مقایسه چیلر هوا خنک و  چیلر آب خنک

مقایسه چیلر هواخنک و آب خنک

در این مقاله به مقایسه چیلر هوا خنک و آب خنک پرداخته و مزایا و معایب هر یک از سیستم های چیلر آب و هوایی را بررسی می کنیم.

چیلر چیست

چیلر در لغت به معنی آب سرد کن می­باشد که با چیلر آب سرد تولید می گردد. چیلرها در صنایع جهت خنک کاری ماشین آلات، مواد و محصولات و در تهویه مطبوع استفاده میگردد. چیلرها به دو دسته تراکمی و جذبی تقسیم میشوند در چیلر جذبی انرژی مورد نیاز به صورت حرارت می ­باشد، ولی در چیلر تراکمی صورت انرژی الکتریسته می­باشد.

دیاگرام استفاده از آب سرد چیلر

اجزای اصلی چیلر تراکمی که شامل ۴ قسمت کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور می­باشد. سیکل تبرید یک چیلر تراکمی با عبور مبرد از شیرانبساط، فشار و دمای آن افت می­کند. حال با عبور این سیال کم فشار از اواپراتور، می­تواند دمای آبی که از آن می گذرد را پایین بیاورد. بعد از تبخیر کامل مبرد چیلر، مبرد وارد کمپرسور می گردد. در کمپرسور دما و فشار آن افزایش می یابد و باعث گردش سیکل تبرید می گردد. مبرد خروجی از کمپرسور چیلر در حالت  فوق داغ می باشد.

در ادامه چرخه تبرید، این گاز باید به مایع تبدیل شود. مبرد در این حالت وارد کندانسور می شود. در کندانسور چیلر در ابتدا باید دمای آن تا دمای اشباع کاهش یافته و سپس از بخار اشباع به مایع اشباع تبدیل شود. حال مایع پر فشار آماده ورود به شیر انبساط می­باشد. کندانسورها از مهمترین تجهیزات اصلی چیلر می­باشد که مبرد فوق داغ وارد کندانسور می­شود و به حالت مایع سابکول خارج می­شود. در کندانسور مبرد در فشار ثابت تقطیر می گردد. چیلرهای تراکمی به دو دسته آبی و هوایی تقسیم می شوند. حال جهت مقایسه چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک باید شرایط کندانسور آبی و هوایی را به صورت جدا از هم مقایسه کنیم.

چیلر با کندانسور آبی

شماتیک لوله کشی چیلر آب خنک

شماتیک لوله کشی چیلر آبی

در مقایسه چیلر تراکمی آب خنک و چیلر تراکمی هوا خنک ابتدا چیلر تراکمی با کندانسور آبی را بررسی می کنیم. همان طور که از اسم آن مشخص است، این چیلر توسط آب خنک می شود و دارای راندمان بالاتری می باشد، در نتیجه دفع حرارت بیشتری را می تواند انجام دهد. فشار کاری چیلر در این نوع کندانسور کمتر از کندانسور هوایی می باشد. کندانسور این چیلر یک مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد که به وسیله برج خنک کننده عملیات کندانس در آن انجام می شود. در کندانسورهای چیلرهای تراکمی آب خنک، آب برج خنک کننده، در تیوب کندانسور در جریان دارد و با ورود مبرد داغ خروجی از کمپرسور که با ورود به پوسته کندانسور و برخورد به لوله های مسی که داخل آن آب برج خنک کننده جریان دارد باعث انتقال حرارت و تقطیر مبرد انجام می­گیرد.

کندانسور چیلر آب خنک

کندانسور چیلر آبی

در مقایسه چیلرهای آبی و هوایی در کندانسورهای چیلر تراکمی آب خنک از لوله های مسی با سایز ۴/۳ اینچ استفاده می گردد و برای افزایش سطح حرارتی، به لوله ها فین زده می­شود. فین های لوله های مسی بین ۱۹ تا ۴۰ فین بر اینچ می باشد.

حتما بخوانید!
نحوه عملکرد چیلر جذبی

طبق استاندار ARI590 دمای آب ورودی به کندانسور ۸۵°F و خروجی از آن ۹۵°F باید مطابق طراحی گردد. مطابق با این اختلاف دما به ازای هر تن تبرید ظرفیت واقعی چیلر، ۳gpm دبی آب کندانس مورد نیاز می­باشد. در تفاوت های چیلر آبی و چیلر هوایی، عملکرد صحیح چیلر آبی منوط به انتخاب درست برج خنک کننده می باشد.

چیلر آب خنک

چیلر آب خنک

برج خنک کننده

از جمله تفاوت های چیلر تراکمی آب خنک  با هوا خنک، احتیاج به وجود برج خنک کننده می باشد. برج های خنک کننده در اصل برای خنک کردن آب می باشند و وسیله ای می باشند که گرمای تولید شده توسط کندانسور را به محیط بیرون منتقل می کند. آب گرم خروجی از کندانسور به بالای برج خنک کننده پمپ می گردد و از بالای برج خنک کننده با گذر از پکینگ های برج خنک کننده به داخل تشتک برج  می ریزد. این فرایند به طور مستمر تکرار می گردد. آب در برج به گردش در می آید و به طرف پایین ریخته می شود که در اثر تماس با مولکول های هوا باعث تبخیر خنک شدن آب می گردد. برج خنک کننده خنک شامل یک سیستم پخش آب جهت ریختن آب بر روی پکینگ ها می باشد، وجود فن های مکنده و برخورد هوا و ایجاد سطح حرارتی به وسیله پکینگ ها  از جمله شرایط کاری آن ها می باشند.

