تعریف چیلر
چیلر یا سرد کننده دستگاهی است که حرارت را از سیال (معمولاً آب یا هوای عبوری) بر اساس سیکل سرمایشی تراکم فریونی یا جذبی می‌زداید. این سیال می‌تواند برای خنک کنندگی هوا یا دستگاه‌ها (هواسازها و فن کویل‌ها) استفاده شود که معمولاً به صورت سیکل و درون یک مبدل جریان دارد. به عنوان یک محصول جانبی مهم، حرارتی که از سیال جذب شده یا باید به محیط خارج دفع شود یا برای کارایی‌های بالاتر برای مقاصد تهویه مطبوع استفاده شود. نگرانی‌هایی در مورد طراحی و انتخاب چیلرها وجود دارد. این نگرانی‌ها شامل، کارایی، کیفیت بهره برداری، تعمیر چیلر تهویه مطبوع و نگهداری آن، آسیب‌پذیری‌های محیطی می شود.
تجهیزات اصلی چیلر
چیلر دارای 4 تجهیزات اصلی است که شامل کمپرسور، کندانسور، اکسپنشن ولو و اواپراتور می شود. همچنین تابلو برق با انرژی الکتریکی و سیم کشی مدار فرمان این تجهیزات را به هم مرتبط می سازد.
- کمپرسور
- کندانسور
- اکسپنشن ولو
- اواپراتور
- تابلو برق
انواع چیلرها
چیلرها از لحاظ مصرف انرژی به دو دسته چیلرهای تراکمی(Reciprocation) و چیلرهای جذبی (Absorbation) تقسیم می‌شوند. شکل دیگر تقسیم بندی چیلرها بر اساس شکل خنک شدن مبرد (کندانسور یا چگالنده) است که به سه دسته آب خنک، هوا خنک و تبخیری تقسیم بندی می‌شوند. همچنین دسته بندی دیگری در اواپراتور وجود دارد.
نحوه گرماگیری (اواپراتور) توسط جریان هوا و یا آب سرد شده عبوری صورت می گیرد. نوع تراکمی با استفاده از انرژی الکتریکی و نوع جذبی با استفاده از انرژی حرارتی باعث ایجاد برودت و سرما می‌شوند. دسته بندی دیگر در این دستگاه از نظر اکسپنشن است که در دو نوع ترموستاتیکی و الکترونیکی وجود دارد.
در چیلرهای تراکمی فریون ابتدا توسط کمپرسور، متراکم می شود (فشار آن افزایش میابد) سپس به کندانسور (مبدل چگالنده) وارد شده، توسط آب یا هوای محیط پیرامون، خنک شده و به مایع تبدیل میگردد. این مایع با عبور از شیر انبساط دچار کاهش فشار آنی شده و وارد فضای خنک‌کننده (اواپراتور) میشود که این کاهش فشار باعث تبخیر مایع گردیده و در نتیجه مایع سردکننده با گرفتن گرمای نهان تبخیر خود از محیط خنک‌کننده، باعث کاهش دمای فضای خنک‌کننده میگردد. پس از تبخیر این فریون مجددا به کمپرسور منتقل میشود و این سیکل جهت فرآیند گرماگیری (سرماسازی) همواره تکرار میشود.
چیلر تراکمی
یکی از انواع چیلر ها، چیلر تراکمی بوده که با استفاده از انرژی الکتریکی سرما تولید می کند. این نوع معمولا در ساختمان های مسکونی، تجاری، کارخانجات و … کاربرد دارند که در صورت خرابی، نیاز به تعمیر چیلر تراکمی دارند. در ادامه قصد داریم به طرز کار نوع تراکمی و معرفی تجهیزات مورد نیاز آن بپردازیم.
