چیلر تراکمی اسکرو چیست؟ عملکرد و مزایای آن

چیلر تراکمی اسکرو (Compression Screw Chiller) به چیلرهایی گفته می شود که از چرخه ی تبرید تراکمی بخار استفاده کرده و برای فشرده سازی مبرد در داخل چرخه، از کمپرسورهای اسکرو (Screw Compressor) استفاده می کنند. این نوع از چیلرها دارای فناوری به روزی بوده و بازده بالایی دارند.

بازه ی ظرفیت چیلرهای اسکرو بین 30 تا 800 تن تبرید است که استفاده از این چیلرها را برای بسیاری از کاربردهای صنعتی و تهویه مطبوع، امکان پذیر می سازد.

چیلر تراکمی اسکرو می توانند دارای یک یا چند کمپرسور اسکرو باشند و وابسته به بار چیلر و شرایط محیطی، می توانند از نوع هوا خنک یا آب خنک باشند.

چیلر اسکرو چیست

چیلر اسکرو یکی از انواع مهم چیلر های تراکمی است که در صنایع مختلف و سیستم های تهویه مطبوع کاربرد گسترده ای دارد. این نوع چیلر از یک کمپرسور پیچی یا اسکرو برای فشرده سازی مبرد استفاده می کند که ویژگی های منحصر به فردی به آن می بخشد. بیشتر بخوانید: تهویه مطبوع چیست | انواع و کاربرد

ساختار اصلی چیلر اسکرو شامل دو روتور مارپیچی است که با هم درگیر می شوند. یکی از این روتورها که روتور نر نامیده می شود، دارای برآمدگی هایی است که در شیار های روتور دیگر (روتور ماده) قرار می گیرند. هنگامی که این روتور ها می چرخند، گاز مبرد بین آن ها به دام افتاده و فشرده می شود. این فرآیند فشرده سازی به صورت پیوسته و در یک مسیر خطی انجام می شود، که باعث ایجاد جریان یکنواختی از مبرد فشرده شده می گردد.

چیلر های اسکرو در دو نوع اصلی تک پیچ و دو پیچ ساخته می شوند. نوع تک پیچ ارزان تر و ساده تر است، در حالی که نوع دو پیچ کارایی بالاتری دارد. انتخاب بین این دو نوع بستگی به نیاز های خاص پروژه و بودجه در دسترس دارد.

چیلر های اسکرو به دلیل ترکیب مناسبی از کارایی، قابلیت اطمینان، انعطاف پذیری و سطح صدای پایین، گزینه ای محبوب در صنایع مختلف مانند صنایع شیمیایی، چاپ، خودروسازی و سیستم های تهویه مطبوع مرکزی هستند. این ویژگی ها باعث شده است که چیلر های اسکرو به یکی از پرکاربردترین انواع چیلرها در بازار تبدیل شوند.

همچنین بخوانید:‌ چیلر چیست و انواع چیلر و کاربرد آن

چیلر تراکمی اسکرو چیست

چیلر تراکمی اسکرو یکی از انواع مهم چیلر های صنعتی است که برای سرمایش در مقیاس بزرگ استفاده می شود. این نوع چیلر از یک کمپرسور اسکرو (پیچی) برای فشرده سازی مبرد استفاده می کند که ویژگی های خاصی به آن می بخشد.

چیلر تراکمی اسکرو از نظر اندازه و فضای مورد نیاز مزیت قابل توجهی دارد. این چیلر ها نسبتاً فشرده هستند و فضای کمتری نسبت به برخی انواع دیگر چیلر ها اشغال می کنند. این ویژگی آن ها را برای نصب در مکان هایی با محدودیت فضا مناسب می سازد. یکی از ویژگی های مهم چیلر های تراکمی اسکرو، قابلیت کنترل ظرفیت آنهاست. این چیلر ها می توانند به صورت پله ای یا پیوسته، ظرفیت خود را تنظیم کنند. این امر امکان تطبیق دقیق با نیازهای سرمایشی متغیر را فراهم می کند و باعث بهبود کارایی انرژی می شود.

در چیلرهای تراکمی اسکرو، روغن نقش مهمی در عملکرد سیستم ایفا می کند. روغن نه تنها برای روان کاری قطعات متحرک استفاده می شود، بلکه به عنوان یک عامل آب بندی نیز عمل می کند و به بهبود کارایی کمپرسور کمک می کند. این نوع چیلر ها قابلیت کار با انواع مختلف مبردها را دارند.

