راندمان چیلر چیست و چه اهمیتی دارد؟ مهم ترین کاربرد آن کجاست؟ راه های موثر برای افزایش راندمان چیلر کدام اند؟ چیلرها قسمت اصلی موتورخانه سرمایشی بوده و وظیفه تولید برودت را بر عهده دارند. این برودت در واقع توسط انرژی الکتریکی ایجاد می شود. این موضوع در چیلرهای تراکمی که از کمپرسورهای تبرید برای به حرکت درآوردن مبرد استفاده می کنند، مهم تر تلقی می شود. در ادامه به بررسی کامل راه های افزایش راندمان چیلر میپردازیم.
راندمان چیلر و اهمیت بهبود آن
بیشترین سهم از مصرف انرژی سرمایشی صرف کمپرسور چیلر می شود. در برخی از تأسیسات و ساختمان ها، بیشتر از نصف انرژی مصرفی مختص چیلرها است. منظور از راندمان یا بازدهی در سیستم های تبرید مانند چیلر، همان ضریب عملکرد یا COP است.
در برخی موارد نیز از مقیاس دیگری همچون نسبت بازده انرژی یا EER نیز استفاده می شود. ضریب عملکرد یک چیلر را می توان نسبت ظرفیت برودتی خروجی (در بار اسمی) به توان الکتریکی مصرف شده تعریف کرد. بدین معنا که به ازای تولید هر واحد توان برودتی، چقدر انرژی الکتریکی مصرف شده است.
با توجه به تعریف ضریب عملکرد یا بازدهی چیلر، مشخص است که افزایش COP باعث تولید ظرفیت برودت مورد نظر با صرف انرژی الکتریکی کمتر و هزینه کمتر خواهد بود. این موضوع یکی از مهم ترین مسائل در طراحی چیلرها بوده که مهندسان سعی دارند بازدهی چیلر را افزایش دهند.
این موضوع باعث شده تا پیشرفت هایی در این حوزه در سال های گذشته انجام شود و این روند کماکان مانند نمودار شکل زیر ادامه داشته باشد. عمده پیشرفت مهندسان برای افزایش راندمان چیلر ناشی از افزایش فناوری و ارتقای کمپرسورها و مبدل های حرارتی چیلر است. ( با انواع مبدل حرارتی بیشتر آشنا شوید. )
چیلرهای با بازده پایین، علاوه بر مصرف انرژی بیشتر، قابلیت اعتماد کمتری داشته و نیازمند تعمیر و نگهداری بیشتر و طول عمر پایین تری خواهند بود. تغییرات کوچک در عملکرد یک چیلر تراکمی می تواند تأثیر زیادی بر بازده آن داشته باشد.
به طور مثال، هر درجه سانتی گراد افزایش دمای آب در قسمت کندانسور چیلرهای آب خنک، باعث کاهش 2 الی 4 درصدی راندمان چیلر خواهد شد. در چنین شرایطی در صورت نادیده گرفتن برنامه بازرسی و تنظیم دمای آب خنک کاری یا تنظیم اشتباه آن، بازده چیلر 10 الی 35 درصد کاهش خواهد یافت.
با توجه به مطالب ذکر شده مشخص است که راندمان چیلر اهمیت بالایی در مصرف انرژی و هزینه های بهره برداری خواهد داشت. به همین دلیل سعی شده تا در ادامه مطلب روش های افزایش راندمان یا بازدهی چیلرها معرفی شود.
راه های افزایش راندمان چیلر چیست؟
برای افزایش بازدهی چیلر روش های مختلفی وجود دارد که برخی از مهم ترین آن ها در این بخش معرفی می شود. هر کدام از این روش ها به مقدار متفاوتی باعث کاهش مصرف انرژی طی یک دوره مشخص (معمولا سالیانه) خواهد شد.
کمپرسور اینورتر
از آنجا که کمپرسور چیلر تراکمی به عنوان قسمت اصلی چیلر، بیشترین مصرف برق را دارد، بدیهی است که تمرکز بسیاری از طراحان و مهندسان برای افزایش بازدهی چیلر، بر روی این بخش متمرکز شود.
کمپرسور چیلرهای معمولی به صورت تک دور و چند دور بوده، اما چیلرهای به روزتر از کمپرسورهای دور متغیر یا اینورتر دار استفاده می کنند. این موضوع باعث می شود تا با توجه به ظرفیت برودتی مورد نیاز، دور کمپرسور نیز به طور پیوسته تغییر کرده و همواره در نزدیکی نقطه بهینه خود کار کند.
