در دهه‌های اخیر، با پیشرفت صنعت ساختمانی و نیاز به تهویه مطبوع در بزرگسالان، مدیران، مهندسان و طراحان ساختمان با تکنولوژی‌های جدیدی روبرو شده‌اند. یکی از این تکنولوژی‌ها که در ساختمانهای بزرگ و تجاری بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد، چیلر است. چیلر ها دستگاه‌هایی هستند که برای تهویه مطبوع و خنک‌کردن هوا در ساختمان‌ها به کار می‌روند. این مقاله به معرفی عملکرد چیلر، اجزای آن و کاربردهای آن در صنعت ساختمان می‌پردازد.
معرفی چیلر
تعریف چیلر و کاربردها
چیلر یک دستگاه تهویه مطبوع است که در ساختمان‌ها و فضاهای دیگر برای خنک کردن هوا استفاده می‌شود. عمدتاً در ساختمانهای تجاری، اداری، صنعتی و مراکز درمانی استفاده می‌شود. هدف اصلی چیلر، حذف گرما از هوا و ایجاد یک محیط خنک و راحت برای افراد در داخل ساختمان است.
عملکرد چیلر بر اساس سیکل تهویه مطبوع صورت می‌گیرد. در این سیکل، چیلر ابتدا هوای گرم را از داخل ساختمان جمع‌آوری می‌کند و از طریق یک سیستم لوله‌کشی به دستگاه خنک‌کننده می‌فرستد. در دستگاه خنک‌کننده، هوا با استفاده از یک ماده خنک‌کننده مانند آب یا گاز مبرد، خنک می‌شود و سپس به دوباره به ساختمان برگشت داده می‌شود. این فرایند، هوا را به طور مداوم خنک نگه می‌دارد و محیطی با دمای مطلوب را فراهم می‌کند.
انواع چیلرها و تفاوت‌های آنها
چیلرها در انواع مختلفی موجودند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در زیر، به برخی از انواع رایج چیلرها و تفاوت‌های آنها اشاره خواهیم کرد:
چیلرهای هواخنک (Air-Cooled Chillers):
در این نوع چیلرها، حرارت از طریق هوا خنک می‌شود. چیلرهای هواخنک دارای واحدهای فنی هستند که هوای خنک را از طریق یک سیستم فنی به دستگاه خنک‌کننده می‌فرستند. یکی از مزیت‌های این نوع چیلرها این است که نیاز به سیستم آب خنک‌کننده ندارند، بنابراین نصب و استفاده آنها به سادگی انجام می‌شود. با این حال، چیلرهای هواخنک عموماً برای بارهای حرارتی کمتر مناسب هستند و نیاز به فضای بیشتری برای نصب دارند.
چیلرهای آبخنک (Water-Cooled Chillers):
در این نوع چیلرها، حرارت از طریق آب خنک می‌شود. چیلرهای آبخنک از یک سیستم آب خنک‌کننده برای حذف گرما استفاده میکنند. این نوع چیلرها معمولاً برای بارهای حرارتی بزرگتر و محیط‌هایی با محدودیت فضایی استفاده میشوند. علاوه بر این، چیلرهای آبخنک نیاز به تأمین منبع آب خنک و سیستم لوله‌کشی آب دارند.
چیلرهای جذبی (Absorption Chillers):
چیلرهای جذبی از یک ماده جاذب مثل آب لیتیوم برومید (LiBr) برای خنک کردن استفاده میکنند. این نوع چیلرها عموماً برای بارهای حرارتی بزرگ و در مکان‌هایی که تأمین انرژی حرارتی موجود استفاده میشوند. چیلرهای جذبی یک مزیت بزرگ در مصرف انرژی دارند، زیرا از گاز طبیعی، بخار گاز یا حرارت تولید شده توسط یک مولد حرارتی به عنوان منبع انرژی استفاده میکنند.
