چیلر آب خنک چیست؟
چیلر آب خنک یا سیستم آب سرد، نوعی سیستم تبرید است که از آب به عنوان مبرد ثانویه استفاده می کند. آنها برای کاربردهای بزرگتر، پیچیده تر، گرمایش، تهویه، تهویه مطبوع و تبرید (HVACR) استفاده می شوند. کاربردهای معمولی چیلرهای آبی در زیر برشمرده شده است:
- خنک کننده منطقه
- تهویه مطبوع متمرکز
- هیدروپونیک
- فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی
- دارویی و پزشکی
- انبار سرد
- سیستم های ذخیره سازی انرژی حرارتی (TES).
- ماشینکاری، برش واترجت، برش لیزری، جوشکاری و غیره.
- پردازش پلاستیک
- چیلرهای ماشین ابزار
در مقابل چیلرهای آبی، سیستم‌های تبرید با انبساط مستقیم (DX) قرار دارند. سیستم تبرید DX مستقیماً هوا را از فضای داخلی یا بسته بدون استفاده از مبرد ثانویه خنک می‌کند. هوا مستقیماً به اواپراتور سیستم تبرید می رسد. انواع DX برای کاربردهای کوچکتر مانند خنک کننده فضاهای مسکونی و فریزرهای کوچک و واحدهای تبرید مناسب تر هستند.
فصل 2: اصل کار چیلر آب خنک
دو حلقه یا مدار اصلی وجود دارد که یک سیستم چیلر آب را تشکیل می دهند. اینها حلقه تبرید و حلقه آب سرد هستند. حلقه تبرید زیر سیستمی است که خنک کننده را فراهم می کند. این جایی است که فرآیندهای ترمودینامیکی رخ می دهد. از سوی دیگر حلقه آب سرد یک سیستم توزیع است که در آن آب سرد به واحدهای مصرف کننده عرضه می شود. فرآیندهای درگیر در این سیستم عمدتاً انتقال حرارت است.
حلقه تبرید تحت اصل چرخه تبرید فشرده سازی بخار کار می کند. در این چرخه، فاز یک ماده شیمیایی به نام مبرد به طور متناوب با استفاده از مبدل های حرارتی از مایع به گاز و از گاز به مایع تغییر می کند. جدای از تغییر فاز مبرد، از کمپرسورها و شیرهای انبساط برای فشار دادن و کاهش فشار سیال استفاده می شود. مراحل یک چرخه فشرده سازی بخار معمولی به تفصیل در زیر توضیح داده شده است.
فشرده سازی:
در ابتدای این قسمت از چرخه، مبرد در فاز بخار کم فشار با دمایی برابر با هوای محیط قرار دارد. گرمای جذب شده از اواپراتور را حمل می کند.
کمپرسور مبرد
یک کمپرسور مبرد تبخیر شده را تحت فشار قرار می دهد که سپس به سمت پرفشار سیستم تخلیه می شود. در این فشار، دمای مبرد از دمای هوای محیط یا محیط بالاتر می‌رود.
برای افزایش فشار مبرد، انرژی مکانیکی صرف می شود. نیروی شفت ارائه شده توسط یک موتور توسط کمپرسور برای افزایش فشار مبرد تبخیر شده استفاده می شود. برق ورودی به سیستم در این مرحله اتفاق می افتد.
تراکم:
کندانسور سمت پر فشار واحد تبرید است. این یک مبدل حرارتی است که برای انتقال گرما از مبرد به محیط استفاده می شود. از آنجایی که یک گرادیان حرارتی به دلیل اختلاف دما بین مبرد و محیط وجود دارد، انتقال حرارت رخ می دهد. هم گرمای جذب شده از اواپراتور و هم گرمای تولید شده توسط کمپرسور به محیط تخلیه می شود.
کندانسور آب خنک
محیط به عنوان یک هیت سینک عمل می کند که گرمای دفع شده سیستم را جذب می کند. این هیت سینک می تواند مانند چیلرهای هوا خنک، هوای بیرون باشد یا برای چیلرهای آب خنک، آب باشد.
همانطور که مبرد در واحد کندانسور خنک می شود، به حالت مایع خود باز می گردد. زیرا در این فشار، دمای اشباع مبرد بالاتر یا تقریباً مشابه دمای فعلی آن است. دمای اشباع نقطه ای است که در آن ماده در صورت افزایش یا کاهش بیشتر دمای آن شروع به تبخیر یا مایع شدن می کند. این یک ویژگی ذاتی مبرد است.
