چیلر تراکمی آب خنک (Water Cooled Chiller) نوعی از چیلرهای تراکمی است که برای کاربردهای صنعتی و ظرفیت‌های بالا استفاده می‌شود. این چیلر به دلیل نوع ساختار، اجزا و قطعات بیشتری از سایر انواع چیلر داشته و عملکرد آن پیچیده‌تر است.
چیلر تراکمی آب خنک چیست
چیلرهای تراکمی (Compression Chiller)، رایج‌ترین و ارزان‌ترین نوع چیلرها هستند و در اغلب کاربردهای تبرید از این نوع چیلرها استفاده می‌شود. بررسی نحوه‌ی کار این چیلرها مطلب مفصلی بوده و توصیه می‌شود به چیلر تراکمی چیست و چیلر چیست مراجعه شود. در این مقاله، تنها توضیح مختصری در رابطه با این موضوع داده می‌شود.
چیلر تبرید تراکمی از چرخه‌ی تبرید تراکمی بخار استفاده می‌کند و این چرخه از چهار بخش تشکیل شده است. اولین بخش از این چرخه، کمپرسور است. وظیفه‌ی کمپرسور، فشرده کردن مبرد یا همان سیال عامل داخل چرخه است که وظیفه‌ی انتقال گرما در بخش‌های مختلف را بر عهده دارد.
پس از کمپرسور، بخار فشرده‌شده به کندانسور وارد شده و تبدیل به مایع می‌شود. بخشی از این مایع، در شیر فشارشکن، دوباره تبخیر شده و به دلیل گرماگیر بودن این فرایند، سرد می‌شود. مبرد خروجی از شیر فشارشکن به اواپراتور رفته و پس از دریافت گرمای سیال خارجی، تبخیر شده و دوباره وارد کمپرسور می‌شود.
تمرکز این مقاله، در رابطه با بخش مربوط کندانسور چیلرهای تبرید تراکمی و نحوه‌ی خنک‌کاری آن است. کندانسور تنها یک مبدل حرارتی است که باید گرمای مبرد را به خارج از چرخه منتقل کند. طبقه‌بندی کندانسورها به‌قدری اهمیت دارد که مهم‌ترین نوع طبقه‌بندی در چیلرها نیز بر همین اساس انجام می‌شود؛ بنابراین، کندانسورها و چیلرها بر اساس نحوه‌ی خنک‌کاری کندانسور، به سه نوع چیلر تراکمی آب خنک، هوا خنک (Air Cooled) و تبخیری (Evaporative) تقسیم می‌شوند.
در نوع هوا خنک، مبرد در داخل لوله‌هایی که معمولاً دارای پره هستند، قرار داشته و یک یا چند فن، هوای اطراف را به کندانسور دمیده و از این طریق، آن را خنک می‌کنند.
در نوع آب خنک، سیال خنک‌کاری خارج از چرخه‌ی تبرید، آب بوده و این آب، پس از دریافت گرمای مبرد، نیاز به خنک شدن دارد. این کار به‌وسیله‌ی برج خنک‌کن (Cooling Tower) انجام می‌شود که جزئیات آن در بخش‌های بعد به‌صورت کامل توضیح داده می‌شود.
نوع سوم که همان کندانسور تبخیری است، ترکیبی از نوع اول و دوم است و درواقع، در این کندانسور، هم هوا جریان داشته و هم آب اسپری می‌شود تا با تبخیر آب، گرمای مبرد، جذب شود.
اجزای چیلرهای تراکمی آب خنک
در چیلرهای آب خنک، علاوه بر چرخه‌ی اصلی تبرید، سیستم جداگانه‌ای برای خنک‌کاری آب ورودی به کندانسور وجود دارد که یک سیستم نسبتاً پیچیده بوده و از اجزای مختلفی تشکیل شده است. در این بخش، اجزای این سیستم و نحوه‌ی کار آن‌ها را بررسی می‌کنیم.
پمپ‌ها
پمپ‌های آب کندانسور، آب را بین کندانسور و برج خنک‌کن یا هر دستگاه دیگری که برای انتقال گرمای آب طراحی شده، می‌گردانند. معمولاً این پمپ‌ها از نوع پمپ‌های گریز از مرکز هستند.