با توجه به افزایش نگرانی های زیست محیطی، امکان استفاده از مبرد های سازگار با محیط زیست در چیلرهای تراکمی اسکرو، یک مزیت مهم محسوب می شود. چیلر های تراکمی اسکرو می توانند در انواع هوا خنک یا آب خنک طراحی شوند. نوع هوا خنک برای مناطقی که محدودیت آب دارند مناسب است، در حالی که نوع آب خنک کارایی بالاتری دارد.

عملکرد چیلر تراکمی اسکرو

چیلر تراکمی اسکرو مانند تمام چیلرهای تراکمی بر پایه ی تراکم بخار مبرد در فشار پایین، خنک کردن آن و کاهش ناگهانی فشار کار می کند. در کمپرسور چیلر، بخار مبرد فشرده می شود.این فرایند به دلیل سرعت بالا، تقریباً آیزنتروپیک است؛ بدین معنی که تبادل گرمایی با محیط ندارد. به دلیل اهمیت بخش کمپرسور، نحوه ی کار آن را در بخش بعد به طور مفصل تر بررسی می کنیم. مبردی که از کمپرسور خارج می شود، فشرده شده و به دلیل آیزنتروپیک بودن فرایند، دمای آن نیز افزایش زیادی تجربه می کند.

برای اینکه یک چرخه ی تبرید بتواند کار کند، گرمای بخار مبرد خروجی از کمپرسور باید به بیرون از چرخه انتقال یابد. برای دستیابی به این هدف در تمام چیلر تراکمی اسکرو از کندانسور (Condenser) استفاده می شود.

در صورتی که ظرفیت چیلر پایین بوده و یا آب در دسترس نباشد، از هوا برای خنک کردن مبرد استفاده می شود و به کندانسوری که با هوا کار می کند، کندانسور هوا خنک (Air-Cooled Condenser) گفته می شود.

کندانسورهای هوا خنک در واقع مبدل های حرارتی هستند که از لوله های فین دار تشکیل می شوند. در این مبدل ها، هوا توسط یک یا چند فن، روی پره ها به جریان درآورده شده و مبرد از داخل لوله ها حرکت می کند. برای مطالعه ی بیشتر در این زمینه، به مقاله ی چیلر تراکمی هوا خنک چیست مراجعه کنید.

نوع دیگری از کندانسورها که برای چیلر تراکمی اسکرو با ظرفیت بالا (معمولاً ظرفیت بالای 500 تن تبرید) استفاده می شود، کندانسور آب خنک (Water-Cooled Condenser) است. این نوع از کندانسورها آب زیادی مصرف می کنند و همچنین به تجهیزات بسیار زیادی نیاز دارند اما در مقابل، کارایی بسیار بالاتری از کندانسورهای هوا خنک دارند.

در این کندانسور، آب برای خنک کاری مبرد استفاده می شود و به دلیل ضریب انتقال حرارت همرفت بالا در این مبدل، می توان در حجم بسیار پایین تری میزان انتقال حرارت بسیار بالاتری را انجام داد.

آب پس از گرم شدن، به برج خنک کن رفته و گرمای خود را به هوا می دهد تا دوباره برای جذب گرمای مبرد، بازگردد. برای مطالعه ی بیشتر در این زمینه، به مقاله ی چیلر تراکمی آب خنک چیست و اجزای چیلر آبی مراجعه کنید.

نوع سوم کندانسورهای چیلر تراکمی اسکرو، کندانسورهای تبخیری (Evaporative Condenser) هستند که در واقع، ترکیبی از کندانسور آب خنک و هوا خنک هستند. شکل ظاهری این کندانسورها شبیه به کندانسورها هوا خنک است؛ با این تفاوت که آب بر روی پره های کندانسور، اسپری می شود.

اغلب چیلرهای اسکرو که یک کمپرسور دارند، از نوع هوا خنک هستند. نوع آب خنک در این چیلرها تنها در صورت استفاده از چندین کمپرسور و دسترسی مناسب به آب قابل استفاده است.

پس از اینکه بخار مبرد در کندانسور سرد شد، به مایع تبدیل می شود. دمای این مایع، نزدیک به دمای محیط است و به دلیل همفشار بودن فرایند کندانسور، فشار مبرد نیز بالا بوده و نزدیک به فشار خروجی کمپرسور است. پس از کندانسور، مبرد به شیر انبساط (Expansion Valve) وارد می شود.

