چیلر ساختمانی و هر آنچه درباره آن باید بدانیم
هر ساختمان صرف نظر از‌اندازه و مساحت به یک سیستم خنک‌کننده کارآمد نیاز دارد. با در نظر گرفتن ابعاد ممکن است برای ساختمان‌های کوچک و آپارتمان‌ها از سیستم‌های خنک‌کننده خانگی استفاده شود. اما این روزها برای تهویه مطبوع هتل‌ها، رستوران‌ها و ساختمان‌های تجاری از چیلر ساختمانی یا چیلر صنعتی استفاده می‌شود.
چلیرهای صنعتی هوای خنک را در سراسر ساختمان به گردش در می‌آورند. بدون در نظر گرفتن دمای هوا، عوامل متعددی منجر به گرم شدن فضای ساختمان می‌شود. گرمای محبوس شده فضای ناخوشایندی را ایجاد می‌کند. برای بیرون کردن گرما به چیلر صنعتی نیاز است. این چیلر دمای مطلوبی را ایجاد کرده و امکان استفاده از دیگر تجهیزات الکترونیکی را فراهم می‌کند. تجهیزاتی که گرمای زیادی را متساعد می‌کنند. در این مقاله با تمام زوایای چیلرهای صنعتی، کاربردها و انواع آن آشنا می‌شوید.
چیلر ساختمانی چیست؟
بهترین وسیله برای خنک‌کردن هتل‌ها، رستوران‌ها، تاسیسات، بیمارستان‌ها، مکان‌های ورزشی و صنعتی چیلر است. این روزها چیلرها بیشتری میزان انرژی برق را به خود اختصاص می‌دهند. در واقع این چیلرها تا 50 درصد از برق مصرفی را استفاده می‌کنند.
اما این دستگاه قدرتمند که مصرف برق بالایی دارد، تنها وسیله‌ای است که کار و زندگی در ساختمان‌ها بزرگ را امکان‌پذیر می‌کند. این دستگاه هوای گرم موجود در فضا که براثر تابش آفتاب یا استفاده از لوازم الکترونیکی و مکانیکی ایجاد شده است را به بیرون هدایت می‌کند و با اینکار دمای را کاهش میدهد.
به معنای واقعی کلمه چیلر ساختمانی قلب تپنده تمام سیستم‌های خنک‌کننده یک ساختمان است.
چیلر ساختمانی چگونه کار می‌کند؟
طرز کار چیلر ساختمانی شباهت بسیار زیادی به یخچال دارد. در چیلرها نیز گرما به وسیله مایعی که در مدارهای یخچالی در گردش است از محیط خارج می‌شود و به این ترتیب با خروج هر چه بیشتر گرما و دمای محیط بیشتر کاهش پیدا می‌کند.
یخچال‌ها برای خنک کردن محیط از دو سیستم تراکم و جذب استفاده می‌کنند که در ادامه با هر یک از آنها بیشتر آشنا می‌شوید.
سیستم تراکمی در چیلر ساختمانی
در این سیستم‌ها مایع یخچالی یا همان مایع خنک کننده یا مایع مبرد که دمای جوش پایینی دارد دمای محیط را جذب می‌کند. در این سیستم از لوله‌های آبی استفاده می‌شود که در سراسر ساختمان در گردش هستند. مایع خنک کننده گرمای این آب را جذب می‌کند. پس از افزایش دما و رسیدن به نقطه جوش مایع به بخار یا گاز تبدیل می‌شود.
در ادامه کمپرسور دما را بیشتر افزایش میدهد. گاز یا بخار به دست آمده از مرحله قبل طی فرایند میعان مجدداً به حالت مایع باز می‌گردد و این چرخه تکرار می‌شود.
سیستم جذبی در چیلر صنعتی
فرآیند کلی در سیستم جذبی شباهت بسیار زیادی به سیستم تراکمی دارد. در این سیستم نیز از مایع خنک کننده استفاده می‌شود که دمای جوش پایینی دارد. تفاوت اصلی زمانی احساس می‌شود که گاز تولید شده به واسطه گرم شدن مایع خنک کننده توسط محلولی جذب شده و حرارت می‌بیند.