برج خنک‌کن
برج خنک‌کن برای انتقال گرمای آب خنک‌کاری کندانسور به هوای بیرون در چیلرهای تهویه مطبوع و فرایند استفاده می‌شود. این دستگاه نیاز به مراقبت و نگهداری مخصوصی دارد تا بتوان به عملکرد ایمن، پربازده و قابل‌اطمینان رسید. برای اینکه بتوان یک برج خنک‌کن مناسب انتخاب کرد و عملکرد آن را در بهترین حالت ممکن نگه داشت، ابتدا باید با نحوه‌ی کار و اجزای آن آشنا شویم.
در سیستم برج خنک‌کن، ابتدا آب از مبدل حرارتی کندانسور، عبور کرده و گرمای مبرد را جذب می‌کند. پس‌از آن، پمپ، آب را به بالاترین نقطه‌ی برج، منتقل کرده و این آب، به‌صورت اسپری روی برج خنک‌کن، پاشیده می‌شود. هم‌زمان که آب از سمت بالای برج، پاشیده می‌شود، هوا نیز از سمت پایین توسط فن‌هایی به داخل برج مکیده می‌شود. شرکت فراسرد تولید کنند چیلر ساختمان ، چیلر دارویی و سیستم خنک کننده بتن است.
جریان‌های آب و هوا در جهت مخالف هم حرکت کرده و با یکدیگر تبادل گرمایی می‌کنند. درنتیجه، دمای هوا و رطوبت نسبی آن افزایش می‌یابد.
آب نیز به دو دلیل خنک می‌شود. دلیل اول، انتقال گرما به هوا در اثر تماس مستقیم قطرات آب با جریان هوا است. دلیل دوم، تبخیر مقداری از آب است که به دلیل گرماگیر بودن فرایند تبخیر، دمای آب به مقدار زیادی افت می‌کند. هوایی که به بالای برج رسیده و گرم شده، به هوای آزاد خارج شده و آب خنک شده در پایین برج، جمع شده و دوباره به سمت مبدل حرارتی کندانسور، پمپاژ می‌شود.
به دلیل اینکه در برج خنک‌کن از یک مکانیسم اضافی برای خنک کردن آب استفاده می‌شود، این سیستم می‌تواند در مقایسه با سایر روش‌های خنک‌کاری، ظرفیت بالاتری داشته و انرژی کمتری مصرف کند. به‌طور مثال، یک چیلر هوا خنک با ظرفیت 400 تن، به 50 درصد انرژی بیشتری در مقایسه با چیلر تراکمی آب خنک با همان ظرفیت نیاز دارد.
انواع مختلفی از برج‌های خنک‌کن وجود دارد که برای کاربردهای مختلفی طراحی شده‌اند. یکی از طبقه‌بندی‌های برج‌های خنک‌کن، بر اساس نحوه‌ی ورود و خروج آب و هوا به برج است که طبق این طبقه‌بندی، برج‌های خنک‌کن به دو نوع تقسیم می‌شوند. نوع اول، برج‌های خنک‌کن با جریان متقاطع (Crossflow Cooling Towers) هستند که در این نوع، آب به‌صورت عمودی و هوا به‌صورت افقی حرکت می‌کند.
نوع دوم، برج‌های خنک‌کن با جریان‌های مخالف (Counterflow Cooling Towers) است که در این نوع، آب از سمت بالا به پایین و هوا از سمت پایین به بالا حرکت می‌کند.
مبدل حرارتی
این بخش از چیلر تراکمی آب خنک، بخش مشترک چرخه‌ی تبرید و چرخه‌ی آب خنک‌کن است. درواقع این بخش، همان کندانسور است که در یک سمت آن، مبرد و در سمت دیگر، آبی قرار دارد که بین کندانسور و برج خنک‌کن، پمپاژ می‌شود.
انواع مختلفی از مبدل‌های حرارتی برای انتقال گرما بین مبرد و آب استفاده می‌شود. مبدل‌های پوسته لوله (Shell and Tube Heat Exchanger)، یکی از ارزان‌ترین و پراستفاده‌ترین نوع این مبدل‌ها هستند.
