌کننده تولیدشده و در کندانسور دفع حرارت می‌شود. سیکل این چیلر همچون سیکل دستگاه تراکمی است و در چهار فرایند کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور انجام می‌شود. دستگاه آب خنک، مصرف آب بیش‌تری دارد و به تجهیزات بیش‌تری نسبت به نوع هواخنک نیاز دارد.
-
چیلر هوا خنک: این دستگاه نیز وظیفه دارد که از طریق سیکل تبرید تراکمی آب سرد تولید کند. تفاوت آن با نوع قبلی در این است که کندانسور آن به کمک تعدادی فن و جریان هوایی که در محیط وجود دارد فرایند دفع حرارت را انجام می‌دهد. درواقع در این مدل مصرف آب وجود ندارد و همین مسئله سبب شده است که بسیار موردتوجه قرار گیرد. در کشورهایی همچون ایران که مشکل کم‌آبی وجود دارد، استفاده از این مدل می‌تواند بسیار به‌صرفه باشد. مزایای استفاده از آن زیاد و نگهداری از آن نسبت به انواع دیگر آسان‌تر است. در این چیلر کمپرسور وکندانسورهای مختلفی به‌کاررفته است. اینکه از کدام نمونه باید استفاده شود به عوامل گوناگونی همچون شرایط اقلیمی، نیاز پروژه، وضعیت مالی کارفرما، نکات و موارد فنی و... بستگی دارد.
- تراکمی تبخیری: در این مدل خنک شدن کندانسور از طریق فرایند سرمایش تبخیری انجام می‌شود. مبرد داغی که از کمپرسور خارج می‌شود وارد لوله‌های کندانسور شده و آب از طریق نازل‌هایی روی لوله‌ها پاشیده می‌شود. در نهایت از طریق دریافت انرژی گرمایی تبخیر می‌شود.
- چیلر ساختمانی: این دستگاه نیز زیرمجموعه‌ی مدل تراکمی است. درواقع چیلر ساختمانی همان دستگاه تراکمی است که در ساختمان‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. اگرچه می‌توان از مدل جذبی هم برای ساختمان‌ها استفاده کرد؛ اما این کار به‌صرفه نیست. این دستگاه مهم‌ترین جزء در سیستم سرمایش ساختمان‌ها محسوب می‌شود. از آن برای تأمین آب، سیستم سرمایش و تهویه‌ی هوای ساختمان‌ها استفاده می‌شود. این چیلر در انواع ساختمان‌های مسکونی، اداری، تجاری، رفاهی، تفریحی، فرهنگی و هر ساختمان وسیع دیگری مورداستفاده قرار می‌گیرد. ازآنجاکه در ساختمان‌های وسیع که دارای چندین اتاق و پارتیشن هستند نمی‌توان از تعداد زیادی کولرگازی استفاده کرد، این دستگاه بهترین انتخاب است. درواقع به‌کارگیری چندین کولرگازی در اتاق‌های مختلف یک ساختمان علاوه بر هزینه‌ی بالا برای خرید و نگهداری، سبب استفاده‌ی بیش از حد از انرژی می‌شود. اهمیت این مسئله در ساختمان‌هایی همچون هتل‌ها، ادارات، سوله‌های بزرگ تولیدی و... بیشتر نمایان می‌شود.
- مینی چیلر: این دستگاه نیز معمولاً از نوع تراکمی تولید می‌شود؛ زیرا کارایی بیش‌تری داشته و به‌صرفه‌تر است. مینی چیلر درواقع یک نمونه‌ی کوچک از دستگاه تبرید است. کارایی آن و نوع عملکردی که دارد با مدل‌های دیگر یکسان است. تنها تفاوت آن را می‌توان در ابعاد و اندازه این چیلر دانست. ظرفیت آن معمولاً کم‌تر بوده و تا حدود 10 تن است. در ساختمان‌ها و خانه‌هایی که ابعاد کوچکی دارند، می‌توان از این دستگاه استفاده کرد. در برخی صنایع و تولیدی‌های کوچک که کار، گستردگی زیادی ندارد این مدل می‌تواند بسیار به‌صرفه باشد. همان‌طور که گفته شد روند کار در آن مشابه مدل تراکمی است و مهم‌ترین اجزاء آن در سیکل تبرید کندانسور، کمپرسور، شیر انبساط و اواپراتور هستند.
چیلر جذبی
در این دستگاه سیکل تبرید جذبی و فرایند تبرید در آن همانند سیکل تراکمی است. تفاوت این چیلر در این است که اجزائی همچون جذب‌کننده، پمپ و ژنراتور جایگزین کمپرسور شده‌اند. همچنین علاوه بر آب از سیال دیگری به نام لیتیوم بروماید نیز به‌عنوان جاذب استفاده می‌شود. عملکرد آن به این صورت است که مبرد و سیال جاذب، در جذب‌کننده، حرارت خود را از دست می‌دهند و یک محلول مایع تولید می‌شود. این محلول از طریق پمپ به سمت ژنراتور حرکت می‌کند. در ژنراتور ،گرما جذب‌شده و مبرد تبخیر می‌شود. این تبخیر سبب جدایی آن از محلول می‌شود. در این مرحله ازیک‌طرف بخار مبرد به سمت کندانسور حرکت می‌کند و از طرف دیگر سیال جاذبی که در ژنراتور مانده است به جذب‌کننده برمی‌گردد. در نهایت همانند سیکل تراکمی، بخار حرکت کرده و در اواپراتور انتقال انرژی صورت می‌گیرد. بخار مبرد دوباره به جذب‌کننده واردشده و در سیال جاذب حل می‌شود. این چیلر خود به دو نوع تک اثره و دو اثره تقسیم می‌شود:
- تک اثره: دستگاهی جذبی است که تنها دارای یک ژنراتور است و از آن در روند برودتی استفاده می‌کند. بر اساس منبع گرمایی ژنراتور، این دستگاه در سه دسته‌ی آب گرم، آب داغ و بخار فشار پایین قرار می‌گیرند.
