در این مقاله به مقایسه چیلر هوا خنک و آب خنک میپردازیم و مزایا و معایب هر یک از این دو نوع چیلر را بررسی میکنیم.
چیلر چیست؟
چیلر در لغت به معنای «آب سردکن» است؛ دستگاهی که آب سرد تولید میکند. چیلرها در صنایع برای خنککاری ماشینآلات، مواد و محصولات، و در تهویه مطبوع ساختمانها استفاده میشوند.
چیلرها به دو دسته تراکمی و جذبی تقسیم میشوند. در چیلر جذبی انرژی موردنیاز بهصورت حرارت تأمین میشود؛ در چیلر تراکمی، انرژی مصرفی الکتریسیته است. برای مقایسه این دو نوع، مقاله مقایسه چیلر تراکمی و جذبی را هم بخوانید.
اجزای اصلی چیلر تراکمی شامل چهار قسمت است: کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور. در سیکل تبرید، مبرد پس از عبور از شیر انبساط، فشار و دمایش افت میکند. با عبور این سیال کمفشار از اواپراتور، دمای آبی که از آن میگذرد پایین میآید. مبرد پس از تبخیر کامل، وارد کمپرسور میشود؛ در آنجا دما و فشارش افزایش مییابد و سیکل تبرید ادامه مییابد. مبرد خروجی از کمپرسور در حالت فوقگرم است.
در ادامه چرخه، این گاز باید به مایع تبدیل شود؛ این اتفاق در کندانسور میافتد. ابتدا دمای مبرد تا دمای اشباع کاهش مییابد و سپس از بخار اشباع به مایع اشباع تبدیل میشود. مبرد فوقگرم وارد کندانسور و به حالت مایع سابکول از آن خارج میشود؛ در کندانسور، مبرد در فشار ثابت تقطیر میشود.
چیلرهای تراکمی بر اساس نوع کندانسور به دو دسته آبی و هوایی تقسیم میشوند. برای مقایسه دقیق این دو، باید شرایط کندانسور آبی و هوایی را جداگانه بررسی کنیم.
چیلر با کندانسور آبی
شماتیک لوله کشی چیلر آبی
در مقایسه چیلر تراکمی آب خنک و چیلر تراکمی هوا خنک، ابتدا چیلر با کندانسور آبی را بررسی میکنیم. همانطور که از نام آن پیداست، این چیلر با آب خنک میشود و راندمان بالاتری دارد؛ در نتیجه دفع حرارت بیشتری انجام میدهد. فشار کاری این نوع چیلر هم کمتر از کندانسور هوایی است.
کندانسور این چیلر یک مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell & Tube) است که عملیات کندانس در آن با کمک برج خنککننده انجام میشود. آب برج در تیوب کندانسور جریان دارد؛ مبرد داغ خروجی از کمپرسور وارد پوسته کندانسور میشود، با لولههای مسی حامل آب برج برخورد میکند و طی این تبادل حرارت، تقطیر میشود.
کندانسور چیلر آبی
در کندانسورهای چیلر تراکمی آب خنک، از لولههای مسی با سایز ۳/۴ اینچ استفاده میشود. برای افزایش سطح حرارتی، به این لولهها فین میزنند؛ تراکم فین بین ۱۹ تا ۴۰ فین بر اینچ است.
طبق استاندارد ARI590، دمای آب ورودی به کندانسور باید ۸۵ درجه فارنهایت و خروجی از آن ۹۵ درجه فارنهایت طراحی شود. مطابق این اختلاف دما، به ازای هر تن تبرید ظرفیت واقعی چیلر، ۳ گالن بر دقیقه (GPM) دبی آب کندانس نیاز است. عملکرد صحیح چیلر آبی، منوط به انتخاب درست برج خنککننده است.
چیلر آب خنک
برج خنککننده
یکی از تفاوتهای اصلی چیلر آب خنک با هوا خنک، نیاز به برج خنککننده است. وظیفه برج، دفع گرمای گرفتهشده در کندانسور به محیط بیرون است. آب گرم خروجی از کندانسور به بالای برج پمپ میشود، از روی پکینگهای برج عبور میکند و به تشتک برج میریزد.
این فرایند بهطور مستمر تکرار میشود: آب در برج به گردش درمیآید و در تماس با هوا، بخشی از آن تبخیر و بقیه خنک میشود. برج خنککننده از یک سیستم پخش آب روی پکینگها، فنهای مکنده و سطح حرارتی پکینگها تشکیل شده است.
برای انتخاب صحیح برج خنککننده، سه فاکتور اساسی باید بررسی شود:
- دمای Wet Bulb محیط: هرچه دمای مرطوب هوای ورودی به برج کمتر باشد، راندمان برج بالاتر میرود. به همین دلیل در مناطق مرطوب، استفاده از چیلر آب خنک مقرونبهصرفه نیست و چیلر هوایی گزینه بهتری است.