در مبدل‌های پوسته لوله، مبرد در سمت پوسته و آب در داخل لوله‌ها قرار می‌گیرد. این مبدل‌ها نیاز به نگهداری و مراقبت بسیار پایینی داشته و قابلیت اطمینان بالایی دارند. در مقابل، حجم آن‌ها بزرگ بوده و نسبت به سایر مبدل‌ها، ظرفیت پایین‌تری دارند.
مبدل‌های صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger) نوع دیگری از مبدل‌های استفاده‌شده در کندانسورها هستند که حجم کوچکتر و هزینه‌ی بالاتری دارند.
کنترلر
تمام چیلرها نیاز به کنترلر مناسبی دارند تا از عملکرد ایمن و پربازده، اطمینان حاصل شود. معمولاً کنترلرهای به‌روز از ریزپردازنده، سنسورهای الکترونیکی و نمایشگرهای دیجیتال تشکیل شده‌اند و از فناوری کنترل دیجیتال مستقیم (DDC) استفاده می‌کنند.
نیاز به کنترل در چیلرهای تراکمی آب خنک به دلیل بیشتر بودن اجزا و قطعات، بیشتر است. به همین دلیل کنترلرهای این چیلرها از سیستم‌های پیشرفته‌تر با تعداد سنسورهای بیشتری استفاده می‌کنند تا علاوه بر کمیت‌های چرخه‌ی تبرید، چرخه‌ی آب خنک‌کن نیز کنترل شود.
در صورت عدم کنترل صحیح چرخه‌ی آب خنک‌کن، ممکن است میزان آب ورودی به کندانسور یا دمای آن کمتر از مقدار موردنیاز بوده و مبرد ورودی به کندانسور که به‌صورت بخار است، به مایع تبدیل نشود.
در این صورت، شیر فشارشکن نمی‌تواند عملکرد خود را انجام دهد و سرمایش در چیلر انجام نخواهد شد. همچنین درصورتی‌که میزان آب بیشتر از حد موردنیاز باشد، بازده چرخه به مقدار زیادی افت کرده و مصرف انرژی بالا می‌رود.
به همین دلیل، کنترلر با تنظیم دبی آب و هوا با استفاده از تنظیم سرعت پمپ‌ها و فن‌ها و پایش مداوم عملکرد، تمام کمیت‌ها را در محدوده‌ی مناسب نگه می‌دارد. همچنین در مواقع اضطراری، کنترلر می‌تواند تصمیم مناسب را گرفته و از آسیب به چیلر جلوگیری کند.
کاربردهای چیلرهای آب خنک
استفاده از چیلر تراکمی آب خنک به نوع کاربرد و ویژگی‌های آن محدود نمی‌شود و اغلب، تنها عامل محدودکننده، شراط محیطی است. این چیلرها را می‌توان در کاربردهای تهویه مطبوع ساختمان‌های بزرگ مانند بیمارستان‌ها، مراکز آمورشی، ساختمان‌های اداری و تجاری یافت.
همچنین از این چیلرها به‌عنوان چیلر فرایند بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. استفاده از این چیلرها تنها برای ظرفیت‌های بالا توجیه اقتصادی دارد و همچنین شرط اصلی استفاده از آن‌ها، وجود آب فراوان در ناحیه‌ی مورداستفاده است.
مزایای چیلر تراکمی آب خنک
طول عمر بالا
معمولاً چیلرهای آبی به‌اندازه‌ی چیلرهای هوا خنک و تبخیری نیاز به تعویض ندارند. عوامل محیطی مانند باران، برف، یخبندان و گرما تأثیری در عملکرد این چیلرها ندارد و به همین دلیل، چیلر تراکمی آب خنک مقاومت بالاتری دارند.
عملکرد بی‌صدا
چیلرهای هوا خنک از لوله‌ها و کانال‌هایی برای انتقال هوا استفاده می‌کند که باعث ایجاد صدای زیادی می‌شوند درحالی‌که کارکرد چیلر آبی بدون صدا است. معمولاً پمپ‌ها در انتقال آب، صدای بسیار کمی ایجاد می‌کنند و این ویژگی در محیط‌هایی که نیاز به صدای پایینی وجود دارد، مزیت بزرگی به‌حساب می‌آید.
