رد کردن لینک ها

چیلر چیست

چیلر چیست: چیلر، به معنای آب سرد کن است که  گرما را از ساختمان خارج به به بیرون هدایت می کند. هنگامی که از سیکل تبرید تراکمی صحبت می گردد، اغلب سیستم های انبساط مستقیم مانند کولر گازی به به ذهن می آید. در این سیستم ها مبرد ثانویه وجود نداشته و هوای داخل ساختمان، بی واسطه و با عبور از روی کویل اواپراتور خنک می گردد. هر چند این نوع سیستم های سرمایشی در مناطق مسکونی، تجاری و گاهی صنعتی دارای کاربرد وسیعی می باشند. اما از لحاظ عملکرد یا ظرفیت سرمایش معایبی دارند که کاربرد آنها را در مجتمع های مسکونی، صنعتی، تجاری و اداری بزرگ با محدودیت هایی مواجه می کند و استفاده از سیستم سرمایش و تهویه مرکزی را اجتناب ناپذیر می کند. آب خنک شده(آب چیلد) در این سیستم ها به عنوان مبرد ثانویه کاربرد دارد همان طور که در شکل زیر می بینید یک چیلر عمدتا دارای سه قسمت یا لوپ انتقال حرارت می باشد.

شماتیک چیلر

در لوپ اول هوای سرد از طریق یک یا چند هواساز در فضای ساختمان توزیع می گردد. در این قسمت هوای سرد گرمای محسوس را که شامل گرمای ناشی از اختلاف دمای خارج و داخل، گرمای تابشی و حرارت تولیدی توسط ساکنین و وسایل الکترونیکی می باشد را جذب کرده و دمای آن بالا می رود. همچنین گرمای نا محسوس و رطوبتی که از طریق همین هوای سرد جذب گردیده و در نتیجه دمای آن به تدریج بالا می رود. همچنین گرمای نا محسوس و رطوبتی که از طریق نفوذ هوا، ساکنین و تجهیزات حرارتی موجود در ساختمان به هوای محیط افزوده می گردد نیز از طریق همین هوای سرد جذبی می گردد و در نتیجه رطوبت ویژه آن افزایش می یابد.

بارهای-حرارتی-و-برودتی-وارد-به-ساختمان

جذب گرما و رطوبت به محیط

بنابراین دما و رطوبت مطلوب در یک ساختمان بستگی به توازن و تعادل بین گرمای محسوس و نامحسوس و نیز مقدار و  ظرفیت هوای سرد ورودکی برای جذب گرما دارد.

در لوپ دوم، هوای توزیع شده در ساختمان به سمت هواساز برگشته و با درصدی از هوای تازه مخلوط می گردد. مخلوط هوای تازه  و برگشتی از روی کویل سرمایی که داخل آن آب چیلد در حال گردش است، عبور می کند. در کویل سرمایی، محتوای گرما و رطوبت هوا کاهش پیدا کرده و دوباره جهت توزیع هوا  در محیط آماده می شود. هنگامی که آب چیلد در داخل کویل سرمایی هواساز به صورت  جریان مخالف با هوای خارج کویل  تبادل حرارت می یابد، دمای آن هنگام خروج از کویل بین ۸-۱۶ درجه فارنهایت نسبت به آب ورودی به کویل افزایش می یابد. آب چیلد برگشتی از اواپراتور چیلر با مبرد اصلی تبادل حرارت انجام داده و دمای آن کاهش می یابد و پس از انجام فرایند خنک سازی از چیلر به سمت هواساز هدایت می گردد.

در لوپ سوم گرمای حاصل از کار انجام شده توسط کمپرسور بر روی مبرد به محتوای گرمایی آب چیلد اضافه می گردد. البته مقدار این گرما با بازده کمپرسور ارتباط مستقیم دارد. مجموع این گرما به واسطه تبادل حرارت با سیال دیگری که عمدتا آب یا هوا می باشد، در کندانسور دفع می شود.

چیلر چیست

تعیین دمای آب چیلد

اولین قدم در جهت ارزیابی سیستم آب چیلد، تعیین دمای آب چیلد می باشد. در هر سیستم سرمایش و تهویه مطبوع جهت کنترل همزمان رطوبت و دما محیط، دمای آب چیلد رفت باید به مقدار کافی پایین باشد تا بتوان بار گرمایی محسوس و نهان محیط مورد نظر را تحت پوشش قرار داد. که باید دو اصطلاح سرمایش محسوس و سرمایش نهان یا نامحسوس آشنا گردیم.