در این بخش، فشار به صورت آنی کاهش می یابد تا فرایند خفانش (Throttling) انجام شود. در طی این فرایند، مقداری از مایع به بخار تبدیل می شود و در نتیجه، دمای مبرد کاهش می باید. با سابکول کردن (مطالعه بیشتر: محاسبه سابکول در سیکل تبرید)، این فرایند که flashing نام دارد، کمتر اتفاق افتده و راندمان به میزان کمتری کاهش می یابد و همچنین از خرابی شیر جلوگیری می‌شود. پس از این، سیال دوفازی وارد اواپراتور (Evaporator) می شود تا وظیفه ی خود یعنی جذب گرما را انجام دهد.

اواپراتور نیز مانند کندانسور، یک مبدل حرارتی است. در یک طرف اواپراتور، سیال دوفازی مبرد و در طرف دیگر آن، آب وجود دارد. به دلیل نوع سیال های این بخش، از مبدل های حرارتی پوسته لوله (Shell and Tube) یا صفحه ای (Plate) برای اواپراتور استفاده می شود.

مبدل های پوسته لوله، ارزان قیمت هستند اما در مقابل، فضای زیادی اشغال می کنند. مبدل های صفحه ای فناوری بالاتری داشته و ضریب انتقال حرارت بیشتری دارند اما هزینه ی بالاتری دارند.

مبرد در حین عبور از اواپراتور، گرمای آب را دریافت کرده و آن را خنک می کند. در مقابل با جذب گرما، بخش مایع مبرد، تبخیر می شود.

این فرایند باعث می شود تا دمای مبرد در طول اواپراتور یکسان باقی مانده و انتقال حرارت به صورت مؤثرتری انجام شود. در انتهای اواپراتور، مبرد کاملاً به بخار تبدیل می شود تا آماده ی ورود به کمپرسور شود.

در چرخه ی دیگر اواپراتور، آب وجود دارد که با سرد شدن در اواپراتور به سمت هدف فرستاده می شود. در صورتی که چیلر برای تهویه مطبوع استفاده شود، این آب در هوا ساز یا کویل های مخصوص، سرمای خود را به هوا داده و پس از گرم شدن، به اواپراتور باز می گردد.

همچنین در چیلرهای صنعتی، آب به سمت تجهیزاتی که گرمای زیادی ایجاد می کنند فرستاده می شود تا آن ها را خنک کند و پس از آن به سمت اواپراتور بازگردانده می شود.

نحوه ی کار کمپرسور اسکرو

مهم ترین بخش چیلر تراکمی اسکرو که ویژگی های آن را تعیین می کند، کمپرسور آن است. به همین دلیل در این بخش قصد بررسی این نوع از کمپرسورها را با جزئیات بیشتر داریم. کمپرسورهای اسکرو جزو کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند که با استفاده از دو پیچ به شکل مارپیچ، مبرد را فشرده می کنند. یکی از پیچ ها، روتور نری و دیگری روتور مادگی نامیده می شود.

فاصله ی بین این روتورها بسیار کم بوده و روی هر یک از روتورها، تیغه هایی قرار دارد. برای فشرده سازی موثر مبرد، تلرانس بین روتورها باید در حدود چند هزارم اینچ باشد. در صورتی که فاصله ی بین پیچ ها بیشتر از حد مجاز باشد، هنگام فشرده سازی، مبرد از محفظه ی تراکم فرار کرده و فشرده سازی به طور کامل انجام نمی شود.

فشرده سازی مبرد در کمپرسورهای اسکرو به دلیل شکل هندسی روتورها امکان پذیر است. روتورها طوری با هم درگیر می شوند که بخش مقعر روتور مادگی رو به روی بخش محدب روتور نری قرار گیرد. روتور مادگی تعداد پره های بیشتری از روتور نری دارد. به همین دلیل، سرعت دوران روتور نری پایین تر از روتور مادگی است.

روتور نری با استفاده از یک شفت به الکتروموتور متصل است. با شروع به کار الکتروموتور، روتور نری توان را دریافت کرده و شروع به دوران می کند. روتور مادگی به الکتروموتور متصل نیست  و دوران آن با استفاده از دوران روتور نری امکان پذیر است.

با شروع به دوران این روتورها، در سمت مکش کمپرسور، حفره ای به وجود می آید. به دلیل به وجود آمدن این حفره، اختلاف فشاری بین قسمت های خارجی و داخلی کمپرسور به وجود می آید. مبرد خروجی از اواپراتور چیلر تراکمی اسکرو به دلیل این اختلاف فشار، وارد کمپرسور می شود.

