چیلر ها، دسته ای از سیستم های تهویه مطبوع به حساب می آیند که علاوه بر تولید آب سرد مورد نیاز برای برودت ساختمان از طریق فن کویل و هواساز برای ایجاد سرمایش در مصارف صنعتی و خنک سازی ماشین آلات صنعتی و همچنین فرایندهای تولید استفاده می گردد.
به صورت کلی چیلر را می توان دستگاه تولید کننده آب سرد معرفی نمود به این دلیل که آب سرد مورد نیاز برای عملکرد فن کویل و هواساز جهت تولید سرمایش مورد نیاز برای فضای داخلی ساختمان و خنک کاری تجهیزات و فرآیندهای صنعتی به وسیله دستگاه چیلر تامین می گردد.
چیلرها از انواع مختلفی تشکیل شده اند که بر اساس سیکل عملکرد آنها، به دو دسته چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی تقسیم می شوند دسته بندی اصلی ترین دسته بندی ها چیلر ها می باشد.
چیلر ها را بر اساس نوع عملکرد، به دو دسته تقسیم می شوند که این دسته بندی شامل چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی می باشد که در ادامه به معرفی هر یک از این دسته ها پرداخت شده است:
چیلرهای تراکمی که با نام چیلرهای تراکمی تبرید بخار نیز شناخته می شوند، مطابق با سیکل تبرید تراکمی بخار که سیکل کارنو است طراحی و عمل می کند. در ساختار چیلرهای تراکمی چهار بخش اصلی در چرخه تبرید تراکمی عملکرد دارند که این چهار جزء اصلی به ترتیب کمپرسور، اواپراتور، کندانسور و شیر انبساط می باشند.
چیلرهای تراکمی بر اساس نوع کندانسور به کار گرفته شده در آن ها به دو دسته چیلرهای هوا خنک و چیلرهای آب خنک تقسیم می شوند. چیلرهای آب خنک در قیاس با چیلرهای هوا خنک از راندمان و بازدهی بالاتر برخوردار است و در مسائل زیست محیطی عملکردی بهتر دارد. چیلرهای تراکمی بر اساس نوع کندانسور به کار گرفته شده در آن ها به چهار دسته تقسیم می شوند:
همانطور که گفته شد، چیلرهای بر اساس نوع کندانسور به کار برده شده در آن ها به دو دسته هواخنک و آب خنک تقسیم می شود که در ادامه به معرفی هر یک از آنها پرداخته شده است.
چیلرهای هوا خنک یا چیلرهای هوایی، چیلر هایی می باشند که از سیکل تبرید تراکمی برای فعالیت خود استفاده نموده و دارای کندانسور هوایی می باشند. از لحاظ کارکرد عملکرد چیلر هوایی مشابه با چیلر آبی یا آب خنک می باشد اما تفاوت آنها در نوع کندانسور به کار گرفته شده در آن می باشد.
در چیلر هوایی، مبرد پس از ورود به کمپرسور دچار تراکم شده و افزایش فشار و دما را تجربه می نماید و پس از آن به کندانسور هوایی وارد می شود تا هوای محیط را خنک نماید و با هوا خنک می شود و پس از آن به شکل مایع از شیر انبساط عبور نموده و با کاهش فشار و دما وارد اواپراتور می شود و گرمای آب را به خود جذب نموده و پس از آن به کمپرسور باز میگردد تا سیکل بار دیگر تکرار شود و آب خنک نیز به دستگاههایی مانند فن کوئل و هواساز منتقل میگردد تا برودت مورد نیاز برای فضای داخلی ساختمان و یا عینک سازی فرآیندها و تجهیزات صنعتی فراهم گردد.
چیلرهای آب خنک، دسته ای از چیلر های تراکمی باشند که در ساختار آنها از کندانسور آبی استفاده شده است و به همین دلیل با نام چیلر آبی یا چیلر آب خنک شناخته می شوند. عملکرد این نوع چیلر مشابه چیلر هوا خنک می باشد با این تفاوت که در این چیلر مبرد به وسیله آب خنک می گردد.
در این نوع از چیلرها برای خنک کردن دمای مبرد مافوق گرم معمولا از برج خنک کننده استفاده می شود.
چیلرهای جذبی، دسته ای از چیلر ها می باشند که برای عملکرد بر اساس سیکل تبرید جذبی عمل مینمایند و برخلاف چیلر های تراکمی جذب کننده و ژنراتور به جای کمپرسور استفاده می کند.