تجهیزات چیلر تراکمی
جهت کنترل بهتر چیلر تجهیزات مختلفی بر روی آن نصب می شود که به شرح زیر است:
بر روی لوله مایع از کندانسور به ترتیب شیر سرویس، شیر تغذیه شارژ فریون به سیستم، فیلتر درایر، سلونوئید ولو، سایت گلاس و شیر انبساط نصب می شود. بر روی اواپراتور آنتی فریز و ترموستات نصب می شود و بر روی کمپرسور در قسمت مکش یا ورودی و قسمت خروجی فشارسنج نصب می شود.
یک کنترل فشار بالا و فشار پایین نیز به قسمت های فشار بالا (رانش) و فشار پایین (مکش) نصب می شود. از دیگر تجهیزات چیلر می توان به کنترل فشار روغن، هیتر روغن، شیر اطمینان، overload کمپرسور، تابلو برق و… اشاره کرد که در ادامه ی بحث به بررسی آنها می پردازیم:
1. شیر سرویس چیلر تراکمی
این شیر پس از کندانسور و در ابتدای لوله مایع قرار دارد و هنگامی که نیاز به بستن مدار مایع برای اهداف مختلف نظیر تعمیر فیلتر درایر یا شیر مغناطیسی و یا جمع کردن مایع مبرد در کندانسور باشد، می توان با بستن این شیر حرکت مایع مبرد را متوقف کرده و قطعه مورد نظر را تعمیر یا تعویض نمود. این شیر را با توجه به سایز لوله مربوط به خودش انتخاب می کنند.
2. شیر شارژ فریون چیلر تراکمی
از این شیر جهت تغذیه و شارژ فریون به چیلرتراکمی استفاده می کنند و بدنه آن معمولآ از جنس برنج چکش کاری شده است. شیر تخلیه یا شارژینگ روی مدار مایع و معمولآ روی پوسته فیلتر درایر نصب می شود.
3. فیلتر درایر چیلر تراکمی
در زمان ساخت چیلر یا راه اندازی ابتدایی آن ممکن است مقداری پلیسه یا براده و یا سایر آلودگی ها داخل سیستم وجود داشته باشد، که این ضایعات توسط فیلتر متوقف شده و اجازه پیدا نمی کنند تا در داخل سیستم گردش کنند. این فیلتر از یک ورق مشبک فلزی نازک ساخته شده است. این ورق فلزی به شکل مخروط ناقص نورد شده و یک توری نازک برنزی یا برنجی روی آن کشیده شده و انتهای آن توسط یک بوش مسی بسته و لحیم می شود.
فیلتر در داخل مغزی خشک کن قرار می گیرد و مجموعه فیلتر درایر در سر راه مایع مبرد نصب می شود. درایر یا خشک کن در مسیر گاز مبرد قرار داده می شود تا رطوبت موجود در مایع مبرد را جذب کند. این قطعه بیشتر در چیلرهایی که دارای مبرد R22 است، استفاده می شود.
عدم رطوبت در چیلرها از اهمیت خاصی برخوردار است، زیرا در صورتی که رطوبت در سیستم وجود داشته باشد، در فشارهای پایین تقطیر شده و بصورت مایع در می آید و سپس با گاز وارد کمپرسور شده و در نتیجه باعث از بین رفتن قطعات الکتریکال و مکانیکال کمپرسور می شود. علاوه بر این باعث اکسیداسیون قطعات، یخ زدگی در شیر انبساط و مسدود شدن مسیر جریان گاز می شود.
4. سایت گلاس چیلر تراکمی
جهت تشخیص مقدار مایع مبرد در چیلر از یک شیشه نما یا سایت گلاس (Sight Glass) استفاده می کنند. چنانچه مقدار ماده مبرد کم باشد در مایع حباب هایی دیده می شود که با اضافه کردن گاز به سیستم این حباب ها از بین می رود. بعضی از این سایت گلاس ها مجهز به رطوبت سنج می باشند که رطوبت داخل سیستم را با تغییر رنگ دادن نشان می دهند.