در ادامه به واسطه میعان و با فشار و افزایش دما گاز به مایع تبدیل می‌شود. دمای مایع پایین می‌آید و مجدد وارد چرخه سیستم جذب می‌شود.
محل قرار گیری چیلر صنعتی
محل قرارگیری چیلر ساختمانی با نحوه خنک شدن آنها ارتباط مستقیمی با یکدیگر دارند. معمولاً چیلرهای ساختمانی در زیرزمین‌ها یا روی پشت بام‌ها نصب می‌شود.
از طرفی برای خنک کردن چیلرهای صنعتی از دو سیستم استفاده می‌شود. سیستم هوایی و سیستم خنک کننده آبی.
- در سیستم خنک کننده هوایی، گرما به وسیله یک کندانسور به گردش درآمده و به تدریج به بیرون انتقال پیدا می‌کند.
- در سیستم خنک کننده آبی به تجهیزات بیشتری نیاز است و سیستم باید به یک برج خنک کننده متصل باشد.
چیلرهای ساختمانی که روی پشت بام قرار می‌گیرند از سیستم خنک کننده وابسته به جریان هوا استفاده می‌کنند. در حالی که چیلرهای صنعتی که در زیرزمین‌ها نصب می‌شوند به وسیله آب خنک می‌شود.
توجه داشته باشید که هر جا صحبت از خنک شدن و یا خنک کردن می‌شود منظور از دست دادن گرمای ناخواسته و اضافی به محیط بیرون است.
روی هم رفته می‌توان گفت چیلر صنعتی از هر نوعی که باشد از نوعی گاز خنک کننده برای به جریان درآوردن گرمای ناخواسته بین کندانسور و تبخیر کننده استفاده می‌کند.
انواع چیلر صنعتی تراکمی براساس کندانسور
چیلرهای تراکمی بر اساس نوع کندانسور و کمپرسور دسته‌بندی می‌شود. روی هم رفته دو نوع کندانسور متفاوت و چهار نوع کمپرسور در ساخت این چیلرها به کار گرفته می‌شود.
چیلر آب خنک و چیلر هوای خنک چیلرهایی هستند که بر اساس نوع کندانسور طبقه بندی می‌شوند. در ادامه با هر دو نوع کندانسور یعنی چیلر آب خنک و چیلر هوای خنک آشنا می‌شوید.
چیلر هوای خنک
این دسته از چیلر ساختمانی شباهت بسیار زیادی به رادیاتور‌های ماشین دارند. در این چیلرها از یک دمنده برای بیرون راندن هوای گرم و به جریان درآوردن آن پیرامون لوله‌های حاوی مایع خنک کننده استفاده می‌شود. در این حالت کندانسور باید قادر به تحمل دمای ۳۵ درجه سانتیگراد یا پایین‌تر باشد.
این نوع چیلر ساختمانی هوا را به کمک کندانسوری خنک می‌کند که از جریان هوای محیط کمک می‌گیرد. به همین دلیل بهتر است از این دسته از چیلرها برای فضاهای کوچک و متوسط استفاده شود. از طرفی در مواردی که دسترسی به منبع آب کافی برای سیستم‌های خنک کننده دشوار است، از این نوع چیلرهای صنعتی استفاده می‌شود.در این سیستم‌ها از فن یا گردش مکانیکی مایع خنک کننده برای بیرون راندن هوای گرم استفاده می‌شود.
مهمترین دلیل برای انتخاب این دسته از چیلرهای صنعتی هزینه نصب پایین آنهاست. از طرفی نگهداری و مراقبت از این دستگاه‌ها به دلیل سادگی آنها از سیستم هایی که به وسیله آب هوا را خنک می‌کنند ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر است. یکی دیگر از مزایای استفاده از این چیلرهای صنعتی اشغال فضای کمتر است. اما در اکثر موارد این سیستم‌ها نیز بیرون از ساختمان نصب می‌شوند.
از آنجایی که تنها از هوای محیط برای خنک کردن فضای ساختمان استفاده می‌شود، هزینه نگهداری و استفاده از این دستگاه‌ها پایین‌تر است. سادگی و هزینه پایین از مزایای خرید این دستگاه به شمار می‌رود.