این موضوع باعث می شود تا مصرف انرژی کمپرسور کاهش یافته که به معنای افزایش بازدهی چیلر خواهد بود. البته در این مورد، استفاده از چیلر در ظرفیت های پایین مؤثرتر است، یعنی استفاده از کمپرسور اینورتردار گزینه مناسب تری خواهد بود. استفاده از کمپرسورهای اینورتر دار می تواند تا 20 درصد افزایش بازدهی را به دنبال داشته باشد.
افزایش دمای اواپراتور
همانطور که می دانیم، کمپرسور سیال مبرد با دما و فشار کم را از اواپراتور دریافت نموده و آن را فشرده می کند. طی فرایند فشرده سازی، دمای مبرد نیز افزایش یافته و در نهایت جهت خنک سازی به کندانسور منتقل می شود. ( درباره کندانسور تبخیری بیشتر بخوانید )
بنابراین راه دیگری که موجب کاهش مصرف انرژی در کمپرسور و افزایش راندمان چیلر می شود، افزایش دما و فشار مبرد خروجی از اواپراتور است. به عبارت دیگر هر چه اختلاف بین دمای مبرد در اواپراتور و کندانسور کاهش یابد، مصرف انرژی چیلر کاهش و راندمان آن افزایش خواهد داشت.
رابطه تئوری ضریب عملکرد زیر نیز این موضوع را اثبات می کند. اما برای این منظور می توان دمای مبرد خروجی از اواپراتور را قبل از ورود به کمپرسور به روش های مختلفی همچون پیش گرمایش توسط مبدل حرارتی افزایش داد و یا از اواپراتورهای 3 پاس به جای دو پاس و یا فلادد (Flooded) استفاده کرد، تا نیاز کمپرسور برای تراکم (افزایش دما و فشار) کاهش یابد.
بدین صورت عملکرد کمپرسور و راندمان چیلر افزایش خواهد یافت. در این رابطه، دمای سرد (اواپراتور)، و دمای گرم (کندانسور) است. ( با تفاوت اواپراتور و کندانسور آشنا شوید. )
کاهش دمای کندانسور
همانند روش قبل، برای کاهش اختلاف بین دمای مبرد بین کندانسور و اواپراتور می توان به جای افزایش دمای اواپراتور، دمای کندانسور را کاهش داد. برای این منظور می توانا در چیلرهای آب خنک، از برج خنک کننده با ظرفیت مناسب استفاده کرد. همچنین می توان در چیلرهای هوا خنک نیز از فن های جدید دور متغیر استفاده شود.
استفاده از فن های دور متغیر همانند کمپرسورهای اینورتر دار باعث کاهش مصرف انرژی خواهند شد. همچنین بهره مندی از کندانسورهای جدید با سطوح فین دار نازک تر و جدیدتر می تواند میزان انتقال حرارت را افزایش داده و موجب کاهش بیشتر دمای کندانسور شود.
استفاده از شیر انبساط الکترونیکی
بسیاری از چیلرها از شیر انبساط ترمودینامیکی یا حرارتی استفاده می کنند که می توان این شیر را با یک شیر انبساط الکترونیکی جایگزین کرد. شیر انبساط الکترونیکی، عملکرد بهتری در ظرفیت های کم داشته و به دلیل استفاده از سیستم الکتریکی، سرعت و دقت بالاتری نیز دارند.
این شیرها دما و فشار خروجی اواپراتور را اندازه گرفته و بر اساس آن، دبی مبرد را تنظیم می کنند. میزان افزایش بازده چیلر با جایگزینی شیر انبساط در شرایط مختلف، متفاوت است اما به طور معمول در صورت استفاده از شیر انبساط الکترونیکی، حدود 14 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی می شود.
سرویس کاری دوره ای
تمیز کاری دوره ای لوله های اواپراتور توسط فرچه سیمی و یا اسید شویی از جمله روش های تمیز کاری لوله های اواپراتور بوده که باعث می شود تا از افت تبادل حرارت بین آب خنک کننده و سیال مبرد جلوگیری شود.
سرویس کاری دوره ای می تواند معمولا 10 الی 15 درصد افزایش بازدهی چیلر را به دنبال داشته باشد. همچنین سرویس کاری سایر قسمت های چیلر نیز موجب افزایش طول عمر آن خواهد شد. از جمله اقدامات سرویس کاری چیلر عبارت است از:
- بررسی و کنترل نشتی های احتمالی و میزان مبرد موجود در سیکل
- شستشوی مبدل ها
- بازدید و سرویس پمپ های گردش آب
- بازدید و تعویض فیلتر درایر در صورت نیاز
- بررسی و کنترل تمامی قطعات و اتصالات مکانیکی و برقی
- بررسی و کنترل عملکرد فنی کمپرسور
- تخلیه آب اواپراتور هنگام شروع فصل سرما
استفاده از بانک یخ
بانک یخ یا آیس بانک (Ice Bank)، یک دستگاه ذخیره ساز انرژی سرمایی است که از روش های متداول برای افزایش راندمان چیلر به کار می رود. استفاده از بانک یخ، ساعات کاری چیلر را به ساعات خنک شبانه روز نزدیک کرده و از آنجا که عملکرد چیلر نیز تابع دمای محیط است، لذا کاهش دمای محیط باعث افزایش بازدهی چیلر خواهد شد.
