چیلر هوا خنک سیستم برودتی (سرمایشی) است که هم در ساختمان های تجاری ، مسکونی ، اداری و غیره برای خنک کاری آب و پمپاژ آن به هواسازها و فن کویل های درون ساختمان (جهت کاهش دمای هوا و رطوبت زدایی) استفاده می شود و هم کاربردهای صنعتی برای خنک کردن فرآیندها ، دستگاه ها و ماشین آلات صنعتی (با آب سرد) دارد. قسمت های اصلی چیلر تراکمی هوا خنک عبارتند از کمپرسور و موتور الکتریکی کوپل شده به آن، کندانسور هوا خنک، شیر انبساط، اواپراتور، مبرد و لوله های انتقال دهنده مبرد و آب. واژه تراکمی به این خاطر به آن اطلاق می شود که فرآیند سرمایش بر اساس متراکم کردن مبرد توسط کمپرسور صورت می گیرد.

چیلر هوا خنک چگونه کار می کند؟

چیلر تراکمی هواخنک که به آن چیلر هوایی نیز گفته می شود، با استفاده از انرژی الکتریکی باعث ایجاد سرما و برودت می شود. چیلر هوایی بر پایه سیکل تبرید تراکمی کار کرده و از قسمت های اصلی کمپرسور با موتور محرک الکتریکی (الکتروموتور) ، کندانسور ، اواپراتور ، شیر انبساط الکترونیکی و مدار گردش آب سرد تولیدی از چیلر تشکیل می شود تا عمل سرد سازی آب را در مبدل حرارتی به نام اواپراتور انجام داده و آب سرد شده از طریق لوله کشی به دستگاه های خنک کننده هوای ساختمان مانند هواساز و فن کویل و یا کاربردهای صنعتی ارسال شود.

در چیلرهای هواخنک از کندانسور هوایی  به عنوان عامل چگالش (Condensation) در سیکل تبرید استفاده می شود که مبرد سوپرهیت خارج شده از کمپرسور حرارت خود را به کندانسور هوایی چیلر متشکل از فن‌هایی است که هوا را با شدت حول لوله‌های حامل گرمای اتلافی عبور می‌دهد و از طریق جریان اجباری ایجاده شده توسط فن های چیلر بر روی کندانسور ، مبرد داخل لوله های مسی تقطیر و مایع می شود. در چیلرهای هواخنک نیازی به برج خنک کننده یا آب برای خنک سازی کندانسور و چگالش مبرد وجود ندارد.

مقایسه چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک

از لحاظ مدارها در چیلرهای تراکمی، مدار یک چیلر تراکمی آب خنک دارای دو مدار آبی می باشد. اولین مدار آبی که شامل آب خنک کننده فن کویل ها و هواساز ها می باشد. این آب به وسیله پمپ چیلد واتر در مدار اواپراتور و دستگاه های خنک کننده می چرخاند و باعث انتقال حرارت می گردد سپس آب وارد چیلر می شود وگرمای آن توسط اواپراتورگرفته می شود در مدار سیکل مبرد تبخیر و گرمای خود را در کندانسور به آب پس می دهد سپس به وسیله پمپ گردش آب به برج خنک کننده دفع می گردد.

در چیلرهای هوا خنک  نیز همانند چیلرهای آب خنک ابتدا گرمای ساختمان که به وسیله فن کویل ها و هواساز ها از محیط گرفته شده به وسیله مدار اول آب از طریق اواپراتور به سیال مبرد داخل چیلر منتقل می شود و چیلر توسط سیکل تبرید خود و به وسیله کندانسورهای هوایی گرما را به محیط دفع می کنند. در چیلرهای تراکمی هوا خنک، دفع گرما به وسیله فن های های چیلر و جریان هوا روی لوله های کندانسور انجام می گیرد و مدار دوم لوله کشی آب که شامل برج خنک کننده و پمپ و مدار لوله کشی می باشد حذف می گردد که این خود باعث کاهش هزینه های نگهداری و اجرای پروژه می گردد. هزینه های نصب در چیلرهای هوا خنک به دلیل حذف برج خنک کننده و لوله کشی و پمپ های برج خنک کننده کمتر می شود. و همچنین هزینه تعمیر نگهداری نیز با توجه به نبود برج خنک کننده و دیگر اقلام بسیار کاهش می یابد. همچنین محل قرار گیری چیلر باید در یک فضای باز و محیط بیرون می باشد و فضای مناسب سرویس و فاصله از دیوار های جانبی باید طبق استاندارد سازنده رعایت گردد.