- Approach: اختلاف دمای آب خروجی از برج با دمای مرطوب هوای ورودی. هرچه این اختلاف کمتر باشد، برج بزرگتری لازم است؛ حداقل مقدار معمول آن ۷ درجه فارنهایت است.
- Range: اختلاف دمای آب ورودی و خروجی برج خنککننده.
در تصویر زیر، خروجی نرمافزار انتخاب برج خنککننده شرکت پرتو آب گردان برای یک چیلر ۱۰۰ تن تبرید در شرایط آبوهوایی تهران را میبینید.
انتخاب برج خنککن
مصرف آب چیلر آب خنک — نقطهضعفی که کمتر به آن پرداخته میشود
یکی از تفاوتهای مهم و کمتر مطرحشده چیلر آب خنک با چیلر هوا خنک، مصرف مستمر آب است. برخلاف چیلر هوایی که هیچ آبی مصرف نمیکند، در چیلر آب خنک سه نوع مصرف آب وجود دارد:
| نوع مصرف آب | علت | مقدار تقریبی |
|---|---|---|
| تبخیر (Evaporation) | خنکشدن آب در برج با تبخیر بخشی از آن | حدود ۳ GPM به ازای هر ۱۰۰ تن تبرید (در Range معمول) |
| بلودان (Blowdown) | تخلیه بخشی از آب برای کنترل غلظت املاح محلول (TDS) | حدود ۰.۳ تا ۰.۵ GPM به ازای هر ۱۰۰ تن تبرید |
| درفت (Drift Loss) | پاشش قطرات ریز آب همراه با هوای خروجی فن | کمتر از ۰.۰۲٪ دبی گردشی آب |
این مصرف آب مداوم، هزینهای است که چیلر هوا خنک اصلاً ندارد؛ در مناطقی که آب شرب گران یا کمیاب است (مثل بسیاری از شهرهای ایران)، این هزینه میتواند در طول عمر پروژه قابلتوجه شود.
یکی از راهحلهای رایج برای کاهش این هزینه، استفاده از آب خاکستری بهجای آب شرب برای تغذیه برج خنککننده است؛ این روش میتواند بخش بزرگی از مصرف آب شرب ساختمان را جایگزین کند. برای جزئیات بیشتر میتوانید راهنمای کامل تصفیه آب خاکستری را هم بخوانید.
خطر رشد باکتری و نیاز به آبدرمانی برج خنککننده
فراتر از مصرف آب، برجهای خنککننده به دلیل دمای گرم، رطوبت بالا و سطح تماس زیاد آب با هوا، محیط مناسبی برای رشد باکتریها — از جمله باکتری لژیونلا — هستند. اگر آب برج بهدرستی درمان (Water Treatment) نشود، این باکتری میتواند از طریق قطرات معلق در هوا (آئروسل) پخش شود و خطر سلامتی ایجاد کند.
برای پیشگیری از این مشکلات، این اقدامات لازم است:
- تزریق دورهای بیوساید برای کنترل رشد باکتری و جلبک
- کنترل سختی آب با سختیگیر آب برای جلوگیری از رسوب روی لولههای کندانسور
- بلودان منظم برای کنترل غلظت املاح
- عیبیابی و سرویس دورهای پکینگ، پمپ و فن برج
این هزینههای نگهداری، در کنار مصرف آب، مجموعاً هزینه بهرهبرداری چیلر آب خنک را نسبت به چیلر هوا خنک بالا میبرند — هرچند مصرف برق آن پایینتر است.
چیلر هوا خنک
چیلر با کندانسور هوایی یکپارچه
چیلرهای هوا خنک به آن دسته از چیلرها گفته میشود که برای دفع حرارت از کندانسور هوایی استفاده میکنند.
در کندانسور هوایی، مبرد داخل کندانسور با هوا خنک میشود؛ فنهای آکسیال با عبور جریان هوا از روی کویل کندانسور، این خنکسازی را انجام میدهند. کویل این چیلرها معمولاً لولههای مسی با سایز ۱/۴ تا ۵/۸ اینچ دارد که با فینهای آلومینیومی با تراکم ۱۰ تا ۲۰ فین بر اینچ پوشیده شدهاند. این کندانسورها معمولاً دو تا چهار ردیفهاند.
نمودار تغییرات دمایی کندانسور هوایی
در نمودار بالا، تغییرات مبرد R-22 در کندانسور هوایی نشان داده شده است. حدود ۵ درصد سطح تبادل حرارت مربوط به ناحیه فوقگرم است؛ بخش اصلی سطح، مربوط به تبدیل فاز (گاز به مایع) است و حدود ۱۵ درصد باقیمانده برای سابکولشدن در نظر گرفته میشود.
