انتخاب چیلر و نحوه چیدمان آن ها

در این مقاله ابتدا بررسی می‌کنیم که انتخاب چیلر بر اساس چه پارامترهایی انجام می‌شود، سپس به نحوه چیدمان چیلر و انواع چینش چیلرها می‌پردازیم.

اصول کلی سیستم‌های برودتی

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

در سیکل تبرید چیلر، به سیال عاملی که در سیکل تبرید استفاده می‌شود، مبرد می‌گویند. مبردهای مختلفی در سیکل‌های تبرید استفاده می‌شوند، مانند R22، R134a و R407C، که خواص مبردها هر کدام در عملکرد سیستم تأثیرگذار است.

با عبور مبرد از شیر انبساط، فشار آن افت می‌کند. سپس با عبور این سیال کم‌فشار از یک مبدل حرارتی به نام اواپراتور، هر سیالی که از میان لوله‌های آن عبور می‌کند خنک می‌شود. پس از تبخیر کامل، مبرد وارد کمپرسور می‌شود و پس از افزایش فشار و دما از آن خارج می‌گردد؛ مبرد خروجی از کمپرسور چیلر در فاز مافوق‌گرم است.

برای تکمیل سیکل، این گاز باید به مایع تبدیل شود؛ ابتدا دمای آن تا دمای اشباع کاهش یافته و سپس از بخار اشباع به مایع اشباع تبدیل می‌شود. این فرآیند در کندانسور انجام می‌گیرد و دمایی که در آن تقطیر رخ می‌دهد را دمای تقطیر می‌نامند. اکنون مایع پرفشار آماده ورود به شیر انبساط است.

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

Q_H = Q_L + W

پارامترهای انتخاب چیلر

از جمله پارامترهای مهم در انتخاب چیلر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

کارایی سیکل برودتی چیلر

واحدهای مرسوم برای نرخ انتقال حرارت، کیلووات (kW)، بی‌تی‌یو بر ساعت (BTU/h) و تن تبرید (TR) هستند؛ به‌طور حتم شما نیز عباراتی مانند ۱۲۰۰۰، ۱۸۰۰۰ یا ۲۴۰۰۰ برای ظرفیت کولر گازی شنیده‌اید. در چیلرها به دلیل بزرگ بودن ظرفیت، از واحد تن تبرید استفاده می‌شود؛ یک تن تبرید برابر با انتقال حرارت لازم برای ذوب یک تن یخ در ۲۴ ساعت است. واحدهای بیان قدرت کمپرسور نیز معمولاً به‌صورت توان موتور کمپرسور (توسط کمپانی‌های اروپایی به اسب بخار یا کیلووات) و یا دبی حجمی تراکم (توسط کمپانی‌های آمریکایی مانند کریر) بیان می‌شود. جدول زیر رابطه این واحدها را خلاصه می‌کند:

کمپرسور ۴۰ اسب بخار از کمپانی بیتزر

کمپرسور 06E299 کریر که دبی حجمی آن در برق با فرکانس ۶۰ هرتز، ft3/min 99 است.

برای آشنایی کامل‌تر با انواع کمپرسور مورد استفاده در چیلر تراکمی، می‌توانید مقاله انواع کمپرسور چیلر تراکمی را مطالعه کنید. در صورت بروز هرگونه مشکل فنی در این بخش نیز خدمات تعمیر کمپرسور به‌فیکس در دسترس است.

ضریب عملکرد چیلر (COP)

این ضریب که به اختصار COP نشان داده می‌شود، برابر است با:

COP = Q_e / W

ضریب عملکرد چیلر تراکمی همواره بزرگ‌تر از یک است.

EER

بازدهی انرژی که به اختصار EER نامیده می‌شود، به‌صورت نسبت ظرفیت سرمایش بر حسب BTU/HR به توان داده‌شده به چیلر بر حسب وات، در یک نقطه کاری مشخص تعریف می‌گردد. رابطه آن با COP عبارت است از:

EER = 3.412 × COP

از جمله پارامترهایی که بر ضریب عملکرد چیلر تأثیر دارند:

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

البته در این زمینه محدودیت‌هایی وجود دارد؛ مثلاً دمای تبخیر در اواپراتور چیلر را با انتخاب مبدل مناسب، حداکثر تا ۲ درجه سانتی‌گراد می‌توان بالا برد. دمای تقطیر نیز به انتخاب نوع کندانسور چیلر (آبی یا هوایی)، شرایط آب‌وهوایی و میزان سطح مبدل حرارتی کندانسور بستگی دارد. سایر عوامل مؤثر بر ضریب عملکرد عبارت‌اند از:

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

IPLV و ESEER

یکی از عوامل تعیین‌کننده در انتخاب چیلر، مصرف و بازده انرژی در حالت پارت‌لود (بار جزئی) است که بر اساس دو عدد IPLV و ESEER تعیین می‌شود. هر دو عدد تعاریف مشابهی در انتخاب چیلر دارند، با این تفاوت که IPLV بیشتر در کاتالوگ‌های آمریکایی و ESEER بیشتر در کاتالوگ‌های اروپایی استفاده می‌شود.

همان‌طور که در رابطه بالا مشخص است، IPLV و ESEER نسبت انرژی در بارهای جزئی ۲۵٪، ۵۰٪ و ۷۵٪ را بررسی می‌کنند و تنها ۱٪ یا ۳٪ به حالت بار کامل اختصاص می‌دهند؛ این موضوع نشان می‌دهد که انتخاب چیلر تنها بر اساس COP یا EER اشتباه است، چراکه با بررسی IPLV می‌توان دریافت که مصرف برق چیلر در حالت‌های پاره‌بار به چه صورت است. جدول زیر توزیع زمانی کارکرد چیلر در بارهای مختلف را نشان می‌دهد:

جدول زیر برگرفته از استاندارد ASHRAE 90.1 است که شامل الزامات حداقل کارایی چیلر بر حسب نوع و سایز چیلر است؛ این جدول دو مسیر مقایسه A و B دارد: مسیر A بر مبنای کارکرد در بار کامل و مسیر B بر مبنای کارکرد در پارت‌لود است.

چیدمان چیلر

نحوه چیدمان چیلر تأثیر بسیار زیادی بر عملکرد سیستم برودتی، بازدهی آن و در نهایت بر انتخاب چیلر می‌گذارد. در ادامه انواع چیدمان چیلر را بررسی می‌کنیم.

سیستم تک‌چیلر

در این ساختار، آب چیلر توسط پمپ به سمت کویل‌های سرمایی ارسال می‌شود؛ این سیستم برای واحدهای کوچک صنعتی، خانگی یا اداری مناسب است، اما دارای ایرادات زیر است:

• در صورت بروز خرابی در هر یک از اجزا، آب چیلد به‌طور کامل (۱۰۰٪) از دست می‌رود؛ به همین دلیل در مراکزی مانند اتاق‌های سرور، بیمارستان‌ها، آزمایشگاه‌ها و صنایع نساجی که تأمین سرمایش حیاتی است، از دو یا چند چیلر استفاده می‌شود که حداقل یکی به‌صورت رزرو باقی می‌ماند.
• در چیلرهای تراکمی، وقتی تقاضای بار سرمایی به کمتر از ۳۰٪ ظرفیت افت کند، بازده به‌طور محسوسی کاهش می‌یابد؛ همچنین بسیاری از کمپرسورها در کارکرد کمتر از ۵۰٪ ظرفیت دچار مشکلات عملکردی می‌شوند. استفاده از دو یا چند چیلر و تقسیم بار سرمایی بین آن‌ها، بازده سیستم را حتی در بار کاهش‌یافته در نقطه مطلوب نگه می‌دارد.

سیستم چند چیلری (سری و موازی)

این سیستم در دو حالت سری و موازی طراحی می‌شود. در چیدمان سری، دبی آب چیلر از هر چیلر برابر است، اما اختلاف دمای کل آب چیلد ورودی و خروجی سیستم، برابر با مجموع اختلاف دمای ورودی و خروجی هر چیلر است؛ در این حالت دبی آب عبوری از هر چیلر، نصف حالت موازی است که باعث کاهش کارایی می‌شود. معمولاً بهتر است در چیدمان سری از یک چیلر جذبی و یک چیلر تراکمی استفاده شود تا در صورت قطع هر یک از منابع انرژی (حرارت یا برق)، نصف ظرفیت سرمایی همچنان در دسترس باشد.

چیدمان موازی چیلر

در این سیستم، چند چیلر با یک پمپ با دبی ثابت مورد استفاده قرار می‌گیرند که در هنگام کاهش بار سرمایی، بازده سیستم به‌شدت کاهش می‌یابد.

