چیلر تراکمی هوا خنک (Air-cooled Ciller) یا چیلر هوایی دستگاهی است که برای تولید سرما با استفاده از چرخه ی تبرید تراکمی یا همان چرخه ی تبرید مکانیکی طراحی شده است.
خنک کاری مبرد در این چیلرها با استفاده از کندانسور (Condenser) هوا خنک انجام می شود و دلیل نام گذاری این چیلرها به چیلر هوا خنک نیز همین نکته است. در ادامه بیشتر به این موضوع خواهیم پرداخت.
چیلر تراکمی هوا خنک چیست؟
چیلر هوای خنک، به سیستم سرمایشی مبتنی بر چرخه مبرد گفته می شود، که آب سرد مورد نیاز برای سیستم های تهویه مطبوع و صنعتی را تأمین می کند. این نوع چیلر در قسمت کندانسور خود، از کندانسورهای هوایی یا هوا خنک استفاده می کند؛ از این رو به آن ها چیلرهای هوا خنک گفته می شود.
از طرفی، به دلیل بهره مندی از کمپرسور جهت به گردش درآوردن گاز مبرد درون سیکل سرمایشی، به نام چیلرهای تراکمی هوا خنک شناخته می شوند. بنابراین، در این نوع چیلرها، گرمای آب توسط مبرد در اواپراتور دریافت شده، و مبرد گرم شده توسط کمپرسور به سمت کندانسور هوایی هدایت می شود تا گرمای خود را از دست داده و مجددا به درون چرخه بازگردد.
نحوه ی کار چیلر تراکمی هوا خنک
چرخه ی تبرید چیلر هوایی شامل دو مرحله ی اساسی است:
1- تبخیر مبرد (Refrigerator evaporation) مایع در اواپراتور (Evaporator) که باعث گرفتن گرما از سیال خنک کاری شده و دمای سیستم را پایین می آورد.
2- چگالش (condensation) مبرد در کندانسور (condenser) که به صورت بخار است. این گرما در کندانسور مستقیماً به هوا داده می شود.
در چیلر تراکمی هوا خنک با چرخه ی تبرید تراکمی، آب وارد اواپراتور (همچنین با نام خنک کن نیز شناخته می شود) شده و توسط مبرد که دمای پایین تری داشته و در طرف دیگر اواپراتور جریان دارد، خنک می شود.
این آب، آماده ی انجام مأموریت خود یعنی خنک کردن هدف موردنظر است و وابسته به نوع کاربرد، به محل موردنظر پمپاژ می شود. پس ازاینکه آب به گرم ترین نقطه ی هدف رسید، گرمای فضا یا زون را گرفته و پس از افزایش دما، دوباره به اواپراتور بازمی گردد.
در طرف دیگر اواپراتور، مخلوط دوفازی مبرد در جریان است. این مخلوط دوفازی با دریافت گرمای آبی که وارد اواپراتور شده، تبخیر شده و درنهایت، اواپراتور را درحالی که کاملاً به بخار تبدیل شده، ترک می کند.
در چیلر تراکمی هوا خنک تراکمی برای اینکه از قرار گرفتن مبرد در فاز بخار اطمینان حاصل شود، چرخه ی تبرید، طوری طراحی می شود که مبرد پس از تبدیل شدن به بخار، مقداری گرم شده و به بخار فوق گرم (Superheated Vapor) تبدیل شود.
دلیل این کار نیز عدم توانایی کمپرسور (Compressor) در مدیریت مبرد در فاز مایع است. به بیان دیگر، اگر مبرد به صورت مایع، وارد کمپرسور شود، باعث آسیب به آن خواهد شد. سوپرهیت کردن گاز خروجی از اواپراتور را می توان با افزایش طول لوله های اواپراتور یا توسط یک مبدل حرارتی در خط مکش کمپرسور انجام داد به طور کلی با هر 10 درجه سوپرهیت کردن گاز مبرد خروجی از اواپراتور موجب افزایش 3-1 % ظرفیت کمپرسور می شود.
دین ترتیب، پس از اواپراتور، بخار فوق گرم وارد کمپرسور می شود. درون کمپرسور، مبرد، فشرده شده و این فرایند باعث افزایش دما و فشار آن می شود.
پس از این مرحله، مبرد که دارای فشار و دمای بالایی است، از خروجی کمپرسور عبور کرده و وارد کندانسور می شود. مبرد گرم و پرفشار در حین عبور از کویل های کندانسور، چگالیده شده و با دادن گرمای خود به هوای خنک تر در سمت دیگر کندانسور، به فاز مایع تبدیل می شود.