چیلرهای هوایی محدودیت چیلر آبی (وابستگی به رطوبت محیط) را ندارند؛ فقط اختلاف دمای Dry Bulb با دمای تقطیر معیار اصلی تعیین آنهاست. هرچه این اختلاف بزرگتر باشد، میتوان از کندانسور کوچکتری استفاده کرد. مقدار هوادهی فن کندانسور چیلر هوا خنک معمولاً حدود ۶۰۰ تا ۱۲۰۰ فوت مکعب بر دقیقه (CFM) بر تن تبرید است.
برای بالابردن ضریب انتقال حرارت، از فینهای صفحهای آلومینیومی یا مسی استفاده میشود؛ در مناطق مرطوب و مستعد خوردگی، معمولاً فین مسی ترجیح داده میشود.
مقایسه سروصدای چیلر آب خنک و هوا خنک
فنهای آکسیال بزرگ کندانسور هوایی، منبع اصلی صدای چیلر هوا خنکاند و معمولاً از فنهای سانتریفیوژ برج خنککننده پرسروصداترند. اگر چیلر نزدیک فضای مسکونی یا اداری حساس به صدا نصب شود، این تفاوت اهمیت زیادی پیدا میکند.
چیلر آب خنک به دلیل کوچکتر بودن کندانسور و فنهای ملایمتر برج، معمولاً صدای کمتری تولید میکند؛ هرچند خود برج هم میتواند در فواصل نزدیک آزاردهنده باشد. برای کاهش صدای هر دو نوع چیلر، از سایلنسر روی فن، جایگاه ضدارتعاش و دیوار صوتبر استفاده میشود؛ در صورت نیاز، خدمات کاهش صدای چیلر هم میتواند این مشکل را برطرف کند.
تفاوتهای ظرفیت چیلر با کندانسور هوایی و آبی
چیلرهای آب خنک و هوا خنک، در تقسیمبندی رنج ظرفیتی هم تفاوت دارند؛ در چیلر آب خنک، به دلیل مصرف برق کمتر و کوچکتر بودن کندانسور برای همان ظرفیت، میتوان از دستگاههای با ظرفیت بزرگتر استفاده کرد.
چیلر تراکمی هوا خنک معمولاً در رنج ظرفیتی ۵ تا ۵۰۰ تن تبرید طراحی میشود؛ در حالی که چیلر تراکمی آب خنک در بازه ۲۰ تا ۳۰۰۰ تن تبرید مورد استفاده قرار میگیرد.
در کمپرسورهای چیلر، هرچه دمای تقطیر برای طراحی سیستم پایینتر باشد، توان برودتی افزایش مییابد. تفاوت اصلی چیلر آب خنک و هوا خنک در همین دمای تقطیر کندانسور است: چیلر آبی به دمای Wet Bulb و چیلر هوایی به دمای Dry Bulb وابسته است. شکل زیر از شرکت TRANE این تفاوت را نشان میدهد.
تفاوت دمایی Dry Bulb و Wet Bulb
این اختلاف دما روی عملکرد و ظرفیت سیکل تبرید و کمپرسورهای برودتی تأثیر میگذارد. نمودار فشار-آنتالپی زیر تفاوت ظرفیت چیلرهای آبی و هوایی را نشان میدهد.
نمودار فشار آنتالپی
این نمودار سیکل تبرید چیلر را در دو حالت دمای تقطیر آب خنک و هوا خنک نشان میدهد. هرچه دمای تقطیر بالاتر برود، ظرفیت تبرید کمتر میشود. در نمونه این نمودار، دمای تقطیر در حالت آب خنک ۴۲ درجه سانتیگراد و در حالت هوا خنک حدود ۵۰ درجه سانتیگراد است.
در شکلهای زیر، عملکرد یک کمپرسور یکسان (مدل CSH8693-140، مبرد R22) در دو دمای تقطیر آب خنک و هوا خنک — از نظر ظرفیت تبرید، مصرف انرژی و COP — مقایسه شده است:
خروجی نرمافزار بیتزر برای شرایط چیلر آبی
خروجی نرمافزار بیتزر برای شرایط چیلر هوایی
همانطور که در دو شکل بالا مشخص است، یک کمپرسور یکسان در دمای کندانس متفاوت، ظرفیت برودتی و جریان مصرفی متفاوتی دارد. چیلر تراکمی آب خنک با همان کمپرسور، ظرفیت بالاتر و بازده بیشتری دارد؛ برای بررسی دقیقتر مصرف برق هر دو نوع، مقاله مصرف برق چیلرهای تراکمی هوا خنک و آب خنک را هم بخوانید.