چیلرهای پیلتون (Centrifugal Chillers):
چیلرهای پیلتون از طریق استفاده از یک پمپ مرکزی و یک تربین سانتریفیوژال عملکرد خود را انجام می‌دهند. این نوع چیلرها برای بارهای حرارتی بزرگ و مصارف صنعتی مناسب هستند و توانایی ایجاد خنکایش بالا را دارند. آنها معمولاً در ساختمانهای بزرگ، بیمارستانها، فرودگاهها و صنایع تولیدی استفاده میشوند
چیلرهای پیستونی (Reciprocating Chillers):
چیلرهای پیستونی از طریق یک پیستون حرکت میکنند تا فشار را درون یک فشاردهی کمپرسور ایجاد کنند. این نوع چیلرها برای بارهای حرارتی کوچک تر و برنامه های صنعتی استفاده می شوند. آنها معمولاً صدای بلندتری نسبت به چیلرهای دیگر دارند و برای تهویه مطبوع در ساختمانهای کوچک تر مناسب هستند.
چیلرهای پیستونی متغیر (Scroll Chillers):
چیلرهای پیستونی متغیر از ترکیبی از چند پیستون استفاده میکنند و در حین عملکرد میزان ظرفیت خود را تغییر می دهند. این نوع چیلرها از نظر کارایی انرژی بهتری نسبت به چیلرهای پیستونی سنتی دارند و معمولاً در برنامه های تجاری و صنعتی استفاده میشوند
اجزای چیلر و عملکرد هر قسمت
یک چیلر معمولاً از قسمت‌های زیر تشکیل شده است، هر قسمت وظایف خاص خود را در فرآیند خنک‌کاری دارند:
- کمپرسور (Compressor): کمپرسور وظیفه فشرده‌سازی و انتقال ماده خنک‌کننده را دارد. عملکرد کمپرسور بر اساس اصل کار چرخه یا سیکل کاری چیلر تعیین می‌شود، که معمولاً چرخه کاری ترمودینامیکی کارنوت است. کمپرسور انرژی حرارتی را از ماده خنک‌کننده جذب و آن را فشرده می‌کند تا دما و فشار آن افزایش یابد.
- حوضچه تبخیر (Evaporator): در حوضچه تبخیر، ماده خنک‌کننده با فشار پایین و در دماهای پایینتر از دمای محیط وارد می‌شود و در آنجا با تماس با هوا یا سیال خنک‌کننده دیگر، حرارت را جذب کرده و تبخیر می‌شود. این عمل باعث خنک شدن محیط و ماده خنک‌کننده می‌شود.
- کندانسور (Condenser): کندانسور وظیفه تبدیل ماده خنک‌کننده از حالت بخار به حالت مایع را دارد. در این قسمت، ماده خنک‌کننده به دمای بالا و فشار بیشتری قرار می‌گیرد و حرارت جذب شده در حوضچه تبخیر توسط ماده خنک‌کننده را به محیط اطراف منتقل می‌کند. این عمل باعث تولید گرما می‌شود.
- ترمواستات (Thermostat): ترمواستات وظیفه کنترل دما و فشار در داخل چیلر را دارد. با توجه به سطح حرارتی که توسط ترمواستات تشخیص داده می‌شود، عملکرد کمپرسور و سایر قسمت‌های چیلر تنظیم می‌شود.
- شیرهای تنظیمی (Valves): شیرهای تنظیمی برای کنترل جریان ماده خنک‌کننده در سیستم استفاده میشوند. آنها می‌توانند جریان ماده خنک‌کننده را کنترل کرده و به تنظیم دما و فشار مناسب در قسمت‌های مختلف چیلر کمک کنند.
- مبدل حرارتی (Heat Exchanger): مبدل حرارتی وظیفه انتقال حرارت بین ماده خنک‌کننده و سیال خنک‌کننده دیگر را دارد. این قسمت می‌تواند شامل لوله‌ها، صادامه پاسخ:
- مخزن (Reservoir): مخزن تعبیه شده در چیلر به عنوان محل ذخیره‌سازی ماده خنک‌کننده عمل می‌کند. این قسمت معمولاً شامل یک مخزن با فشار و دمای مشخص است که ماده خنک‌کننده در آن ذخیره می‌شود.
همچنین، در چیلرهای بزرگتر می‌توان قسمت‌های دیگری نیز داشت که به بهبود عملکرد و کنترل چیلر کمک میکنند، مانند:
- پمپ‌ها (Pumps): پمپ‌ها برای پمپاژ ماده خنک‌کننده در سیستم استفاده میشوند و به تداوم جریان ماده خنک‌کننده کمک میکنند.