چیلر ساختمانی با آب خنک
کندانسور این دسته از چیلرها درست مانند دیگر کندانسورها کار می‌کنند. اما برای انتقال گرما دو مرحله دیگر به فرایند این چیلرها اضافه می‌شود. در قدم اول گرما از بخار مایع خنک کننده به کندانسور حاوی آب منتقل می‌شود. در قدم بعدی آبگرم موجود در کندانسور وارد یک برج خنک کننده شده و در این مرحله گرمای ناخواسته به طور کامل به محیط بیرون انتقال پیدا می‌کند.
همانطور که مشاهده می‌کنید در این سیستم به برج خنک کننده نیاز است. این برج‌ها مقادیر قابل‌توجهی آب را در اختیار سیستم قرار می‌دهند. با توجه به دسترسی به حجم بسیار بالایی از آب هوا این سیستم برای خنک کردن فضاهای تجاری و صنعتی بسیار مطلوب است. سیستم‌هایی استفاده می‌کنند از ابعاد کوچک یعنی چند تن تا ابعاد بزرگ یعنی چند هزار تن موجود هستند. چیلرهای بسیار بزرگ برای خنک کردن فضاهایی مانند مراکز خرید و فرودگاه‌ها استفاده می‌شوند.
این سیستم‌های خنک کننده معمولاً در فضاهای بیرون از ساختمان نصب می‌شود. طول عمر دستگاه‌های خنک کننده ای که از آب برای خنک کردن فضا استفاده می‌کنند بیشتر از دستگاه هایی است که به کمک جریان هوا دما را کاهش می‌دهند.
بررسی چیلر تراکمی با کندانسور آب خنک در یک نگاه
- عملکرد بهتر و نتیجه مطلوب‌تر
- نیاز به طرف هزینه برای تامین برج خنک کننده
- قابل نصب در فضاهای باز و بسته
- نیاز به دسترسی به منبع قابل‌توجهی از آب
- مناسب فضاهای بسیار بزرگ
- هزینه نگهداری بالا
بررسی چیلر ساختمانی تراکمی با کندانسور هوا خنک در یک نگاه
- راندمان پایین تر نسب به چیلر آب خنک
- عدم نیاز به برج خنک کننده
- هزینه پایین به دلیل استفاده از جریان هوا برای خنک کردن محیط
- امکان نصب در فضاهایی مانند پشت بام و فضاهای باز
- مناسب فضاهای کوچک
چه بر سر گرمای ناخواسته می‌آید
برخی از ساختمان‌ها برای استفاده بهینه از گرمای ناخواسته‌ای که به وسیله چیلرهای ساختمان رانده می‌شود راهکارهایی اندیشیده‌اند. می‌توان از این گرما برای گرم کردن فضا یا تامین آب داغ استفاده کرد. توجه داشته باشید که فرآیندی که در مورد عملکرد چیلر ساختمانی به شرح آن پرداختیم، روند معکوس فرآیندی است که برای گرم کردن فضا به کار گرفته می‌شود.
دسته بندی چیلر ساختمانی تراکمی بر اساس کمپرسور
همانطور که گفته شد در ساخت چیزهای تراکمی از چهار نوع کمپرسور متفاوت استفاده می‌شود:
- کمپرسور پیستونی
- کمپرسور اسکرو
- کمپرسور اسکرال
- کمپرسور سانتریفیوژ
عملکرد متفاوت این کمپرسورها آنها را برای مناطق آب و هوای متفاوت مناسب می‌کند.
کمپرسور پیستونی در چیلر صنعتی
چیلر پیستونی که به آن چیلر رفت و برگشتی نیز می‌گویند با استفاده از یک پیستون و سیلندر کار می‌کند. عملکرد این نوع کمپرسورها به دلیل وجود پیستون و سیلندر شباهت بسیار زیادی به سیستم احتراق در خودرو دارد. با این تفاوت که در کمپرسور پیستونی احتراقی روی نمی‌دهد.