بازده بالاتر
ضریب انتقال حرارت در کندانسور چیلرهای آب خنک بین 10 تا 100 برابر چیلرهای هوا خنک است که بدین معنی است که این چیلرها می‌توانند گرمای بالاتری با بازده بیشتر منتقل کنند. نتیجه‌ی این مزیت، کاهش هزینه در صنایع مختلف در صورت استفاده از چیلر تراکمی آب خنک است.
ایمنی
سیال خنک‌کننده‌ی کندانسور در این چیلرها ، آب است که هیچ آسیب شیمیایی نداشته و تجهیزات و افراد حاضر در محیط حتی در صورت بروز حادثه، درخطر نخواهند بود.
معایب
هزینه‌ی بالاتر
چیلرهای آب خنک به دلیل نیاز به بخش‌ها و تجهیزات بیشتر مانند برج خنک‌کن و پمپ آب، هزینه‌ی بالاتری از چیلرهای هوا خنک دارند. بسیاری از شرکت‌ها، استفاده از این چیلرها را به دلیل طول عمر بالاتر و کاهش هزینه‌ی انرژی، به‌صرفه‌تر از سایر چیلرها می‌دانند و همچنین در بسیاری از موارد، هزینه‌ی اولیه‌ی این چیلرها در میان‌مدت و بلندمدت جبران می‌شود.
نیاز به نگهداری بیشتر
هر چه تعداد قطعات یک سیستم بیشتر باشد، آسیب‌ها و مشکلات احتمالی آن نیز افزایش می‌یابد. به دلیل اینکه قطعات بیشتری در چیلر آبی وجود دارد، این چیلرها نیاز به نگهداری و سرویس بیشتری دارند. هنگام انتخاب یک چیلر تراکمی آب خنک، هزینه‌ی بازرسی دوره‌ای، تصفیه‌ی آب برای حذف ناخالصی‌ها و تمیز کردن تجهیزات چیلر نیز باید به هزینه‌های جاری اضافه شود. همچنین نگهداری بیشتر به معنای زمان خاموشی بیشتر است.
نصب پیچیده
یکی از دیگر معایب تعداد زیاد قطعات در چیلر آبی ، سخت بودن نصب و بهره‌برداری از این چیلرها است. این بدین معنی است که نصب این چیلرها برخلاف چیلرهای هوا خنک، نیاز به ساعات کاری بیشتر و همچنین هزینه‌ی بیشتری دارد.
نیاز به اتاق مکانیکی
چیلرهای تراکمی آب خنک نیاز به یک اتاق مکانیکی دارند تا از عملکرد صحیح برج خنک‌کن و سایر تجهیزات، اطمینان حاصل شود.
نامناسب برای مناطق کم‌آب
به دلیل اینکه چیلر آبی به آب زیادی نیاز دارند، در مناطقی که کم‌آبی وجود دارد، استفاده از این چیلرها توصیه نمی‌شود و در صورت استفاده در چنین مناطقی، هزینه‌ی آب مصرفی بسیار بالا خواهد بود. علاوه بر این، در برخی از مناطق کم‌آب، محدودیت‌هایی توسط سازمان‌های دولتی وجود دارد که استفاده از این چیلرها را ممنوع می‌کند.
بازده کم در صورت بالا بودن رطوبت هوا
باوجوداینکه بازده چیلر آبی درمجموع بالاتر از چیلرهای هوا خنک است، در صورت بالا بودن رطوبت هوا، این چیلرها با بازده کمتری کار خواهند کرد. این مسئله به این دلیل است که رطوبت، باعث افزایش دمای حباب تر می‌شود. هر چه دمای حباب تر پایین باشد، آب می‌تواند با کارایی بالاتری گرما را جذب کند.
سخن پایانی
چیلرهای تراکمی آب خنک جزو چیلرهای صنعتی و پرکاربرد برای ظرفیت‌های بالا هستند که محدودیت‌ها و مزیت‌های ویژه‌ای دارند. این چیلرها بازده بالایی داشته اما نیاز به آب فراوانی دارند. شرکت فراسرد با تجربه‌ی فراوان در طراحی و ساخت انواع چیلرها، آماده‌ی انجام پرژه‌های مختلف در زمینه‌ی چیلر تراکمی آب خنک با ظرفیت‌های مختلف است. برای دریافت مشاوره، با کارشناسان ما در ارتباط باشید.