کاربرد چیلر صنعتی و تهویه مطبوع

چیلر دستگاهی است که توانایی دفع گرما از محیط و فضای داخلی ساختمان ها را دارد و بدین صورت قادر به تامین سرمایش است. چیلر برای سیستم های سرمایشی و تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی و تجاری کاربرد وسیعی دارد اما طبق نتایج بدست آمده از گزارشگران ما در مصاحبه با  متخصصین شرکت مهندسی تهویه نگار، مشخص شد که چیلر در خطوط تولید و کارخانه های صنعتی نیز کاربرد قابل توجهی دارد. چیلرهای بکار رفته در فرآیندهای صنعتی با نام چیلر صنعتی شناخته می شوند که ممکن است بر اساس شرایط کاری، طراحی متفاوتی داشته باشند اما ساختار کلی چیلرهای تهویه مطبوع و صنعتی بسیار مشابه است.

انواع چیلر بر اساس سیکل کاری

طبق گفته کارشناسان و مهندسان تاسیسات مکانیکی ساختمان، مهم ترین شاخص تقسیم چیلرها بر اساس نوع سیکل کاری آن هاست که مبنای طراحی هر کدام را متمایز می کند. لذا طبق نحوه عملکرد، چیلرها در دو دسته کلی قرار می گیرند:

1. چیلرهای تراکمی
2. چیلرهای جذبی

چیلر تراکمی

چیلر تراکمی به سیستمی گفته می شود که در آن از کمپرسور استفاده شده و در واقع نشان دهنده سیکل سرمایش تراکمی است. این دستگاه با استفاده از اصول مهندسی مکانیک و سیکل تبرید تراکمی بخار، با انجام فرآیندهای ترمودینامیکی سبب کاهش دمای آب می شود. آب سرد شده داخل فن کویل گرمای فضای داخلی ساختمان را جذب کرده و مجدداً جهت خنک شدن و کاهش دما به چیلر تراکمی باز می گردد.

مهم ترین قطعات تشکیل دهنده چیلر تراکمی را می توان در 4 مورد بیان کرد:

1. کمپرسور : وظیفه آن تراکم سازی ماده مبرد در طی سیکل تبرید تراکمی بخار است
2. کندانسور : نقش تقطیر کننده یا چگالنده را دارد و گرمای موجود در ماده مبرد را به محیط منتقل می کند
3. شیر انبساط : سبب کاهش فشار مبرد و موجب آن کاهش دمای ماده سرمازا می شود
4. اواپراتور : قطعه ای است که در آن آب سرد تولید می شود که با نام تبخیر کننده هم شناخته می شود

چیلرهای تراکمی امروزه به دلایل متعددی بسیار مورد توجه طراحان و مهندسان مکانیک قرار گرفته است که بر اساس نوع کندانسور بکار رفته در آن ها، چیلر های تراکمی در دو دسته چیلر آبی (چیلر آب خنک) و چیلر هوایی (چیلر هوا خنک) قرار می گیرند. از جمله مزایای چیلرهای تراکمی این است که راندمان بسیار مطلوبی دارند که امروزه در سرتاسر جهان بحث بهینه سازی مصرف انرژی بسیار مساله ارزشمندی است. همچنین با پیشرفت علم مهندسی شیمی، ماده مبرد بکار رفته در چیلر تراکمی که پیش تر سبب آلودگی های زیست محیطی و اسیب به لایه اوزون میشد، بسیار بهبود یافته است.