گاز خنک کننده یا گاز مبرد در خلال حرکت رفت و برگشتی پیستون به داخل سیلندر راه پیدا می‌کند. در قدم بعدی با پایین آمدن پیستون گاز مبرد متراکم می‌شود. سپس هوای خنک متراکم شده با فشار بسیار زیاد وارد محیط می‌شود.
این نوع از چیلرهای پیستونی از دیرباز محبوب بوده‌اند و عمر بالایی دارند. استفاده از این دسته از کمپرسورها در مناطق گرمسیری و یا نواحی مرکزی ایران رواج بیشتری دارد.
این کمپرسورها قیمت مناسبی دارد و در بسیاری از صنایع به کار گرفته می‌شود. البته اشاره به این نکته خالی از حسن نیست که برای دستیابی به نتیجه مطلوب به سرویس مداوم این کمپرسور نیاز خواهید داشت. در غیر اینصورت سر و صدای زیاد آن محیط ناخوشایندی را ایجاد می‌کند. از طرفی مصرف برق این نوع کمپرسورها بسیار زیاد است.
کمپرسور اسکرو یا روتاری در چیلر ساختمانی
فرآیند کاهش دمای محیط در این کمپرسورها به وسیله تیغه‌هایی انجام می‌شود که در یک حرکت دایره‌ای در شیار‌های مخصوصی می‌چرخند. در این چیلرها گاز خنک کننده از دریچه‌های وارد فضای کمپرسور می‌شود و به گردش در می‌آید. حرکت تیغه‌ها گاز مبرد را فشرده می‌سازد. ساز و کار چیلر روتاری یا اسکرو آنها را برای استفاده در مناطق سردسیر مناسب ساخته است. به همین دلیل نصب چیلرهای در غرب و شمال ایران رواج بیشتری دارد.
در بازار از این چیلر اسکرو با نام موتور‌های خوشه‌ای و موشکی نیز یاد می‌شود. سروصدای این کمپرسورها در مقایسه با کمپرسورهای پیستونی به مراتب کمتر و مصرف برق آنها نیز پایین‌تر است. ست اما هزینه تعمیرات بالاتر بوده و استفاده از این کمپرسورها برای فضاهای بسیار بزرگ توصیه نمی‌شود.
کمپرسور اسکرال یا حلزونی در چیلر ساختمانی
چیلرهایی که از کمپرسور اسکرال یا حلزونی استفاده می‌کنند با نام چیلرهای مارپیچی یا کمپرسور مارپیچی نیز شناخته می‌شوند. در این کمپرسورها دو مار پیچ دیده می‌شود. این دو مارپیچ در خلاف جهت یکدیگر حرکت می‌کنند.
جهت متفاوت گردش مارپیچ‌ها منجر به فشرده شدن گاز خنک کننده می‌شود. در عمل یکی از از مارپیچ‌ها ثابت و مارپیچ دوم حرکت می‌کند اما شیوه قرارگیری مارپیچ‌ها در کمپرسور به گونه‌ای است که که منجر به حرکت هر دو مارپیچ می‌شود. طی این فرآیند زمان فشرده شدن گاز مبرد، گاز به سمت خروجی نیز هدایت می‌شود. این کمپرسورها با مصرف برق پایین‌تر و راندمان بالاتر فضای بسیار کمی را اشغال می‌کنند.
کمپرسور سانتریفیوژ در چیلر ساختمانی
از این است از کمپرسورها با نام کمپرسور گریز از مرکز نیز یاد می‌شود. قطعه اصلی در این کمپرسور پروانه‌ای است که با چرخش خود گاز مبرد را وارد حرکت گریز از مرکز می‌کند. انرژی حاصل از حرکت ذرات موجود در گاز خنک کننده منجر به افزایش دمای هوا می‌شود. در ادامه گاز فشرده شده وارد کندانسور می‌شود. کندانسور با استفاده از هوا یا آب خنک گرمای گاز خنک کننده را گرفته و به تدریج آن را تبدیل به مایع می‌کند.