جنس سایت گلاس ها غالبآ از برنج است و توسط ساقه رزوه ای یا جوشی به لوله مربوطه متصل می شوند. سایت گلاس بر روی خط مایع و معمولآ بین شیر مغناطیسی و شیر انبساط نصب می شود.
5. شیر اطمینان چیلر تراکمی
این شیر (Relief Valve) بر روی پوسته کندانسور چیلر نصب می شود و برای آزاد کردن فشار در حد خطرناک، مورد استفاده قرار می گیرد. بدنه آن از برنج یا برنز ساخته شده و برای فشار مخصوصی طراحی می شود.
6. شیر برقی چیلر تراکمی
در مدار چیلر، این شیر مغناطیسی را قبل از اواپراتور و در سر راه مایع مبرد قرار می دهند. این شیر توسط برق، مسیر مایع مبرد را باز و بسته می کند. زمانی که برق دستگاه قطع شود شیر بسته شده و جریان مایع مبرد متوقف میگردد.
همچنین در مواقع خاموش کردن چیلر، در مرحله اول برق این شیر قطع شده و عمل پمپ دان کردن خود به خود انجام می شود. شیر مغناطیسی شامل یک سیم یپچ است که دو سر سیم آن به فاز و نول وصل می شود و با برقراری جریان الکتریکی یک حوزه مغناطیسی و درنتیجه خاصیت آهنربایی ایجاد می شود.
درون سوراخ سیم پیچ یک میله متصل به سوپاپ سوزنی یا دیافراگم ارتجاعی قرار دارد که در زمان مغناطیسی شدن به طرف بالا حرکت کرده و راه ورود مایع مبرد باز می شود. هنگامی که جریان الکتریکی قطع شود سوپاپ سوزنی یا دیافراگم توسط نیروی یک فنر به جایگاه اولیه اش باز می گردد و راه خروج گاز را مسدود می کند.
7. کنترل فشار روغن کمپرسور چیلر تراکمی
این وسیله جهت کنترل کردن مداوم فشار روغن کمپرسور چیلر کاربرد دارد. اگر در کمپرسور فشار روغن نباشد باعث صدمه دیدن آن میشود. کنترل روغن دارای دو لوله موئین است که یکی از آنها به قسمت ساکشن (مکش) کمپرسور و دیگری به قسمت فشار روغن کمپرسور متصل میشود. بین فشار مکش کمپرسور و فشار روغن باید حداقل ۱۰ psi فشار باشد، در غیر این صورت کنترل روغن، فرمان قطع می‌دهد. هنگامی که کنترل روغن احساس کند که فشار زیر ۱۰ psi است یک هیتر در داخل کنترل روغن شروع به گرم شدن میشود و پس از تقریباً ۹۰ ثانیه حرارت هیتر باعث قطعی جریان و خاموشی کمپرسور میشود.
این کنترل برای ایمنی موتور از لحاظ روغن کاری مورد استفاده قرار می گیرد. در صورتی که فشار روغن در حد خطرناکی پایین بیاید بطور اتوماتیک مدار برق کمپرسور قطع می شود. بعضی از کنترل های روغن قابل تنظیم و برخی دیگر فقط برای فشار معینی طراحی شده اند.
8. کنترل فشار رانش و مکش کمپرسور چیلر تراکمی (High & Low)
این وسیله جهت کنترل کردن فشار دستگاه است که دو لوله موئین در این کنترل وجود دارد که لوله LP را به قسمت مکش کمپرسور و لوله HP را به قسمت فشار بالا متصل می کند. در سیستم چیلر کمپرسور باید با فشار مکش و دهش معینی کار کند. هرگاه از این فشار کمتر یا بیشتر شود این کنترل عمل کرده و دستگاه را خاموش می‌کند. کنترل فشار بالا و پایین قابل تنظیم است.
