اکونومایزر چیلر چیست و چه کاربردی دارد؟

اکونومایزر، گویی قلبی تپنده برای چیلر است که با بهینه‌سازی سیکل ترمودینامیکی آن، گامی بلند در جهت افزایش کارایی و راندمان برداشته و نسبت برودت تولیدی به برق مصرفی را به طور قابل توجهی ارتقا می‌دهد. به عبارت ساده‌تر، اکونومایزر، چیلر را به قابلیت راندمان بالاتر مجهز می‌کند. در دنیای امروز، صرفه جویی در منابع و حفظ انرژی، از ارکان اساسی حیات به شمار می‌رود. از این رو، در صنعت مدرن، بهینه‌سازی مصرف انرژی در طراحی و ساخت تجهیزات، نقشی کلیدی ایفا می‌کند.

سرمایش، فرایندی پرکاربرد و پرمصرف است. خنک‌سازی فرآیندها و محصولات، سردخانه‌های گلیکولی، تولید یخ در آیس‌بانک‌ها و مهم‌تر از همه، سیستم‌های تهویه مطبوع در بسیاری از ساختمان‌ها، نیازمند استفاده از چیلر هستند. با توجه به اینکه سیکل کاری چیلر برخلاف جریان طبیعی انتقال حرارت عمل می‌کند و گرما را از محیط سرد به محیط گرم منتقل می‌کند، به عنوان یک دستگاه مصرف‌کننده انرژی شناخته می‌شود.

اکونومایزر چیست؟

اکونومایزر (economizer) وسیله ای مکانیکی است که میزان انرژی مصرفی برای خنک کردن مرکز داده یا ساختمان های دیگر را کاهش می دهد. این دستگاه در سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع ساختمان (HVAC) ادغام می شود، به همین دلیل است که گاهی اوقات به آن اکونومایزر HVAC نیز می گویند. یک اکونومایزر از هوای بیرون برای کمک به کنترل دمای داخلی و دستیابی به راندمان انرژی بیشتر استفاده می کند.

اکونومایزرها معمولاً در مراکز داده (data centers) برای کاهش وابستگی به دستگاه های خنک کننده مانند چیلرها، کمپرسورها یا تهویه مطبوع اتاق کامپیوتر استفاده می شوند. اکونومایزرها می توانند به کاهش مصرف انرژی مرکز داده و هزینه های مربوطه کمک کنند و در عین حال به سمت یک محیط محاسباتی سبزتر حرکت کنند. اکونومایزرها همچنین می توانند عمر دستگاه های خنک کننده را افزایش دهند که منجر به صرفه جویی بیشتر می شود. آنها حتی می توانند کیفیت هوای داخل خانه را بسته به نوع اکونومایزر بهبود بخشند.

اکونومایزرها بیشترین مزایا را در آب و هوای سردتر ارائه می دهند، اما استفاده از آنها به مناطق سرد محدود نمی شود. یک اکونومایزر می تواند به کاهش مصرف انرژی در آب و هوای گرم در ماه های سردتر یا در شب که دما کاهش می یابد کمک کند. تا زمانی که دما و رطوبت محیط در محدوده مورد نظر باشد، یک اکونومایزر می تواند بسیار مفید باشد.

ارگان‌های دولتی و سازمان‌های حرفه‌ای، مانند اشری (ASHRAE)، توصیه‌ها و دستورالعمل‌هایی را برای استقرار موثر اقتصادی‌سازها ارائه می‌کنند. از جمله استاندارد ANSI/ASHRAE/IES 90.1-2019 – استاندارد انرژی برای ساختمان‌ها به استثنای ساختمان‌های مسکونی کم‌مرتبه، یک استاندارد صنعتی برای طراحی ساختمان‌های کم مصرف. این استاندارد همچنین شامل اطلاعاتی در مورد دو نوع اصلی اکونومایزر است: سمت هوا (air-side) و سمت مایع (fluid-side).

