چگونه یک چیلر هوا خنک کار می کند؟

بررسی جامع چیلر تراکمی هوا خنک

در این مقاله جامع قصد داریم که از تمام زوایا چیلر تراکمی هوا خنک را بررسی کنیم. از جمله طرز کار ، مزایا ، خصوصیات ، قیمت برج خنک کننده  ، مصرف برق و کاربرد آن. یک چیلر هوا خنک تفاوت های اساسی نسبت به آب خنک دارد که به آن نیز اشاره خواهیم کرد و آنها را نسبت به هم مقایسه می کنیم. در اولین گام می خواهیم به این مسئله که چیلر تراکمی هوا خنک چیست و به چه شکلی کار می کند پاسخ دهیم و سپس به مزایا و اینکه میزان مصرف برق آن چقدر است اشاره کنیم.

چیلر تراکمی هوا خنک چیست و طرز کار آن به چه شکل است ؟

چیلر هوا خنک سیستم برودتی (سرمایشی) است که هم در ساختمان های تجاری ، مسکونی ، اداری و غیره برای خنک کاری آب و پمپاژ آن به هواسازها و فن کویل های درون ساختمان (جهت کاهش دمای هوا و رطوبت زدایی) استفاده می شود و هم کاربردهای صنعتی برای خنک کردن فرآیندها ، دستگاه ها و ماشین آلات صنعتی (با آب سرد) دارد.

قسمت های اصلی چیلر تراکمی هوا خنک عبارتند از کمپرسور و موتور الکتریکی کوپل شده به آن ، کندانسور هوا خنک ، شیر انبساط ، اواپراتور ، مبرد و لوله های انتقال دهنده مبرد و آب. واژه تراکمی به این خاطر به آن اطلاق می شود که فرآیند سرمایش بر اساس متراکم کردن مبرد توسط کمپرسور صورت می گیرد. طرز کار آن به این صورت است که مبرد در مسیری مشخص بین اجزای نشان داده شده در شکل زیر حرکت می کند و در اواپراتور ، گرما را از آب می گیرد (آب را سرد می کند) و در کندانسور گرما را به محیط اتمسفر دفع می کند. همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید طرز کار چیلر تراکمی هوا خنک خیلی پیچیده نیست و گرما در یک بخش از دستگاه (یعنی در اواپراتور) از آب گرفته شده و در بخشی دیگر (یعنی در کندانسور) در هوای اتمسفر دفع می شود.

تنها انرژی ورودی به دستگاه ، انرژی الکتریسیته است که موتور الکتریکی متصل به کمپرسور و نیز فن های کندانسور با مصرف برق به گردش در می آیند که در ادامه میزان مصرف برق آن را نیز بررسی خواهیم نمود. در شکل زیر یک نمونه از چیلر تراکمی هوا خنک طراحی و تولید شده در محل کارخانه شرکت ما (شرکت ماخ سازنده انواع چیلر) با اجزای آن نشان داده شده است. نیمه بالایی چیلر (داخل کادر زرد رنگ) در شکل زیر به همراه فن های موجود در بالای آن در واقع همان کندانسور هوا خنک است که مبرد وارد لوله های آن شده و در مسیری پر پیچ و خم جریان می یابد که فن ها هوا را از اطراف لوله های آن دمیده و منجر به کاهش دمای مبرد می شوند تا مبرد از حالت گازی به مایع تغییر فاز دهد. برای اطلاع دقیق تر از نحوه کارکرد چیلر هوا خنک و سیکل آن پیشنهاد می کنیم که این متن ⇐ را مطالعه نمایید.

چیلر هوا خنک چگونه کار می کند ؟ وظیفه چیلر هوا خنک گرفتن گرمای آب و سرد کردن آن در اواپراتور است. برای مثال در شکل زیر چیلر تراکمی هوا خنک نصب شده در بیرون از موتورخانه ساختمان نشان داده شده است که آب را سرد می کند و با پمپ به فن کویل ها پمپاژ می کند. وقتی آب سرد وارد کویل جاسازی شده در فن کویل های هر اتاق و سالن می شود ، دمای کویل را کاهش می دهد و با روشن شدن فن آن (فن دستگاه فن کویل) ، هوا با کویل سرد برخورد کرده و دمای هوا کاهش می یابد. برای گرمایش تنها کافی است که به جای آب سرد ، آب گرم فرستاده شده از سمت موتورخانه یا پکیج گازسوز وارد کویل دستگاه فن کویل شود که از مهمترین مزایای این سیستم می توان به همین 2 کاره بودن فن کویل ها اشاره کرد. همچنین می توان این آب سرد را به هواساز متصل کرد.