اکنون زمان آن رسیده است که دمای آب کاهش پیدا کرده و برای خنک کردن محیط مورد استفاده قرار گیرد. در این مرحله از تبخیر کننده یا اواپراتور استفاده می‌شود. مایع خنک کننده در دستگاه تبخیر کننده به حرکت درآمده و رفته رفته دمای خود را از دست میدهد. در ادامه هوای خنک از طریق هوا ساز یا فن کویل وارد محیط ساختمان می‌شود.
بیشترین استفاده از چیلرهای سانتریفیوژ در ساختمان‌های بسیار بزرگ، هتل، محیط‌های صنعتی، کشتی ها، بیمارستان‌ها و فرودگاه‌ها است. راهنمای دستگاه بسیار بالاست اما تا زمانی که در حالت تمام بار استفاده شود. در واقع زمانی که کمپرسور سانتریفیوژ با تمام بار فعالیت می‌کند راندمان بالا، صدای کم و عملکرد بهتری دارد. به همین دلیل بهتر است از این دسته از چیلرها در مکان‌های استفاده شود که همواره به راندمان بالا و حالت تمام بار نیاز دارند.
در بازار داخلی از آنجایی که قیمت کمپرسورهای اسکرو، اسکرال و پیستونی مناسب است، افراد کمتری به سراغ چیلرهای سانتریفیوژ می‌آیند. از طرف دیگر دسترسی به خدمات پس از فروش چیلر سانتریفیوژ به مراتب دشوارتر از دیگر کمپرسورها است.
انواع چیلر ساختمانی جذبی
نوع دوم چیلر ساختمان، چیلرهای جذبی است. تفاوت اصلی این چیلرها با چیلرهای تراکمی در انرژی مصرفی است. به جای انرژی برق برای تولید سرما از انرژی حرارتی یا گرمایی استفاده می‌کنند. ساختمان ساده این چیلرها موجب افزایش محبوبیت و کاهش هزینه تعمیر و نگهداری از آنها شده است. برای دسته‌بندی چیلرهای جذبی از سه دسته‌بندی بر اساس مکانیزم طراحی، دسته بندی بر اساس منبع انرژی، دسته بندی بر اساس ماده جاذب و خنک کننده استفاده می‌شود. پیش از بررسی هر یک از دسته بندی‌های متفاوت چیلرهای جذبی بیایید نگاهی به طرز کار این نوع چیلرها بیندازیم. سپس به بررسی هر یک از انواع متفاوت چیلرها خواهیم.
طرز کار چیلر جذبی
به طور کلی فرایند و طرز کار چیلرهای جذبی تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند. در انواع چیلرهای جذبی ابتدا مایع خنک کننده روی سطح لوله‌های تبخیر کننده پاشیده می‌شود.
در قدم بعدی جاذبه روی سطح خارجی لوله‌های تبخیر کننده ریخته می‌شود. بخار آبی که از تبخیر کننده خارج می‌شود به سمت آبزربر(Absorber) یا جاذب هدایت می‌شود.
در ادامه ماده جاذب بخار آب را هدایت می‌کند. سپس ماده جاذب ماده خنک کننده را جذب و رقیق می‌شود. در مرحله بعدی برای بازگرداندن غیر ضبط ماده جاذب ماده خنک کننده به درون ژنراتور هدایت می‌شود. ژنراتور با استفاده از انرژی حرارتی ماده جاذب را گرم و ماده خنک کننده آب به بخار تبدیل می‌کند.
بخار ناشی از ماده خنک کننده از کندانسور آب خنک یا هوای خنک عبور کرده و گرمای خود را از دست میدهد. در نهایت با فرایند میعان بخار به آب تبدیل شده و چرخه دوباره تکرار می‌شود.
دسته‌بندی چیلرصنعتی جذبی بر اساس مکانیزم طراحی
طراحی متفاوت چیلرهای جذبی به اینجا به وجود آمدن دو دسته متفاوت از این نوع چیلرها شده است:
چیلر ساختمانی جذبی تک اثره یا Single effect
چیلر جذبی تک اثره دارای یک محفظه ژنراتور است. جریان خنک سازی محیط در این چیلرها نیز نیازمند همان بخش‌های تعیین کننده در تمام چیلرهایی جزبی است. چیلرهای تک اثره نیز دارای تقویت کننده، محفظه جذب، ژنراتور یا تامین کننده انرژی و کندانسور تقطیر کننده است.