حتما بخوانید!
مقایسه چیلر تراکمی و چیلر جذبی

سرمایش محسوس به فرایند کاهش دمای هوا بدون تغییر محتوای رطوبت آن اطلاق می گردد.

در یک اتاق فرضی ساکنین اتاق، نفوذ هوای خارج و موارد دیگر  می توانند محتوای رطوبت آن اتاق را افزایش دهند. هوای ورودی به این اتاق که از طریق هواساز یا فن کویل توزیع می گردد باید به اندازه ای سرد شود تا دمای نقطه شبنم آن از دمای نقطه شبنم دستگاه کمتر باشد تا این رطوبت اضافی را از محیط اتاق خارج می کند.

مقدار گرمایی که با ایجاد تغییر در محتوای رطوبت محیط مفروض توسط  هوای ورودی جذب می شود را سرمایش نهان یا نامحسوس می گویند. مجموع سرمایش محسوس و نهان ، بار سرمایی اتاق را تشکیل می دهد که می بایست توسط اب چیلد در گردش جذب  شده تا شرایط آسایش در اتاق را فراهم آورد.

دمای هوای ورودی به محیط به دو عامل زیر بستگی دارد

  1. دما و رطوبت مطلوبی قصد داریم  در محیط مفروض به آن برسیم
  2. نسبت گرمای محسوس SHR که با تقسیم بار سرمایی محسوس بر مجموع بار سرمایی ( مجموع بار نهان و محسوس) بدست می آید.

اگر بر روی نمودار سایکومتریک نقطه شرایط طرح داخل (مطلوب) اتاق را مشخص کرده و از آنجا آن را با خطی به نقطه هوای خروجی از کویل سرمایی وصل کنیم، شیب این خط مقدار نسبت گرمایی محسوس را مشخص می کند که به اختصار آن را SHR می نامیم. اگر SHR برابر ۱ باشد بدین معنی است که مقدار  بار سرمایی نهان صفر است. مقدار SHR جهت ایجاد شرایط آسایش، در محدوده محیط های بزرگ مانند ادارای ها، سالن اجتماعات  و مساجد به ترتیب از ۸۰% تا ۹۰% در نظر گرفته می شود. نقطه تلافی خط  شرایط اتاق یا همان خط SHR با منحنی اشباع را نقطه شبنم دستگاه یا ADP می نامند. نقطه شبنم دستگاه به عنوان یک شاخص برای تعیین خصوصیات هوای خروجی از کویل به کار می رود.

نمودار سایکومتریک دمای شبنم

بدیهی است که کویل سرمایی در شرایط واقعی دارای بازده صد درصد نمی باشد، بنابراین هوای خروجی از کویل کاملا اشباع نبوده و دمای آن به هنگام خروج از کویل در حدود ۱ تا ۲ درجه بالاتر از نقطه شبنم دستگاه یا  همان ADP  می باشد. در شرایط واقعی بازده کویل را مس توان تا ۹۸% افزایشش داد. هرچند رسیدن به این عدد از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و بازده در حدود ۹۵% می باشد.

با در نظر گرفتن این بازده برای کویل سرمایی، دمای مرطوب هوای خروجی از کویل تقریبا ۱°F  از دمای خشک آن کمتر خواهد بود. اختلاف دمای بین آب چیلد ورودی به کویل و هوای خروجی از آن در کمترین حالت  ۳ °F  در بیشترین حالت °F 10 می باشد. برای کاربردخای تهویه مطبوع این اختلاف را به طور متوسط °F7 در نظر می گیرند. بنابراین برای تعیین آب چیلد ورودی به کویل کافی است مقدار °F7 از دمای خشک هوای خروجی کم کرده تا به دمای مورد نظر برسیم.

