مقایسه چیلر جذبی و تراکمی از نظر فنی و اقتصادی
مقایسه چیلر با مینی چیلر
2020-04-21مقایسه داکت اسپلیت با چیلر
2020-04-21با توجه به اهمیت هر چه بیشتر انرژی و پیرو طرح هدفمندسازی یارانه‌ها ارزش انرژی بیش‌ازپیش خود را نمایان ساخته است. با توجه به اینکه انرژی مورد نیاز برای راه‌اندازی یک سیستم چیلر تراکمی برق و آب و در سیستم چیلر جذبی گاز و برق و آب است، لذا در این تحقیق از نظر فنی و همچنین از نظر اقتصادی بین این دو نوع چیلر مقایسه انجام شده است. حال اینکه در مقایسه چیلر جذبی و تراکمی در چه مواردی بهتر است از چیلر جذبی و در چه مواردی بهتر است از چیلر تراکمی استفاده کرد، موضوعی است که با در نظر گرفتن موارد مختلف از جمله سهولت کاربرد، هزینه‌های اولیه و جاری، فضاهای مورد نیاز و … قابل بررسی می‌باشد. بی‌شک استفاده از این تجهیزات همراه با دستگاه‌های هواساز یا فن کویل، یکی از مناسب‌ترین سیستم‌های تهویه مطبوع را برای یک ساختمان فراهم می‌آورد.
شایان ذکر است که به دلیل تنوع بالای این دستگاه‌ها، بررسی و مقایسه تمامی آن‌ها امکان پذیر نبوده و به همین دلیل در این مطلب به بررسی و مقایسه سیستم چیلر تراکمی اسکرو ، اسکرال و چیلر جذبی شعله مستقیم پرداخته شده است.
این گزارش توسط تیم مهندسی شرکت تهویه نوین ایرانیان بر اساس چیلر های موجود در شرکت تهویه نوین ایرانیان انجام شده است .
مقایسه فنی
چیلرهای جذبی دستگاه‌هایی هستند که بر اساس جذب و دفع مبرد (آب) توسط ماده جاذب (لیتیم بروماید) به ترتیب در بخش‌های جاذب (ابزوربر) و ژنراتور توانایی ایجاد برودت (تولید آب سرد) در بخش اواپراتور را بر اثر تبخیر مبرد دارند، که البته برای کامل شدن سیکل تبرید نیاز به یک منبع دمایی نسبتاً پایین (آب‌خنک‌کننده) در بخش کندانسور برای تقطیر مبرد دارند. چیلرهای جذبی برای فرآیند ایجاد سرمایش به یک منبع انرژی گرمایی نیاز دارند که در چیلرهای جذبی شعله مستقیم این منبع انرژی حرارتی از احتراق گاز داخل ژنراتور دستگاه ایجاد می‌گردد. چیلرهای جذبی دو اثره از دو ژنراتور، ژنراتور دما بالا و ژنراتور دما پایین برای افزایش بازده بهره می‌برند، به عبارتی اساس کار چیلر جذبی بر مبنای جوشش آب با دمای کم در فشارهای پایین می‌باشد.
شماتیک سیکل چیلر جذبی دو اثره
چیلرهای تراکمی یک سیکل ساده تبرید با چهار بخش اصلی کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و شیر انبساط می‌باشد که بر اساس سیکل تبرید کارنو کار می‌کند. کمپرسور که بخش اصلی دستگاه است می‌تواند از نوع رفت و برگشتی، دوار (اسکرال، اسکرو و …) یا سانتریفیوژ باشد.
شماتیک سیکل چیلر تراکمی
چیلرهای تراکمی نوع اسکرو، نسل جدید چیلرهای تراکمی به‌حساب می‌آیند و مزیت آن‌ها در وجود کمپرسورهای مارپیچی است که باعث زیر بار رفتن چیلر به‌صورت تدریجی (با توجه به میزان برودت مورد نیاز) می‌شود. راندمان بالاتر، کاهش جریان راه‌اندازی بسیار پایین‌تر و داشتن قطعات متحرک کمتر از مزیت‌های چیلرهای تراکمی با کمپرسور اسکرو نسبت به چیلرهای تراکمی با کمپرسور رفت و برگشتی می‌باشند. چیلرهای تراکمی با کمپرسور اسکرو دارای ضریب عملکرد بالایی (2.5 الی 5) بوده که این مسئله، اول باعث اپتیمم شدن و کاهش میزان مصرف برق دستگاه و همچنین باعث پایین آمدن استهلاک آن خواهد گردید. نسبت به چیلر با کمپرسور رفت و برگشتی نیز مدولارتر است.