در این دسته از چیلرها گرمای محیط به واسطه آب وارد بخش تبخیر کننده می‌شود. در این بخش مایع مبرد یا خنک کننده دمای آب را جذب و تبخیر می‌شود. در ادامه ماده جاذب بخار مایع خنک کننده را جذب می‌کند و راهی ژنراتور می‌شود.
چیلر جذبی دو اثره یا Double effect
عملکرد چیلر جذبی دو اثره از نظر فرایند و شیوه گردش سرما مشابه است. بزرگترین تفاوت این چیز با چی در قبلی در نحوه غلیظ کردن محلول جاذب است. در طول موج زیر دو اثره غلیظ کردن مایع جاذب در دو مرحله انجام می‌شود. در مرحله اول دمای ژنراتور بالا و در مرحله دوم دمای ژنراتور پایین است.
دسته بندی چیلرها بر اساس منبع تامین انرژی
در این دسته بندی چیلرها بر اساس منبع تامین حرارت دسته بندی می‌شوند:
- آب گرم، آب داغ، هوای گرم، بخار و خورشیدی
همانطور که مشاهده می‌کنید برخی از چیلرها با استفاده از این پنج منبع حرارتی انرژی مورد نیاز برای خنک کردن فضا را به دست می‌آورد. برخی از آنها با استفاده از آب گرم، برخی با آب داغ، برخی با هوای گرم، بخار و یا انرژی خورشیدی این انرژی را تامین می‌کنند.
- شعله مستقیم
همانطور که از نام این دسته بندی پیداست، در این چیلرها از حرارت مستقیم یا یک منبع گرمایی شغل مستقیم استفاده می‌شود. این چیلرها از نظر مزایا شباهت بسیار زیادی به چیلرهای دو اثره دارند. چیلرهای شعله مستقیم شامل یک چیلر ساختمانی و یک بویلر است که در یک پکیج به فروش می‌رسد.
به همین دلیل در مقایسه با چیلرهای جذبی تک اثره و دو اثر فضای کمتری را اشغال می‌کند. برای تامین شعله مستقیم می‌توان از گاز، مازوت و گازوئیل استفاده کرد. انتخاب بر اساس میزان دسترسی و صرفه اقتصادی خواهد بود.
دسته بندی بر اساس ماده خنک کننده و جاذب
همانطور که از نام این دسته بندی پیداست تنها تفاوت این چیلرها در نوع ماده خنک کننده و مادی جاذبه است که برای تامین هوای سرد به کار گرفته می‌شود. روی‌هم‌رفته سه دسته بندی برای ماده خنک کننده در نوع جاذبه مورد نیاز چیلرها وجود دارد.
- خنک کننده آب و جاذب لیتیوم بروماید
- خنک کننده آب و جاذب سیلیکاژل
- خنک کننده آمونیاک و جاذب آب
چیلر جذبی بهتر است یا چیلر ساختمانی تراکمی؟
اصولا چیلرهای جذبی در مقایسه با چیلرهای تراکمی هواداران بیشتری دارند. این چیلرها با صرفه‌جویی در هزینه انرژی الکتریکی به عنوان یکی از کم مصرف‌ترین تجهیزات اضطراری در ساختمان‌ها شناخته می‌شوند.
راندمان بیشتر دیگ‌های چیلر جذبی در تابستان منجر به استفاده از این چیلرها در تجهیزات و ساختمان‌هایی شده است که در طول سال به بخار احتیاج دارند.
سر و صدای کمتر چیلر جذبی در مقایسه با چیلر تراکمی یکی دیگر از دلایل محبوبیت این نوع چیلر هاست. از آنجایی که در این نوع از چیلرها از کمپرسور استفاده نمی‌شود سر و صدای حاصل از دستگاه به مراتب پایین‌تر است.
در آخر از آنجایی که در چیلرهای جذبی از ماده‌های مخرب برای لایه اوزون استفاده نمی شود، این نوع از چیلرها سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند.
