طراحی سیستم‌های چیلر

انتخاب بهینه چیلر

قبل از برسی پارامتر های اثر گذار در انتخاب چیلر و همینطور پکینگ برج خنک کننده، ابتدا بایستی دسته بندی های مختلف را بررسی کنیم . اولین دسته بندی بین چیلر ها، از لحاظ نوع چرخه ترمودینامیکی آنهاست که به 2 دسته اصلی تراکمی و جذبی تقسیم بندی می شوند. چیلر های تراکمی با استفاده از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی با استفاده از انرژی حرارتی، تولید سرما میکنند.

لذا بسته به شرایط آب و هوایی، منطقه جغرافیایی، هزینه انرژی مصرفی، هزینه تامین آب و… تنها امکان استفاده از برخی از انواع چیلرها وجود خواهد داشت . شرکت تبادل گستر هیراد مختصرا به معرفی آنها می پردازد و انتخاب بر اساس انرژی مورد استفاده در انتها توضیح داده شده است. برای استعلام قیمت پکینگ نت اسپلش و همینطور نحوه فروش برج خنک کننده و تحویل آن با این شرکت تماس حاصل نمایید.

چیلر تراکمی:

انرژی اصلی مورد استفاده در این چیلر ها ، انرژی الکتریکی می باشد که از این انرژی برای گرداندن الکتروموتور کمپرسور استفاده می گردد. در چیلرهای تراکمی گاز ابتدا توسط کمپرسور، متراکم می گردد. این گاز سپس به کندانسور وارد شده توسط آب یا هوای محیط، خنک شده و به مایع تیدیل می گردد این مایع با عبور از شیر انبساط یا لوله مویین وارد اواپراتور می شود که در فشار کمتری قرار دارد. این کاهش فشار باعث تبخیر مایع گردیده و در نتیجه مایع سرد کننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط خنک کننده، باعث ایجاد برودت در مواردی که با قسمت خنک کننده در ارتباط اند می گردد. سپس گاز ناشی از تبخیر مجددا به کمپرسور منتقل می شود .

چیلر جذبی:

بخار آب در کندانسور که دارای فشار 1/0 اتمسفر است  به حالت مایع در می آید و سپس از عبور از شیر انبساط به خنک کننده (اواپراتور)که تحت فشار 0.01 اتمسفر است وارد شده ، و آب بدلیل افت فشار و برای اینکه تبخیر گردد گرمای نهان خود را از محیط خنک کننده می گیرد و باعث ایجاد برودت می گردد سپس بخار آب ایجاد شده در خنک کننده به جذب کننده منتقل می گردد و دوباره این چرخه تکرار می شود.

انواع چیلر جذبی

1- گروه تک اثره (single effect)

که خود به سه دسته  تقسیم بندی می شوند. نحوه کار آنها مشابه بوده و در همگی دارای حداقل یک مولد حرارتی می باشند.

1-تک اثره با تغذیه بخار

2-تک اثره با تغذیه آب داغ

3-تک اثره با تغذیه آب گرم

2– گروه دو اثره (Double effect)

که به دو دسته طبقه بندی می شوند.این چیلر ها،جز نسل جدید چیلر های جذبی بوده و دارای سیکل تبرید کاملتری نسبت به چیلر های جذبی تک اثره هستند.

1-دو اثره با تغذیه بخار

2-دو اثره با شعله مستقیم

چیلرهای تراکمی و نحوه انتخاب آنها :

مهندس طراح بایستی شناخت کافی از مزایا، معایب و نحوه کارکرد هر کدام از کمپرسور ها (برای چیلرهای تراکمی) داشته باشد که بتواند انتخاب صحیحی برای پروژه خود انجام دهد.

چیلرهای تراکمی از لحاظ نوع کمپرسور به 2 دسته اصلی تقسیم می شوند:

1-کمپرسور با جابجایی مثبت

2-کمپرسورهای نوع دینامیکی

کمپرسور با جابجایی مثبت، وظیفه فشرده کردن مبرد گازی را در حجم پایین تر به فشار بالاتر داشته و خود شامل نوع رفتی برگشتی، اسکرال(حلزونی)و اسکرو (پیچی یا دورانی) می شوند. توسط این نوع کمپرسورها،مبرد گازی حجم ثابت با سرعت ثابت منتقل می شود.