چیلر اسکرو بی‌شک پرکاربردترین و بهینه‌ترین سیستم به لحاظ انرژی، قیمت، تعمیر و نگهداری است. این چیلر نرم کار می‌کند، کم‌حجم است و نسبت به تناژ تولیدی بی‌رقیب‌ترین چیلر است. چیلرهای تراکمی نوع اسکرو را بایستی نسل جدید چیلرهای تراکمی در صنعت تهویه مطبوع به‌حساب آورد.
در چیلر تراکمی کمپرسور با انجام کار مکانیکی و مصرف انرژی الکتریکی مبرد را جابجا می‌کند درحالی‌که در چیلر جذبی فعل و انفعال شیمیایی در مجاورت گرما، چرخه سرمایش را تکمیل می‌کند. همچنین چیلر تراکمی با توجه به نوع ماده مبرد و داشتن کمپرسور در ظرفیت‌های برابر ، از چیلر جذبی کم‌وزن‌تر و کم‌حجم‌ترند و جای کمتری (حدوداً 50% کمتر) اشغال می‌کنند و قابلیت کار در تمام اقلیم‌ها با شرایط آب و هوایی مختلف را دارد.
مقایسه اقتصادی
در این قسمت به مطالعه پیرامون هزینه‌های جاری (میزان مصارف انرژی‌های برق، گاز و آب) در سه نوع چیلر آبی اسکرو، چیلر هوایی اسکرو و چیلر جذبی دو اثره شعله مستقیم می‌پردازیم.
چیلرهای هوا خنک و آب‌خنک مقایسه شده در این گزارش توسط شرکت تهویه نوین ایرانیان به فروش می‌رسد.
لازم به ذکر است، به دلیل وجود تنوع بالا در ظرفیت چیلرها این مقایسه را تنها برای چیلر با تناژ حدود 100 انجام داده‌ایم.
– محاسبات مربوطه در 25 روز در فصول گرم اندازه‌گیری شده است .
– چیلر آبی اسکرو، چیلر آبی اسکرال ، چیلر هوایی اسکرو ، چیلر هوایی اسکرال و چیلر جذبی دو اثره شعله مستقیم که در شبانه‌روز 6 ساعت مشغول به کار هستند مورد بررسی قرارگرفته‌اند .
– بهای مصرفی برق، گاز و آب همگی بر اساس تعرفه‌های اعلام شده در سال 94 و 98 اندازه‌گیری شده‌اند که در ادامه جداول مربوط به آن آمده است.