با چرخش روتورها، مبرد بین روتورهای نری و مادگی حبس می شود؛ زیرا هیچ راه دیگری برای حرکت رو به جلو یا عقب ندارد. با ادامه ی دوران روتورها، محفظه ی بین روتورهای نری و مادگی کوچک تر شده و مبرد به صورت پیوسته فشرده می شود. در نهایت با رسیدن به قسمت تخلیه، مبرد فشرده شده به سمت کندانسور حرکت می کند.

برخی از کمپرسورهای اسکرو با روغن کار می کنند اما برخی از این کمپرسورها برای کار احتیاجی به روغن ندارند. در صورتی که کمپرسور اسکرو از روغن استفاده کند، روغن چندین وظیفه را انجام می دهد.

اولین وظیفه ی روغن، ایجاد خاصیت روانکاری و روغن کاری بین قطعات است تا با کاهش اصطکاک، حرکت کمپرسور روان تر شده و سایش قطعات کاهش یابد. دیگر وظیفه ی روغن، خنک کاری قطعات است. فرایند فشرده سازی مبرد می تواند گرمای بسیار زیادی ایجاد کند. روغن موجود در داخل کمپرسور گرمای قطعات را جذب کرده و به بیرون از کمپرسور منتقل می کند.

استفاده یا عدم استفاده از روغن وابسته به دبی و نوع مبرد و شرایط کاری است. ممکن است برای چیلرهایی با ظرفیت بالا استفاده از روغن به دلیل گرمای زیاد ایجاد شده در اثر فشرده سازی مبرد، ضروری باشد.

استفاده از روغن مدت زمان سرویس و طول عمر کمپرسور را افزایش می دهد. همچنین روغن می تواند قدرت آب بندی کمپرسور را افزایش داده و فشار خروجی مبرد را افزایش دهد. علاوه بر این، کمپرسورهایی که از روغن استفاده می کنند، صدای کمتری تولید می کنند.

در کمپرسورهای اسکرو بدون روغن احتمال نشت روغن به داخل چرخه تبرید وجود ندارد اما در کمپرسورهایی که از روغن استفاده می کنند، این احتمال همواره وجود دارد. به همین دلیل بسیاری از سازندگان ترجیح می دهند تا از کمپرسورهای بدون روغن استفاده کنند. کمپرسورهای اسکرو دارای بازدهی بین 65 تا 75 درصد هستند. بازده این کمپرسورها اندکی پایین تر از کمپرسورهای گریز از مرکز است اما این کمپرسورها بر خلاف کمپرسورهای گریز از مرکز، توانایی مدیریت دبی پایین با بازده بالا را دارند.

به دلیل ویژگی های مناسب کمپرسور اسکرو برای چرخه های تبرید، استفاده از این کمپرسورها در انواع چیلرها رو به افزایش است و در مقابل، چیلرهایی با کمپرسور رفت و برگشتی یا پیستونی کمتر تولید می شوند.

از دیگر دلایل افزایش استفاده از کمپرسورهای اسکرو، ارتقای روش های تولید و کاهش هزینه های انواع فرایندهای تولید در مقابل مواد اولیه است.(مطالعه بیشتر: کمپرسور اسکرو چیست و راهنمای انتخاب کمپرسور)

مزایای چیلر تراکمی اسکرو

1.فضای موردنیاز کم

کمپرسورهای اسکرو حجم کمی داشته و تجهیزات کنترلی آن ها نیز فضای زیادی اشغال نمی کند. به همین دلیل چیلر تراکمی اسکرو به فضای بسیار کمی نیاز دارد. این ویژگی در کاربردهای تهویه مطبوع و به ویژه در ساختمان های تجاری و خانگی که استفاده ی بهینه از فضا ضروری است، اهمیت بیشتری دارد.

2.بازده بالا

کمپرسورهای اسکرو یکی از پربازده ترین کمپرسورهای موجود هستند که انتظار مصرف انرژی بسیار پایینی از آن ها می رود. در صورت استفاده از این کمپرسورها در چیلر، خنک کاری چیلر بیشتر از حد نیاز نخواهد بود.

3.نیاز به نگهداری کم

به دلیل کم بودن تعداد قطعات متحرک در چیلرهای اسکرو، این چیلرها سایش کمی داشته و به همین دلیل نیاز به تعمیر، مراقبت و نگهداری بسیار پایین دارند.

