انتخاب چیلر و نحوه چیدمان آن ها

در این مقاله ابتدا به این می پردازیم که انتخاب چیلر دارای چه پارامترهایی می باشد و سپس در به نحوه چیدمان چیلر و انواع چینش چیلر ها می پردازیم.

اصول کلی سیستم های برودتی

اجزای اصلی چیلر تراکمی که شامل 4 قسمت کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور می­ باشد. که اساس ایجاد برودت در چیلر بر یک اصل ساده استوار است. هرگاه فشار یک مایع تحت افت فشار کاهش یابد، دمای آن نیز کاهش می­ آید.

در سیکل تبرید چیلر به سیال عاملی که در سیکل تبرید استفاده می­ شود ، مبرد می­ گویند. مبرد های مختلفی در سیکل های تبرید استفاده می­شود مثل R22 یا R134a ، R407C و … می ­باشد که خواص مبرد ها هر کدام در عملکرد سیستم تاثیر گذار است.

کاهش فشار با عبور مبرد از شیرانبساط فشار آن افت می ­کند. سپس با عبور این سیال کم فشار از یک مبدل حرارتی که آن را اواپراتور می­ نامیم، می­ توان هر سیالی که از میان لوله­ های آن می ­گذرد را خنک­ کند. بعد از تبخیر کامل مبرد وارد کمپرسور می­ گردد و پس از افزایش فشار و دما از آن خارج می­ گردد. مبرد خروجی از کمپرسور چیلر در فاز ما فوق گرم می­ باشد.

برای تکمیل سیکل، این گاز باید به مایع تبدیل شود پس در ابتدا باید دمای آن تا دمای اشباع کاهش یافته وسپس از بخار اشباع به مایع اشباع تبدیل شود. این امر در کندانسور انجام می­گردد و دمایی که در آن تقطیر اتفاق می­افتد را دمای تقطیر می­ نامند. اکنون مایع پر فشار آماده ورود به کندانسور می­باشد.

با توجه به توضیحات بالا سیکل تراکمی در واقع ماشینی است که حرارت را از یک منبع  با دمای پایین گرفته ( Q_L) و باصرف توان (W ) آن را به یک منبع با دمای بالا انتقال می­دهد(Q_H). رابطه این سه پارامتر طبق قانون اول ترمودینامیک به صورت زیر است.

Q_H = Q_L + W

پارامتر های انتخاب چیلر

از جمله پارامترهای انتخاب چیلر می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم.

کارایی سیکل برودتی چیلر

واحد های مرسوم برای نرخ انتقال حرارت کیلووات (KW) ، بی­تی یو بر ساعت (BTU/h) و تن تبرید (TR)  به طور حتم شما نیز عباراتی مانند12000 یا 18000 ویا 24000 جهت ظرفیت کولر گازی شنیده ­اید.

در چیلرها با توجه بزرگ بودن ظرفیت از واحد تن تبرید استفاده می­کنیم یک تن تبرید برابر انتقال حرارت لازم برای ذوب یک تن یخ در 24 ساعت است رابطه آن با دو واحد دیگر به صورت زیر است

1TON =12000 Btu/h

1TON = 3.516 KW

واحدهای جهت بیان قدرت تراکم کمپرسور معمولا به صورت توان موتور کمپرسور چیلر که کمپانی­های اروپایی آن را بیان می­کنند.

اسب بخار(hp) یا کیلووات (KW) بیان می­شود.

1 HP = 0.746 KW

کمپرسور 40 اسب بخار از کمپانی بیتزر

در کمپرسور های کمپانی آمریکایی معمولا این قدرت به صورت دبی حجمی تراکم کمپرسور معرفی می­شود مثل کمپرسور کریر.

کمپرسور 06E299 کریر که دبی حجمی آن در برق با فرکانس 60 هرتز ft3/min 99 می باشد.

ضریب عملکرد چیلر

این ضریب که با اختصار با COP نشان داده می­ شود برابر است با

COP = Q_e/W

ضریب عملکرد چیلر تراکمی همواره بزرگتر از یک می­ باشد.

EER

بازدهی انرژی که به اختصار EER نامیده می­ شود، یه صورت نسبت ظرفیت سرمایش بر حسب BTU/HR و توان داده شده به چیلر بر حسب وات  در یک نقطه کاری مشخص تعریف می­گردد. که رابطه آن با COP  عبارت است از

EER = 3.412 COP

از جمله پارامترهایی که برضریب عملکرد چیلر تاثیر دارد.

• دمای تقطیر باید تا حد امکان پایین باشد.
• دمای تبخیر باید تا حد امکان بالا باشد.