 

اجزای چیلر هوا خنک

  • کمپرسور، که معمولاً به شکل های اسکرو (مارپیچی)، اسکرال (حلزونی) و پیستونی (ضربه ای یا رفت و برگشتی) هستند.
  • کندانسور، دسته ای از لوله های افقی که حاوی مبرد گرم هستند. این لوله ها توسط تعدادی از ورق های نازک فلزی(فین) در محور عمودی احاطه شده‌اند. این ورق ها کمک می کنند گرما از لوله ها به سمت هوایی که از سمت بالای لوله ها و صفحات فلزی دمیده می شود منتقل شود.
  • فن های کندانسور، این فن ها هوا را از سمت جوانب به درون کویل های کندانسور میکشند و بعد آن را مجبور می کنند تا از بخش فوقانی خارج شده و وارد فضای آزاد محیط بیرون شود.
  • شیر انبساط، که مبرد را قبل از اینکه به اواپراتور وارد شود منبسط می کند.
  • اواپراتور، که جایی است که آب خنک شده تولید می شود و حرارت آب سرد برگشتی که قبلاً خنک بوده و اکنون گرم شده استخراج می شود تا به کندانسور فرستاده شود.

نحوه حرکت ماده مبرد در چیلر:

کمپرسور به عنوان نیروی محرک برای مبرد محسوب می شود. مبرد ابتدا کمپرسور را با حالتی گازی و فشار و دمایی بالا ترک می کند و بعد وارد کندانسور می شود. زمانی که مبرد وارد کندانسور می شود، از میان لوله های افقی عبور کرده و انرژی حرارتی خود را به هوای در حال گردش بر روی کندانسور که به وسیله فن های چیلر ایجاد می شود منتقل می کند. در همان حال که مبرد در حال انتقال گرمای خود است، متراکم شده و به فاز مایع می رسد. در طول زمان مبرد به مایعی اشباع شده با فشار بالا و دمایی متوسط می رسد و  کندانسور را ترک می کند. سپس مبرد وارد شیر انبساط خواهد شد. شیر انبساط جریان مبرد درون سیستم را اندازه گیری می کند. پایه‌ای‌ترین و ابتدایی‌ترین شکل این وسیله، شیر انبساط حرارتی است که جریان مبرد را به وسیله اندازه گیری دمای لوله در خروجی اواپراتور کنترل کرده و شدت جریان را تنظیم می کند تا دما را در نقطه‌ای که مد نظر است نگه دارد. شیر انبساط مبرد را گیر انداخته و فشار بالای کندانسور را حفظ می کند. درون شیر انبساط، روزنه‌ای کوچک اجازه عبور مقدار محدودی از مبرد را می دهد تا جریان را ادامه دهد. با عبور از این روزنه، مبرد به بخش کم فشار شیر انبساط می رسد. این افت ناگهانی فشار به مبرد اجازه منبسط شدن می دهد تا از فاز مایع به فاز گاز/مایع تبدیل شود. با رخ دادن این اتفاق فشار و دمای مبرد کم خواهد شد. مقدار مشابهی از مبرد عبور کرده و در نتیجه فضای بیشتری برای انبساط و پر کردن این شکاف و اختلاف وجود دارد. سپس مبرد وارد اواپراتور شده و از میان مجموعه‌ای از لوله ها یا صفحاتی که توسط آب خنک احاطه شده‌اند و در خلاف جهت همدیگر در جریان هستند عبور می کند. با گذر زمان مبرد گرمای ناخواسته موجود از برگشت آب خنک را به خود گرفته، با فشار و دمایی پایین و در حالت گاز اشباع شده، از اواپراتور خارج می شود. آب خنک شده نیز گرمای خود را به مبرد خواهد داد و اواپراتور را با دمایی حدود 7 درجه سانتی گراد (44.6 درجه فارنهایت) ترک میکند.

کاربرد آن در صنعت:

در کاربرد صنعتی این آب سرد برای خنک کاری ماشین آلات استفاده می شود. جالب اینجاست که این نوع از چیلرها علاوه بر اینکه کاربرد گسترده ای در صنعت تهویه (سیستم سرمایشی انواع ساختمان ها) دارند، به عنوان پر کاربرد ترین دستگاه سرمایشی در صنعت هم استفاده می شوند. یعنی آب سرد چیلر به طور گسترده در خنک کاری انواع فرآیندها و دستگاه های صنعتی (هر جایی در صنعت که به خنک کاری نیاز باشد) کاربرد دارد. برای مثال می توان آن را به یک مبدل حرارتی متصل و برای مثال اسید سولفوریک داغ یک فرآیند صنعتی را با استفاده از آب سرد چیلر خنک نمود.

