انواع چیلرها با تمرکز بر چیلر تراکمی هوا خنک

چیلرها قلب تپنده سیستم‌های تهویه مطبوع در ساختمان‌های مسکونی، تجاری، اداری و صنعتی هستند. وظیفه اصلی آن‌ها، خنک کردن آب (یا سیال عامل دیگر) است که سپس توسط پمپ‌ها در سیکل سرمایش ساختمان به گردش در می‌آید و گرمای محیط را جذب می‌کند. تنوع چیلرها بر اساس سیکل تبرید، نوع تقطیر و نوع کمپرسور بسیار گسترده است. در این مقاله، تمرکز اصلی ما بر روی چیلرهای تراکمی هوا خنک خواهد بود، که یکی از رایج‌ترین و پرکاربردترین انواع چیلر در صنعت تهویه مطبوع است.

1. چیلر تراکمی

چیلرهای تراکمی بر اساس سیکل تبرید تراکمی کار می‌کنند. این سیکل شامل چهار جزء اصلی است: کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور. در این نوع چیلرها، مبرد (مانند فریون) در اثر تبخیر در اواپراتور، حرارت را از آب جذب کرده و آن را خنک می‌کند. سپس بخار مبرد توسط کمپرسور متراکم شده و وارد کندانسور می‌شود. در کندانسور، حرارت مبرد به محیط اطراف منتقل شده و مبرد به مایع تبدیل می‌گردد. این مایع سپس از شیر انبساط عبور کرده و با کاهش فشار، وارد اواپراتور شده و چرخه تکرار می‌شود.

چیلرهای تراکمی خود بر اساس نحوه خنک شدن کندانسور به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• چیلر تراکمی هوا خنک (Air-Cooled Chiller): در این نوع، حرارت کندانسور مستقیماً توسط هوای محیط دفع می‌شود.
• چیلر تراکمی آب خنک (Water-Cooled Chiller): در این نوع، حرارت کندانسور توسط آب (که خود توسط برج خنک کننده خنک می‌شود) دفع می‌گردد.

در ادامه به تفصیل به چیلر تراکمی هوا خنک خواهیم پرداخت.

1-1. چیلر تراکمی یکپارچه از نوع هوا خنک (Air-Cooled Water Chiller)

مدل چیلر تراکمی یکپارچه از نوع هوا خنک به گونه‌ای طراحی شده که تمامی اجزای اصلی سیستم تبرید، از جمله کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و شیر انبساط، در یک یونیت واحد و به هم پیوسته قرار گرفته‌اند. این طراحی “یکپارچه” یا “پکیج” باعث سهولت در نصب و کاهش هزینه‌های جانبی می‌شود، زیرا نیاز به مونتاژ اجزای مختلف در محل نصب به حداقل می‌رسد. این نوع چیلر با انواع مختلفی از کمپرسورها تولید می‌شود که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. مهم‌ترین انواع کمپرسورهای مورد استفاده در چیلرهای تراکمی هوا خنک عبارتند از:

• کمپرسور اسکرال (Scroll Compressor): این نوع کمپرسور از دو حلزونی متداخل برای متراکم کردن مبرد استفاده می‌کند. کمپرسورهای اسکرال به دلیل راندمان بالا، صدای کم، لرزش ناچیز و قابلیت اطمینان بالا، بسیار محبوب هستند و معمولاً در ظرفیت‌های پایین تا متوسط استفاده می‌شوند.
• کمپرسور پیستونی (Reciprocating Compressor): این کمپرسورها شبیه موتورهای احتراق داخلی عمل می‌کنند و با حرکت رفت و برگشتی پیستون درون سیلندر، مبرد را متراکم می‌نمایند. کمپرسورهای پیستونی در ظرفیت‌های مختلفی موجودند اما معمولاً صدای بیشتری نسبت به اسکرال‌ها دارند.
• کمپرسور اسکرو (Screw Compressor): این نوع کمپرسور از دو روتور مارپیچی شکل برای متراکم کردن مبرد استفاده می‌کند. کمپرسورهای اسکرو برای ظرفیت‌های متوسط تا بالا طراحی شده‌اند و به دلیل قابلیت اطمینان و راندمان خوب در این ظرفیت‌ها، انتخاب مناسبی محسوب می‌شوند.
• کمپرسور گریز از مرکز (Centrifugal Compressor): این کمپرسورها از پروانه‌هایی با سرعت بالا برای متراکم کردن مبرد استفاده می‌کنند. کمپرسورهای گریز از مرکز معمولاً در ظرفیت‌های بسیار بالا به کار می‌روند و بیشترین راندمان را در این ظرفیت‌ها ارائه می‌دهند.