هواساز دستگاه بزرگی است که هوا را از بیرون ساختمان مکیده و بعد از تنظیم دما و فیلتراسیون هوا ، آن را در بخش مورد نظر توزیع می کند تا همواره هوای تازه و با دمای مناسب و با اکسیژن کافی در ساختمان موجود باشد. کاربرد آن در صنعت : در کاربرد صنعتی این آب سرد برای خنک کاری ماشین آلات استفاده می شود. جالب اینجاست که این نوع از چیلرها علاوه بر اینکه کاربرد گسترده ای در صنعت تهویه (سیستم سرمایشی انواع ساختمان ها) دارند ، به عنوان پر کاربرد ترین دستگاه سرمایشی در صنعت هم استفاده می شوند. یعنی آب سرد چیلر به طور گسترده در خنک کاری انواع فرآیندها و دستگاه های صنعتی (هر جایی در صنعت که به خنک کاری نیاز باشد) کاربرد دارد.

برای مثال مطابق شکل زیر می توان آن را به یک مبدل حرارتی متصل و برای مثال اسید سولفوریک داغ یک فرآیند صنعتی را با استفاده از آب سرد چیلر (به چیلرهای سایز کوچک به اصطلاح مینی چیلر نیز گفته می شود) خنک نمود. طرز کار چیلر تراکمی هوا خنک و از نوع صنعتی آن هیچ تفاوتی با نوع مورد استفاده برای تهویه هوا ندارد زیرا در هر دو آنها خروجی دستگاه، آب سرد است که حال می توان به شکل های مختلف از آن بهره برداری نمود. البته قیمت چیلر تراکمی هوا خنک صنعتی به علت تمهیدات خاصی که در طراحی و تولید آن باید در نظر گرفته شود کمی از نوع معمولی آن که برای تهویه استفاده می شود، بیشتر است. علت آن هم این است که این تیپ از چیلرها 12 ماه از سال و در ساعات بسیاری از شبانه روز باید در حال کار باشند.

تفاوت آن با نوع آب خنک : گرمای گرفته شده از آب در اواپراتور چیلر (توسط مبرد)، بایستی به گونه ای دفع شود. اگر گرمای مبرد توسط آب موجود در کندانسور نوع پوسته و لوله ای (شل اند تیوب) دفع شود به آن چیلر آب خنک و اگر این گرما توسط فن هایی که هوا را از اطراف لوله های کندانسور هوا خنک می دمند، دفع شود (مطابق آنچه که در پاراگراف دوم شرح دادیم) به آن چیلر هوا خنک می گویند. در چیلر آب خنک، آبی که گرمای مبرد را می گیرد با پمپ به دستگاهی به نام پکینگ برج خنک کننده پمپاژ می شود تا درجه حرارت آب در برج کاهش یافته و دوباره به کندانسور پوسته و لوله برگردد. بنابرین تنها تفاوت نوع آب خنک و هوا خنک در این است که چیلر آب خنک به برج خنک کننده نیاز دارد ولی نوع هوا خنک به برج نیازی ندارد‌ که از دیگر مزایا و برتری های آن محسوب می شود.

تولید آب سرد می­کند که این آب به تمام بخش های ساختمان پمپ شده و به واحدهای توزیع هوا یا می­رسد تا گرمای ناخواسته را از ساختمان دفع کرده و آن را به چرخه آب خنک شده انتقال دهد. آب خنک شده به واحدهای توزیع یا فن کویل ها با دمایی حدود 6 درجه سانتی­گراد  (42.8 درجه فارنهایت) می­رسد و در طول زمان، مبدل حرارتی درون فن کویل یا واحدها را با دمایی که تا حدود 12 درجه سانتیگراد (53.6 درجه فارنهایت) افزایش یافته است ترک می­کند. سپس به سمت چیلر هوا خنک راهی می­شود تا قبل از اینکه دوباره وارد چرخه شود گرمای خود را به هوای فضای اطراف انتقال دهد.