کمپرسورهای نوع دینامیکی همان کمپرسورهای سانتریفوژ هستند، که فشار مبرد گازی را توسط انرژی جنبشی ایجاد شده توسط پروانه در حال گردش، افزایش می دهند. بنابر این طبقه بندی کمپرسور سانتریفوژ، جز دسته کمپرسورهای اسکرو و اسکرال نیستند، بر خلاف چیزی که خیلی ها تصور دارند.

به تعریف،نحوه عملکرد، مزایا و معایب هر کدام از کمپرسورهای مورد استفاده در چیلر اشاره می کنیم :

1– کمپرسور رفتی برگشتی (پیستونی یا ضربه ای):

از نوع جابجایی مثبت بوده و با حرکت یک پیستون داخل سیلندر، عمل فشرده سازی مبرد گازی را انجام می دهد. این نوع کمپرسور خود به سه دسته تقسیم می شود.

نمای برشی اجزای کمپرسور رفت و برگشتی پیستونی تک مرحله

1-1- هرمتیک Hermetic : در معنای لغوی به معنای آب بند یا هوا بند است. در این حالت موتور و کمپرسور در داخل محفظه ای آب بند قرار گرفته اند . با توجه به اینکه این اجزا قابل دسترسی نیستند، لذا قابلیت تعمیرات آن هم وجود ندارد یا خیلی سخت می شود (پارامتر اثر گذار در انتخاب)

این نوع کمپرسورها در پروژه های با ظرفیت پایین کار می شوند.

1-2-سمی هرمتیک semi-hermetic :بر خلاف نوع قبلی قابلیت دسترسی به اجزای داخل وجود دارد، لذا تعمیرات نگهداری آن هم امکان پذیر است (پارامتر اثر گذار در انتخاب).

1-3- نوع Direct Drive  : در این نوع، موتور و کمپرسور توسط یک کوپلینک قابل انعطاف از هم جدا هستند. این نوع تکنولوژی کم قدیمی است و امروز استفاده گسترده در ساختمان چیلرها ندارد.

کمپرسور screw دورانی یا پیچی:

این نوع کمپرسورها جز دسته کمپرسورهای با جابجایی مثبت هستند که توسط روتورهای مارپیچی در ساختمان خود، وظیفه فشرده کردن مبرد گازی را دارند تکنولوژی ساخت و نوع خاص این کمپرسورها، امکانات ویژه ای را در چیلرهای تراکمی به وجود آورده است که مهمترین آن زیر بار رفتن چیلر به صورت تدریجی با توجه به میزان برودت مورد نیاز می باشد که سبب کاهش مصرف برق و کم کردن استهلاک دستگاه می شود.

نمای برشی اجزا عملکرد متراکم کننده دوار اسکرو پیچی

کمپرسور screw  (دورانی یا پیچی)خود شامل 2 نوع است :

1- نوع single

2- نوع Twin

این نوع کمپرسورها در دو نوع آب خنک و هوا خنک تا تناژ 750 تن نیز ساخته می شوند (پیشنهاد میشود که برای ظرفیتهای بالای 450 تن از نوع سانتریفور استفاده شود که توضیحات آن را خواهیم داد).

مزایای کمپرسورهای اسکرو	معایب کمپرسورهای اسکرو
ضریب تراکم نسبتا بالا	هزینه اولیه بالا
کم بودن قطعات متحرک	برای بارهای کوچک توصیه به خرید نوع رفتی برگشتی و یا اسکرال است
فشرده بودن سایز چیلرها	داشتن نویز و لرزش زیاد
سبک تر بودن نسبت به نوع رفت و برگشتی و سانتریفوژ در تناژ یکسان

کمپرسور سانتریفوژ (گریز از مرکز)

نوعی از کمپرسور های دینامیک است. در این نوع کمپرسور با استفاده از نیروی گریز از مرکز مقدار فشار سیال طی عبور از ایمپلر افزایش می یابد. بعد از ایمپلر سیال وارد پخش کننده می شود و با کاهش سرعت سیال فشار استاتیک آن افزایش می یابد، در ادامه سیال وارد جمع کننده می شود که مقطع آن می تواند دایروی،بیضوی و یا مستطیلی باشد.

نمای برشی اجزای عملکرد متراکم کننده سانتریفیوژی دو پروانه

کمپرسور سانتزیفوژ، بر اساس شرایط فشار اواپراتور و نوع مبرد، خود به 2 دسته فشار مثبت و فشار منفی تقسیم بندی می شوند.