مزیت دیگر آیس بانک کاهش ظرفیت چیلر بوده و از طرفی از آنجا که چیلر مجهز شده به آیس بانک زمان بیشتری را در ظرفیت نامی خود کار می کند، پس از این طریق هم موجب افزایش بازدهی کلی چیلر خواهد شد.
همچنین استفاده از چیلر در ساعات غیر پیک باعث کاهش بار الکتریکی بر شبکه برق رسانی نیز خواهد شد. اما باید توجه داشت که استفاده از این روش نیازمند صرف هزینه اولیه برای خرید بانک یخ است.
فری کولینگ
علاوه بر موارد ذکر شده، امکان استفاده از برخی تکنولوژی های جدید مانند فری کولینگ (Free Cooling) نیز موجب افزایش بازدهی چیلرها خواهد شد.
در چیلرهای مجهز به سیستم فری کولینگ که با نام چیلر فری کولینگ شناخته می شوند، امکان انجام سرمایش با استفاده از هوای سرد محیط خارج از ساختمان در فصل های سرد سال مانند انتهای پاییز و زمستان، بدون نیاز به عملکرد سیکل تبرید تراکمی امکان پذیر خواهد بود.
این فرایند با بای پس کردن آب خنک کننده از مبدل هوایی فری کولینگ انجام شده و استفاده از چیلر محدود می شود. در این صورت با خاموش بودن کمپرسور و یا کاهش ظرفیت آن می توان سالیانه حدود 20 الی 50 درصد در هزینه ها صرف جویی کرد.
اما باید توجه داشت که پیش نیاز این روش پایین تر بودن دمای محیط نسبت به دمای مورد نیاز است. از این رو این روش در برخی از مناطق و تحت شرایط خاصی کاربرد دارد.
مدولار کردن سیستم
گاهی اوقات به جای استفاده از یک مدار تبرید، از 2 یا چندین مدار جداگانه در چیلر استفاده می شود که در این صورت به آن چیلر مدولار یا ماژولار گفته می شود. این موضوع باعث می شود تا با توجه به ظرفیت برودتی مورد نیاز، مدارهای تبرید به ترتیب وارد چرخه شده و به این طریق، چیلر متناسب با نیاز لازم فعالیت کرده و بدیهی است که مصرف انرژی آن کاهش، و راندمان چیلر افزایش می یابد.
جمع بندی
چیلرها از جمله تجهیزاتی هستند که برای سرمایش و تولید برودت مورد استفاده قرار می گیرند. بازدهی چیلر نشان دهنده میزان مصرف انرژی برای تولید مقدار مشخصی برودت بوده و با افزایش بازدهی آن، برای تولید برودتی مشخص نیازمند مصرف انرژی کمتری خواهیم بود.
از این رو افزایش راندمان چیلر امری مهم تلقی می شود. از روش های شناخته شده افزایش بازدهی چیلر می توان به به بهره مندی از کمپرسور دور متغیر (اینورتر)، اواپراتور فلادد، کندانسورهای جدید، فن های دور متغیر، شیر انبساط الکترونیکی، استفاده از بانک یخ، فری کولینگ، و همچنین بازرسی و سرویس های دوره ای اشاره کرد.
برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره در خصوص افزایش راندمان چیلر، می توانید با کارشناسان شرکت فراسرد توسط شماره تلفن 11-6693810-021 تماس حاصل فرمایید.
سوالات متداول افزایش راندمان چیلر
مفهوم ضریب عملکرد یا راندمان چیلر چیست؟
منظور از ضریب عملکرد یا راندمان چیلر، میزان ظرفیت برودتی تولید شده به توان الکتریکی مصرفی است.
افزایش ضریب عملکرد یا بازدهی چیلر چه مزیتی دارد؟
افزایش راندمان چیلر باعث کاهش مصرف انرژی سالیانه، بهبود عملکرد سیکل تبرید، و کاهش هزینه های بهره برداری و افزایش طول عمر چیلر می شود.
روش های افزایش بازدهی چیلر چیست؟
استفاده از کمپرسور اینورتر، استفاده از مبدل حرارتی نوین در اواپراتور و کندانسور، استفاده از شیر انبساط الکترونیکی، بانک یخ و...