گسترش:
در ابتدا، مبرد مایع در یک حالت فشار بالا با همان دمای محیط است. در طول فرآیند انبساط، مبرد فشار خود را کاهش می دهد. با کاهش فشار مبرد، دمای مربوطه آن نیز کاهش می یابد. مقدار کمی از مبرد چشمک می زند یا به بخار تبدیل می شود که دمای آن را بیشتر کاهش می دهد. از نظر تئوری، این فرآیند بدون انتقال گرما یا انرژی اتفاق می افتد. پس از انبساط، مبرد به سمت کم فشار سیستم جریان می یابد.
شیر انبساط
فرآیند انبساط با عبور مبرد از یک دستگاه انبساط حاصل می شود. دریچه‌های انبساط حرارتی و لوله‌های مویین دستگاه‌های انبساط معمولی هستند که برای سیستم‌های فشرده‌سازی بخار استفاده می‌شوند.
تبخیر:
اواپراتور سمت کم فشار سیستم است. این جایی است که تبادل حرارت بین مبرد و محیط خنک کننده اتفاق می افتد. برای چیلرهای آبی، محیط خنک کننده آب یا آب نمک است.
کویل اواپراتور
در فرآیند تبخیر، مبرد گرما را از آب جذب می کند. این امر دمای مبرد را تا زمانی که تبخیر شود بالا می برد. پس از تبخیر، مبرد در حالت کم فشار با دمایی برابر با محیط قرار می گیرد. سپس به واحد کمپرسور جریان می یابد و چرخه تکرار می شود.
چیلرهای آبی با سیستم تراکم بخار در بیش از 90 درصد کاربردهای HVAC مورد استفاده قرار می گیرند. چرخه تبرید کمتر محبوب، چرخه تبرید جذبی است. در نتیجه، چیلرهای آبی که توسط یک سیکل تبرید جذبی خنک می شوند، چیلرهای جذبی نامیده می شوند.
چیلرهای جذبی
در مناطق صنعتی که منبع زیادی بخار یا گرمای اتلاف در دسترس است استفاده می شود. در سرمایش جذبی، به جای استفاده از کمپرسور، از مجموعه مبدل های حرارتی ویژه و سایر اجزا استفاده می شود. این فرآیند توان زیاد مورد نیاز یک کمپرسور را حذف می کند.
حلقه آب سرد
مدار تبادل حرارت دیگر حلقه آب سرد است. در این قسمت از سیستم، آب سیال اصلی کار است. آب مبرد ثانویه ای است که معمولاً برای چیلرهای آبی استفاده می شود. این به طور گسترده در کارخانه های صنعتی که در آن منابع فراوان مورد نیاز است استفاده می شود.
حلقه آب سرد
برای کاربردهایی که به دمای بسیار پایین‌تری نیاز دارند، از یک ماده ضد یخ برای کاهش نقطه انجماد مبرد ثانویه استفاده می‌شود. از تشکیل یخ در داخل سیستم جلوگیری می کند. در اصل، نمک به عنوان ضد یخ معمولی استفاده می شد. به همین دلیل است که آب نمک اصطلاح رایجی است که برای توصیف این نوع مبرد استفاده می شود. امروزه معمولاً از اتیلن گلیکول و پروپیلن گلیکول استفاده می شود.
چیلر مایع اصطلاح خاصی برای چیلرهای آبی است که از یک مبرد ثانویه متشکل از اجزای آب و ضد یخ استفاده می کنند.
دو مبدل حرارتی در حلقه آب سرد دخیل هستند: اواپراتور و کویل خنک کننده. اواپراتور همان تجهیزاتی است که در فرآیند تبخیر چرخه فشرده سازی بخار توضیح داده شده است. یک طرف اواپراتور حاوی مبرد اولیه است در حالی که طرف دیگر مبرد ثانویه یا آب دارد.
کویل خنک کننده مبدل حرارتی است که گرما را از هوا یا سایر سیالات فرآیند به آب سرد منتقل می کند. آب ورودی به کویل به عنوان منبع آب سرد شناخته می شود در حالی که آب خروجی را بازگشت آب سرد می گویند. برای اکثر واحدهای چیلر، فرآیند تبادل گرما اختلاف دمایی تقریباً 8 تا 16 درجه فارنهایت (4 تا 9 درجه سانتیگراد) ایجاد می کند. این اختلاف دمایی بین منبع آب سرد و برگشت، محدوده خنک کننده نامیده می شود. با تعیین بار خنک کننده و محدوده دما می توان دبی آب سرد مورد نیاز را تخمین زد.