یکی از ویژگی های مهم و منحصر به فرد چیلر تراکمی هوا خنک یا همان چیده هوایی، این است که بدون مصرف آب قادر به تولید آب سرد می باشد و به همین دلیل توانایی کار کرد در شرایط آب و هوایی مختلف را دارد و از آنجا که در ایران نیز با کمبود منابع آبی همراه هستیم، استفاده از چیلر هوایی یک مزیت محسوب می شود

کمپرسور حیاتی ترین قطعه بکار رفته در چیلر تراکمی است، اعم از چیلر هوایی یا چیلر آبی. اکثر تولیید کنندگان چیلر، از برندهای معتبر تولید کنندگان کمپرسور نظیر BITZER، HANBEL، FRASCOLD، REFCOMP، DANFOSS، COPELAND و... استفاده می کنند. گران قیمت ترین بخش چیلر تراکمی همین کمپرسور است که البته اگر بهترین نوع آن انتخاب شود و طراح یا تولید کننده دانش فنی و علم کنترل و یا ساخت اصولی چیلر را نداشته باشد، کارایی لازم را ندارد. به همین دلیل هموراه توصیه می شود که از تولیید کنندگان خوش نام که دارای سابقه خوبی در تولید سیستم ها و تجهیزات تهویه مطوع هستند بهره بگیرید.

یکی از مهم ترین چالش های موجود در حوزه چیلر های تراکمی، میزان مصرف برق است. به دلیل اینکه کمپرسور موجود در چیلر به وسیله یک الترموتور به حرکت در می آید، مصرف برق این دستگاه معمولا قابل توجه است و حتی در کشورهای اروپایی چیلر تراکمی با نام چیلر برقی هم شناخته می شود. به همین دلیل اکثر تولید کنندگان چیلر امروزه روش هایی نظیر کنترل مرحله ای کمپرسور و یا استفاده از اینورتر را در نظر می گیرند.

چیلر جذبی

دسته دیگری از چیلرهای رایج موجود درباز تهویه مطبوع، چیلرهای جذبی هستند. نکته قابل توجه در مورد چیلر جذبی این است که در سیستم چیلر جذبی نیازی به استفاده از واحد متراکم کننده یا همان کمپرسور نیست. این قطعه مهم ترین و گران قیمت ترین بخش چیلرهای تراکمی است که در چیلر جذبی به دلیل تغییر ماهیت سیکل کاری حذف شده است و بجای آن از تجهیزات دیگری نظیر ژنراتور، پمپ و جاذب استفاده شده است. ماده مبرد معمولا آب است و ماده جاذب نیز نمک مایع با نام علمی لیتیوم بروماید است.

در این سیستم جذبی به دلیل استفاده از سیکل تبرید جذبی و حذف کمپرسور، مصرف برق بسیار کاهش پیدا می کند و در مقابل برای راه انداری و روشن شدن چیلر جذبی، نیاز است آن را به یک منبع تامین کننده انرژی گرمایی متصل کنیم. به طور مثال می توان آن را به آب گرم موتورخانه یا نیروگاه های CHP وصل کرد و یا ممکن است در یک کارخانه به دلیل وچود اتلاف گرمایی در فرآیندهای تولید، آن را به سمت چیلر جذبی هدایت نمود. در چیلر جذبی دایرکت فایر از یک مشعل که معمولا سوخت فسیلی نظیر گازوئیل یا گاز طبیعی استفاده می کند، بهره می گیرند. از جمله مشکلات چیلرهای جذبی عبارتند از:

• استهلاک بالای چیلر جذبی به دلیل وچود ماده خورنده لیتیوم بروماید در سیکل کاری
• حساس بودن چیلر به دلیل کارکرد تحت شرایط خلاء
• احتمال ورود آلودگی و گرد و خاک محیط به دلیل شرایط خلاء
• پیچیده بودن تعمیرات و نگهداری چیلر جذبی
• کم بودن راندمان چیلرهای جذبی حتی در مورد چیلرهای دو اثره
• اشغال فضای زیاد

واقعیت امر این است که امروزه با پیشرفت در طراحی و ساخت چیلرهای تراکمی و راندمان مناسب آن ها، تولید و استفاده از چیلر جذبی در سرتاسر جهان کاهش یافته است و در معدود پروژه هایی در سطح جهان استفاده می شود.