این آب وقتی که دوباره به چرخه بازمی­گردد، وارد اواپراتور می­شود، جایی که از میان رویه خارجی لوله هایی که حاوی مبرد هستند گذر می­کند. خرید پکینگ رندوم اسپلش به عنوان یک انتخاب هوشمندانه در بسته‌بندی محصولات متنوع شما می‌تواند تاثیر بسزایی در بازارپسندی آنها داشته باشد .بعد از این، آب در حالی که گرمای خود را از دست داده است از سمت دیگر خارج می­شود. مبرد تنها مایعی است که از میان همه بخش های چیلر عبور می­کند. در حین عبور از بخش های مختلف دستگاه و دفع حرارت ناخواسته از آب خنک شده اواپراتور، فشار، دما و آنتالپی مبرد تغییر می­کنند.

چیلر هوا خنک پنج جزء اصلی دارد:

1. کمپرسور، که معمولاً به شکل های اسکرو یا مارپیچی، اسکرال یا حلزونی و پیستونی یا ضربه ای یا رفت­ و برگشتی هستند.
2. کندانسور، دسته ای از لوله های افقی که حاوی مبرد گرم هستند. این لوله ها توسط تعدادی از ورق های نازک فلزی در محور عمودی احاطه شده‌اند. این ورق ها کمک می­کنند گرما از لوله ها به سمت هوایی که از سمت بالای لوله ها و صفحات فلزی دمیده می­شود منتقل شود.
3. فن های کندانسور. این فن ها هوا را از سمت جوانب به درون کویل های کندانسور می­کشند و بعد آن را مجبور می­کنند تا از بخش فوقانی خارج شده و وارد فضای آزاد محیط بیرون شود.
4. شیر انبساط، که مبرد را قبل از اینکه به اواپراتور وارد شود منبسط می­کند.
5. اواپراتور، که جایی است که آب خنک شده تولید می­شود و حرارت آب سرد برگشتی که قبلاً خنک بوده و اکنون گرم شده استخراج می­شود تا به کندانسور فرستاده شود.

نحوه حرکت ماده مبرد در چیلر:

کمپرسور به عنوان نیروی محرک برای مبرد محسوب می­شود. مبرد ابتدا کمپرسور را با حالتی گازی و فشار و دمایی بالا ترک می­کند و بعد وارد کندانسور می­شود. زمانی که مبرد وارد کندانسور می­شود، از میان لوله های افقی عبور کرده و انرژی حرارتی خود را به هوای درون فضای محیط که به وسیله فن ها در بالای این قسمت قرار دارد منتقل می­کند.

در همان حال که مبرد در حال انتقال گرمای خود است، متراکم شده و به فاز مایع می­رسد. در طول زمان مبرد به مایعی اشباع شده با فشار بالا و دمایی متوسط می­رسد و  کندانسور را ترک می­کند. سپس مبرد وارد شیر انبساط خواهد شد. شیر انبساط جریان مبرد درون سیستم را اندازه گیری می­کند. پایه‌ای‌ترین و ابتدایی‌ترین شکل این وسیله، شیر انبساط حرارتی است که جریان مبرد را به وسیله اندازه گیری دمای لوله در خروجی اواپراتور کنترل کرده و شدت جریان را تنظیم می­کند تا دما را در نقطه‌ای که مد نظر است نگه دارد. شیر انبساط مبرد را گیر انداخته و فشار بالای کندانسور را حفظ می­کند. درون شیر انبساط، روزنه‌ای کوچک اجازه عبور مقدار محدودی از مبرد را می­دهد تا جریان را ادامه دهد. با عبور از این روزنه­، مبرد به بخش کم فشار شیر انبساط می­رسد.

این افت ناگهانی فشار به مبرد اجازه منبسط شدن می­دهد تا از فاز مایه به فاز گاز/مایع تبدیل شود. با رخ دادن این اتفاق فشار و دمای مبرد کم خواهد شد. مقدار مشابهی از مبرد عبور کرده و در نتیجه فضای بیشتری برای انبساط و پر کردن این شکاف و اختلاف وجود دارد. سپس مبرد وارد اواپراتور شده و از میان مجموعه‌ای از لوله های افقی که توسط آب خنک احاطه شده‌اند و در خلاف جهت همدیگر در جریان هستند عبور می­کند. با گذر زمان مبرد گرمای ناخواسته موجود از برگشت آب خنک را به خود گرفته، با فشار و دمایی پایین و در حالت گاز اشباع شده، از اواپراتور خارج می­شود. آب خنک شده نیز گرمای خود را به مبرد خواهد داد و محیط را با دمایی حدود 6 درجه سانتی­گراد (42.6 درجه فارنهایت) ترک می­کند.