4.مناسب برای ساختمان های بلند

در برخی از کاربردهای تهویه مطبوع مانند ساختمان های تجاری و صنعتی مرتفع، نیاز به انتخاب چیلری است تا بازده مناسبی داشته و در عین حال، اعتمادپذیری بالایی داشته باشد. چیلر تراکمی اسکرو یکی از گزینه های ایده آل برای این نوع از کاربردها است.

5.مناسب برای استفاده در طولانی مدت

در صورت انتخاب یک چیلر تراکمی اسکرو می توانید از آن بدون هیچ گونه مشکلی برای مدت طولانی استفاده کنید.

6.بازده بالا در بارهای کمتر از بار نامی

در چیلرهای اسکرو می توان بدون آن که بازده چیلر افت چندانی کند، بار چیلر را کاهش داد. این ویژگی برای کاربردهایی که بار چیلر در اکثر مواقع پایین تر از بار نامی است، اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا در صورت استفاده از سایر کمپرسورها، انرژی مصرفی چیلر بسیار بیشتر خواهد شد.

همچنین در چیلرهای اسکرو می توان ظرفیت چیلر را بین 20 تا 100 درصد بار نامی تغییر داد که این بازه ی گسترده باعث می شود چیلر در موقعیت های مختلف، خود را با شرایط، وفق دهد.

7.ارتعاش کم

به دلیل کفیت ساخت بسیار بالای کمپرسور و تلرانس بسیار پایین بین قطعات، ارتعاش چیلرهای اسکرو بسیار پایین است و به همین دلیل می توان این چیلرها را در مکان های مختلفی نصب کرد. همچنین برخلاف برخی از چیلرها که به بستر بتنی ضخیم نیاز دارند، می توان این چیلر را در انواع بسترها و نزدیک به محلی که نیاز به خنک کاری وجود دارد، نصب کرد.

8.عملکرد پیوسته

یکی از مهم ترین ایرادهای کمپرسورهای جابجایی مثبت، عملکرد غیرپیوسته و منقطع است. به طور مثال، در کمپرسورهای پیستونی جریان مبرد، قطع و وصل می شود اما کمپرسورهای اسکرو با وجود اینکه از کمپرسورهای جابجایی مثبت به شمار می آیند، عملکردی تقریباً پیوسته دارند.

این عملکرد به کاهش صدا و ارتعاش و افزایش کارایی چرخه کمک می کند.

معایب چیلر تراکمی اسکرو

1.قیمت بالا

چیلر تراکمی اسکرو قیمت بالاتری نسبت به چیلر تراکمی پیستونی دارد. این مورد مهم ترین عاملی است که مانع از جایگزینی کامل چیلرهای پیستونی شده است. (اطلاعات بیشتر: چیلر پیستونی چیست و نحوه عملکرد آن)

2.ظرفیت پایین

ظرفیت یک کمپرسور اسکرو کمتر از ظرفیت یک کمپرسور گریز از مرکز است. همچنین سرعت دوران در این کمپرسورها نیز پایین تر از کمپرسورهای گزیز از مرکز است.

به همین دلیل برای چیلرهایی با ظرفیت بالا باید چندین کمپرسور اسکرو به صورت موازی متصل شوند تا بتوانند نیاز چرخه را تأمین کنند.

3.روغن کاری پیچیده

سیستم روغن کاری در چیلرهای اسکرو پیچیده تر از سایر چیلرها بوده و همچنین مصرف روغن نیز در این چیلرها بیشتر است.

4.فرایند ساخت پیچیده

ساخت و تولید کمپرسورهای اسکرو نیازمند ماشین آلات پیچیده بوده و تلرانس قطعات در این کمپرسورها بسیار پایین است. همچنین مونتاژ این کمپرسورها نیز سخت تر از سایر کمپرسورها است.

این عوامل باعث می شوند که هزینه ی یک کمپرسور اسکرو بالاتر از سایر کمپرسور های باشد.

سخن آخر

چیلر تراکمی اسکرو جزو چیلرهای به روز و با فناوری ساخت بالا به حساب می آید. این چیلرها بازده بالایی داشته و در کاربردهای متنوعی استفاده می شوند. شرکت فراسرد دارای تخصص و تجربه ی کافی در زمینه ی ساخت و نصب انواع چیلرهای اسکرو برای کاربردهای تهویه مطبوع و صنعتی است.

اگر شما نیز قصد انتخاب یک چیلر را دارید، با متخصصین فراسرد در ارتباط باشید تا با مشورت و کسب اطلاعات در زمینه ی انواع چیلرها، بهترین گزینه را برای کاربرد خود انتخاب کنید.