در چیلر تراکمی هوا خنک یکپارچه، گاز داغ و پرفشار خارج شده از کمپرسور در داخل لوله‌های مسی یا آلومینیومی کاندنسور که وظیفه انتقال حرارت را بر عهده دارد، منتقل می‌شود. کندانسور در واقع یک مبدل حرارتی بزرگ است که سطحی وسیع برای تبادل گرما با هوای محیط فراهم می‌کند. این گرما توسط فن‌های خنک کننده که عمدتاً از نوع Axial (محوری) هستند، از روی فین‌های کندانسور گرفته شده و به اتمسفر آزاد هدایت می‌شود. فن‌های محوری به دلیل حجم هوادهی بالا و مصرف انرژی مناسب، انتخاب ایده‌آلی برای این کاربرد هستند. پس از اینکه مبرد در کندانسور حرارت خود را از دست داد و به مایع تبدیل شد، این مایع با فشار بالا به سمت شیر انبساط (مانند شیر انبساط ترموستاتیک یا الکترونیکی) هدایت می‌شود. شیر انبساط وظیفه کاهش فشار و دمای مبرد مایع را بر عهده دارد تا مبرد برای تبخیر در اواپراتور آماده شود.

محل نصب

با توجه به ماهیت عملکرد چیلرهای هوا خنک که نیاز به تبادل حرارت مستقیم با هوای محیط دارند، این چیلرها باید در فضای باز و ترجیحاً در سطوحی که دسترسی آزاد به هوا دارند، نصب شوند. محل‌های رایج نصب این چیلرها عبارتند از:

• بام ساختمان: این رایج‌ترین محل نصب چیلرهای هوا خنک است، زیرا دسترسی به هوای آزاد و تهویه مناسب را فراهم می‌کند و همچنین صدای احتمالی دستگاه از مزاحمت برای ساکنین ساختمان دور می‌ماند.
• محوطه باز در طبقات بالاتر: در ساختمان‌های بلند، ممکن است تراس‌ها یا فضاهای باز در طبقات فوقانی نیز برای نصب این چیلرها در نظر گرفته شوند.
• حیاط یا فضاهای بیرونی: در برخی پروژه‌ها، به خصوص پروژه‌های صنعتی یا مجتمع‌های تجاری، چیلرها ممکن است در حیاط یا محوطه‌های باز نصب شوند.

نکات مهمی که باید در نصب این چیلرها رعایت شود تا از عملکرد بهینه و طول عمر دستگاه اطمینان حاصل شود، شامل موارد زیر است:

• فاصله از دیوار: حداقل فاصله توصیه شده از دیوارهای اطراف، دو الی سه متر است. این فاصله برای اطمینان از اینکه هوای کافی برای خنک کردن کندانسور به دستگاه برسد و همچنین هوای گرم خروجی از فن‌ها مجدداً توسط کندانسور مکیده نشود، حیاتی است. نکته کلیدی این است که هیچ سازه‌ای (مانند دیوار، سقف طبقات بالاتر، یا سایر تجهیزات) نباید در این فاصله و بالاتر از ارتفاع چیلر قرار بگیرد.نکته مهم: اگر سازه‌ای بالاتر از ارتفاع چیلر در محدوده تعریف شده قرار بگیرد، هوای گرم خروجی از سطح کندانسورها ممکن است با این سازه‌ها برخورد کرده و به سمت مکش فن‌های چیلر بازگردد. این پدیده که به “بازچرخش هوا” (Air Recirculation) معروف است، منجر به افزایش دمای کندانسور و در نتیجه بالا رفتن فشار سیستم (Discharge Pressure) می‌شود. افزایش فشار سیستم فشار زیادی به کمپرسور وارد کرده و می‌تواند راندمان چیلر را به شدت کاهش دهد و در نهایت منجر به آسیب جدی به کمپرسور و کاهش طول عمر آن گردد.