چیلرهای جذبی هم بر اساس نوع طراحی، دارای ساختارهای متفاوتی هستند:

• چیلر جذبی تک اثره یا تک مرحله ای
• چیلر جذبی دو اثره یا دو مرحله ای
• چیلر جذبی شعله مستقیم یا دایکرت فایر

کاربرد چیلر

به طور کلی دستگاه سرد کن یا همان چیلر (chiller) که قادر به تولبد آب سرد است و از جریان آب خنم می توان دو هدف را دنبال کرد:

1. تهویه مطبوع
2. برودت صنعتی

منظور از تهویه مطبوع، ایجاد یک دما، جریان هوا و رطوبت مناسب در یک فضای سربسته همانند واحدهای مسکونی، تجاری، اداری، سالن های همایش، باشگاه ها، رستوران ها و ... است. اما برودت صنعتی معمولا در محیط های صنعتی نظیر کارگاه ها و کارخانه ها و با هدف خنک کاری ماشین آالات خطوط تولید و یا خنک کاری فرآیندهای تولید است.

چیلر صنعتی

اگر قصد داشته باشیم که از چیلر به عنوان یک سیستم خنک کننده در فرآیندهای صنعتی استفاده کنیم، ممکن است ملاحضاتی در ساختار و عملکرد چیلر در نظر گرفته شود و به همین دلیل چنین چیلرهایی را چیلر صنعتی می نامند. این به این معنا نیست که اصول و ساختار کلی دستگاه متفاوت باشد. فرض کنید برای یک دستگاه تزریق پلاستیک قرار است فرآیند کاهش دما پس از تزریق ماده پلیمری داشته باشیم که به مدت 24 ساعت به طور مداوم در حین فرآیند تولید در حال کار است. قطعا در چنین شرایطی طراحان بایستی فاکتورهای عملکردی بهتری را در نظر داشته باشند.

یه برای مثال، چیلرهای تهویه مطبوع در زمستان که هوا سرد است خاموش هستند اما چیلر یک کارخانه برای خطوط تولید در زمستان هم روشن و در حال کار است. چیلر صنعتی در صنایع گوناگونی کابرد دارد:

• صنعت سیمان
• صعنت کاشی و سرامیک
• تزریق پلاستیک و پلیمر
• صنایع نفت و پتروشیمی
• چاپ و بسته بندی
• پالایشگاه ها
• رنگ
• ذوب آهن و نورد فولاد
• صنعت خودرو

نتیجه گیری

مقیسه چیلر جذبی و تراکمی:

1. ضریب عملکرد (COP):  ضریب عملکرد بر مبنای شرایط یکسان (شرایط استاندارد تهویه) در چیلرهای تراکمی هوایی تا 3.5 و در چیلرهای تراکمی آبی تا 6 قابل دستیابی می باشد. این در حالی است که ضریب عملکرد چیلرهای جذبی در بهترین حالت (چیلرهای جذبی دو اثره) 1.4 خواهد بود.
2. ابعاد و وزن دستگاه: با اضافه شدن ژنراتور، جذب کننده و سایر تجهیزات جانبی، ابعاد چیلرهای جذبی نزدیک به دو برابر چیلرهای تراکمی در ظرفیت مشابه بوده و فضای بیشتری را برای استقرار در موتورخانه ملزم می سازند. بعلاوه با توجه به وزن بیشتر این چیلرها، بایستی زیرسازی و شاسی های مقاوم تری جهت جایگذاری چیلرهای جذبی پیش بینی شود.
3. هزینه خرید و سرمایه گذاری اولیه: هزینه خرید چیلرهای جذبی تک اثره، حدود 50 درصد و چیلرهای جذبی دو اثره (شعله مستقیم)، نزدیک به دو برابر از هزینه خرید چیلرهای تراکمی در ظرفیت مشابه، بیشتر است.
4. هزینه سرویس و نگهداری: هزینه های سرویس و نگهداریِ چیلرهای جذبی به علت وجود تجهیزات بیشتر، بزرگتر و حساس­­تر به مراتب در مقایسه با چیلرهای تراکمی بالاتر است. به خصوص آنکه فشار منفی موجود در سیستم چیلرهای جذبی، حساسیت و دقت بیشتری را جهت جلوگیری از نشتی و ورود اکسیژن می طلبد.
5. مصرف آب: به دلیل وجود جذب کننده در چیلرهای جذبی، نیاز به آب خنک کننده جهت دفع حرارت، نسبت به چیلرهای تراکمی آبی با ظرفیت مشابه، بیشتر است و این به معنای مصرف آب بیشتر و الزام استفاده از پمپ ها و برج های خنک کننده بزرگتر نیز می باشد.
6. مصرف انرژی: سوزاندن سوخت های فسیلی جهت تأمین منبع گرمایی ژنراتور در چیلرهای جذبی، علاوه بر انتشار مواد آلاینده بیشتر در محیط زیست، هزینه قابل توجهی را به سیستم نیز تحمیل می کند. این در حالی است که می توان مصرف برق بیشتر چیلرهای تراکمی را با بکارگیری سیستم های کنترلی هوشمند تا میزان قابل توجهی بهینه سازی نمود. به همین علت در مجموع، هزینه جاری چیلرهای جذبی که علاوه بر مصرف انرژی، شامل هزینه های مصرف آب و سرویس و نگهداری نیز می شود، در مقایسه با چیلرهای تراکمی بیشتر براورد می گردد.
7. شرایط اقلیمی: با توجه به الزام وجود برج خنک کننده در چیلرهای جذبی، امکان استفاده از این سیستم در مناطق مرطوب وجود ندارد. چراکه اساس کار برج­ های خنک کننده، سرمایش تبخیری بوده و وجود هوایی نزدیک به شرایط اشباع نمی تواند برای مکانیزم خنک کاری آنها مناسب باشد. در حالیکه به کمک چیلرهای تراکمی هوایی، بسادگی می توان حتی در شرایط هوایی کاملاً مرطوب، نیاز برودتی موجود را تأمین نمود.