برای اطمینان از تبدیل شدن تمام مبرد به مایع، چرخه ی تبرید طوری طراحی می شود که مبرد پس از تبدیل شدن به مایع، بازهم خنک می شود. به این حالت از مایع، مادون سرد (sub cool) گفته می شود.
در عمل اگر مایع اشباع از کندانسور، خارج و وارد شیر انبساط شود ممکن است در نتیجه کاهش فشاری که در شیر انبساط رخ می دهد، به طور ناگهانی به بخار تبدیل شده و عمل Flashing رخ دهد که موجب کاهش راندمان سیکل تبرید و خرابی شیر انبساط می گردد.
مادون سرد کردن مبرد خروجی از کندانسور به یکی از دو روش افزایش طول لوله های کندانسور یا قرار دادن مبدل حرارتی در خط مکش دستگاه حاصل می شود. به طور کلی به ازای هر یک درجه مادون سرد کردن مبرد خروجی از کندانسور، ظرفیت کمپرسور، 5% افزایش می یابد.
مایعی که در کندانسور خنک شده، وارد شیر انبساط (expansion valve) می شود. در شیر فشارشکن، فشار مبرد به صورت آنی کاهش می یابد و به همین دلیل، مقداری از آن به بخار تبدیل می شود.
با تبخیر شدن بخشی از مبرد، دمای آن نیز کاهش شدیدی را تجربه می کند. شیر فشارشکن، میزان مبردی که تبخیر می شود را کنترل می کند تا بدین وسیله، از ورود مایع به کمپرسور جلوگیری شود. پس از شیر فشارشکن، مبرد دوباره وارد اواپراتور شده و چرخه ادامه می یابد.
اجزای چیلر هوا خنک
تمام چیلرهای هوایی از چهار بخش زیر تشکیل شده اند:
- اواپراتور
- کندانسور
- کمپرسور
- شیر انبساط
در ادامه به طور خلاصه این بخش ها را بررسی خواهیم کرد.
1.اواپراتور
اواپراتور یک مبدل حرارتی است که گرمای آب گرم برگشتی از مصرف کننده را به مبرد انتقال می دهد. شما میتوانید درباره انواع مبدل حرارتی بیشتر بدانید.
در چیلر تراکمی هوا خنک، سه نوع از مبدل های حرارتی بیشترین استفاده را به عنوان اواپراتور دارند:
- مبدل حرارتی صفحه ای جوشی (Brazed-Plate Heat Exchanger)
- مبدل حرارتی پوسته لوله ی انبساط مستقیم (Direct Expansion Shell and Tube Heat Exchanger)
- مبدل حرارتی پوسته لوله غرقابی (Flooded Shell and tube Heat Exchanger)
رایج ترین نوع اواپراتور برای چیلر هوایی با ظرفیت بالا که از کمپرسورهای اسکرو و رفت وبرگشتی استفاده می شود، مبدل حرارتی پوسته لوله است اما در چیلرهای هوا خنک با ظرفیت پایین، از مبدل حرارتی صفحه ای جوشی استفاده می شود.
2.کندانسور
کندانسور در چیلر هوا خنک ، یک مبدل حرارتی است که مبرد گرم را با استفاده از جریان هوایی که روی کویل ها جریان دارد، خنک می کند. در یک چیلر هوایی متداول، از فن های پروانه ای (propeller fan) برای به جریان درآوردن هوا روی کویل ها استفاده می شود. ( برای آگاهی بیشتر مقاله کندانسور تبخیری چیست را بخوانید. )
3.کمپرسور
سه نوع از کمپرسورها در چیلر تراکمی هوا خنک (کمپرسور رفت و برگشتی، کمپرسور اسکرال، کمپرسور اسکرو) استفاده می شوند.
4.شیر انبساط
شیر انبساط برای ثابت نگه داشتن اختلاف فشار بین بخش پرفشار (کندانسور) و کم فشار (اواپراتور) چرخه ی تبرید تراکمی در چیلر هوا خنک استفاده می شود.
اختلاف فشاری که شیر انبساط ایجاد می کند، این امکان را به وجود می آورد که دمای مبرد در اواپراتور به اندازه ای پایین باشد که گرمای آب خنک کن را جذب کند و درعین حال، دمای مبرد در کندانسور به اندازه ای بالا باشد که گرمای آن به هوا منتقل شود. مبرد مایع با فشار بالا پس از کندانسور، از شیر انبساط عبور می کند و در این دستگاه، فشار آن به اندازه ی فشار اواپراتور کاهش می یابد.