مزایا

چیلرهای هوا خنک به دلایل متعددی، به ویژه در شرایطی که دسترسی به آب خنک‌کننده محدود است، از محبوبیت بالایی برخوردارند. در کشور ما که با چالش‌های کمبود آب روبرو هستیم، تقاضا برای چیلرهای هوا خنک به طور قابل توجهی بالا است. برخی از مزایای کلیدی این نوع چیلرها عبارتند از:

• عدم نیاز به برج خنک کننده: این مهم‌ترین مزیت چیلرهای هوا خنک است. برج خنک کننده خود نیازمند مصرف آب، نگهداری و فضای قابل توجهی است. حذف برج خنک کننده، هزینه‌های اولیه و جاری پروژه را کاهش می‌دهد.
• سهولت نصب: چیلرهای یکپارچه هوا خنک به دلیل اینکه تمامی اجزای اصلی در یک یونیت جمع شده‌اند، نصب بسیار ساده‌تری دارند و نیاز به لوله‌کشی‌های پیچیده برای اتصال کندانسور به برج خنک کننده ندارند.
• امکان تست در کارخانه: جالب است بدانید که این نوع چیلرها می‌توانند به طور کامل در کارخانه سازنده مورد تست و راه‌اندازی قرار گیرند. این به این معناست که تمامی مراحل تولید، مونتاژ و آزمایش‌های عملکردی در محیط کارخانه انجام شده و چیلر آماده نصب و راه‌اندازی در محل پروژه می‌شود. این موضوع تضمین کیفیت بالاتری را فراهم می‌کند و نقش پیمانکاران و تکنسین‌های نصب در مراحل اولیه عملکرد چیلر را کم‌رنگ‌تر می‌سازد.
• کاهش هزینه‌های نگهداری: با حذف برج خنک کننده و سیستم‌های مرتبط با آن (مانند پمپ سیرکولاسیون آب برج، لوله‌کشی آب)، هزینه‌های نگهداری کلی سیستم کاهش می‌یابد.

نگهداری

نگهداری از چیلرهای هوایی یکپارچه نسبت به سایر مدل‌ها، به خصوص چیلرهای آب خنک که نیازمند نگهداری از برج خنک کننده و سیستم لوله‌کشی آب هستند، ساده‌تر است. با این حال، برای اطمینان از عملکرد صحیح و جلوگیری از بروز مشکلات، رعایت نکات نگهداری ضروری است:

• کنترل جریان آب در اواپراتور: مهم‌ترین وظیفه در نگهداری، اطمینان حاصل کردن از این است که آب لازم به میزان ذکر شده در پلاک چیلر از داخل اواپراتور عبور کند. اواپراتور در چیلرهای هوا خنک معمولاً از نوع پوسته و لوله (Shell and Tube) یا مبدل صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger) است که در آن آب سیستم تهویه مطبوع گرمای خود را به مبرد منتقل می‌کند. دبی ناکافی آب می‌تواند منجر به یخ زدگی اواپراتور و آسیب به کمپرسور شود.
• عملکرد فن‌های کاندنسور: اطمینان از اینکه فن‌های کاندنسور به موقع وارد و خارج از مدار می‌شوند (بسته به فرمان ترموستات یا سنسور فشار کندانسور) و همچنین سرعت چرخش آن‌ها مناسب است، حیاتی است. فن‌های کاندنسور مسئول جابجایی هوای مورد نیاز برای خنک کردن کندانسور هستند.
• کنترل پارامترهای مبرد: مقدار subcool (زیرسردی مبرد مایع در خروجی کندانسور) و superheat (بیش گرمایی بخار مبرد در ورودی کمپرسور) نقش حیاتی در عملکرد صحیح سیستم و جلوگیری از آسیب به کمپرسور ایفا می‌کنند. مبرد بیش از حد سرد شده یا مایع وارد کمپرسور شده و یا بخار با دمای بسیار بالا می‌تواند به کمپرسور آسیب بزند. این پارامترها توسط تکنسین‌های مجرب و با استفاده از گیج‌های فشار و دما اندازه‌گیری و کنترل می‌شوند.