مهمترین مزایای چیلر هوا خنک

  • متعلقات کولینگ تاور (برج خنک کننده) عبارتند از پمپ، فن برج، بدنه اصلی و بزرگ برج، پکینگ، لوله کشی های مربوطه و … که در نوع هوا خنک وجود ندارند.
  • چیلر هوا خنک مزایای دیگری نیز دارد که آن کاهش هزینه های مربوط به نگهداری و تعمیرات به علت حذف برج و آب موجود در آن است. زیرا آب موجود در برج به علت تماس مستقیم با هوا برای خنک شدن، محیطی بسیار مناسب برای رشد باکتری و میکروارگانیسم هایی است که باید به طور دوره ای پاکسازی شوند. در ضمن در مناطقی که با مشکل تامین و مصرف آب مواجه هستیم، بهترین گزینه نوع هوا خنک است زیرا بر خلاف نوع آب خنک، در آن مصرف آب وجود ندارد.
  • این دستگاه دارای ساختار نسبتا ساده ای (بر خلاف چیلرهای جذبی یا سیستم هایی مثل VRF) است که در میان انواع دستگاه های سرمایش مرکزی به کمترین حد از نگهداری نیاز دارد.
  • قابلیت نصب در فضای باز (بدون اشغال فضای موتورخانه) را دارد.
  • لوله کشی بین چیلر و فن کویل های داخل ساختمان از نوع بسیار ساده و ارزان قیمت فولادی است. (بدون نیاز به لوله کشی مسی و هزینه های گزاف آن)
  • دمای هوای خروجی از هر فن کویل را می توان با استفاده از کنترل و توسط هر کاربر به طور مستقل تنظیم کرد. یعنی اینکه همه فن کویل ها همزمان خاموش یا روشن نمی شوند و همگی با یک دما کار نمی کنند. بلکه هر فن کویل را می توان جداگانه تنظیم کرد و بدین ترتیب ضمن ایجاد شرایط آسایش مطلوب برای هر اتاق یا بخش، در مصرف انرژی (با خاموش کردن فن کویل هایی که نیازی به روشن ماندن ندارند) به میزان قابل توجهی صرفه جویی نمود.
  • آب سرد جاری در لوله های فن کویل ها و هواسازها در ماه های گرم سال باعث می شود که بخار آب موجود در هوا (رطوبت هوا) به شکل قطره در سطح لوله ها درآمده و رطوبت هوا کاهش یابد. قطرات آب در سینی کف فن کویل ها جمع آوری شده و تخلیه می شوند.

معایب چیلر تراکمی هوا خنک

  • چیلر آب خنک معمولا ارزانتر از چیلر های هوا خنک هستند در حقیقت هزینه اولیه زیاد چیلرهای هوا خنک بسیاری از کارفرمایان را از انتخاب این نوع سیستم خنک کننده باز می دارد .
  • چیلر آب خنک کارآمد تر هستند به ابن مفهوم که قدرت خنک کنندگی آب از هوا بیشتر است .
  • مشکل در فراهم کردن فضای مناسب جهت گردش هوای تازه بر روی چیلر نیز یکی از معایب چیلرهای هوایی می باشد .
  • نویز و صدایی که بدلیل مکیدن هوا در چیلر هوا خنک ایجاد می شود بعضا آزار دهنده است .
  • با توجه به اینکه بدنه چیلرهوا خنک در محیط سر باز باید نصب شود بدنه دستگاه عمری کمتری نسبت به نمونه های آب خنک دارد چرا که باران و نور خورشید باعث فرسودگی زود هنگام این سیستم ها نسبت به چیلر تراکمی آب خنک که در موتورخانه و محیط امن نصب می گردد، خواهد شد.

نتیجه گیری

در یک جمع بندی ساده باید بگوییم که نیاز دقیق یک پروژه و مقایسه سیستم های مختلف تبرید و تهویه مطبوع در پروژه های مختلف، نیاز به اطلاعات کافی و بررسی آن توسط متخصصان این حوزه دارد که با در نظر گرفتن عوامل مختلف فنی و اقتصادی بهینه ترین سیستم را انتخاب و طراحی نمایند. امروزه در کشور ایران به دلیل مشکلات کمبود آب و هزینه نگهداری و شستشوی دائم کندانسورهای آب خنک، استفاده از چیلر هواخنک پرکاربردتر از چیلرهای آبی هستند ولی لازم به در نظر گرفتن این نکته است که در بسیاری از موارد مانند پروژه هایی که به چیلرهای با ظرفیت های بسیار بالا نیاز دارند چیلرهای آب خنک که راندمان بسیار بالاتری دارند نسبت به هواخنک ارجحیت دارند.

منبع: https://ttmenterprise.com