کاربرد چیلر هوا خنک
چیلرهای هوای خنک به دلیل مقرون به صرفه بودن و سادگی در بهره برداری، دارای کاربردهای گسترده ای هستند. از این نوع چیلرها می توان برای خنک سازی مجموعه های مسکونی، تجاری، اداری، و صنعتی استفاده کرد.
از مهم ترین مزایای این چیلرها می توان به عدم نیاز به آب (جهت خنک سازی مبرد) و برج خنک کن اشاره نمود. از این رو، استفاده از برج خنک کن هوایی، در مناطقی که با کمبود آب مواجه هستند، کاربرد فراوانی دارد.
قیمت چیلر هوا خنک
قیمت چیلرهای هوای خنک تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله ظرفیت برودتی قرار دارد. یکی دیگر از عوامل مهم، کیفیت ساخت قطعات و تجهیزات به کار رفته در چیلر است.
بیشتر بخوانید: چیلر جت بخار چگونه کار می کند ؟
جنس و کیفیت مواد به کار رفته در ساخت چیلر باعث بهبود عملکرد، کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر مفید آن خواهد شد. باید دقت داشت که چیلرهای با کیفیت، هرچند دارای قیمت اولیه بیشتری هستند، اما هزینه نگهداری کمتری خواهند بود.
مزایای چیلر تراکمی هوا خنک
در ادامه به چندین مزایای این نوع چیلر پرداخته ایم:
- نصب و بهره برداری با هزینه ی پایین
- نیاز به نگهداری کم
- نیاز به فضای داخلی کم
- مناسب برای مناطق کم آب
- عدم تغییر شرایط محیط
- معایب چیلر هوا خنک
معایب چیلر تراکمی هوا خنک
در ادامه به معایب این نوع چیلر پرداخته ایم:
- عمر کمتر
- صدای بالا
- بازده کم
- ظرفیت محدود
مبردهای چیلر هوا خنک
اکثر سازندگان چیلر تراکمی هوا خنک در برخی از مدل های تولیدی خود از مبرد R-22 در چرخه ی تبرید چیلر استفاده می کنند. این مبرد در دهه های اخیر از گزینه های مطرح در بین سایر مبردها بوده است اما مبرد R-22 دارای گاز کلر است که در صورت خارج شدن از چرخه ی چیلر می تواند آسیب های زیست محیطی جدی داشته باشد.
علاوه بر این مبرد، مبرد R-134a در چیلرهای به روزتر استفاده می شود که اکثر این چیلرها دارای کمپرسورهای گریز از مرکز با ظرفیت بالا هستند. همچنین مبردهای جدید مانند R-410A و R-407c برای استفاده در چیلر هوا خنک سنتز شده اند.
در چیلرهای قدیمی که از مبرد R-22 یا سایر مبردهای قدیمی استفاده می کنند، به دلیل تفاوت در خواص ترمودینامیکی مبردها، نمی توان مبرد داخل چرخه را با سایر مبردها جایگزین کرد. به همین دلیل تولید و استفاده از مبردهای قدیمی برای مدتی ادامه خواهد یافت.
معیارهای انتخاب چیلر هوایی
در ادامه به نکاتی پرداخته ایم که هنگام خرید باید به آن توجه کنید:
·حداقل ظرفیت چیلر تراکمی هواخنک
در هنگام انتخاب یک چیلر هوا خنک ، ظرفیت چیلر و ویژگی های محیطی که قرار است چیلر در آن کار کند، مهم ترین معیار انتخاب هستند. در مناطق جغرافیایی که سرد بوده و اختلاف دمای شب و روز زیاد است، چیلرهای هوا خنک، انتخاب مناسبی هستند. همچنین در کاربردهایی که میزان ظرفیت موردنیاز پایین است، چیلر هوایی از گزینه های مناسب به حساب می آیند.
·تأثیر ارتفاع بر عملکرد چیلر تراکمی هوا خنک
به دلیل کاهش فشار و چگالی هوا با افزایش ارتفاع، ظرفیت چیلرهای هوا خنک نیز با افزایش ارتفاع، کاهش می یابد که این مسئله در هنگام انتخاب یک چیلر باید در نظر گرفته شود.