فاصله نصب

هنگام نصب چندین چیلر هوا خنک کنار یکدیگر، رعایت فاصله‌ها برای اطمینان از عملکرد مستقل و صحیح هر دستگاه بسیار حائز اهمیت است:

• فاصله بین چیلرها: رعایت فاصله حداقل 2 متری بین چیلرهای مجاور الزامی است. این فاصله از تداخل جریان هوای خروجی یک چیلر با ورودی هوای چیلر دیگر جلوگیری می‌کند و باعث می‌شود هر دستگاه هوای تازه و خنک کافی را دریافت کند.
• فاصله از سطح نصب: چیلرها باید بر روی شاسی‌هایی نصب شوند که حداقل 50 الی 100 سانتی‌متر از کف بام یا سطح نصب فاصله داشته باشند. این فاصله به دلایل زیر اهمیت دارد:
  • جلوگیری از مکش گرد و خاک و آلودگی: عدم رعایت این ارتفاع ممکن است باعث جذب خاک، برگ، زباله‌های سبک و سایر آلودگی‌های محیطی به داخل فن‌های کندانسور شود. این ذرات می‌توانند به پره‌های فن آسیب برسانند، باعث گرفتگی فین‌های کندانسور و کاهش راندمان انتقال حرارت شوند و در بلند مدت به عملکرد کلی دستگاه آسیب جدی وارد کنند.
  • بهبود جریان هوا: نصب چیلر بر روی پایه‌های بلندتر به جریان هوای بهتر در زیر دستگاه و اطراف فن‌ها کمک می‌کند.

نکته مهم: نصب چیلرها بر روی پایه‌های مناسب و با ارتفاع کافی، بخش مهمی از اطمینان از کارکرد صحیح و افزایش عمر مفید دستگاه است.

لرزه‌گیر

تجهیزات مکانیکی مانند چیلرها که دارای موتور و قطعات متحرک هستند، می‌توانند لرزش تولید کنند. این لرزش‌ها در صورت عدم جذب مناسب، می‌توانند به اجزای داخلی خود چیلر و همچنین به سازه ساختمان منتقل شده و باعث ناراحتی، سروصدا و حتی آسیب به ساختمان شوند. بنابراین، در زمان نصب چیلرها، حتماً باید از لرزه‌گیر (Anti-vibration Mounts یا Isolators) مناسب با وزن دستگاه بین پایه چیلر و سطح بتنی یا فلزی (شاسی) نصب شود. این لرزه‌گیرها معمولاً از جنس لاستیک‌های خاص یا فنرهای فلزی ساخته می‌شوند و وظیفه اصلی آن‌ها جذب و میرایی ارتعاشات تولید شده توسط چیلر و جلوگیری از انتقال آن به ساختمان است. انتخاب لرزه‌گیر مناسب بر اساس وزن دقیق دستگاه و فرکانس‌های ارتعاشی آن بسیار مهم است.

نگهداری فصلی

برای اطمینان از عملکرد مطلوب چیلر در طول فصل گرم و همچنین آمادگی برای فصل سرما، اجرای برخی اقدامات نگهداری فصلی توصیه می‌شود:

• شستشوی کندانسور: توصیه می‌شود در ابتدای فصل گرما، سطح کندانسورها با استفاده از محلول‌های شوینده مخصوص کندانسور و با فشار آب مناسب (با احتیاط برای عدم آسیب به فین‌ها) شستشو داده شود. این کار باعث حذف گرد و غبار و آلودگی‌هایی که در طول فصل استراحت روی فین‌ها انباشته شده‌اند، شده و راندمان انتقال حرارت را بازیابی می‌کند.
• تعویض درایر: در زمان راه‌اندازی اولیه دستگاه پس از نصب و راه‌اندازی، تعویض درایر (Dryer) خط مایع بعد از حدود 48 ساعت کارکرد دستگاه توصیه می‌شود. درایر بخشی از سیستم مبرد است که رطوبت و ذرات ناخالص را از مبرد جذب می‌کند. در زمان راه‌اندازی اولیه و ممکن است در اثر نفوذ هوا یا رطوبت به سیستم، رطوبت بیشتری در مبرد وجود داشته باشد. تعویض زودهنگام درایر باعث اطمینان از پاکیزگی مبرد و جلوگیری از آسیب به شیر انبساط و کمپرسور می‌شود.
• تعویض روغن کمپرسور: روغن کمپرسور نقش حیاتی در روانکاری و خنک‌کاری اجزای متحرک کمپرسور دارد. توصیه می‌شود روغن کمپرسور پس از یک فصل کارکرد (یا طبق توصیه سازنده) تعویض گردد تا از کارکرد صحیح و طول عمر کمپرسور اطمینان حاصل شود. نمونه‌برداری از روغن نیز می‌تواند اطلاعات مفیدی در مورد وضعیت داخلی کمپرسور ارائه دهد.