بیشتر بدانید: کاربرد اکونومایزر در کمپرسور

چیلر چیست؟

ریشه کلمه چیلر از Chill به معنای سرد شدن است. از چیلر برای کاهش دمای ماشین آلات و فضاهای صنعتی با حذف گرما از سیستم و انتقال آن به جای دیگر استفاده می‌شود. در نتیجۀ استفاده از چیلر، از آسیب حرارتی به تجهیزات و عدم تغییر در محصولات نهایی، جلوگیری به عمل می‌آید. همچنین چیلر یا سرد کن (به انگلیسی Chiller) دستگاهی است که آب سرد را برای دستگاه‌های خنک کننده هوا مانند هواساز و فن کویل تامین می‌کند. شاید از دید بسیاری، این عملیات یعنی تامین آب سرد کار ساده‌ای باشد اما برخلاف انتظار، عملیات پیچیده‌ای برای انجام این کار صورت می‌گیرد. اما چه فرآیندی اتفاق می‌افتد که این آب سرد تامین شود؟

چیلر یک اصطلاح کلی برای دستگاهی است که با به گردش درآوردن آب سرد، دمای محیط اطراف خود را کنترل می‌کند. علاوه بر حفظ دمای دستگاه‌های مختلف صنعتی و ابزارآلات آزمایشگاهی در سطح ثابت، برای تهویه مطبوع ساختمان‌ها و کارخانجات نیز کاربرد دارد.

یک چیلر می‌تواند در حین گردش آب در یک دستگاه خنک کننده، آب سرد را به‌طور مداوم تامین کند. به عنوان وسیله‌ای مناسب برای خنک کردن قطعات مولد گرما و تجهیزات تهویه مطبوع مانند دستگاه‌های پردازش لیزری و دستگاه‌های گرمایش فرکانس بالا در دمای ثابت بسیار استفاده می‌شود، مشکلات سرمایشی مختلف را حل می‌کند و می‌تواند هزینه‌های جاری را در عین بهبود بهره‌وری انرژی کاهش دهد.

امروزه چیلرهای ایرانی توانسته‌اند وارد رقابت با برندهای معروف چیلر شوند. علاوه بر کیفیت بالا، صرفه اقتصادی آن‌ها نیز باعث شده که بسیاری به سمت چیلرهای ایرانی گرایش پیدا کنند. برای آشنایی بیشتر با مشخصات و قیمت انواع چیلر ایرانی می‌توانید محصولات زیر را مشاهده نمایید.

• قیمت چیلر ۲۵ تن
• قیمت چیلر ۴۰ تن
• قیمت چیلر ۶۰ تن
• قیمت چیلر ۱۰۰ تن

به چیلرهایی که ظرفیت و ابعاد آن‌ها کوچک باشد نیز مینی چیلر می‌گویند که از آن با نام مینی چیلر خانگی نیز نام برده می‌شود. بیشتر مینی چیلرهای خانگی که در بازار وجود دارند از نوع تراکمی تبخیری هستند. این نوع مینی چیلرها دارای مزایایی مانند راندمان بالا، قیمت مناسب، و نصب و راه اندازی آسان هستند. مینی چیلرهای جذبی نیز مزایایی مانند کارکرد با انرژی‌های تجدیدپذیر، صدای کمتر، و سازگاری با محیط زیست دارند. با این حال، مینی چیلرهای جذبی دارای معایبی مانند قیمت بالاتر، راندمان پایین‌تر، و پیچیدگی بیشتر در نصب و راه اندازی هستند.

اکونومایزر: افزایش کارایی چیلرها و سیستم‌های تبرید

اکونومایزر، وسیله‌ای شبیه به مبدل حرارتی است که اغلب در بویلرها برای افزایش کارایی و راندمان آنها به کار می‌رود. اما در سال‌های اخیر، کاربرد آن فراتر از بویلرها رفته و در چیلرها و سایر سیستم‌های تولید تبرید نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در صنایع مختلفی که از چیلر برای تولید سرمایش استفاده می‌کنند، اکونومایزر چیلر می‌تواند به طور قابل توجهی راندمان و ظرفیت سرمایشی سیستم را افزایش دهد. این موضوع به دلیل بازیابی گرمای اتلافی از فرآیند چیلر و استفاده از آن برای پیش گرمایش سیال ورودی به چیلر است.