در چیلر تراکمی با کندانسور آبی معمولاً فشار پایین را روی ۳۰ psi و فشار بالا را روی psi ۲۲۰ و با کندانسور هوایی فشار پایین را روی ۴۰ و فشار بالا را روی ۲۵۰ psi می‌توان تنظیم کرد. اگر کمپرسور بر اثر فشار بالا قطع شود باید از سیستم رفع عیب شده و کلید ریست را فشار دهیم اما اگر بر اثر فشار پایین قطع شود دوباره بر اثر افزایش گاز دستگاه روشن میشود.
این کنترل جهت قطع کردن برق کمپرسور در فشار های بالاتر و پایین تر از حد نرمال بکار می رود.در کمپرسور ممکن است به علل مختلفی نظیر گرفتگی لوله های مبرد یا از کار افتادن برج خنک کن فشار تا حد خطرناکی بالا برود و یا ممکن است به عللی از قبیل کم بودن فریون و یا سرد بودن بیش از حد آب کندانسور فشارکمپرسور بیش از اندازه پایین بیاید.
9. ترموستات چیلر تراکمی
جهت کنترل درجه حرارت آب ورودی اواپراتور از کنترل کننده ای بنام ترموستات استفاده می شود.مدار برق چیلر از ترموستات می گذرد و زمانی که درجه حرارت آب به حد تنظیم شده برسد، ترموستات از طریق کنتاکتور فرمان داده و برق دستگاه قطع و در نتیجه کمپرسور خاموش می شود.
10. کنترل ضد یخ یا آنتی فریز چیلر تراکمی
آنتی فریز کلیدی است که جهت جلوگیری از یخ زدن آب اواپراتور چیلر در دمای پایین مورد استفاده قرار می گیرد. ساختمان آن شبیه ترموستات است اما در درجه بندی با آن فرق دارد.
11. هیتر محفظه کارتر روغن کمپرسور چیلر تراکمی
اگر روغن در دمای پایین قرار گیرد ویسکوزیته آن بالا می رود و به راحتی نمی تواند تمام قسمت های کمپرسور را خنک و روغن کاری کند. جهت جلوگیری از این مسئله یک المنت حرارتی به شکل میله درون بدنه کارتر جاسازی می شود. با اتصال برق اصلی چیلر (قبل از راه اندازی) هیتر شروع به گرم کردن محفظه کارتر می کند و پس از مدتی که روغن درون محفظه کارتر رقیق شد دستگاه را راه اندازی می کنند.
12. تابلو برق چیلر تراکمی
تابلوی برق چیلر از کنترل کننده های دستگاه فرمان می گیرند و شرایط مناسب جهت کارکردن دستگاه را بوجود می آورند. قسمت های مختلفی که ممکن است در تابلوی برق وجود داشته باشد عبارتند از: فیوز، کنتاکتور، بی متال ،تایمر، سوئیچ استپ استارت و غیره
نحوه کار چیلر تراکمی
چیلر های تراکمی از جمله تجهیزات سرمایش مرکزی محسوب می شوند که مانند همه ماشین آلات سرمایشی دارای چهار بخش اصلی کمپرسور, کندانسور, اکسپنشن ولو و اواپراتور هستند.
در چیلرهای تراکمی، فریون در کمپرسور متراکم شده و پس از افزایش دما به سمت کندانسور یا چگالنده جریان می یابد. فریون داغ شده در کمپرسور پس از ورود به کندانسور در تماس غیر مستقیم با آب ارسالی از سوی برج خنک کننده یا هوای خنک تقطیر شده و به صورت مایع داغ کندانسور را به سمت اکسپنشن ولو و سپس به سمت اواپراتور یا تبخیر کننده ترک می کند. مایع مبرد پیش از ورود به اواپراتور از شیر انبساطی می گذرد. عبور مایع مبرد از شیر انبساطی همراه با افت فشار است، از این رو مایع آمادگی لازم را برای تبخیر در داخل اواپراتور، پیدا می کند.