برج خنک کن چیلر آب خنک

حال جهت مقایسه صحیح میان چیلر هوایی و چیلر آبی باید روش صحیح انتخاب برج خنک کننده را بررسی کنیم. در انتخاب برج خنک کننده دارای سه فاکتور اساسی می باشد که باید آن ها را بررسی کنیم. اولین فاکتور دمای  WET BULB محیط می باشد که با توجه شرایط محیط میزان رطوبت نسبی تعیین می گردد. هر چه دمای هوای مرطوب هوای ورودی برج خنک کننده کمتر باشد، راندمان برج خنک کننده افزایش می یابد. بنابراین در مناطق مرطوب استفاده از چیلر تراکمی آب خنک مورد تایید و مقرون به صرفه نمی باشد و بهتر است از چیلر هوایی استفاده گردد.

دومین فاکور مورد بررسی approach میباشد. که به اختلاف بین درجه حرارت آب خروجی از برج خنک کننده و دمای مرطوب هوای ورودی به برج می باشد. هر قدر نزدیکی را بخواهیم کمتر کنیم ( دمای آب خروجی از برج خنک کننده را به دمای مرطوب نزدیک کنیم)، باید از برج خنک کننده بزرگ تر استفاده کنیم این مقدار حداقل به مقدار ۷ درجه فارنهایت در نظر می گیریم.

آخرین فاکتور range یا دامنه می باشد که به اختلاف درجه حرارت آب ورودی و خروجی برج خنک کننده تعریف می گردد.

حال به وسیله نرم افزار انتخاب برج خنک کننده شرکت معظم پرتور آب گردان برج خنک کننده جهت چیلر تراکمی ۱۰۰ تن تبرید در شرایط آب هوایی تهران را به مشاهده می فرمایید.

حتما بخوانید!
روش عایق کاری لوله و کانال

انتخاب برج خنک کننده

انتخاب برج خنک کن

چیلر هواخنک

چیلر هوا خنک

چیلر با کندانسور هوایی یکپارچه

چیلرهای هوا خنک یا چیلرهای هوایی به آن دسته از چیلرهای می گویند که جهت دفع حرارت از کندانسور هوایی به همراه استفاده میکنند.

در مقایسه چیلرهای هوایی و چیلرهای آبی در کندانسورهای هوایی مبرد داخل کندانسور آن به وسیله هوا خنک می­شود که به وسیله فن های آکسیال با عبور جریان هوا از روی کویل کندانسور، چیلر هوا خنک نامیده می­شوند. کویل در چیلرهای تراکمی هواخنک عموما دارای لوله های مسی با سایز ¼ تا ۵/۸ می باشند. این لوله های مسی به وسیله فین های آلومینیومی با تراکم ۱۰ الی ۲۰ فین بر اینچ می باشد. این کندانسور عموما دو الی چهار ردیفه می باشند.

شماتیک کندانسور هوایی

نمودار تغییرات دمایی کندانسور هوایی

نمودار تغییرات دمایی کندانسور هوایی

در نمودار بالا جهت تغییرات مبرد در شرایط کندانسور هوایی جهت مبرد R-22 بررسی می کنیم. در این کندانسور حدود ۵ درصد سطح تبادل حرارت مربوط به ناحیه فوق داغ می باشد که بخش اعظم سطح تبادل حرارتی مربوط به تبدیل فاز و تغییر گاز به مایع می باشد و حدود ۱۵ درصد باقی مانده نیز جهت سابکول شدن در نظر گرفته می شود.

چیلرهای هوایی محدودیت چیلر آبی را ندارند و فقط اختلاف دمای DRY BULB با دمای تقطیر معیار اصلی تعیین آن است. هرچه این اختلاف بزرگتر باشد می­توان از چیلر با کندانسور کوچکتری استفاده کرد. مقدار هوادهی در فن های کندانسور چیلر هوا خنک حدود ۶۰۰ الی ۱۲۰۰ می باشد.

 در مقایسه چیلرهای تراکمی آب خنک و چیلر تراکمی هوا خنک جهت بالا بردن ضریب انتقال حرارت از فین که به صورت صفحات از جنس آلومینیوم یا مس است، استفاده می­گردد. معمولا در مناطق مرطوب و دارای خوردگی از فین مسی استفاده می­کنیم.