لیتیوم برماید، از معمول ترین خنک کننده در چیلرهای جذبی می باشد. در سیستم چیلر های جذبی در بخش جذب کننده بخار آب توسط لیتیوم برماید جذب میشود و در ژنراتور آب با جذب حرارت به بخار تبدیل می شود.
بخار آب در داخل کندانسور به مایع تبدیل شده و در خنک کننده تحت فشار نیز به بخار تبدیل میگردد و تغییر فاز می دهد. آب برای تبخیر گرمای نهان خود را از محیط دریافت می نماید که این عمل باعث تولید سرمایش می گردد. آب به جذب کننده بر میگردد تا سیکل دوباره تکرار شود.
چیلرهای جذبی نیز شامل دسته بندی می باشد که به دو گروه چیلرهای جذبی تک اثره و چیلرهای جذبی دو اثره تقسیم می شوند.
چیلرها در دو بخش تهویه مطبوع و برودت صنعتی کاربرد دارند:
در مصارف تهویه مطبوع آب سرد که توسط چیلر تولید می شود با گردش درون کویل فن کویل، هواساز و ایرکول جریان هوای خنک مورد نیاز برای تولید سرمایش در فضاهای مسکونی، تجاری، دانشگاهی، اداری، مراکز درمانی، تالارهای پذیرایی و … را تولید می نماید. این نوع دستگاه متناسب با کلیه اقلیم های موجود در کشور می باشد.
هدف از استفاده از این دستگاه، خنک کردن هوای محیط داخل و همچنین جلوگیری از افزایش دما در ساختمان می باشد.
در انتها، آب با جذب گرما توسط هوا دچار افزایش انرژی شده و به چیلر باز میگردد تا بار دیگر دمای استاندارد تهویه را فراهم آورد. در طول فرآیند سرمایش هوا در مبدل های حرارتی گرمای نهان و محسوس محیط به هوای سرد خروجی مبدل منتقل می گردد. لذا استفاده از چیلر ها در مقایسه با سیستم های سرمایش تبخیری مانند کولر آبی، ایرواشر وزنت هوای مناسب و مطلوب تری را فراهم می نماید.
چیلر های صنعتی، برای خنک کردن محصولات، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات و مکانیسم ها مورد استفاده قرار می گیرد. چیلرهای صنعتی را می توان به صورت متمرکز طراحی کرد که به وسیله یک سیستم چیلر تمامی نیازها پاسخگو باشد.
مشخصات این سیستم، از ابعاد و حجم بالاتری برخوردار می باشد همچنین می توان آن را به نحوی طراحی نمود که برای هر کاربرد و هر ماشین صنعتی به صورت جداگانه عمل نماید.
چیلرهای صنعتی در مقایسه با چیلر های خانگی از لحاظ دمای آب سرد و مدت زمان عملکرد آنها متفاوت می باشند.
از چیلرهای صنعتی در تمام طول سال استفاده می شود. چیلرهای صنعتی معمولا به صورت دائم کار طراحی می شوند و از مخلوط آب و اتیلن گیلیکول در چرخه آن استفاده می شود.
چیلرهای صنعتی را میتوان از لحاظ نوع کندانسور آن به دو دسته چیلرهای صنعتی هوا خنک و چیلرهای صنعتی آب خنک تبخیری تقسیم نمود.
همچنین از لحاظ نوع کمپرسور به کار گرفته در چیلرهای صنعتی می توان آنها را به گروه پیستونی، سانتریفیوژ، اسکرال و اسکرو تقسیم نمود.
اجزای تشکیل دهنده چیلر شامل موارد زیر می باشد:
الکتروموتور میل لنگ کمپرسورها را به حرکت در می آورد و حرکت دورانی میل لنگ باعث حرکت رفت و برگشتی پیستون در سیلندر می شود که در انتها به متراکم شدن مبرد در داخل کمپرسور میانجامد.
کوپلینگ، جفت کننده محور الکتروموتور با محور میل لنگ در کمپرسور می باشد.
کمپرسور، یکی از اجزای اصلی چیلر شناخته می شود. گاز مبرد را برای عمل خنک سازی آب متراکم نموده و با افزایش فشار و دما گاز مبرد را به کندانسور وارد می نماید.