مشخصات چیلرها
| نوع چیلر | آب‌خنک اسکرو | |
| ظرفیت | 93.1 (TON) | |
| EER | 4.22 | |
| برق مصرفی چیلر | 77.6 (kW) | |
| برق مصرفی فن برج خنک‌کننده | 1.5 (kW) | |
| برق مصرفی پمپ | 8.6 (kW) | |
| میزان تبخیر آب برج | 0.7 (m3/hr) | |
| ابعاد | طول | 3550 (mm) |
| عرض | 1450 (mm) | |
| ارتفاع | 1600 (mm) | |
جدول (1) مشخصات چیلر تراکمی آبی اسکرو
| نوع چیلر | آب‌خنک اسکرال | |
| ظرفیت | 101.2 (TON) | |
| EER | 4.37 | |
| برق مصرفی چیلر | 81.6(kW) | |
| برق مصرفی فن برج خنک‌کننده | 1.5 (kW) | |
| برق مصرفی پمپ | 8.6 (kW) | |
| میزان تبخیر آب برج | 0.7 (m3/hr) | |
| ابعاد | طول | 3500 (mm) |
| عرض | 1250 (mm) | |
| ارتفاع | 1850 (mm) | |
جدول (2) مشخصات چیلر تراکمی آبی اسکرال
| نوع چیلر | هوا خنک اسکرو | |
| ظرفیت | 104.3 (TON) | |
| EER | 3.74 | |
| برق مصرفی چیلر | 98.2 (kW) | |
| ابعاد | طول | 5400 (mm) |
| عرض | 2200 (mm) | |
| ارتفاع | 2050 (mm) | |
جدول (3) مشخصات چیلر تراکمی هوایی اسکرو
| نوع چیلر | هوا خنک اسکرال | |
| ظرفیت | 99.2 (TON) | |
| EER | 3.88 | |
| برق مصرفی چیلر | 90(kW) | |
| ابعاد | طول | 4400 (mm) |
| عرض | 2200 (mm) | |
| ارتفاع | 2050 (mm) | |
جدول (4) مشخصات چیلر تراکمی هوایی اسکرال
| نوع چیلر | جذبی دو اثره شعله مستقیم | |
| ظرفیت | 99 (TON) | |
| EER | 1.2 | |
| برق مصرفی چیلر | 4.4 (kW) | |
| برق مصرفی فن برج خنک‌کننده | 4 (kW) | |
| برق مصرفی پمپ | 12.5 (kW) | |
| میزان تبخیر آب برج | 1.1 (m3/hr) | |
| میزان مصرف گاز چیلر | 27.7 (m3/hr) | |
| ابعاد | طول | 3800 (mm) |
| عرض | 1954 (mm) | |
| ارتفاع | 2333 (mm) | |
جدول (5) مشخصات چیلر جذبی دو اثره شعله مستقیم
با توجه به تبخیر و پرت آب در برج خنک‌کننده برای جلوگیری از اختلال در سیستم تهویه سالن‌های تولید در زمان قطع شدن آب لازم است که یک منبع ذخیره با ظرفیت 6000 لیتر به‌عنوان رزرو در نظر گرفته شود.
به‌منظور محاسبه هزینه‌های جاری از تعرفه‌های گاز و آب اعلام شده و جهت محاسبه هزینه‌ی برق از نرخ اعلام شده توسط شرکت توزیع نیروی برق تهران و نرم‌افزار موجود در سایت توانیر استفاده شده است که در ادامه موجود می‌باشد.
تعرفه گاز
گاز بهای مصرفی در هفت‌ماهه فصل گرم در بخش خانگی در سال 94 به شرح زیر است :
| دامنه مصرف | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| حجم مصرف
(متر مکعب) |
تا 45 | 46- 95 | 96- 145 | 146- 195 | 196- 245 | 246- 295 | 296- 345 | 346- 395 | 396- 445 | 446- 495 | 496- 545 | مازاد بر 545 |
| قیمت هر متر مکعب گاز (ریال) | 1081 | 1311 | 1656 | 2116 | 2576 | 2806 | 3151 | 3496 | 3726 | 3956 | 4186 | 4301 |
جدول (6) گاز بهای مصرفی در هفت‌ماهه فصل گرم سال 1394 در بخش خانگی، اعلام شده توسط شرکت گاز
گاز بهای مصرفی در هفت‌ماهه فصل گرم در بخش خانگی در سال 97 به شرح زیر است :
| دامنه مصرف | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| حجم مصرف
(متر مکعب) |
تا 45 | 46- 95 | 96- 145 | 146- 195 | 196- 245 | 246- 295 | 296- 345 | 346- 395 | 396- 445 | 446- 495 | 496- 545 | مازاد بر 545 |
| قیمت هر متر مکعب گاز (ریال) | 1081 | 1311 | 1656 | 2116 | 2576 | 2806 | 3151 | 3496 | 3726 | 3956 | 4186 | 4301 |
جدول (7) گاز بهای مصرفی در هفت‌ماهه فصل گرم سال 1397 در بخش خانگی، اعلام شده توسط شرکت گاز
همان‌طور که در جداول بالا مشاهده می‌کنید تعرفه مصرف گاز در سال 97 نسبت به سال 94 تغییر نکرده است . در هنگام تهیه این گزارش تعرفه مصرف گاز در سال 98 اعلام نشده است و به همین دلیل از تعرفه گاز سال 97 به‌عنوان آخرین نرخ محاسبه استفاده شده است .