- فیلترها (Filters): فیلترها برای حذف ذرات و آلودگی‌های موجود در ماده خنک‌کننده استفاده میشوند تا از خرابی و کاهش کارایی سیستم جلوگیری شود.
- سنسورها و کنترل‌کننده‌ها: سنسورها برای اندازه‌گیری دما، فشار و سایر ویژگی‌های مرتبط با عملکرد چیلر استفاده میشوند و اطلاعات به کنترل‌کننده‌ها منتقل میشوند تا عملکرد سیستم را تنظیم کنند.
- سیستم کنترل (Control System): سیستم کنترل چیلر شامل الکترونیک‌ها و مدارهای کنترلی است که عملکرد مختلف قسمت‌های چیلر را کنترل می‌کند. این سیستم می‌تواند شامل تایمرها، رله‌ها، کنترلرهای الکترونیکی و دیگر تجهیزات باشد.
همه این اجزا با همکاری و تعامل با یکدیگر، فرآیند خنک‌کاری را در چیلر انجام می‌دهند و امکان ارائه خنکایش به سیستم‌ها و تجهیزات را فراهم میکنند.
عملکرد چیلر
سیکل تهویه مطبوع در چیلر
سیکل تهویه مطبوع در چیلرها عموماً شامل چهار مرحله اصلی است که شرح کوتاهی از هر یک را در زیر آورده‌ایم:
- تبدیل فاز: در این مرحله، ماده جاذب (معمولاً آب) در واحد جذب، توسط گرمای موجود در هوا یا منبع دیگری تبخیر می‌شود. این فرایند منجر به تغییر فاز جاذب از حالت مایع به حالت بخار می‌شود.
- فشرده‌سازی بخار: بخار تولید شده از تبخیر در مرحله قبل، وارد واحد فشرده‌سازی می‌شود. در این مرحله، فشار بخار افزایش می‌یابد و دمای آن نیز افزایش می‌یابد. این فشار و دما باعث افزایش انرژی بخار می‌شود.
- تبدیل فاز دوباره: پس از فشرده‌سازی بخار، بخار وارد واحد تهویه شده و از طریق یک سری لوله‌ها به یک واحد تبخیر می‌رود. در اینجا، بخار به حالت مایع (مثلاً به آب) تبدیل می‌شود. این فرایند گرمایی را به محیط اطراف منتقل می‌کند و جریان هوای مطبوع را خنک می‌کند.
- توسعه: آب مایع حاصل از تبدیل فاز دوباره وارد واحد توسعه می‌شود. در اینجا، فشار آب کاهش می‌یابد و به دمای کمتری می‌رسد. این فرایند باعث خنک شدن آب می‌شود و آماده استفاده مجدد در مرحله تبدیل فاز می‌شود.
این چهار مرحله به صورت متوالی تکرار میشوند تا حرارت از هوا یا منبع دیگری به آب منتقل شود و هوای خنک شده برای تهویه مطبوع استفاده شود. این سیکل تهویه مطبوع در چیلرهای جذبی استفاده می‌شود و بسته به نوع چیلر (مانند چیلر جذبی آب-آب، چیلر جذبی آب-هوا و غیره) و شرایط کاربرد، جزئیات دقیق‌تری ممکن است وجود داشته باشد.
نحوه خنک کردن هوا در چیلر
به طور کلی، سیستم‌های تهویه مطبوع با استفاده از فن‌ها، کمپرسورها و مبردها (مانند آب یا گازهای خنک‌کننده) هوا را خنک میکنند. نحوه خنک کردن هوا در چیلرها به طور کلی به نوع چیلر و فرایندی که در آن استفاده می‌شود، بستگی دارد. یکی از روش‌های رایج در چیلرها بر پایه دوره تبخیر و تکثیر است. در این روش، هوا در ابتدا توسط فن‌ها به داخل چیلر می‌رود و با آب یا مبردهای دیگر در تماس می‌آید. سپس، آب یا مبرد از هوا گرما را جذب کرده و تبخیر می‌شود. در این فرایند، گرمای هوا به مبرد منتقل می‌شود و هوا خنک می‌شود.