لوله با هدف انتقال گاز خروجی از کمپرسور به کندانسور در داخل چیلر استفاده می شود.
از دیگر اجزای اصلی چیلرها، کندانسور می باشد که در دو نوع هوا خنک و آب خنک استفاده می شود که در نوع هوا خنک مبرد به وسیله هوای بیرون و در نوع آب خنک مورد به وسیله آب خنک می گردد.
شیر انبساط میزان مبرد ورودی به اواپراتور را تنظیم می نماید.
از دیگر اجزای اصلی چیلر اواپراتور می باشد. مایع مبرد ورودی به اواپراتور در این بخش از فاز مایع به بخار تبدیل میشود و به صورت مایع سرد از آن خارج می گردد و هدف از استفاده از اواپراتور سرد شدن مایع می باشد.
ژنراتور با وظیفه غلیظ نمودن محلول لیتیوم برماید در چیلرهای جذبی استفاده می شود.
جاذب در چیلر های جذبی وظیفه نگهداری فشار اواپراتور در حالت جلب را دارا می باشد. این کار به وسیله جذب بخار مبرد تبخیر شده در داخل اواپراتور صورت می پذیرد.
چیلر ها عملیات خنک سازی اب را به وسیله ی سیکل تبرید تراکمی بخار یا سیکل جذبی انجام می دهند که در نوع تراکمی گاز مبرد توسط کمپرسور از طریق لوله کشی ها وارد کویل های کندانسور گشته و با عبور از کویل های کندانسور و انجام عمل انتقال حرارت با محیط تغییر فاز می دهد و به فاز مایع تبدیل می گردد.
مایع مبرد، از شیر انبساط خارج شده و فشار آن کاهش پیدا می کند و دچار تبخیر می شود و سپس وارد اواپراتور می شود و بعد از عبور از مبدل حرارتی انجام انتقال حرارت تبدیل به گاز شده و برای ورود به کمپرسور و تکرار سیکل آماده می گردد آبی که در سیستم تهویه مطبوع مورد نیاز است به اواپراتور چیلر وارد شده و به وسیله مبرد خنک می گردد.
در چیلر های جذبی نیز در بخش جذب کننده بخار آب به وسیله لیتیوم برماید جذب می شود و در بخش ژنراتور، آب با جذب حرارت تبخیر و به بخار تبدیل می شود.
بخار آب داخل کندانسور که دارای فشار 1 اتمسفر می باشد به فاز مایع تبدیل می گردد و در خنک کننده نیز تحت فشار به فاز بخار تبدیل می گردد. آب برای تبخیر گرمای نهان خود را از محیط دریافت می کند که این کار باعث تولید سرمایش می شود این آب به جذب کننده منتقل شده تا بار دیگر سیکل تکرار گردد.
مینی چیلر را می توان به عنوان کوچک شده ی چیلر معرفی نمود. در واقع مینی چیلر، چیلری با ابعاد کوچک و ظرفیتی محدود می باشد. مینی چیلر نیز مانند چیلر دستگاهی برای تولید آب سرد است و اساسی ترین و مهمترین استفاده آب سرد در سرمایش ساختمان ها می باشد.
مینی چیلر ها در دسته چیلرهای تراکمی جای می گیرند که به دلیل اهمیت راه اندازی و استفاده آسان و سیستمهای HVAC کندانسور مینی چیلر ها از نوع هوا خنک طراحی و تولید می گردد.
مینی چیلر ها مانند تمامی چیلرهای تراکمی، بر اساس سیکل تبرید تراکمی بخار یا کارنو کار می کنند.
نحوه عملکرد مینی چیلر ها به این صورت است که بخار مبرد، توسط کمپرسور متراکم می شود و دچار افزایش فشار و دما می گردد. گرمای مبرد به وسیله کندانسور وارد هوای محیط شده و مبرد در فاز مایع قرار می گیرد. مایع مبرد خروجی از کندانسور پس از عبور از شیر انبساط دچار افت فشار زیادی می شود و اگر بخشی از مایع مبرد تبخیر شود باعث افت دمای بیشتر مبرد می گردد.
در انتها نیز مبرد سرد، به اواپراتور وارد شده و به وسیله جریان آب عبوری گرم می گردد و مبرد پس از تبخیر مجدداً به کمپرسور برای تکرار سیکل باز می گردد.