بسیاری از سازندگان، ظرفیت چیلر را در شرایط استاندارد یا در شرایط ترمودینامیکی محل ساخت بیان می کنند. به همین دلیل اگر از چیلرهای سازندگان محلی استفاده می کنید، نیاز به محاسبه ی این عامل وجود ندارد اما اگر از چیلرهای سازندگانی استفاده می کنید که ارتفاع و آب وهوای محل ساخت و تست چیلرها متفاوت از محل استفاده ی شما است، کاهش یا افزایش ظرفیت باید در محاسبات در نظر گرفته شود.
·نحوه ی کنترل چیلر
دستگاه هایی که دارای کنترلرهای پیشرفته ی خودکار یا از راه دور هستند، عملکرد بهتری خواهند داشت. در صورت انتخاب دستگاهی که دارای کنترلر دستی است، باید منابع انسانی موردنیاز در نظر گرفته شوند.
·مقاومت در برابر دمای هوا
در دستگاه های تبرید، به صورت تقریبی با هر درجه افزایش دمای هوا، یک درصد ظرفیت سیستم کاهش می یابد. همچنین این افزایش دما به طور هم زمان، توان موردنیاز برای کمپرسور را یک درصد افزایش می دهد. این نکته یکی از مهم ترین مواردی است که در محاسبه ی ظرفیت چیلر هوا خنک در نظر گرفته می شود.
·میزان افت فشار در اواپراتور
چیلر هوا خنک که دارای طراحی و ساخت مناسبی هستند، افت فشار پایینی در قسمت اواپراتور خواهند داشت. این افت فشار درصورتی که بالاتر از 60 کیلو پاسکال باشد، نشان می دهد که طراحی اواپراتور مناسب نبوده و توان زیادی در چیلر تلف می شود.
·ابعاد چیلر
ابعاد چیلر هوایی یک قید است که حتماً باید رعایت شود. درصورتی که شما صاحب یک کارگاه کوچک بوده یا با محدودیت فضا مواجه هستید، انتخاب چیلر تراکمی هوا خنک بهترین گزینه برای شما است؛ زیرا این چیلرها فضای کمتری از چیلرهای آب خنک اشغال می کنند.
·میزان صدا
در برخی از شرایط مانند محیط های اداری و مسکونی، میزان صدایی که چیلر تولید می کند، اهمیت بالایی دارد. معیارهای مختلفی برای میزان صدای تولیدی وجود دارد که یکی از آن ها، کمتر بودن صدای تولیدی از 75 دسی بل در فاصله ی 5 متری است.
نگهداری از چیلرهای هوا خنک
نگهداری و بررسی عملکرد چیلرهای هوایی برای رسیدن به دو هدف انجام می شود. هدف اول، رساندن بازده به حداکثر مقدار خود و هدف دوم، نگه داشتن بازده در این مقدار است. نگهداری و بررسی اولیه بر اساس دستورالعمل هایی است که توسط سازنده ارائه شده است.
نشتی مبرد و سطح روغن باید به صورت مداوم بررسی شود و همچنین برای برآورد کارکرد چیلر، دماهای قسمت های مختلف باید در کنترل باشند. همچنین توان ورودی الکتروموتورهای کمپرسورها باید با استفاده از ولتاژ و جریان آن ها محاسبه شده و در سطح مجاز باشند.
همچنین شما میتوانید مقاله راه های موثر افزایش راندمان چیلر و بهبود عملکرد آن را برای آگاهی بیشتر بخوانید. )
بازرسی پیشگیرانه
بازرسی های پیشگیرانه وابسته به نوع کیفیت چیلرهای هوایی به صورت روزانه، هفتگی، ماهانه یا سالانه انجام می شوند. به طور مثال، بازرسی های چشمی به صورت روزانه انجام شده و داده ها به صورت منظم یادداشت می شوند.
کویل های اواپراتور و کندانسور به همراه دمای الکتروموتورهای در حال کار به صورت هفتگی بررسی می شوند تا از عدم وجود مشکل، اطمینان حاصل شود. همچنین بازرسی هفتگی شامل تست نشتی چیلرها، بررسی برنامه ی کنترل و تست کیفیت آب می شود.
مواردی همچون میزان بار و تعادل آن و محدوده ی بارهای چیلر باید دو بار در سال بررسی شوند. تمیزکاری کلی سیستم، بازرسی اتصالات الکتریکی و دیگر دستورالعمل هایی که سازنده ارائه داده به صورت سالانه انجام می شوند.
بازرسی پیشگیرانه نه تنها باعث جلوگیری از بروز مشکل و کاهش هزینه های تعمیر می شود، بلکه هزینه ی انرژی چیلر هوایی را کاهش داده و بازده چیلر را در حداکثر مقدار خود نگه می دارد.