البته در این امر محدودیت های وجود دارد مثلا در دمای تبخیر در اواپراتور چیلر این دما را با انتخاب مبدل مناسب حداکثر تا ˚C2 می­توان بالا آورد در دمای تقطیر این دما با توجه به انتخاب نوع کندانسور چیلر از نوع آبی یا هوایی یا شرایط آب و هوایی و میزان سطح مبدل حرارتی کندانسور چیلر بر شرایط آن موثر است. از عوامل دیگر می ­توان به

• راندمان انواع کمپرسور
• مقدار مبرد شارژ شده در سیستم
• نوع مبرد انتخاب شده برای کاربرد مورد نظر
• میزان سوپرهیت شدن بخار ورودی به کمپرسور چیلر
• میزان سابکول شدن مایع ورودی به شیر انبساط چیلر

IPLV ESEER

یکی از عوامل تعیین کننده در انتخاب چیلر مصرف و بازده انرژی در حالت پارت لود می­باشد که براساس دو عدد IPLV و ESEER تعیین می­شود. هر دو عدد تعاریف مشابهی در انتخاب چیلر دارد با این تفاوت که IPLV  بیشتر در کاتالوگ های آمریکایی و ESEER   بیشتر در کاتالوگ های کشور­های اروپایی استفاده می­ شود.

همان طور که در رابطه مشخص است IPLV  و EESER   براورد نسبت انرژی در بارهای جزیی 25% ، 50% ، 75%  بررسی می­کند. و با اختصاص فقط 1% یا 3% در حالت بار کامل نشان دهنده این موضوع است انتخاب چیلر در حالت براساس COP  یا EER  اشتباه است.

با بررسی IPLV  می­توان دریافت مصرف برق چیلر در حالت های پاره بار بررسی می­کند.

در حالت 100% بار  فقط 1 درصد زمان کارکرد چیلر

در حالت 75% بار 42 درصد زمان کارکرد چیلر

در حالت 50% بار 45 درصد زمان کارکرد چیلر

در حالت 25 %  بار 12 در صد زمان کارکرد چیلر.

پس با توجه به این پارامتر چیلر در طول کارکرد خود تقریبا هیچ وقت به صورت full bar مورد استفاده قرار نمی­ گیرد و بیش از نصف عمر خود را در حالت 50% یا زیر آن طی می­کند. بنابراین انتخاب اقتصادی چیلر هم از لحاظ تجربی و علمی ثابت شده است. مثلا در چیلر تا بار 200 تن تبرید استفاده از چیلر با کمپرسورهای اسکرال مورد توجه قرار می­ گیرد که چیلر به صورت کنترل چیلر on   و off  قرار گرفتن کمپرسور در حالت پارت لود به صورت stand by  از جمله در روش اقتصادی می­ باشد. بنابراین توجه به IPLV و SEERE  یکی از مهمترین آیتم جهت انتخاب چیلر می ­باشد.

جدول زیر از اشره استاندارد 90.1 می باشد که شامل الزامات جهت حداقل کارایی چیلر است در این جدول شامل برحسب نوع چیلر سایز چیلر و شامل دو مسیر مقایسه A و B می باشد که مسیر A چیلر بر مبنای کارکرد در بارکامل می باشد را بررسی می کند و مسیر B بر مبنای کارکرد در حالت پارت لود می باشد.

چیدمان چیلر

نحوه چیدمان چیلر تاثیر بسیار زیادی بر عملکرد سیستم برودتی و بازدهی آن دارد و بر انتخاب چیلر تاثیر می گذارد. در ادامه به بررسی انواع چیدمان چیلر می پردازیم.

سیستم تک چیلر

این ساختار چیدمان چیلر همانند شکل زیر آب چیلر توسط پمپ به سمت کویل­های سرمایی این سیستم در واحد کوچک صنعتی و خانگی یا اداری مناسب می باشد ولی دارای ایرادات زیر است.

اولا که در صورتی خرابی در هر یک از اجزا موجب چیلر موجب از دست رفتن آب چیلد به صورت 100% می باشد. لذا استفاده از دو چیلر ضرورت دارد تا در صورت خرابی چیلر دیگر بتواند نصف سرمایش را تامین کند و در بسیاری از مراکز کامپیوتر بیمارستان ها آزمایشگاه­ها و صنایع نساجی که تامین سرمایش بسیار حیاتی است دو یا چند چیلر استفاده می گردد که یک چیلر حذاقل به صورت رزرو می باشد.

دوم در چیلر های تراکمی در هنگامی که تقاضای بار سرمایی به  پایین تر از 30 %  بار افت محسوسی می کند و هچنین بسیاری از کمپرسورها در صورت کارکرد در ظرفیت کمتر از 50% دچار مشکلات کارکردی میگردد. بنابراین  با استفاده از دو یا چند چیلر  و تقسیم بار سرمایی بین آنها حتی در صورت کاهش بار بازده سیستم در نقطه  مطلوب باقی خواهد ماند.