فین کندانسور هوایی

تفاوت های ظرفیت  چیلر کندانسور هوایی و آبی

در دسته بندی چیلرهای تراکمی آب خنک و هوا خنک، این چیلر ها با توجه به نوع کندانسور، در تقسیم بندی های چیلرهای تراکمی و رنج ظرفیت های مختلف مورد بررسی قرار می گیرد که به شرح زیر می باشد. در چیلرهای تراکمی آب خنک به دلیل مصرف برق کمتر و کوچکتر بودن می توان از چیلرهای با ظرفیت بزرگتری بهره جست.

رنج کارکرد چیلر هواخنک

رنج چیلرهای تراکمی آبی چیلرهای تراکمی هوا خنک در رنج کوچک مورد استفاده قرار می گیرد و ظرفیت ۵ تن تا ۵۰۰ تن تبرید طراحی می گردد. در صورتی که چیلرهای تراکمی آب خنک در بازه رنج ظرفیتی ۲۰ تن تا ۳۰۰۰ تن تبرید مورد استفاده قرار می گیرند.

در کمپرسورهای چیلر هر چه دمای تقطیر پایین تر برای سیستم طراحی گردد موجب افزایش توان برودتی میگردد. تفاوت چیلر تراکمی آب خنک و چیلر تراکمی هواخنک تفاوت در دمای تقطیر در کندانسور می باشد. همان طور که عنوان شد چیلرهای آبی با به دمای WET BULB و چیلرهای هوایی به DRY BULB وابسطه می باشد. در شکل زیر مربوط به شرکت معظم TRANE میزان تفاوت این دو را نشان میدهد.

حتما بخوانید!
بررسی چیلر جذبی تک اثره

تفاوت دمایی حباب خشک و حباب تر

تفاوت دمایی dry bulb & wet bulb

این تفاوت دمای باعث تاثیر در عملکرد و ظرفیت سیکل تبرید و کمپرسورهای برودتی می گردد. در شکل زیر تفاوت بین ظرفیت چیلرهای آبی و هوایی را در نمودار فشار آنتالپی بررسی میکند.

نمودار فشار آنتالپی

نمودار فشار آنتالپی

 در این نمودار یک سیکل تبرید چیلر را در شرایط دمای تقطیر در حالت آب و هوا خنک  نشان می­ دهد. هر چه دمای تقطیر بالاتررود ظرفیت تبرید کمتر می­شود. تفاوت چیلرهای تراکمی آبی و هوایی در دمای تقطیر در شرایط آب خنک ۴۲°C و در شرایط هواخنک حدود ۵۰°C می باشد.

در شکل­های مقایسه یک کمپرسور CSH8693-140 در دمای تقطیرچیلر کندانسور هوایی و آبی با مبرد R22 ظرفیت تبرید و مصرف انرژی و COP را مقایسه می­کنیم.

خروجی نرم افزار بیتزر شرایط چیلر آبی

خروجی نرم افزار بیتزر جهت شرایط چیلر آبی

خروجی نرم افزار بیتزر جهت شرایط چیلر هوایی

خروجی نرم افزار بیتزر جهت شرایط چیلر هوایی

همان که در دو شکل بالا مشخص است یک کمپرسور یکسان چیلر، در شرایط  دمای کندانس متفاوت دارای ظرفیت برودتی و جریان مصرفی متفاوت است. لذا همان طور که عنوان شد چیلر تراکمی آب خنک دارای ظرفیت بالاتر و بازده بیشتر می باشد.

مقایسه چیلر تراکمی آب خنک و هوا خنک از لحاظ مدار آبی

در مقایسه چیلر هوا خنک و آب خنک از لحاظ لوله کشی، در یک چیلر تراکمی آب خنک دارای سه مدار لوله کشی می باشد. سیکل اول، لوله کشی آب که شامل آب سرد فنکویل ها و هواسازها می باشد. این آب به وسیله پمپ  چیلر در مدار اواپراتور گردش کرده و سبب سرد سازی می گردد.  سپس آب به داخل چیلر میرود وگرمای آن توسط چیلر گرفته می شود. در مدار سیکل مبرد، گرمای خود را در کندانسور پس می دهد و سپس به وسیله پمپ گردش آب در برج خنک کننده دفع می گردد. در چیلرهای هوا خنک نیز همانند چیلرهای آب خنک ابتدا گرما ساختمان را به وسیله فن کویل ها و هواساز ها از محیط گرفته و چیلر توسط سیکل تبرید خود، گرما را به محیط دفع می کنند. در چیلرهای تراکمی هوا خنک، دفع گرما به وسیله کویل کندانسور هوایی انجام می گیرد و مدار سوم لوله کشی که شامل برج خنک کننده و پمپ و مدار لوله کشی می باشد حذف می گردد. که این خود باعث کاهش هزینه های نگهداری و اجرای پروژه می گردد. در چیلرهای هواخنک هزینه اجرای پروژه به واسطه عدم تهیه برج خنک کننده و لوله کشی و پمپ های برج خنک کننده کمتر می شود. همچنین هزینه تعمیر نگهداری نیز با توجه به نبود برج خنک کننده و عدم نیاز به اسید شویی چیلر بسیار کاهش می یابد. البته لازم به ذکر است هزینه اولیه تامین چیلر هوایی نسبت به چیلر آبی بسیار بالاتر می باشد.

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می باشد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *