چیلر

چیلر ماشینی است که از طریق یکی از سیکل­ های تبرید و مبدل­ های حرارتی گرما را از یک مایع می زداید و برای خنک کردن تجهیزات و یا جریان­ های فرایندی، استفاده می کند.

سرمایش (تبرید) عبارت است از ایجاد شرایطی برای کاهش دمای یک محیط یا یک ماده، نسبت به محیط آن. به بیان دیگر تبرید، انتقال گرما از یک محیط با دمای پایین تر به یک محیط با دمای بالاتر است. این تعریف پایه گذار مبحث سرمایش در صنعت تهویه مطبوع است.

در گذشته، سرمایش به کمک نگهداری یخ و برف فشرده در محفظه­ های مخصوص فراهم می­ شد. نزدیک به 200 سال پیش مایکل فارادی از طریق مجموعه آزمایشاتی موفق به ارائه مبنایی برای کار ماشین های جذبی شد. اولین ماشین تبرید دستی بر این مبنا در انگلستان تحولی در صنعت تبرید به وجود آورد. بعدها سیکل جذبی با استفاده از آمونیاک بعنوان ماده جاذب و آب به عنوان مبرد توسط فردیناند کاره مورد استفاده قرار گرفت، که مبنای اولین چیلر جذبی بود.

از مهمترین الزامات هر ساختمانی و به عبارتی قلب تپنده­ ی آن سیستم تهویه مطبوع آن است، این مهم در ساختمان های بزرگ با استفاده از چیلر انجام می پذیرد، چیلر ماشینی است که گرما را از یک مایع و از طریق یک چرخه بخار فشرده (Vapor Compression) و یا تبرید جذبی (Absorption Refrigeration) می­زداید که این مایع نهایتاً پس از عبور از یک مبدل حرارتی برای خنک کردن تجهیزات، و یا یک جریان فرآیندی مانند هوا یا آب استفاده می­ شود. از طرفی گرمای تلف شده به عنوان یک محصول جانبی شناخته می­ شود که بایستی در محیط آزاد شده و یا برای یک فرآیند گرمایشی استفاده شود. موارد مورد توجه در طراحی و انتخاب چیلرها شامل عملکرد، بازده، تعمیر و نگهداری، و اثرات زیست محیطی چرخه عمر محصول است. چیلرها معمولاً در دو نوع چیلر جذبی و  چیلر تراکمی ساخته می شوند که عموما در موارد زیر کاربرد دارند:

  • دستگاه‌های سرد كننده خانگی
  • تهویه مطبوع و تهویه صنعتی
  • نگهداری مواد غذایی
  • صنایع شیمیایی

چیلر تراكمی

در چیلر تراکمی گاز ابتدا توسط کمپرسور، متراکم می‌گردد. این گاز سپس به کندانسور وارد شده توسط آب یا هوای محیط، خنک شده و به مایع تبدیل می‌شود. این مایع با عبور از شیر انبساط یا لوله موئین وارد خنک کننده (اواپراتور) می‌شود که در فشار کمتری قرار دارد، این کاهش فشار باعث تبخیر مایع گردیده و مایع سردکننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط، باعث ایجاد برودت در موادی که با قسمت خنک کننده در ارتباط هستند می‌شود. پس از آن گاز حاصل از تبخیر، به کمپرسور منتقل می‌شود. با عبور سریع بخار در خلاء کندانسور، به علت تبدیل بخار به آب و اختلاف حجم بین بخار و آب، مایع ایجاد می‌گردد. اجزای یک سیکل تبرید تراکمی و نحوه کارکرد آن به شرح زیر است:

كمپرسور (Compressor): بخار را از اواپراتور مكیده و دما و فشار آن را به حدی افزایش می‌دهد كه بتواند با عامل تقطیر معمولی تقطیر شود.

لوله گاز داغ یا تخلیه (Discharge Line): خار پر فشار و با دمای زیاد را از خروجی كمپرسور به كندانسور می‌رساند.

كندانسور (Condenser): سطح تبادل حرارتی لازم برای انتقال حرارت از بخار مبرد گرم به عامل تقطیر را فراهم می‌نماید. كندانسورها در زمره مبدل­های حرارتی قرار می­ گیرند كه در آنها حرارت بخار مبرد به عامل تقطیر (مثلاً هوا یا آب) منتقل شده و در اثر آن بخار مبرد ابتدا تا دمای اشباع سرد شده و سپس به مایع تبدیل می‌شود. به طور كلی كندانسورها بر سه نوع هستند:

  1. کندانسور هوایی (هوا خنک)
  2. کندانسور آبی (آب خنک): كندانسورهای دو لوله‌ای، پوسته و كویل، پوسته و لوله
  3. كندانسور تبخیری

در كندانسورهای هوایی از هوا به عنوان عامل تقطیر استفاده می­ شود در حالی كه در كندانسورهای آبی عامل تقطیر مبرد آب است. در كندانسورهای تبخیری، از هر دو عامل  هوا و آب استفاده می‌شود. در كندانسورهای تبخیری، دمای هوای عبوری مقداری افزایش می‌یابد اما تقطیر مبرد عمدتاً از تبخیر آب پاشیده شده بر روی كندانسور ناشی حاصل شده و هوا جهت افزایش شدت تبخیر با رفع بخار آب بکار می­رود. جریان هوا در كندانسور های هوایی ممكن است به دو صورت جریان طبیعی (كاربرد یخچال ها و فریزرهای خانگی) و  جریان اجباری (جریان هوا به وسیله فن یا دمنده) باشد.

مخزن ذخیره مایع (Receiver Tank): تقطیر شده را ذخیره می‌نماید و جریان ثابتی از مایع مورد نیاز را به اواپراتور برقرار می‌كند.

لوله مایع (Liquid Line): مبرد مایع را از مخزن ذخیره به کنترل كننده ماده مبرد می‌رساند.

شیر انبساط (Exp. Valve): مقدار مناسبی از مبرد را به اواپراتور می‌رساند و فشار آن را طوری كاهش می‌دهد كه مایع بتواند در دمای پایین مورد نظر، تبخیر شود.

اواپراتور (Evaporator): یک مبدل حرارتی (Heat Exchanger) است که امکان انتقال انرژی حرارتی مایع  به گاز مبرد را فراهم می­ کند. در طول تغییر حالت مایع  به گاز، مبرد بدون تغییر دما مقدار زیادی حرارت را جذب می­ کند. اواپراتورها از نظر ساختمان به 3 دسته زیر تقسیم می‌شوند و موارد دیگر از مشتقات این سه نوع است:

  1. پوسته و لوله (Shell & Tube type Evaporator): معمولاً از لوله‌های فولادی و مسی ساخته می‌شوند. از این نوع كویل برای سرد كردن مایعات استفاده می‌شود
  2. صفحه‌ای (Plate type Evaporator): از دو صفحه فلزی كه بر روی آن شیارهایی برای عبور مبرد ایجاد شده‌ ساخته شده‌ است. این نوع اواپراتورها به دلیل امكان شكل پذیری به فرم دلخواه، تولید اقتصادی و سهولت تمیز كردن در یخچالها و فریزرهای خاگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نوع دیگر، از لوله‌ای واقع بین دو صفحه فلزی تشكیل شده است صفحات در انتها به یكدیگر جوش می‌شوند. در این اواپراتورها برای ایجاد تماس حرارتی مطلوب بین صفحات و لوله حامل مبرد، فضای بین صفحات را با محلول اتكتیك پر می‌كنند.
  3. اواپراتورهای فین دار (Finned type Evaporator): در جاهایی که انتقال حرارت جابجایی اندک باشد برای جبران این کمبود با افزایش سطح تماس از طریق اضافه نمودن پره یا فین­، انتقال حرارت را افزایش می­ دهند.

 لوله مكش (Suction Line): بخار كم فشار را از اواپراتور به مكش كمپسور انتقال می‌دهد.

انواع چیلر تراکمی

به طور کلی چیلرهایی که از سیکل تراکمی بهره می­برند به دو نوع کنداسور هوایی (هوا خنک) و کنداسور آبی (آب خنک) و سانتریفیوژ (Centrifugal) تقسیم می­ شوند. این طبقه­ بندی­ها نیز خود با تنوع در نوع کمپرسور مورد استفاده در سیکل به دسته­ های دیگری تقسیم می­ شوند. امروزه متداولترین آنها که در محصولات شرکت تهویه نیا نیز موجود است چیلر اسکرو (Screw) و چیلر اسکرال (Scroll) است.

چیلر اسکرو

نسل جدیدی از چیلر در صنعت تهویه مطبوع، چیلر اسکرو هستند. وجه تسمیه آن استفاده از کمپرسورهای مارپیچ یا اسکرو است. از ویژگیهای مهم این کمپرسورها قابلیت کنترل ظرفیت، راندمان بالا نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی، جریان راه اندازی پایین، تعداد قطعات کم و … است.