نقش اکونومایزر در چیلرها

• افزایش راندمان: اکونومایزر با بازیابی گرمای اتلافی و استفاده از آن برای پیش گرمایش سیال ورودی، نیاز به انرژی ورودی به چیلر را کاهش می‌دهد و در نتیجه راندمان سیستم را افزایش می‌دهد.
• افزایش ظرفیت سرمایشی: با کاهش نیاز به انرژی ورودی، چیلر می‌تواند با همان میزان انرژی، سرمایش بیشتری تولید کند.
• کاهش هزینه‌ها: افزایش راندمان و ظرفیت سرمایشی، به طور مستقیم منجر به کاهش مصرف انرژی و در نتیجه کاهش هزینه‌های عملیاتی سیستم می‌شود.

اکونومایزر: راندمان بیشتر، سرمایش مقرون به صرفه‌تر

اکونومایزر چگونه به کمک چیلر می‌آید؟

اکونومایزر با بازیابی گرمای اتلافی چیلر و استفاده مجدد از آن در فرآیند سرمایش، گامی بلند در جهت کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان سیستم برمی‌دارد. این امر به طور مستقیم منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی و گامی موثر در راستای حفظ منابع ارزشمند انرژی خواهد شد.

مزایای استفاده از اکونومایزر

افزایش راندمان: اکونومایزر با بازیابی و استفاده مجدد از گرمای اتلافی، نیاز به انرژی ورودی به چیلر را کاهش می‌دهد و در نتیجه راندمان سیستم را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
کاهش مصرف انرژی: با افزایش راندمان، مصرف انرژی چیلر به طور چشمگیری کاهش می‌یابد که این امر به نوبه خود منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها و حفظ منابع انرژی می‌شود.
کاهش آلایندگی: به دلیل کاهش مصرف انرژی، میزان آلایندگی‌های تولیدی توسط چیلر نیز به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.
افزایش طول عمر چیلر: با کاهش بار کاری چیلر، طول عمر مفید آن نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

اکونومایزر، گامی موثر در جهت سرمایشی پایدار و مقرون به صرفه

با توجه به مزایای متعدد اکونومایزر، استفاده از آن در سیستم‌های چیلر، نقشی کلیدی در جهت افزایش کارایی، کاهش مصرف انرژی، حفظ منابع و ارتقای سطح کیفی سرمایش ایفا می‌کند.

فری کولینگ در چیلر: خنک سازی رایگان و دوستدار محیط زیست

فری کولینگ (Free Cooling) یا خنک کاری رایگان، روشی هوشمندانه در سیستم‌های چیلر یا مینی چیلر است که از هوای خنک محیط برای خنک کردن آب یا سیال در گردش در چیلر استفاده می‌کند. این فرآیند بدون نیاز به کمپرسور و صرف انرژی الکتریکی انجام می‌شود و به همین دلیل به عنوان روشی “رایگان” و “دوستدار محیط زیست” شناخته می‌شود.

در سیستم‌های فری کولینگ، از یک مبدل حرارتی هوا به آب یا هوا به مبرد استفاده می‌شود. زمانی که دمای هوای محیط به اندازه کافی پایین باشد (معمولاً زیر ۲۱ درجه سانتی‌گراد)، این مبدل حرارتی جایگزین کندانسور چیلر شده و از هوای خنک محیط برای خنک کردن سیال در گردش استفاده می‌کند.

اکونومایزر نیز یکی از روش‌های بهینه‌سازی و ارتقای کارایی چیلر است. اکونومایزر با بازیابی گرمای اتلافی از چیلر و استفاده مجدد از آن در فرآیند سرمایش، به طور قابل توجهی راندمان سیستم را افزایش می‌دهد. استفاده از اکونومایزر در کنار فری کولینگ، می‌تواند به طور چشمگیری مصرف انرژی چیلر را کاهش دهد و به صرفه‌جویی در هزینه‌ها، حفظ منابع و ارتقای سطح کیفی سرمایش کمک کند.