تعرفه برق
تعرفه مشترکين خانگي برق در سال 94 به شرح زیر است :
| متوسط انرژی مصرفی ماهانه (کیلووات ساعت در ماه) | قیمت پایه سال 94 به ازای هر کیلووات ساعت (ریال) |
| 0 تا 100 | 409 |
| 100 تا 200 | 477 |
| 200 تا 300 | 1023 |
| 300 تا 400 | 1841 |
| 400 تا 500 | 2114 |
| 500 تا 600 | 2660 |
| مازاد بر 600 | 2933 |
جدول (8) بهای برق مصرف خانگی، اعلام شده در سایت شرکت توزیع نیروی برق تهران در سال 1394
تعرفه مشترکين خانگي برق در مناطق عادی در سال 98 به شرح زیر است :
| متوسط انرژی مصرفی ماهانه (کیلووات ساعت در ماه) | قیمت پایه سال 98 به ازای هر کیلووات ساعت (ریال) |
| 0 تا 100 | 524 |
| 100 تا 200 | 611 |
| 200 تا 300 | 1310 |
| 300 تا 400 | 2357 |
| 400 تا 500 | 2708 |
| 500 تا 600 | 3407 |
| مازاد بر 600 | 3757 |
جدول (9) بهای برق مصرف خانگی، اعلام شده در سایت شرکت توزیع نیروی برق تهران در سال 1398
تعرفه آب
جدول محاسبه آب‌بها بر اساس طبقات مصرف در سال 94 به شرح زیر است :
| میزان مصرف (متر مکعب) |
قیمت هر متر مکعب (ریال) از ابتدای مهر 94 |
| بین 0 تا 5 | 1420 |
| بین 5 تا 10 | 2120 |
| بین 10 تا 15 | 2830 |
| بین 15 تا 20 | 3700 |
| بین 20 تا 25 | 5400 |
| بین 25 تا 30 | 8500 |
| بین 30 تا 35 | 11580 |
| بین 35 تا 40 | 15440 |
| بین 40 تا 50 | 33460 |
| بیشتر از 50 | 66920 |
جدول (10) بهای آب مصرفی خانگی، اعلام شده توسط سازمان آب در سال 1394
جدول محاسبه آب‌بها بر اساس طبقات مصرف در سال 98 به شرح زیر است :
جدول (11) بهای آب مصرفی خانگی، اعلام شده توسط سازمان آب در سال 1398
مجموع هزینه‌های چیلر آبی اسکرو در ماه
سال94
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 37.676.215 |
| مجموع آب مصرفی | (ریال) 4.270.150 |
| جمع کل هزینه‌ها | (ریال) 41.946.365 |
جدول (12)
سال98 (هدر 4)
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 48.260.835 |
| مجموع آب مصرفی | (ریال) 5.564.213 |
| جمع کل هزینه‌ها | (ریال) 53.825.048 |
جدول (13)
مجموع هزینه‌های چیلر آبی اسکرال در ماه
سال94
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 39.436.015 |
| مجموع آب مصرفی | (ریال) 4.270.150 |
| جمع کل هزینه‌ها | (ریال) 43.706.165 |
جدول (14)
سال98
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 50.515.035 |
| مجموع آب مصرفی | (ریال) 5.564.213 |
| جمع کل هزینه‌ها | (ریال) 56.079.248 |
جدول (15)
مجموع هزینه‌های چیلر هوایی اسکرو در ماه
سال94
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 42.295.690 |
جدول (16)
سال98
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 54.178.110 |
جدول (17)
مجموع هزینه‌های چیلر هوایی اسکرال در ماه
سال94
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 38.688.100 |
جدول (18)
سال98
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 49.557.000 |
جدول (19)
مجموع هزینه‌های چیلر جذبی دو اثره شعله مستقیم در ماه
سال94
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 8.287.555 |
| مجموع آب مصرفی | (ریال) 8.285.350 |
| مجموع گاز مصرفی | (ریال) 25.959.583 |
| جمع کل هزینه‌ها | (ریال) 42.532.488 |
جدول (20)
سال98
| مجموع برق مصرفی | (ریال) 10.615.695 |
| مجموع آب مصرفی | (ریال) 10.161.533 |
| مجموع گاز مصرفی* | (ریال) 25.959.583 |
| جمع کل هزینه‌ها | (ریال) 46.736.811 |
جدول (21)
*لازم به ذکر است که هزینه گاز با توجه به آخرین نرخ در سال 97 محاسبه شده است و در هنگام تهیه گزارش تعرفه گاز سال 98 اعلام نشده است.