تعیین میزان افزایش دمای آب چیلد

بعد از تعیین دمای آب چیلد ورودی، می بایست میزان افزایش دمای آب چیلد یا به عبارتی دیگر اختلاف دمای آب چیلد ورودی و خروجی را مشخص نمود. دبی جریان آب چیلد به دو عامل بار سرمایی و اختلاف دمای آب چیلد ورودی و خروجی بستگی دارد. هر چه این اختلاف دما بالاتر رود  دبی آب کمتر می شود و در نتیجه از طریق آب چیلد به سیستم انتقال می یابد. بعلاوه با  افزایش اختلاف دما، می بایست سطح حرارتی مبدل های حرارتی و کویل های حرارتی سیستم افزایش داد که این موضوع در پاره ای از موارد موجب کاهش جذب بار سرمایی نهان خواهد گردید. به لحاظ تجربی میزان افزایش دماس آب چیلر به ازای دبی      ۲٫۴ معادل°F10 در نظر گرفته می شود. البته در سیستم های بزرگتر  که حجم لوله کشی آن ها بیشتر است ، برای پایین آوردن هزینه های پمپاژ و لوله کشی در سیستم (کاهش سایز لوله ها) می توان  اختلاف دمای آب ورودی و خروجی  را افزایش داد. در صورتی که مقدار افزایش دما به °F12 برسد، دبی آب چیلد به  ۲ و اگر به مقدار °F14 افزایش یابد  دبی آب به  ۱٫۷ کاهش می یابد. برای محیط های بسیار بزرگ مقدار افزایش دمای آب چیلد ممکن است تا °F16 ( ۱٫۵) و یا حتی ۲۰ ( ۱٫۲) نیز در نظر گرفته شود.

حتما بخوانید!
معرفی انواع چیلر تراکمی و بررسی اجزای آن

ساختار چیلر های تراکمی

مدار لوله کشی چیلر

چیلر های سیکل تراکمی

همان گونه که اشاره شد مبرد ثانویه با جذب گرما دچار تغییر فاز نمی گردد. آب  و آب چیلد از متداول ترین انواع مبرد های ثانویه هستند. این مبرد ها در سیستم های تهویه مطبوع  وسرمایش مرکزی در ساختمان های مسکونی و تجاری استفاده می گردد. با به کارگیری این مبرد ها در سیستم های سرمایش، دیگر نیازی به استفاده از کمپرسور جداگانه در هر اتاق یا ناحیه نمی باشد. همچنین یکی دیگر از مزایای استفاده از از آب چیلر قابلیت تنظیم دما و دبی آن با توجه به تغییرات بار سرمایی محیط مورد نظر می باشد. که در سیستم سرمایش مرکزی مانند چیلر این تغییرات، به راحتی وصول می گردد.

در کاربرهای دمای پایین ، مانند سیستم های یخ ساز یا چیلرهای زیر صفری، یک ترکیب شمیایی مانند اتیلن یا پروگیری از پروپیلن گلیکول جهت جلوگیری از یخ زدگی و انجماد در سیستم به آب چیلد اضافه می گردد. در اصطلاح سرمایش و تهویه مطبوع به دستگاهی که آب چیلد تولید می کند، چیلر می گویند. چیلرها معمولا به صورت یکپارچه بوده و اجزای آن شامل اواپراتور، کندانسور و یک یا چند کمپرسور است. سیال مورد استفاده برای خنک کردن کندانسور به طور معمول آب یا هوای بیرون می باشد.

مقایسه چیلر هواخنک و آب خنک

انواع چیلر تراکمی

اواپراتور از یک مبدل حرارتی پوسته و لوله تشکیل شده است که معمولا مبرد در پوسته و آب چیلد  در داخل لوله ها جریان دارد. همچنین  سرعت آب در اواپراتور با در نظر گرفتن اختلاف دمای°F 10 -20 برای آب چیلر بین ۳ تا ۱۱ فوت بر ثانیه می باشد.

اواپراتور پوسته لوله چیلر

اواپراتور چیلر

در چیلرهای هوا خنک که نوع دیگری از چیلر تراکمی هستند ساختار کندانسور از یک مبدل حرارتی و تعدادی فین تشکیل شده است  که مبرد اصلی به واسطه آن خنک می شود. چیلرهای هوا خنک معمولا در مناطقی مورد استفاده قرار می گیرند که محتوای رطوبت در آنها بالا باشد.

چیلر با خنک کننده هوا

چیلر با کندانسور هوا خنک

در این چیلرها با گردش هوای به وسیله فن بروی لوله های مسی محصور در کویل، مبرد را در دمای هوا محیط کندانس می شود. هرچه مقدار کندانسور بزرگتر باشد بازده سیستم برودت چیلر بیشتر می شود. در چیلر آب خنک کندانسور به وسیله آب خنک می شود که آن نیز یک مبدل پوسته و لوله تشکیل شده است که معمولا مبرد اصلی پوسته و آب خنک کننده در لوله ها جریان دارد.