بنابراین مبرد پس از ورود به اواپراتور با جذب گرما از آب یا هوا در حال گردش سیستم تبخیر شده و به صورت گاز از طریق لوله مکش به کمپرسور باز میگردد و چرخه سرمایش بار دیگر از سر گرفته میشود. برخی از واحد های تراکمی مانند واحدهای یکپارچه روفتاپ پکیج و کولر های پنجره ای یا اسپیلت به جای خنک نمودن آب، هوای عبوری را خنک می کنند.
در این واحدها مایع مبرد داخل اواپراتور گرمای لازم برای تبخیر را از هوا می گیرد. بر اساس فرآیند چگالش در کندانسور، چیلر های تراکمی را می توان در دو گروه عمده طبقه بندی نمود. یک نوع چیلر با کندانسور آبی و نوع دیگر با کندانسور هوایی خوانده می شود.
در چیلرهای مجهز به کندانسور آبی برای تقطیر گاز مبرد از آب برج خنک کن که خود سرمایش تبخیری است استفاده می شود.
در چیلر کندانسور های هوایی، فن های جریان های محوری یا گریز از مرکز، هوا را از روی کندانسور حاوی گاز داغ عبور داده و موجب تقطیر آن می شود، بنابراین واحد های تراکمی بر مبنای نوع اواپراتور و نوع کندانسور ممکن است شامل یکی از اقسام زیر شوند:
- نوع تراکمی با اواپراتور آبی و کندانسور آبی مانند انواع چیلرهای تراکمی که به صورت مرکزی کاربرد دارند.
- نوع تراکمی با اواپراتور آبی و کندانسور های هوایی مانند انواع چیلرهای تراکمی که به صورت مرکزی کاربرد دارند و بیشتر در مناطق مرطوب که برج خنک کننده درآنجا عملکرد مناسبی ندارند مورد استفاده قرار می گیرند. این گونه چیلر ها در فضای باز و اواپراتور و کمپرسور آنها به صورت یک مجموعه در موتور خانه نصب می شوند.
- چیلر تراکمی با اواپراتور هوایی و کندانسور آبی مانند برخی از واحد های یکپارجه محلی که برای مناطق و محل های مشخصی از یک ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد.
- چیلر تراکمی با اواپراتور هوایی و کندانسور هوایی مانند واحد های یکپارچه که در مناطق و محل های مشخصی از یک ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از این گونه واحدها کاملا یک پارچه و برخی دیگر دو تکه هستند. در انواع دو تکه به طور معمول کمپرسور و کندانسور یک مجموعه را تشکیل داده و در فضای باز قرار میگیرند و اواپراتور به عنوان واحدی مجزا در داخل ساختمان و یا در نزدیکی محل مورد تهویه نصب می شود. انواع کولر گازی های دو تکه نمونه از این گونه تجهیزات هستند.
برخی مدار های الکتریکی مربوط به تجهیزات تراکمی ردیف های اول و دوم تحت عنوان چیلر های کندانسور آبی و چیلر کندانسور هوایی بررسی خواهند شد. البته نوع تراکمی را می توان از لحاظ نوع کمپرسور و نوع کندانسور نیز در طبقات مختلف دسته بندی کرد. اما این طبقه بندی تاثیری بر چگونگی طرح مدار قدرت و فرمان ندارد. حتی هوایی یا آبی بودن کندانسور نیز تغییرات زیادی در اساس طرح به وجود نمی آورند.
انواع چیلر تراکمی
1) دسته بندی چیلر های تراکمی از نظر کمپرسور:
- چیلر تراکمی با کمپرسور سیلندر پیستونی
- چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرو
- چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرال
- چیلر تراکمی با کمپرسور سانتریفیوژ
2) دسته بندی چیلر های تراکمی از نظر کندانسور:
- چیلر تراکمی با کندانسور هوایی : چیلر تراکمی هواخنک، از انواع چیلرهایی هستند که بر اساس سیکل سرمایش تراکمی کار می‌کنند. عمل خنک‌سازی کندانسور در این چیلرها با عبور هوای اجباری از روی کویل انجام می‌گیرد، به همین دلیل به آن چیلر هواخنک گفته میشود. از این دستگاه‌ها جهت تهویه مطبوع در ساختمان‌های مسکونی، اداری، تجاری، صنعتی و همچنین در برخی صنایع جهت خنک سازی پروسه‌های خط تولید استفاده میشود.