افزایش توان سرمایشی چیلر با اکونومایزر: خنکی بیشتر، هزینه کمتر

در دنیای امروز، بهینه‌سازی و افزایش کارایی تجهیزات، نقشی کلیدی در صرفه‌جویی در هزینه‌ها و حفظ منابع ایفا می‌کند. چیلرها نیز به عنوان دستگاه‌های پرکاربرد در تهویه مطبوع، از این قاعده مستثنی نیستند. افزایش توان سرمایشی چیلرها از طریق تعویض فن و کمپرسور، روشی متداول اما پرهزینه و چالش‌برانگیز است. به همین دلیل، بسیاری از صاحبان صنایع به دنبال راهکارهای جایگزین و مقرون به صرفه‌تر هستند. در این میان، اکونومایزر چیلر به عنوان یک راه‌حل کارآمد و اقتصادی، نقشی کلیدی در ارتقای توان سرمایشی چیلرها ایفا می‌کند.

برای درک عملکرد اکونومایزر، ابتدا باید با مفهوم ساب‌کولینگ آشنا شویم. ساب کولینگ فرآیندی است که در آن، دمای مبرد در فشار ثابت پایین‌تر از دمای اشباع آن قرار می‌گیرد. این امر سبب می‌شود تا مبرد ظرفیت بیشتری برای جذب گرما داشته باشد و در نتیجه، توان سرمایشی چیلر افزایش یابد.

بیشتر بدانید: نقش سابکول و سوپرهیت در سیکل تبرید چیست؟

اکونومایزر با بازیابی گرمای اتلافی از چیلر و استفاده مجدد از آن برای پیش‌گرمایش سیال ورودی به چیلر، سبب افزایش ساب‌کولینگ و در نتیجه، ارتقای توان سرمایشی چیلر می‌شود. به عبارت دیگر، اکونومایزر با بهینه‌سازی فرآیند خنک‌سازی، به چیلر کمک می‌کند تا با همان میزان انرژی، سرمایش بیشتری تولید کند.

با توجه به مزایای متعدد اکونومایزر چیلر، استفاده از آن در سیستم‌های تهویه مطبوع، نقشی کلیدی در جهت افزایش کارایی، کاهش مصرف انرژی، حفظ منابع و ارتقای سطح کیفی سرمایش ایفا می‌کند. اکونومایزر چیلر، سرمایشی هوشمندانه و مقرون به صرفه را به ارمغان می‌آورد که نه تنها منافع اقتصادی را به همراه دارد، بلکه به حفظ سلامت محیط زیست نیز کمک می‌کند.

انواع اکونومایزر

اکونومایزر چیلر، پس از گذر از مراحل تولید و تست‌های اولیه، در قالب‌های مختلفی طراحی و به کار گرفته می‌شود. در اینجا، به بررسی سه روش رایج استفاده از اکونومایزر چیلر با توجه به نوع طراحی آن می‌پردازیم:

۱. اکونومایزر چیلر با طراحی مبدل حرارتی:

این نوع اکونومایزر، که در سیستم‌های برودتی صنعتی کاربرد فراوانی دارد، با تغییر فاز مبرد، راندمان چیلر را ارتقا می‌دهد. برخلاف برخی از اکونومایزرها که با تغییر فاز مبرد همراه هستند، در این نوع، مبرد بدون هیچ تغییری و تنها با کاهش دما، سبب افزایش ساب‌کولینگ می‌شود.