در ادامه مقایسه چیلر جذبی و تراکمی با توجه به محاسبات انجام شده نتایج را به‌تفصیل بیان می‌شود :
مقایسه چیلر جذبی و تراکمی از نظر قيمت اوليه
مقایسه چیلرهای تراکمی و جذبی با استناد به متوسط قيمت کارخانه‌های مختلف، بدین‌صورت است که قيمت يک چيلر جذبی دو اثره يا شعله مستقيم حدود ۲٫۴ برابر يك چيلر تراكمی است.
قیمت چيلر جذبی تک اثره نيز حدود ۱٫۳ برابر چيلر تراكمی است، درصورتی‌که مصرف انرژی آن نیز ۳۰ درصد بيشتر است.
بايد توجه داشت كه عمر مفيد چيلرهای شعله مستقيم كمتر از دو اثره و دو اثره به مراتب كمتر از تک اثره است و دليل توليد چيلر تک اثره با وجود COP بسيار پايين آن، عمر كوتاه چيلرهای دو اثره و شعله مستقيم است و البته قیمت اوليه بسيار بالاتر.
برج‌های خنک‌کننده در چيلرهای جذبی بزرگ‌تر انتخاب می‌شوند و به طبع آن‌ها پمپ‌ها و موتورها نیز بزرگ‌تر هستند. پس هزينه خريد پمپ‌ها و لوله كشی و نصب تجهيزات نيز بالاتر است و همچنين در سیستم‌های غير شعله مستقيم احتياج به خريد دیگ‌های بخار يا آب گرم است كه خود هزينه زيادی خواهد داشت و همچنين نصب و راه‌اندازی آن‌ها نيز هزینه‌بر است.
اگر كليه اين فاكتورها را در نظر بگيريم قیمت اوليه و نصب و راه‌اندازی يک چيلر جذبی دو اثره و شعله مستقيم حدوداً سه برابر يک چيلر تراكمی خواهد بود.
مقایسه چیلرهای تراکمی و جذبی از نظر هزینه نگهداری
با توجه به اينكه چيلرهای جذبی عملكرد بسيار حساسی دارند و کوچک‌ترین تغيير در پارامترهای آن می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری را موجب شود و نياز است همه پارامترها مداوم كنترل گردند لذا با توجه به اظهارات تعميركارانی كه ساليان طولانی در زمينه نگهداری چيلرهای جذبی فعاليت دارند، كليه پارامترها بايد دائماً و به‌طور روزانه كنترل گردد و اگر فقط برای ركوردگيری يک نفر اپراتور سطح پايين را كه تخصص لازم را هم نداشته باشد در محل به كار گماريم، به سه نفر برای سه شیفت کاری نیاز است که باید حقوق ماهانه آن‌ها را هم به هزینه‌ها اضافه کنیم.
چیلرهای جذبی نیاز به سرویس‌های دوره‌ای مکرر و تیم فنی تعمیر و نگهدار مقیم پروژه دارد این در حالی است که این موضوع در چیلرهای تراکمی آب‌خنک کم رنگ تر بوده و در مدل‌های هوا خنک بی‌نیازی از اقامت تیم فنی بسیار مشهود می‌باشد.
در ضمن اگر چيلر دارای ديگ بخار يا آب گرم نيز باشد هزينه نگهداری و تعميرات ديگ بخار يا آب گرم نيز به آن اضافه خواهد شد و معمولاً كسانی كه از نگهدار دائم استفاده نمی‌کنند، در صورت بروز مشكل موارد زيادی بوده است كه چيلر را اسقاط نموده‌اند. چون با مقداری تغييرات غلظت ليتيم برومايد خاصيت خورندگی آن طوری می‌شود كه كل چيلر را از بين خواهد برد.