كمپرسورهای بکار رفته در دستگاههای چیلر اسکرو (Screw) شرکت تهویه نیا همگی از نوع نیمه بسته و بدون کاسه نمد (Semi hermetic) است که از نوع كمپرسوهایی با جابجایی مثبت هستند. از مزایای این کمپرسورها  صدا و ارتعاش كم، ساختار بسیار ساده نسبت به کمپرسورهای پیستونی (27 قطعه در مقابل 268 قطعه)، جریان یكنواخت مبرد و سیستم روغن كاری مخصوص بدون نیاز به پمپ است.

چیلر تراکمی آب خنک و هوا خنک اسکرو هیتاچی

چیلر اسکرال

چیلر اسکرال نام خود را از کمپرسور بکار رفته در سیکل تبرید خود گرفته­ است. ساختمان این کمپرسورها از دو حلزون غیر هم محور تشکیل شده که یکی ثابت و دیگری متحرک است. این کمپرسور نیز مانند نوع اسکرو از نسل جدید و جایگزین کمپرسورهای رفت و برگشتی است.

چیلر تراکمی هوا خنک و آب خنک اسکرال گری

چیلر سانتریفیوژ خورشیدی

با شرایط حاکم به جهان و شرایط محیط زیست امروزه صرفه جویی در مصرف انرژی تبدیل به الزام شده است و به عبارتی یک “باید” است و نه “انتخاب”.

اگر با این ضریب و شتاب اقدام به مصرف انرژی­های فسیلی و مواد معدنی کنیم نفت و گاز بیشتر از 50 سال دوام نخواهد داشت و ذغال سنگ تا حداکثر 100 سال آینده تمام خواهد شد و مواد معدنی، مس، آلومینیوم، روی و قلع تا 20 سال دیگر به اتمام خواهد رسید. به دلیل تجدید ناپذیر بودن این منابع برای دوام و استفاده طولانیتر راهی جز صرفه جویی و ذخیره بخشی از این منابع برای آیندگان نیست.

تهویه مطبوع مرکزی در ساختمان­های مسکونی، اداری و تجاری که 60% مصرف انرژی ساختمان را به خود اختصاص می­ دهد از جمله مسائل چالشی برای صنعت تهویه مطبوع و سرمایش به حساب می ­آید که باید در جهت کنترل و کاهش مصرف و صرفه جویی واقعی انرژی آن راهی یافت.

یکی از انواع چیلرهای تراکمی، چیلر سانتریفیوژ است که به دلیل نوع طراحی و کارکرد کمپرسورها و نحوه سیکل تبرید متفاوتی که در قیاس با سایر چیلرها دارد و دارای ضریب عملکرد (COP) و راندمان کاری بالاتری (ضریب عملکرد تا 8/8) است. معمولاً وقتی از كمپرسورهای سانتریفیوژ استفاده می‌شود كه حجم بخار ورودی به كمپرسور خیلی زیاد باشد. به عبارت دیگر كمپرسورهای گریز از مركز از نوع ماشین‌های با ظرفیت بالا و از نظر ساختمان مشابه پمپ‌های سانتریفوژ است و بر اساس نیروی گریز از مركز كار می‌كنند. از مهمترین مزایای این دسته از چیلرها، تامین بارهای سرمایشی زیاد با استفاده از یک چیلر، ضریب عملکرد و راندمان بالا، سر و صدای بسیار کم، لرزش پائین، هزینه تعمیرات و نگهداری پائین به دلیل تکنولوژی بالا و عدم خرابی زودهنگام، اشغال فضای کمتر در ظرفیت های بالا در مقایسه با سایر انواع چیلر، قابلیت ارائه در دماهای کاکرد متفاوت، کنترل پذیری خطی و در نهایت مصرف انرژی پائین است.

هم اکنون شرکت تهویه نیا به عنوان نماینده رسمی شرکت گری در ایران که همواره در جهت راههای کاهش مصرف انرژی در سیستم تهویه مطبوع بوده است، اخیرا موفق به ارائه اولین چیلر سانتریفیوژ DC اینورتر با ضریب عملکرد بالا و امکان کارکردن با صفحات خورشیدی PV با تکنیک اتصال مستقیم (Direct driven) گردیده است که امروزه به عنوان راه حلی برای صرفه جویی انرژی تهویه مطبوع مرکزی با استفاده از انرژی تجدیدپذیر و پاک خورشید و مدیریت هوشمند چیلر مطرح است. نسل جدید چیلرهای سانتریفیوژ خورشیدی با نام چیلر سانتریفیوژ DC اینورتر فتوولتائیک، با مبرد R134a، کنترل ظرفیت پیوسته، راندمان بالا، قابلیت اتصال به پنل های خورشیدی جهت تامین برق مصرفی چیلر و نوع اواپراتور و کندانسور پوسته و لوله (SHELL & TUBE) ارائه می­ شود.