مینی چیلر از اجزای بسیاری تشکیل شده است که چهار مولفه اصلی آن به شرح زیر می باشد:
کمپرسور مکانیزمی باشد که میتواند انرژی لازم برای حرکت مبرد در سیکل تبرید را فراهم آورد.
کمپرسورها، در انواع مختلف و با تکنولوژی های مختلفی وجود دارند. به دلیل آنکه مینی چیلر ها دارای ظرفیت پایین می باشد به صورت معمول از کمپرسور های روتاری و اسکرال استفاده می شود البته در بعضی از پروژه های صنعتی برای تولید برودت محدود از کمپرسورهای پیستونی نیز در مینی چیلرها استفاده می شود.
به دلیل آنکه بالاترین مصرف مینی چیلر ها در ساختمان های مسکونی است، استفاده و بهره برداری آسان از مینی چیلر اهمیت ویژهای دارد.
به دلیل سادگی فرایند نگهداری و سرویس مینی چیلر های هوا خنک کندانسور مورد استفاده در مینی چیلر ها از نوع کندانسور هوایی یا هوا خنک می باشد. کندانسور هواخنک شامل کویل هوا خنک و فن می باشد که گرمای بخار داغ خروجی از کمپرسور را به محیط بیرون منتقل می نماید بنابراین مینی چیلر باید در فضای بیرون ساختمان قرار گیرد. در ساختار کندانسور های هوایی موجود در مینی چیلر ها از دو نوع کویل هوا خنک استفاده می شود که در ادامه به معرفی آنها پرداخته شده است.
از شیر انبساط، برای کنترل دما و میزان جریان مبرد ورودی به اواپراتور استفاده می شود. در واقع شیر انبساط نقشی اساسی در تعیین دمای آب خروجی از اواپراتور ایفا می نماید علاوه بر آن شیر انبساط میزان بخار مافوق گرم ایجاد شده در خروجی اواپراتور را تنظیم نموده تا از ورود مایع به کمپرسور جلوگیری گردد. شیر انبساط در دو نوع وجود دارد که شامل شیر انبساط مکانیکی و شیر انبساط الکترونیکی می باشد.
اواپراتور، نوعی مبدل حرارتی است که آب سرد مورد نیاز فن کویل ها یا آب سرد مورد نیاز برای مصارف دیگر توسط آن تامین می گردد. آب گرم ورودی به اواپراتور با انجام انتقال حرارت با مبرد سرد ورودی خنک می گردد. در حالت کلی دو نوع مبدل را میتوان به عنوان اواپراتور استفاده نمود که شامل مبدل حرارتی پوسته و لوله و مبدل حرارتی صفحه می باشد.
مینی چیلر ها بر اساس نوع کاربری آنها به دو دسته مینی چیلر های آپارتمانی، مسکونی و مینی چیلر های صنعتی تقسیم می شوند:
مینی چیلرهای خانگی که اغلب به صورت هواخنک ساخته می شوند، برای تمامی شرایط اب و هوایی و اقلیم های مختلف کشور مناسب است. مینی چیلرهای ساختمانی در ساختمان های مسکونی مانند آپارتمانها، املاک شخصی و ویلاها و ساختمان های اداری کوچک استفاده می شود و از این دستگاه برای خنک کردن هوای محیط داخل و جلوگیری از افزایش دما در ساختمان می باشد. ظرفیت برودتی مینی چیلر های خانگی نسبت به چیلرهای مرکزی بسیار کمتر است.
مینی چیلر های صنعتی زمانی که خط تولید نیاز به برودت محدودی داشته باشد مورد استفاده قرار می گیرد.
این نوع از مینی چیلر ها، بر اساس سیکل تبرید تراکمی کار می کنند و برای خنک کردن محصولات، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات و مکانیسم ها مورد استفاده قرار می گیرند. در حالت کلی تفاوت چندانی میان چیلرهای آپارتمانی و صنعتی وجود ندارد فقط برای پروژههای صنعتی نیاز است که کارفرما اطلاعات مشخص و دقیقی از پروژه در اختیار تولیدکننده دستگاه قرار دهد تا تطبیق شرایط کاری مینی چیلر با پروژه رعایت گردد. دمای آب سرد در مینی چیلرهای صنعتی نسبت به مینی چیلر های خانگی، معمولا متفاوت است و مدت زمان عملکرد آنها نیز بیشتر می باشد ودر تمام طول سال از مینی چیلرهای صنعتی استفاده می شود.