كاركرد در درجه حرارت‌های پايين
حداقل درجه حرارتی كه می‌توان با يک چيلر جذبی به آن رسيد ۵ درجه سانتی‌گراد است. ولی در چيلرهای تراكمی به‌راحتی درجه حرارت‌های زير صفر را با اضافه كردن اتيلن گليكول به آب می‌توان تأمین نمود.
كاركرد در محیط‌های مرطوب آب و هوايی
با توجه به عدم قابليت استفاده از برج خنک‌کننده در محیط‌های مرطوب آب هوایی مانند شهرهای شمالی و جنوبی كشور كه مخصوصاً شهرهای جنوبی كشور به خاطر گرمای شديدی كه دارند نياز مبرمی به سیستم‌های تهويه مطبوع دارند در چنين محیط‌هایی برای چيلرهای تراكمی به‌راحتی با استفاده از كندانسور هوايی می‌توان مشكل را برطرف نمود ولی برای چيلرهای جذبی چنين امكانی وجود ندارد.
هزينه و زمان لازم برای تعميرات
درصورتی‌که کوچک‌ترین بی‌دقتی در نگهداری چيلرهای جذبی رخ دهد و چيلر به مشكل برخورد كند و فوری رفع عيب نگردد چيلر با مشكلات اساسی مواجه خواهد شد و نياز به تعميرات اساسی خواهد داشت كه اين تعميرات بسيار زمان بر هستند و از طرفی باز ماندن طولانی قطعات، باعث نفوذ اكسيژن و رطوبت به داخل آن خواهد شد و باعث خوردگی‌های شديد می‌گردد و از نظر هزينه تعميرات نيز بسيار پرهزینه‌تر نسبت به چيلرهای تراكمی هستند.
تعمیرات چیلرهای جذبی نیاز به افراد مجرب و کاملاً متخصص دارد اما در دو مدل دیگر تعمیرات چیلرهای تراکمی راحت‌تر بوده و فراوانی افراد تعمیر و نگهدار و سرویس‌کار وجود داشته و در هنگام خرابی‌ها با مشکلات کمتری روبرو هستیم.
مقایسه چیلرهای تراکمی و جذبی از نظر ابعاد و فضای نصب
از لحاظ ابعاد نیز در بالا به خوبی اشاره گردیده است که چیلر تراکمی آبی نسبت به دو چیلر دیگر نیاز به فضای نصب کمتری دارد.
نتیجه‌گیری از مقایسه چیلرهای تراکمی و جذبی
- در یک پروژه به ترتیب استفاده از چیلر تراکمی آبی اسکرو، چیلر تراکمی هوایی اسکرو و چیلر جذبی دو اثره شعله مستقیم از لحاظ اقتصادی ( هزینه‌های جاری ) باصرفه‌تر می‌باشد.
- از مقايسه چیلرهای تراكمی و جذبی این نتیجه را می‌گیریم که با توجه به هزينه اوليه خريد چيلر ، برج خنک‌کننده و تجهيزات بزرگ‌تر پمپاژ برج و تجهيزات اضافه (مانند ديگ بخار و آب گرم در سیستم‌های غير شعله مستقيم)، هزينه خريد و نصب كليه تجهيزات يک چيلر جذبی حدود سه برابر تراكمی خواهد بود. درصورتی‌که مصرف كل انرژی تراكمی نسبت به جذبی، مقداری نيز كمتر است. هزينه نگهداری چيلرهای جذبی حدود ۱۵ برابر چيلرهای تراكمی است.
- چيلر جذبی قابليت خنک كردن آب تا دماهای پايين و زير صفر را ندارد ولی در چيلرهای تراكمی به‌راحتی می‌توان اين كار را انجام داد.
- چيلرهای جذبی به دليل راندمان بسيار پايين برج خنک‌کننده در مناطق مرطوب آب و هوايی، قابليت كار در چنين محیط‌هایی را ندارند ولی چيلرهای تراكمی با كندانسور هوايی (چیلر تراکمی هوا خنک) به‌راحتی در چنین محیط‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