• در هر 2 نوع مقدار مبرد استفاده شده حدود 3 پوند بر هر تن سرمایشی است.
• در کمپرسور های با مبرد R-123 قطر ایمپلر(  ( impellerهم بزرگتر است حدود 40 اینج. در کمپرسورهای با مبرد R-134a قطر ایمپلر کوچکتر است تا حدود 5 اینچ. قطر ایمپلر بزرگ تر، محدودیتهایی در طراحی ایجاد خواهد کرد لذا از 2 یا 3 ایمپلر به صورت سری برای تولید همان فشار استفاده می شود.
• در کمپرسور های با مبرد R-123 ، موتور از نوع DIRECT COUPLED است که با برق 60 هرتز، دور 3600 RPM را خواهد داشت. با مبرد R-134a، از موتور کوپل شده با یک کیربکس استفاده میشود که افزایش دور تا 30000 RPM نیز خواهد رسید.
• مشابه کمپرسور های رفتی برگشتی، این نوع کمپرسور نیز در 2 نوع HERMETIC و SEMIHERMETIC ساخته می شود.

مزایای کمپرسورهای سانتریفیوژ	معایب کمپرسورهای سانتریفیوژ
راندمان بسیار خوب در فول لود	راندمان پایین در میان باری ها
رنج بسیار بالا در تناژ سرمایی	کمپرسورهای سانتریفیوژ همچنین به سختی در ظرفیت های پایین کار می کنند
تراکم حجم بالایی از مبرد از فشارهای نسبی پایین
باز بودن دست طراح در انتخاب مبرد، قطر پروانه و سرعت کمپرسور
قابلیت ساخت چیلر از ظرفیت 200 تن به بالا
قابلیت استفاده از توربین بخار و موتورهای با سوخت فسیلی بجای الکترسیته

معایب کمپرسور های سانتریفیوژ

1. راندمان پایین در میان باری ها(در زمان پایین آمدن بار ساختمان، چیلر با بستن قسمتی از INLET VANES جریان مبرد را محدود میکند. با توجه به اینکه این روش کنترل، کار موثر چیلر را تا حدود 20% کاهش می دهد، راندمان افت خواهد داشت). برای مثال اگر چیلر در فول لود، 0.6KW به ازای هر تن مصرف برق داشته باشد، در میان باری مصرف برق به 0.9KW در هر تن افزایش خواهد داشت. حال با توجه به اینکه چیلرها در کمتر از 10 درصد ساعات سال در فول لود کار میکنند، مصرف برق اضافه شده در ساعات میان باری در طی سال قابل توجه خواهد بود.
2. کمپرسورهای سانتریفیوژ همچنین به سختی در ظرفیت های پایین کار می کنند. زمانیکه بار به 25% پایین تر از ظرفیت نامی چیلر افت میکند، چیلر وارد شرایطی که SURGE نام دارد، می شود. شرایط SURGING می تواند صدمات جبران ناپذیری را به دستگاه بزند. برای جلوگیری از ایجاد شرایط SURGING سازنده ها، سیستمهای کنترلی را به دستگاه اضافه میکنند که البته باعث کاهش راندمان چیلر در میان باری نیز میشود.

کمپرسور اسکرال (حلزونی- فرفره ای)

از نوع کمپرسورهای با جابجایی مثبت است که عمل متراکم کردن بخار مبرد را توسط 2 دیسک حلزونی چرخنده در خود به عهده دارد. دیسک بالایی بی حرکت است در حالی که دیسک پایینی حرکت می کند. وقتی مارپیچ متحرک بر خلاف عقربه های ساعت حرکت می کند، مبرد گازی به داخل فرستاده می شود و در یکی از محفظه ها حبس و به طور متغیری به سمت مرکز فشرده می شود.

نمای برشی اجزای داخلی فشرنده مبرد اسکرال حلزونی

مزایای کمپرسورهای اسکرال	معایب کمپرسورهای اسکرال
نویز و سرو صدای پایین	با توجه به ساختمان HERMETIC این نوع از کمپرسورها قابلیت تعمیرات و تعویض قطعه وجود ندارد.
تولید در سایزهای کوچک (30 تن به پایین )	امکان از دست دادن روغن در دماهای پایین
راندمان مناسب
قابل دسترس در نوع آب خنک و هوا خنک