نمای کلی چیلر و برج خنک کننده

شماتیک لوله کشی برج خنک کننده و کندانسور چیلر

دمای آب ورودی به کندانسور معمولا F°۷۰-۸۵ بوده و اختلاف دمای آب ورودی  وخروجی ۱۰-۱۵ درجه می باشد. برای خنک کردن آب خروجی کندانسور از برج خنک کننده  استفاده می کنند. همچنین در برخی موارد از سایر منابع خنک سازی مانند چاه ، استخر و آب رودخاه نیز تحت برخی تدابیر خاص استفاده کرد.

حتما بخوانید!
معرفی چیلر جذبی شعله مستقیم

استفاده از برج خنک کننده در پشت بام جهت چیلر

استفاده از برج خنک کننده در پشت بام جهت چیلر

سیکل چیلر جذبی

خنک کردن به وسیله چیلر جذبی از نظر فیزیکی مشابه سرد کردن با چیلرهای تراکمی است. یعنی جذب گرمای خارجی توسط مبرد در اثر تبخیر آن خواهد بود. چیلرهای جذبی نیز دارای اواپراتور ( تبخیر کننده ) و کندانسور و در اکثر مواقع شیر انبساط می باشد، اما برقراری سیکل جذبی در این چیلرها در اثر مصرق کار مکانیکی نبوده و بلکه در انرژی حرارتی تامین می گردد.

در چیلرهای جذبی دو نوع ماده وجود دارد یکی به عنوان مبرد و دیگری به عنوان جاذب که این جاذب با مبرد حل می گردد و یا با آن مخلوط می گردد. در چیلر های جذبی از آب مقطر به عنوان مبرد و محلول نمک لیتیوم بروماید به عنوان جاذب استفاده می گردد.

حال جهت رسیدن به دمای آب ۷°C باید مبرد در اواپراتور در دمایی کمتر از  آن به جوش آید. بنابراین برای درک بهتر فرایند این چیلرها باید این قانون طبیعی را درک کنیم که فشار تبخیر آب هر چه فشار کمتر بشود، پایین تر می آید. بنابراین مطابق شکل زیر جهت حصول این دما باید محفظه چیلر تا به طور کامل و تا فشار ۰٫۰۴ بار وکیوم و خلا گردد.

چگونکی تاثیر فشار بر دمای تبخیر

چگونکی تاثیر فشار بر دمای تبخیر

محفظه ای که در آب مقطر موجود است اواپراترو می نامند و در طرف دیگر که در لیتیوم بروماید موجود است ابزوربر می نامند. مبرد، حرارت آب در گردش در ساختمان را به وسیله یک کویل شل و تیوب  گرفته ؛ قسمتی از آن تبخیر می گردد. حال جهت حفظ فشار بخار وکیوم باید بخارات آب از آن جا خارج گردد.  بنابراین. لیتیوم بروماید یک نمک با خاصیت جذب بسیار بالای بخار آب  می باشد که در چیلرهای جذبی از محلول با غلظت ۵۴%  در ابزوربر استفاده می گردد.

جذب بخار آب توسط لیتیوم بروماید

در ابزوربر محلول غلیظ ۶۴% با جذب بخارات آب و رقیق شدن آن تا غلظت ۵۹٫۵%  پیش می رود. در نتیجه با کاهش قدرت جذب مواجه می شویم. برای رفع این مشکل به چیلر یک ژنراتور و یک پمپ اضافه می کنیم و محلول رقیق لیتیوم بروماید به وسیله پمپ به ژنراتور رفته و به وسیله حرارت بخار ، مبرد از محلول چیلر جدا می شود ومحلول غلیظ به سمت لیتیوم بروماید غلیظ بر می گردد. حال جهت تکمیل سیکل سرمایش چیلر جذبی یک عدد کندانسور نیز به آن اضافه می گردد تا بخار آب از ژنراتور خارج شده در کندانسور تقطیر یابد  و دوباره به اواپراتور برگردد و یک مدار بسته را تشکیل دهد برای تکمیل فرایند چیلر جذبی  و بالابردن راندمان یک مبدل حرارتی بین ژنراتور و ابزوربر قرار می گیرد تا از طرفی محلول رقیق که را از ابزوربر به ژنراتور می رود را گرم کند و از طرفی محلول غلیظی را که از ژنراتور به ابزوربر بر می گردد را خنک کند.

چرخه چیلر جذبی

carrier ,  The Engineering Mindset :منابع

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس

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

به گفتگو بپیوندید

بازگشت به بالای صفحه