سپس، مبرد تبخیر شده به یک کمپرسور فرستاده می‌شود تا فشرده شود و دمای بالاتری بگیرد. در این مرحله، افزایش دما باعث افزایش فشار مبرد می‌شود. سپس، مبرد به یک ابتدایی حرارتی می‌رسد که حرارت آن را به محیط اطراف منتقل می‌کند. در نهایت، مبرد خنک شده به حالت اولیه خود برمی‌گردد و مجدداً برای خنک کردن هوا استفاده می‌شود.
مهمترین نکته این است که چیلرها برای خنک کردن هوا از انرژی برق استفاده میکنند. بنابراین، طراحی صحیح چیلرها و استفاده بهینه از آنها می‌تواند به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها منجر شود
سیستم توزیع هوا در ساختمان
این سیستم برای تأمین هوای تازه، تهویه و خنک کردن (یا گرم کردن) هوا در ساختمان استفاده می‌شود. نحوه عملکرد سیستم توزیع هوا به نوع سیستم تهویه مطبوع و نوع ساختمان مورد استفاده وابسته است. در ادامه، تعدادی از روش‌های رایج برای توزیع هوا در سیستم‌های تهویه مطبوع را شرح می‌دهم:
- سیستم تهویه هوای اجباری (HVAC):
در سیستم تهویه هوای اجباری، هوا توسط یک واحد تهویه مطبوع (HVAC) تهیه و سپس از طریق شبکه لوله‌ها و کانال‌ها به اتاق‌ها و فضاهای مختلف ساختمان توزیع می‌شود. این شبکه شامل لوله‌ها، کانال‌ها، دمپرها و دیفیوزرها است. لوله‌ها برای توزیع آب سرد یا گرم به واحدهای پایانی مانند رادیاتورها یا برج‌های تبرید استفاده میشوند. کانال‌ها معمولاً برای توزیع هوای تهویه شده به اتاق‌ها و فضاهای ساختمان استفاده میشوند. دمپرها برای کنترل جریان هوا و دیفیوزرها برای توزیع یکنواخت هوا در فضاهای داخلی استفاده میشوند. - سیستم تهویه هوای طبیعی:
در برخی ساختمان‌ها، سیستم‌های تهویه هوای طبیعی استفاده می‌شود. در این سیستم، هوا از طریق باز شدن پنجره‌ها، درها و سایر نقاط تهویه در ساختمان وارد می‌شود و از طریق جریان طبیعی توسط گرادیان دما و فشار به فضاهای داخلی ساختمان توزیع می‌شود. این روش اغلب در ساختمانهای کوچک و فضاهای باز مورد استفاده قرار می‌گیرد و ممکن است نیاز به استفاده مکملی از فن‌ها یا دیگر دستگاه‌ها برای افزایش جریان هوا داشته باشد. - سیستم‌های توزیع هوای محلی:
در ساختمان‌هایی که نیاز به تهویه مکانیزه محدودی دارند، ممکن است از سیستم‌های توزیع هوای محلقوی (VAV) یا سیستم‌های دیگری استفاده شود. در این سیستم‌ها، هوا به طور محلی توسط واحدهای تهویه مطبوع کنترل می‌شود و به طور مستقیم به فضاهای مورد نیاز توزیع می‌شود. این سیستم‌ها معمولاً با استفاده از دیفیوزرها یا گریل‌ها در فضاهای داخلی نصب میشوند و هوای تهویه شده را به طور مستقیم و قابل تنظیم به فضا ارائه می‌دهند.
در هر صورت، سیستم توزیع هوا باید طراحی و نصب شود تا بتواند نیازهای تهویه مطبوع را به درستی برآورده کند. این شامل محاسبه جریان هوا، انتخاب لوله‌ها، کانال‌ها، دمپرها و دیفیوزرها، تعیین موقعیت مناسب برای نصب آنها و تعیین سیستم کنترل مناسب برای مدیریت توزیع هوا می‌شود. همچنین، صحت عملکرد
در صورتی که هر گونه سوال و یا مشاوره ای در زمینه تهویه مطبوع دارید، گروه مهندسی تهویه توچال در خدمت شماست. شرکت تهویه توچال، نماینده محصولات ریم در ایران.
دیدگاهی در مورد “چیلر: معرفی، عملکرد و کاربردها”