فصل سوم: انواع چیلرهای آبی
فصل قبل دو چرخه تبرید مورد استفاده در چیلرهای آبی، چرخه تراکم بخار و چرخه جذب را مورد بحث قرار داد. نوع چرخه تبرید مورد استفاده یکی از دسته بندی های چیلرهای آبی است. چیلرهای آبی را نیز می توان بر اساس نوع کندانسور، کمپرسور و واحد محرک طبقه بندی کرد.
با توجه به نوع کندانسور
چیلرهای آبی می توانند با هوا خنک یا آب خنک شوند. آنها در نحوه دفع گرما به محیط متفاوت هستند.
چیلر آبی هوا خنک:
این نوع چیلرهای آبی دارای کندانسورهایی هستند که برای تبادل گرما از مبرد به هوای محیط طراحی شده اند. آنها از هوا به عنوان ماده متراکم کننده استفاده می کنند.
چیلرهای آبی هوا خنک
یک واحد کندانسور هوا خنک معمولاً دارای سیم پیچ های پره ای است. این باعث افزایش سطح سطح کندانسور در تماس با هوا می شود. یک یا چند فن برای دمیدن هوا بر روی سیم پیچ پره دار استفاده می شود تا انتقال حرارت را بهبود بخشد. مقدار گرمای دفع شده توسط کندانسور هوا خنک به سرعت جریان هوا روی کویل ها و دمای حباب خشک هوا بستگی دارد.
مزیت استفاده از چیلرهای آبی هوا خنک، سادگی و کم هزینه بودن آنهاست. آنها می توانند به عنوان واحدهای مستقل بدون نیاز به زیرساخت های اضافی مانند خطوط تامین آب خنک کننده و برج های خنک کننده نصب شوند.
چیلر آبی آب خنک:
همانطور که از نام آن پیداست، چیلرهای آبی خنک شونده از آب به عنوان محیط متراکم استفاده می کنند. از آنجایی که این نوع چیلرها از آب به عنوان محیط خنک کننده نیز استفاده می کنند، دو حلقه آب در سیستم وجود دارد.
چیلرهای آبی آب خنک
کندانسورهای آب خنک معمولاً با برج خنک کننده کار می کنند. برج های خنک کننده مبدل های حرارتی هستند، اما به جای نوع معمول رسانایی-همرفت مبدل های حرارتی، با تماس آب و هوا خنک کننده ایجاد می کنند. آنها آب خنک کننده را به واحد کندانسور که برای خنک کردن مبرد استفاده می شود، تامین می کنند.
چیلرهای آب خنک در کارخانه های صنعتی بزرگ که منبع آب خنک کننده به راحتی در دسترس است استفاده می شود. خنک کننده با راندمان بسیار بالاتری نسبت به انواع خنک کننده هوا به کندانسور ارائه می شود.
با توجه به نوع کمپرسور
کمپرسورهای چیلر آب می توانند گریز از مرکز، پیچی، اسکرول یا رفت و برگشتی باشند. هر نوع کمپرسور مزایا و معایب خود را دارد. انتخاب کدام مورد برای استفاده معمولاً به ظرفیت خنک کننده مورد نیاز بستگی دارد.
چیلر آب گریز از مرکز:
یک چیلر آب گریز از مرکز دارای یک واحد تبرید است که از کمپرسور نوع گریز از مرکز استفاده می کند. کمپرسور گریز از مرکز با افزایش انرژی جنبشی گاز فشار آن را افزایش می دهد. سپس سرعت سیال کاهش می یابد تا انرژی جنبشی آن به صورت فشار استاتیکی به انرژی پتانسیل تبدیل شود. اصل عملکرد آنها آنها را به عنوان کمپرسورهای نوع دینامیکی دسته بندی می کند.
جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد انواع سیستم های تهویه مطبوع گرمایشی و سرمایشی ، انتخاب مناسب ترین سیستم برای ساختمان خود و استعلام قیمت دستگاه ها با مهندسان شرکت تهویه توچال تماس بگیرید. تهویه توچال نماینده محصولات ریم در ایران نیز می باشد.