نحوه عملکرد:

– سیال پس از عبور از کندانسور چیلر، به دو بخش اصلی و فرعی تقسیم می‌شود.
– سیال فرعی وارد شیر انبساط شده و دما و فشار آن کاهش می‌یابد.
– در این مرحله، اکونومایزر با طراحی مبدل حرارتی، تبادل حرارتی غیرمستقیم بین سیال اصلی و فرعی را تسهیل می‌کند.
– این تبادل حرارتی، سبب افزایش ساب‌کولینگ و در نهایت، بهبود عملکرد سیستم تبرید می‌شود.

۲. اکونومایزر چیلر با طراحی فلش تانک:

کمپانی کریر در سال ۱۹۹۷ پیشگام تولید این نوع اکونومایزر چیلر بود. نصب این نوع اکونومایزر در چیلرها، بهینه‌سازی سیکل تبرید را به ارمغان می‌آورد.

نحوه عملکرد:

– محل نصب اکونومایزر فلش تانک چیلر، بعد از کندانسور است.
– شیر انبساط به همراه اکونومایزر فلش تانک، در قسمت جلویی کندانسور نصب می‌شود.
– در این نوع، فضایی در فلش تانک تعبیه شده که مبرد چیلر را به کمپرسور دستگاه باز می‌گرداند.
– مبرد پس از تبدیل به دو فاز گاز و مایع در فلش تانک، به مسیر خود ادامه می‌دهد.
– مایع مبرد به سمت اوپراتور و شیر انبساط هدایت می‌شود، در حالی که گاز مبرد از طریق مسیری در فلش تانک به کمپرسور باز می‌گردد.
– ورود این گاز به کمپرسور، دمای گاز موجود در آن را کاهش می‌دهد و در نتیجه، راندمان چیلر را افزایش می‌دهد.

۳. اکونومایزر چیلر با طراحی مبدل حرارتی و فلش تانک:

این نوع اکونومایزر در چیلرهایی با کمپرسور سه مرحله‌ای برای تولید برودت به کار می‌رود. برای افزایش راندمان این نوع کمپرسورها، از دو اکونومایزر با طراحی مبدل حرارتی و فلش تانک به طور همزمان استفاده می‌شود.

مزایای استفاده:

– افزایش توان سرمایشی چیلر نسبت به اکونومایزرهای تکی
– مناسب برای چیلرهایی با ظرفیت سرمایشی بالا
– کاهش قابل توجه هزینه‌های تولید سرمایش

انتخاب نوع اکونومایزر:

– اکونومایزر فلش تانک: برای فشار مبرد بالا
– اکونومایزر مبدل حرارتی: برای فشار مبرد پایین
– اکونومایزر ترکیبی: برای چیلرهای با ظرفیت سرمایشی بالا

اکونومایزر در کمپرسور اسکرو: گامی بلند در جهت خنک‌سازی کارآمدتر

کمپرسورهای اسکرو، به عنوان یکی از رایج‌ترین نوع کمپرسورها در سیستم‌های تهویه مطبوع، نقشی کلیدی در خنک‌سازی ایفا می‌کنند. با این حال، بهینه‌سازی عملکرد و افزایش راندمان این کمپرسورها، همواره مورد توجه متخصصان بوده است.

اکونومایزر چیلر راهکاری موثر برای ارتقای کارایی کمپرسورهای اسکرو به شمار می‌رود. این تجهیز با افزایش ساب‌کول و در نتیجه، توان سرمایشی، به خنک‌سازی کارآمدتر و مقرون به صرفه‌تر کمک می‌کند.

مزایای استفاده از اکونومایزر در کمپرسورهای اسکرو:

افزایش توان سرمایشی: اکونومایزر با ارتقای ساب‌کول، ظرفیت جذب گرما توسط کمپرسور را افزایش می‌دهد و در نتیجه، توان سرمایشی آن را به طور قابل توجهی بالا می‌برد.
کاهش مصرف انرژی: با افزایش توان سرمایشی، کمپرسور می‌تواند با همان میزان انرژی، سرمایش بیشتری تولید کند. این امر به طور مستقیم منجر به کاهش مصرف انرژی و صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود.
افزایش طول عمر کمپرسور: با کاهش بار کاری کمپرسور و بهینه‌سازی عملکرد آن، طول عمر مفید کمپرسور نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
کاهش آلایندگی: با کاهش مصرف انرژی، میزان آلایندگی‌های تولیدی توسط کمپرسور نیز به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.
کاهش هزینه‌های عملیاتی: به دلیل کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر کمپرسور، هزینه‌های عملیاتی سیستم نیز به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