مسدود کردن گرد و خاک

تابلو برق چیلر حاوی قطعات الکتریکی حساس مانند کنتاکتورها، رله‌ها، فیوزها و مدارات کنترلی است. ورود گرد و غبار و ذرات معلق به داخل تابلو برق می‌تواند مشکلات جدی ایجاد کند:

• آسیب به قطعات الکتریکی: گرد و غبار می‌تواند باعث ایجاد مقاومت الکتریکی اضافی، داغ شدن بیش از حد قطعات، اتصال کوتاه و در نهایت خرابی کنتاکتورها، رله‌ها و سایر اجزای حساس شود.
• کاهش راندمان و افزایش خطر آتش‌سوزی: انباشت گرد و غبار بر روی قطعات می‌تواند باعث کاهش راندمان عملکرد آن‌ها و در موارد شدیدتر، منجر به جرقه‌زنی و آتش‌سوزی شود.

بنابراین، منافذ ورود گرد و خاک به درون تابلو برق باید به دقت مسدود شوند. این منافذ معمولاً از طریق ورودی کابل‌ها، دریچه‌های احتمالی و یا اتصالات بدنه ایجاد می‌شوند. استفاده از گلندهای مناسب برای کابل‌ها و نوارهای درزگیر با کیفیت برای اطمینان از آب‌بندی و گرد و غبار بندی تابلو برق بسیار مهم است.

توصیه مهم: هنگام سفارش چیلر، از سازنده بخواهید که یک فن با دبی مناسب برای انتقال گرمای داخل تابلو برق نصب کند. تابلو برق در حین کار چیلر ممکن است گرم شود و دمای بالای داخل تابلو می‌تواند عمر قطعات الکتریکی را کاهش دهد. نصب یک فن کوچک و کنترل شده توسط ترموستات در داخل تابلو برق، به گردش هوا و خروج حرارت کمک کرده و دمای قطعات الکتریکی را در محدوده مجاز نگه می‌دارد.

پیشگیری از یخ زدگی

یکی از چالش‌های بالقوه در چیلرهای تراکمی، به خصوص در فصول سرد یا در هنگام راه‌اندازی نادرست، پدیده یخ زدگی اواپراتور است. یخ زدگی اواپراتور می‌تواند منجر به ترکیدن لوله‌های مبدل حرارتی و آسیب جدی به سیستم شود. برای اطمینان از اینکه اوپراتور دچار یخ زدگی نشود، اقدامات احتیاطی زیر باید انجام شود:

• تخلیه آب اوپراتور: اگر چیلر برای مدت طولانی خاموش می‌شود یا در معرض دمای زیر صفر درجه قرار می‌گیرد (که در چیلرهای هوا خنک نصب شده در فضای باز یک احتمال است)، باید اطمینان حاصل شود که آب اوپراتور به دقت و به طور کامل تخلیه شده باشد. این کار از یخ زدن آب داخل لوله‌ها و آسیب رساندن به آن‌ها جلوگیری می‌کند. معمولاً در پایین‌ترین نقطه اواپراتور شیر تخلیه‌ای برای این منظور تعبیه می‌شود.
• سیستم گرمایی (هیتر اواپراتور): در مناطقی که احتمال یخ زدگی وجود دارد، راهکار بسیار موثری که استفاده می‌شود، نصب یک سیستم گرمایی (المنت برقی یا هیتر) دور اوپراتور است. این المنت‌ها توسط یک ترموستات کنترل می‌شوند که وظیفه آن فعال کردن هیتر در دمای صفر درجه سانتی‌گراد (یا کمی بالاتر) و جلوگیری از یخ زدن آب باقی‌مانده در اواپراتور است. این سیستم به طور خودکار عمل کرده و محافظت قابل اعتمادی در برابر یخ زدگی فراهم می‌کند.

با رعایت دقیق این نکات فنی و نگهداری منظم، می‌توان از عملکرد بهینه، ایمن و طول عمر بالای چیلرهای تراکمی هوا خنک اطمینان حاصل کرد و از مزایای آن‌ها در ایجاد محیطی مطبوع و دلپذیر بهره‌مند شد.