- چیلر تراکمی با کندانسور آبی : این نوع چیلر تراکمی، دارای برج خنک کننده است. برج خنک‌کننده چیلر، از سیکل چرخش آب برای این کار استفاده می‌کند. این وسیله می‌تواند به صورت همزمان، هم در کاهش گرمای سیستم و انتقال گرمایش ثانویه برای افزایش بهره‌وری سایر بخش‌های موتورخانه عمل کند.
- چیلر تراکمی با کندانسور تبخیری
انواع ساختار بدنه برج خنک کننده چیلر تراکمی
- برج خنک کن مکعبی فلزی : برج‌هایی با ظرفیت کم و بر اساس شکل و جنس ورق نام گذاری شده.
- برج خنک کن فایبر گلاس : با شکل خمره ای دارای تشتک و بدنه ای از جنس فایبر گلاس است که جریان آب و هوا در این گونه برج‌ها مخالف هم می‌باشد.
- برج خنک کن ذوزنقه ای : برج‌های چوبی ذوزنقه ای شکل هستند که دارای یک فن جریان محور بزرگ در قسمت فوقانی هستند. معمولاً ظرفیت این گونه برج‌ها زیاد و فن دارای قطر قابل توجهی است.
3) دسته بندی چیلرهای تراکمی از نظر اکسپنشن
- چیلر تراکمی با اکسپنشن ترموستاتیکی
- چیلر تراکمی با اکسپنشن الکترونیکی
4) دسته بندی چیلر تراکمی از نظر اواپراتور
- چیلر تراکمی با اواپراتور آبی
- چیلر تراکمی با اواپراتور پوسته لوله
- چیلر تراکمی با اواپراتور صفحه ای
- چیلر تراکمی با اواپراتور فلادد
- چیلر تراکمی با اواپراتور هوایی
- چیلر تراکمی با اواپراتور DX (روفتاپ پکیج)
5) دسته بندی چیلر تراکمی از نظر تابلو برق
- چیلر تراکمی با تابلو برق رله ای
- چیلر تراکمی با تابلو برق plc
چیلر جذبی
در چیلرهای جذبی برخلاف نوع تراکمی از جذب‌کننده (Absorber) و مولد حرارتی (ژنراتور) به جای کمپرسور استفاده میشود. عمومی‌ترین خنک‌کننده در چیلرهای جذبی سیستم لیتیوم برماید است. در این سیستم، در قسمت جذب‌کننده (ابزوربر)، بخار آب توسط لیتیوم برماید غلیظ جذب شده و در قسمت ژنراتور، آب بر اثر حرارت تبدیل به بخار میشود. بخار آب در کندانسور که دارای فشار ۱/۰ اتمسفر است به حالت مایع در می‌آید و سپس در خنک‌کننده که تحت فشار ۰٫۰۱ اتمسفر دوباره به بخار تبدیل میگردد و آب برای اینکه تبخیر گردد گرمای را از محیط خنک‌کننده می‌گیرد و باعث تولید سرما میگردد سپس بخار آب ایجاد شده در خنک‌کننده به جذب‌کننده منتقل میگردد و دوباره این چرخه همواره تکرار میشود.
ضریب عملکرد چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی(cop) :
- ضریب عملکرد چیلرهای جذبی تک اثره بین ۰٫۶ الی ۰٫۸ است.
- ضریب عملکرد چیلرهای جذبی دو اثره ۱٫۲ است.
- ضریب عملکرد چیلرهای تراکمی بین ۲ تا ۶٫۱ است.