سیستم چند چیلری

این سیستم در دو حالت سری و موازی می باشد چیدمان چیلر در حالت طراحی سری کل دبی آب چیلر از هر چیلر برابر بوده اما اختلاف دمای کل آب چیلد خروجی و ورودی سیستم برابر با مجموع اختلاف دمای آب چیلد ورودی و خروجی چیلر میباشد در این حالت دبی آب گذر از هر چیلر دو برابر در حالت موازی میباشد که باعث کاهش کارای میشود معمولا بهتر است در این حالت یک چیلر جذبی و یک چیلر تراکمی استفاده شود تا صورت قطع شدن هر یک از منایع انرژی حرارت و برق نصف ظرفیت سرمایی در دسترس باشد.

این روش باید حداقل اختلاف مورد نیاز ˚F 14 می باشد که معمولا طراحی چیدمان موازی بیشتر مورد توجه قرار می گیرد.

چیدمان موازی چیلر

این سیستم همانند شکل زیر چند چیلر با یک پمپ با دبی ثابت مورد استفاده قرار می گیرد. که در هنگام کاهش بار سرمایی بازده سیستم به شدت کاهش می یابد.

برای مثال دو چیلر زیرا فرض کنید که در صورت کاهش ظرفیت در این چیدمان چیلر هر دو چیلر به زیر 50% درصد بازده عملکرد هر دو چیلر دچار مشکل میگردد بنابراین جهت کنترل آن باید تمهیداتی اندیشه گردد راه حل دیگر خارج کردن یکی از چیلرها از مدار می باشد با خاموش شدن چیلر اول، چیلر دوم به کار خود ادامه می دهد با نگاهی دقیق تر به مدار لوله کشی چیلر در می یابیم که آب چیلر  برگشتی از کویل فن کویل و هواسازها به گونه ایست که آب چیلد چیلر روشن با آب گذر کرده از چیلر خاموش مخلوط شده و دمای آب نهایی را افزایش می دهد.

که این افزایش دما گاهی می تواند شرایط تهویه را مختل کند یکی از راه کارهای کنترل در صورتی که توان پمپ مورد استفاده بیشتر از  اسب بخار باشد میتوان با استفاده از پمپ های مجزا استفاده کرد در این چیدمان هر چیلر دارای پمپ جداگانه بوده و در حالتی که یکی از چیلر ها از مدار خارج میشود  پمپ مربوط به آن نیز خاموش می شود و دبی جریان در حال گذر از چیلر به صفر خواهد رسید.

چیدمان چیلر مدار اولیه و ثانویه

تاکنون در مورد سیستم هایی بحث کردیم که دارای جریان یکنواخت بوده و برای کنترل دبی از یک شیر سه راهه در ورودی آن استفاده کنیم در این سیستم بدون توجه به بار سرمایی، دبی آب چیلد در گردش ثابت بوده که نتیجه آن افزایش هزینه پمپاژ در سیستم خواهد بود برای کاهش این هزینه ها استفاده از مدار اولیه وثانویه معمول می باشد شکل زیر یک از یک لوپ اولیه یا تولید و یک لوپ ثانویه یا توزیع تشکیل شده است که به وسیله یک هدر یا پل به هم متصل شده اند.

نحوه عملکرد لوپ اولیه مانند حالت موازی چند پمپی بوده و همانند حالت قبل هر پمپ متناظر با هر چیلر می باشد و متناسب با ورود چیلر به مدار خاموش یا روشن می گردد.

در سمت لوپ ثانویه یا لوپ توزیع در ورودی کویل سرمایی یک شیر دو طرفه نصب شده است و پمپ نیز دارای کنترل کننده سرعت می باشد که دبی جریان را از 0 تا 100% با توجه به بار سرمایی تنطیم می کند بنابران دبی آب چیلد در جریان در لوپ ثانویه متغیر بوده و اختلاف دمای آب چیلد ورودی و خروجی ثابت می ماند.

در این نوع چیدمان، تا زمانی که دبی جریان آب چیلد در لوپ اولیه برابر یا بیشتر از لوپ ثانویه باشد دمای آب چیلد با دمای خروجی هر چیلر برابر می باشد.

جهت انتخاب چیلر ابتدا باید  نوع تراکمی یا جذبی را انتخاب کنیم که این بستگی به شرایط پروژه مقدار بار برودتی مورد نیاز می باشد مثلا برای بیمارستان به دلیل اینکه مصرف بخار جهت دیگر بخش­ها از قبیل اتوکلاو ، لاندری روم و … مورد نیاز است از چیلر جذبی استفاده می شود.

در صورتی که بار برودتی مورد نیاز بیشتر از 400 تن تبرید باشد بهتر است چیلر جذبی استفاده شود. البته در خصوص استفاده از چیلر جذبی به خاطر الزام استفاده از برج­ خنک ­کننده محدودیت رطوبت هوا را داریم.

همچنین برای چیدمان چیلر ها می بایست فضای کافی اطراف چیلر ها را نیز مد نظر قرار داد تا در هنگام تعمیر چیلر جذبی و تراکمی و سرویس چیلر ها فضای کافی برای تعمیرات و نگهداری وجود داشته باشد.

تحریریه تیم فنی مهندسی به فیکس

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