چیلر تراکمی آب خنک سانتریفیوژ خورشیدی گری

چیلر جذبی

چیلر جذبی نوعی از چیلر است که با استفاده از چرخه تبرید جذبی و استفاده از حرارت حاصل از شعله مستقیم، آب گرم یا بخار، عمل سرما سازی را انجام می­ دهد. در چیلرهای جذبی برخلاف چیلرهای تراکمی از جذب کننده (Absorber) و مولد حرارتی (Generator) بجای کمپرسور استفاده می‌شود.

عمومی‌ترین خنک‌کننده در چیلرهای جذبی سیستم لیتیوم برماید است. در این سیستم، در قسمت جذب کننده، بخار آب توسط لیتیوم برماید غلیظ جذب شده و در قسمت مولد حرارتی، آب بر اثر حرارت تبدیل به بخار می‌شود. بخار آب در کندانسور به حالت مایع در می‌آید و سپس در خنک‌کننده دوباره به بخار تبدیل می‌گردد و آب برای اینکه تبخیر گردد گرمای نهان خود را از محیط خنک‌کننده می‌گیرد و باعث ایجاد برودت می‌گردد سپس بخار آب ایجاد شده در خنک‌کننده به جذب کننده منتقل می‌شود و دوباره این چرخه تکرار می‌شود. اجزای کلی چیلر جذبی به شرح زیر است :

اواپراتور: مبرد توسط سیستم توزیع خاصی بصورت کاملاً یکنواخت روی دسته لوله های آب برگشتی از ساختمان ریخته و بدلیل فشار پائین محفظه اواپراتور تبخیر شده و باعث سرد شدن آب داخل لوله ها می‌شود.

ابزربر: لیتیوم بروماید توسط سیستم توزیع بصورت کاملاً یکنواخت روی لوله­ ها می­ ریزد، بخار مبرد تولید شده در اواپراتور توسط محلول لیتیوم بروماید در ابزربر جذب می شود.

ژنراتور: محلول لیتیوم بروماید که پس از جذب بخار مبرد در ابزربر رقیق شده برای احیا شدن وارد ژنراتور شده و حرارت می بیند، در اثر حرارت دریافتی بخار مبرد از لیتیوم بروماید جدا شده و محلول لیتیوم بروماید غلیظ شده برای استفاده مجدد از طریق مبدل حرارتی راهی ابزربر می شود.

کندانسور: بخار مبرد تولید شده توسط ژنراتور در کندانسور بدلیل تبادل حرارت با آب ورودی از برج خنک کننده تقطیر شده و جهت استفاده مجدد راهی اواپراتور می شود.

 انواع چیلر جذبی

  1. تک اثره (Single effect)

    که خود به سه دسته چیلرهای تک اثره با تغذیه بخار، تک اثره با تغذیه آب داغ (دمای بالای ۱۰۰ درجه سانتیگراد) و تک اثره با تغذیه آب گرم (دمای زیر ۱۰۰ درجه سانتیگراد) تقسیم می‌شوند که نحوه کار آنها مشابه بوده و همگی دارای حداقل یک مولد حرارتی هستند.

  2. دو اثره (Double effect)

    که به دو دسته دو اثره با تغذیه بخار و دو اثره با شعله مستقیم طبقه‌بندی می‌شوند. این چیلرها، جزء نسل جدید چیلرهای جذبی بوده و دارای سیکل تبرید کاملتری نسبت به چیلرهای جذبی تک اثره‌ است. چیلر جذبی شعله مستقیم نیز از این دسته بوده که با قرار دادن ژنراتور دما پایین در سیکل و استفاده از سیستم تهویه مطبوع با اختلاف دمای بالا راندمان بالای (COP = 1.43) ارایه می­­ دهد.

چیلر جذبی آب گرم (Hot water Absorption Chiller)

در چیلر های جذبی آب گرم مولد حرارتی از آب گرم تغذیه می کند.

چیلر جذبی بخار (Steam Fired Absorption Chiller)

چیلر جذبی بخار دارای مولد حرارتی است که با بخار داغ تغذیه می شوند.

چیلر جذبی شعله مستقیم (Direct Fired Absorption Chiller)

چیلر جذبی شعله مستقیم  از  نسل جدید چیلر های جذبی بوده که مبدل حرارتی آن به صورت مستقیم با شعله در تماس است.