- دو اثره: یک نمونه دیگر از مدل جذبی است که دارای دو ژنراتور دما بالا و پایین است.
تفاوت چیلر جذبی و تراکمی
این دو دستگاه با یکدیگر تفاوت‌های زیادی دارند. این تفاوت‌ها ناشی از عملکرد دو دستگاه، هزینه‌ها، مصرف انرژی و حتی شرایط اقلیمی پروژه است. در ادامه تفاوت چیلر جذبی و تراکمی را به‌صورت دقیق‌تر بیان خواهیم کرد:
- نحوه عملکرد: ضریب عملکرد نشان‌دهنده مصرف انرژی در دستگاه است. نسبت گرمایی که اواپراتور دریافت می‌کند به مجموع انرژی که مصرف‌کننده‌ها دریافت می‌کنند ضریب عملکرد و مصرف انرژی را نشان می‌دهد. در چیلر و دستگاه‌های جذبی یا تراکمی که شرایط یکسانی دارند ضریب عملکرد مدل تراکمی بیشتر است. ضریب عملکرد در تراکمی هوایی، تا 3.5 و در تراکمی آبی، تا 6 قابل‌دستیابی است؛ درصورتی‌که ضریب عملکرد در مدل جذبی در بهترین حالت 1.4 است.
- اندازه و وزن دستگاه: مدل جذبی به دلیل داشتن ژنراتور، جذب‌کننده و تجهیزاتی دیگر، حدوداً دو برابر مدل تراکمی وزن دارد.
- هزینه‌ی خرید دستگاه: از دیگر تفاوت‌های این دو دستگاه این است که برای مدل جذبی تک اثره حدود 50 درصد و برای دو اثره حدود دو برابر هزینه نیاز است.
- هزینه‌ی نگهداری و سرویس: در مدل جذبی چون تجهیزات بیش‌تری وجود دارد و بزرگ‌تر است به هزینه‌ی بیش‌تری نیاز است.
- مصرف آب و انرژی: در مدل جذبی مصرف آب الزامی است و همچنین برای تأمین منابع گرمایی به سوزاندن سوخت فسیلی نیاز است؛ بنابراین مصرف آب و انرژی بیشتر است.
- سطح صدای عملکرد دستگاه: چیلر مدل جذبی قطعات متحرک و مکانیکی کم‌تری دارد؛ بنابراین میزان صدای آن کم‌تر است. تنها در مدل شعله مستقیم می‌توان تولید صدای بیش‌تری را مشاهده کرد.
- شرایط اقلیمی و آب و هوایی: دستگاه جذبی به برج خنک کننده نیاز دارد؛ بنابراین استفاده از آن در مناطق مرطوب امکان‌پذیر نیست.
تفاوت چیلر هوا خنک و آب خنک
هر دوی این دستگاه‌ها وظیفه دارند که آب سرد تولید کنند تا این آب سرد برای مصارف مختلف استفاده شود. درواقع آنچه سبب تفاوت آن‌ها می‌شود این است که نوع کندانسور آن‌ها متفاوت است. همین مسئله سبب می‌شود نوع عملکرد آن‌ها با یکدیگر فرق داشته باشد. تفاوت چیلر هوا خنک و آب خنک در این است که در نوع هوا خنک از کندانسور هوایی به‌عنوان واحد چگالش استفاده می‌شود. سیکل تبرید در این مدل به کمک کندانسور هوایی انجام‌شده و آب سرد تولید می‌شود. در چیلر دوم یعنی آب خنک، سیکل تبرید به کمک برج خنک‌کننده و آبی که تولید می‌کند صورت می‌پذیرد. همین مسئله سبب می‌شود که نوع اول بدون استفاده از آب کار خود را انجام دهد؛ اما نوع دوم بدون وجود آب نمی‌تواند بازدهی داشته باشد.
چیرهای جذبی و تراکمی و عملکرد آن‌ها
چیلرها دستگاه‌های خنک‌کننده‌ای هستند که از طریق جذب گرما از سیال، آب خنک تولید می‌کنند. این آب سرد برای مصارف گوناگونی همچون تبرید دستگاه‌های صنعتی، ایجاد هوای مطبوع در ساختمان‌ها و... استفاده می‌شود. هر دو دستگاه دارای اجزاء مختلفی هستند و عملکرد آن‌ها توسط این اجزاء انجام می‌شود. ازنظر نوع عملکرد، میزان مصرف آب و انرژی، ابعاد و اندازه، شرایط اقلیمی و... با یکدیگر متفاوت هستند.
منابع گزارش:
شرکت TRANE
شرکت CARRIER
شرکت DAIKIN