در این گزارش به دلیل اهمیت چیلر در تهویه مطبوع یا برودت صنعتی، نگاهی داشتیم به انواع چیلر تراکمی و جذبی و تفاوت آن ها. چیلر تراکمی مصرف برق بالایی دارد اما به دلیل بالا بودن راندمان و تعمیرات و نگهداری آسان بیشتر مور توجه مهندسان و طراحان قرار گرفته است. چیلر جذبی به دلیل ماهیت سیکل کاری و نبود کمپرسور، مصرف برق کمی دارد اما به دلیل وجود ماده جاذب که خورندگی بالایی دارد، عمر کوتاهی دارن. از طرفی به دلیل اینکه چیلرهای جذبی تحت شرایط خلاء کار می کنند، همواره ممکن است به دلیل نفوذ جریان هوای محیط به داخل مدار چیلر، سبب از کار افتادن آن و ورود آلودگی‌های محیطی به آن شود.

چیلرهای جذبی همانند چیلرهای تراکمی آبی به برج خنک کننده یا همان کولینگ تاور نیازمند هستند اما چیلر تراکمی هوا خنک یا همان چیلر هوایی قادر است تنها با عبور جریان هوای محیط به وسیله فن از روی کندانسور هوایی آب سرد تولید کند به همین دلیل عملا نمیتوان در شهرهایی که نزدیک به دریا هستند و رطوبت بالایی دارند نظیر شهر های شمالی یا جنوبی کشور از چیلر تراکمی آبی یا چیلر جذبی استفاده کرد و بهترین گزینه چیلر تراکمی هوا خنک است.

یکی از سوالات همیشگی مشتریان در زمان خرید چیدن این است که چیلر صنعتی با چیلر تهویه مطبوع چه تفاوتی دارد در طول این مقاله بررسی کردیم که چیلر صنعتی یا تهویه مطبوع از لحاظ ساختار مشابه هم هستند و فقط ممکن است چیلرهای صنعتی به دلیل شرایط کاری متفاوت دارای ملاحظات فنی خاصی باشند و برای مثال گفتیم که چیلر صنعتی ممکن است حتی در فصل سرد سال یعنی پاییز یا زمستان هم تحت شرایط کاری قرار بگیرد.

منابع:

 شرکت مهندسی تهویه نگار

 وب سایت ویکی پدیا

 خبرگزاری آنا 

وب سایت شایا نیوز