چیلر جذبی شعله مستقیم هیتاچی

مزایای چیلر تراکمی نسبت به چیلر جذبی

  • چیلر تراکمی با توجه به نوع ماده مبرد و داشتن کمپرسور در ظرفیت‌های برابر، از چیلر جذبی کم‌حجم‌ترند و جای کم تری اشغال می‌کنند. در واقع از لحاظ وزنی و حجمی چیلر تراکمی آب خنک نسبت به چیلر جذبی فضای کمتری در موتورخانه اشغال می کند و از لحاظ حجمی و وزنی در حدود ½ چیلر مشابه جذبی وزن و حجم دارند.
  • ضریب عملکرد (COP) بالاتر نسبت به چیلر جذبی مشابه.
  • مصرف انرژی اولیه کمتر
  • مصرف آب کمتر
  • امکان استفاده بهینه از سیستم‌های جذبی خصوصا در ظرفیت‌های زیاد در مناطق گرم و مرطوب وجود ندارد. اما در همین مناطق می­توان از چیلرهای تراکمی استفاده نمود.
  • اثرات به مراتب کمتر زیست محیطی نسبت چیلر جذبی.
  • پیک زدایی مصرف برق در ساعات اوج بار (ساعات 19 الی 23) با استفاده از سامانه کنترلر سرمایش تراکمی
  • ظرفیت پائین تر برجهای خنک کن و سیستم پمپاژ به برجها

مقایسه بین چیلرهای مذکور، تنها در صورتی قابل انجام است که امکان انتخاب انواع چیلر وجود داشته باشد، در غیر اینصورت مقایسه و نتیجه گیری در مورد نوع خاصی، صحیح نیست. پارامترهایی از قبیل: شرایط آب و هوایی، قیمت دستگاه،  قیمت انرژی، هزینه نگهداری، عمر مفید تجهیزات، ابعاد دستگاه، تجهیزات پیرامونی، هزینه نصب، هزینه بیمه و مالیات دستگاه، هزینه انرژی مصرفی و … از عوامل محدود کننده امکان استفاده از انواع چیلرها است. با توجه به هزینه های بالای انرژی و هزینه های بسیار بالایی که آلایندگی تجهیزات سرمایشی و گرمایشی به کشور وارد می کند، لازم است مهندسین و دست اندکاران صنعت تهویه مطبوع، ضمن در نظر گرفتن سیاستهای کلان کشور در زمینه انرژی، محاسبات هزینه های اقتصادی طرح را قبل از انتخاب تجهیزات انجام دهند و براساس آن اقدام به انتخاب تجهیزات و تهیه طرح خود نمایند.

مینی چیلر

همانطور که از نام مینی چیلرها برمی­ آید این دستگاه­ها چیلرهای كوچكی هستند كه در فضا­هایی استفاده می­ شوند كه نیاز به سرمایش و گرمایش مستقل دارند. مکانیزم تغییر مدار سرمایی به گرمایی و بالعکس توسط شیر چهارراهه معکوس کننده جریان گاز انجام می­ گردد. با استفاده از این دستگاه­ها مشكلات مربوط به موتورخانه مركزی حذف خواهد شد. عموما مینی چیلرها از کندانسورهای هوا خنک بهره می ­برند. در واقع مینی­ چیلرها پمپ­ های حرارتی هستند كه می­ توانند آب گرم مورد نیاز در زمستان را نیز فراهم نمایند. برخی مینی چیلرها با بکارگیری مشعل، آب گرم مورد نیاز را تامین می­ کنند.

از مزایای مینی چیلر می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • از سیستم های مستقل تهویه آپارتمانی
  • دارای تنوع ظرفیت در تناژ برودتی
  • قابل نصب در تراس و یا پشت بام
  • دارای کمپرسور اسکرال هرمتیک
  • صدا حجم و وزن کم
  • دارای ضریب عملکرد بالا
  • نصب و راه اندازی سریع و آسان
  • قابل ارائه بصورت سرد یا سرد و گرم
  • قابل اتصال به سیستم­ های گرمایی

شرکت تهویه نیا به عنوان نماینده­ انحصاری برند گری مینی چیلرهایی در قالب یکپارچه و دو پارچه ارائه می­ دهد که می­ تواند بازه توان سرمایشی گسترده­ ای را پوشش دهد.

مینی چیلر دوپارچه یا روبروزن گری

مینی چبلر دوپارچه گری در بازه­ 2 تا 5 تن تبرید و مینی ­چبلر یکپارچه­ گری در ظرفیت 6 تا 13 تن تبرید قابل ارائه است.

مینی چیلر یکپارچه یا بالازن گری