مقایسه از لحاظ مدار آبی
از نظر لولهکشی، چیلر تراکمی آب خنک سه مدار آبی دارد: مدار اول، آب سرد فنکویلها و هواسازها که با پمپ در مدار اواپراتور میگردد و سرمایش تولید میکند. مدار دوم، سیکل مبرد است که گرما را در کندانسور پس میدهد. مدار سوم، آب برج خنککننده است که همین گرما را به محیط دفع میکند.
در چیلر هوا خنک، دفع گرما مستقیم با کویل کندانسور هوایی انجام میشود و مدار سوم (برج، پمپ و لولهکشی مربوطه) کاملاً حذف میشود. همین موضوع هزینه اجرا و نگهداری پروژه را کاهش میدهد — چون نیازی به تهیه برج خنککننده، لولهکشی و پمپ آن نیست.
هزینه تعمیر و نگهداری چیلر هوا خنک هم به دلیل نبود برج و بینیازی از اسیدشویی منظم، پایینتر است. با این حال، هزینه اولیه تأمین چیلر هوایی نسبت به چیلر آبی معمولاً بالاتر است.
جدول نهایی تصمیمگیری: کدام چیلر مناسب پروژه شماست؟
| معیار | چیلر آب خنک | چیلر هوا خنک |
|---|---|---|
| راندمان و COP | بالاتر | پایینتر |
| مصرف آب | دارد (تبخیر، بلودان، درفت) | ندارد |
| هزینه اولیه خرید | پایینتر (بدون احتساب برج) | بالاتر |
| هزینه اجرا (لولهکشی و پمپ) | بیشتر (مدار سوم برج) | کمتر |
| هزینه نگهداری | بیشتر (آبدرمانی، اسیدشویی، سختیگیر) | کمتر |
| سروصدا | کمتر | بیشتر |
| مناسب اقلیم مرطوب | خیر (راندمان برج افت میکند) | بله |
| رنج ظرفیت | ۲۰ تا ۳۰۰۰ تن تبرید | ۵ تا ۵۰۰ تن تبرید |
| فضای مورد نیاز | بیشتر (برج + موتورخانه) | کمتر |
بهطور خلاصه، اگر پروژه در اقلیم خشک، با دسترسی مناسب به آب و بودجه نگهداری کافی است و ظرفیت بالایی نیاز دارد، چیلر آب خنک انتخاب کارآمدتری است. اگر محدودیت فضا، دسترسی به آب یا بودجه نگهداری دارید، یا در منطقهای مرطوب هستید، چیلر هوا خنک گزینه منطقیتری است. برای مقایسه با گزینه دیگر، مقاله مقایسه چیلر و VRF را هم بخوانید.
سوالات متداول مقایسه چیلر هوا خنک و آب خنک
کدام چیلر مصرف انرژی کمتری دارد؟
چیلر آب خنک به دلیل دمای تقطیر پایینتر (وابسته به دمای مرطوب هوا)، COP بالاتر و مصرف برق کمتری نسبت به چیلر هوا خنک دارد.
آیا چیلر هوا خنک هم آب مصرف میکند؟
خیر. چیلر هوا خنک هیچ آبی مصرف نمیکند، چون دفع گرما مستقیم با هوا انجام میشود. مصرف آب فقط مختص چیلرهای آب خنک است که برج خنککننده دارند.
چرا برج خنککننده نیاز به آبدرمانی دارد؟
چون دمای گرم، رطوبت بالا و سطح تماس زیاد آب با هوا در برج، محیط مناسبی برای رشد باکتری (از جمله لژیونلا) ایجاد میکند. بدون سرویس منظم، هم راندمان چیلر افت میکند و هم خطر بهداشتی ایجاد میشود.
آیا میتوان از آب خاکستری برای برج خنککننده استفاده کرد؟
بله، استفاده از آب خاکستری تصفیهشده بهجای آب شرب، یکی از راههای رایج برای کاهش هزینه مصرف آب چیلرهای آب خنک است.
کدام نوع چیلر صدای کمتری دارد؟
بهطور کلی چیلر آب خنک به دلیل کندانسور کوچکتر و فن ملایمتر برج، صدای کمتری نسبت به فنهای بزرگ کندانسور هوایی تولید میکند.
در اقلیم مرطوب کدام چیلر مناسبتر است؟
چیلر هوا خنک، چون عملکرد چیلر آب خنک به دمای Wet Bulb (دمای مرطوب) وابسته است و در مناطق مرطوب، راندمان برج خنککننده و در نتیجه کل سیستم افت میکند.
🔧 برای پروژهتان چیلر آب خنک یا هوا خنک مناسبتر است؟
کارشناسان بهفیکس با بررسی اقلیم، بودجه و فضای پروژه شما، بهترین گزینه را پیشنهاد و سرویس و نگهداری آن را هم انجام میدهند.
تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس
برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز میباشد