برای مثال، فرض کنید دو چیلر در این چیدمان به کار گرفته شده‌اند؛ در صورت کاهش ظرفیت، هر دو چیلر به زیر ۵۰٪ بازده عملکرد می‌رسند و هر دو دچار مشکل می‌شوند. راه‌حل رایج، خارج کردن یکی از چیلرها از مدار است: با خاموش شدن چیلر اول، چیلر دوم به کار خود ادامه می‌دهد. با نگاهی دقیق‌تر به مدار لوله‌کشی چیلر درمی‌یابیم که آب برگشتی از کویل فن‌کویل و هواسازها به‌گونه‌ای است که آب چیلد چیلر روشن، با آب عبوری از چیلر خاموش مخلوط شده و دمای آب نهایی را افزایش می‌دهد.

این افزایش دما گاهی می‌تواند شرایط تهویه را مختل کند. یکی از راهکارهای کنترل این است که در صورتی که توان پمپ مورد استفاده بالا باشد، از پمپ‌های مجزا برای هر چیلر استفاده شود؛ در این چیدمان هر پمپ سانتریفیوژ جداگانه به هر چیلر اختصاص دارد و در حالتی که یکی از چیلرها از مدار خارج شود، پمپ مربوط به آن نیز خاموش شده و دبی جریان عبوری از آن چیلر به صفر می‌رسد.

چیدمان چیلر با مدار اولیه و ثانویه

تاکنون درباره سیستم‌هایی بحث کردیم که جریان یکنواخت دارند و برای کنترل دبی از یک شیر سه‌راهه در ورودی استفاده می‌کنند؛ در این سیستم، بدون توجه به بار سرمایی، دبی آب چیلد در گردش ثابت است که نتیجه آن افزایش هزینه پمپاژ خواهد بود. برای کاهش این هزینه، استفاده از مدار اولیه و ثانویه رایج است؛ این مدار از یک لوپ اولیه (تولید) و یک لوپ ثانویه (توزیع) تشکیل شده که به‌وسیله یک هدر به هم متصل شده‌اند.

نحوه عملکرد لوپ اولیه مشابه حالت موازی چندپمپی است و همانند قبل، هر پمپ متناظر با هر چیلر بوده و متناسب با ورود چیلر به مدار، خاموش یا روشن می‌گردد.

در لوپ ثانویه (توزیع)، در ورودی کویل سرمایی یک شیر دوطرفه نصب شده و پمپ نیز دارای کنترل‌کننده سرعت است که دبی جریان را از ۰ تا ۱۰۰٪ متناسب با بار سرمایی تنظیم می‌کند؛ بنابراین دبی آب چیلد در لوپ ثانویه متغیر بوده، در حالی که اختلاف دمای آب چیلد ورودی و خروجی ثابت می‌ماند. 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 است.

جمع‌بندی: چگونه بین چیلر تراکمی و جذبی انتخاب کنیم؟

برای انتخاب چیلر، ابتدا باید نوع تراکمی یا جذبی را مشخص کرد که این انتخاب به شرایط پروژه و مقدار بار برودتی مورد نیاز بستگی دارد. برای مثال، در بیمارستان‌ها به دلیل نیاز به بخار برای بخش‌هایی مانند اتوکلاو و لاندری‌روم، معمولاً از چیلر جذبی استفاده می‌شود. همچنین اگر بار برودتی موردنیاز بیش از ۴۰۰ تن تبرید باشد، استفاده از چیلر جذبی توجیه اقتصادی بیشتری دارد؛ البته چیلر جذبی به دلیل نیاز به برج خنک‌کننده، با محدودیت رطوبت هوا نیز مواجه است. برای بررسی دقیق‌تر تفاوت این دو نوع چیلر، مقاله مقایسه چیلر تراکمی و چیلر جذبی می‌تواند به تصمیم‌گیری شما کمک کند.

همچنین برای چیدمان چیلرها باید فضای کافی اطراف آن‌ها را نیز در نظر گرفت تا هنگام تعمیر چیلر جذبی و تراکمی و سرویس چیلر، فضای کافی برای انجام تعمیرات و نگهداری وجود داشته باشد؛ در چیلرهای آبی، دسترسی مناسب به برج خنک‌کننده برای سرویس و نگهداری برج خنک‌کننده نیز باید مورد توجه قرار گیرد.

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می‌باشد