کمپرسورهای اسکرو، فرآیند فشرده‌سازی مبرد را در یک جهت انجام می‌دهند. با چرخش روتورها، مبرد در میان آنها فشرده شده و به سمت خروجی هدایت می‌شود. این فرآیند فشرده‌سازی در یک خط مستقیم انجام می‌شود و امکان ایجاد یک اتصال اضافی در میانه مسیر را فراهم می‌کند. اکونومایزر با استفاده از این اتصال، به کمپرسور اسکرو متصل می‌شود و مبرد خنک شده را از کندانسور دریافت می‌کند. سپس، این مبرد را با مبرد خروجی از کمپرسور مخلوط می‌کند. این فرآیند سبب افزایش ساب‌کول و در نتیجه، ارتقای توان سرمایشی کمپرسور می‌شود.

افزایش سابکول بدون اکونومایزر: خنک‌سازی کارآمدتر با روش‌های جایگزین

درست است که اکونومایزر چیلر راهکاری شناخته‌شده برای افزایش ساب‌کول و ارتقای کارایی چیلرها است، اما روش‌های دیگری نیز برای دستیابی به این هدف بدون استفاده از اکونومایزر وجود دارد. در ادامه، به بررسی دو روش جایگزین برای افزایش ساب‌کول بدون اکونومایزر می‌پردازیم:

۱. افزایش سایز کندانسور:

کندانسور در چیلر، وظیفه‌ی خنک‌سازی بخار داغ خروجی از کمپرسور و تبدیل آن به مایع اشباع را بر عهده دارد. در برخی موارد، می‌توان با افزایش ابعاد کندانسور، بخشی از سطح تبادل حرارتی آن را به کاهش دمای مایع اشباع (ساب‌کول) اختصاص داد.

مزایا:

سادگی و سهولت پیاده‌سازی

معایب:

افزایش قابل توجه ابعاد و وزن چیلر
افزایش قیمت تمام شده چیلر

۲. استفاده از آکومولاتور مجهز به مبدل حرارتی:

آکومولاتور یا جداکننده مایع، تجهیزی است که در خط مکش کمپرسور نصب می‌شود و از ورود مایع مبرد به کمپرسور جلوگیری می‌کند. در برخی از آکومولاتورها، یک مبدل حرارتی نیز تعبیه شده است که امکان تبادل حرارتی بین جریان خط مایع و خط مکش را فراهم می‌کند. این فرآیند تبادل حرارتی، سبب افزایش ساب‌کول و سوپر هیت می‌شود.

انواع آکومولاتور:

1. آکومولاتور دو لوله ای: در این نوع آکومولاتور، مایع مبرد از طریق اوریفیس کوچکی تبخیر شده و به جریان بخار در خط مکش اضافه می‌شود.
2. آکومولاتور چهار لوله ای: در این نوع آکومولاتور، مایع خروجی از کندانسور از درون مخزن آکومولاتور عبور می‌کند و با جریان خط مکش تبادل حرارتی دارد. این امر سبب افزایش ساب‌کول و سوپر هیت می‌شود.

مزایای استفاده از آکومولاتور:

• ابعاد و وزن کوچکتر نسبت به اکونومایزر
• قیمت تمام شده پایین‌تر

معایب استفاده از آکومولاتور:

• افزایش سوپر هیت در خط مکش که می‌تواند منجر به کاهش ظرفیت برودتی چیلر شود.
• قابلیت کمتر در افزایش ساب‌کول نسبت به اکونومایزر

انتخاب روش مناسب برای افزایش ساب‌کول بدون اکونومایزر، به عوامل مختلفی مانند ظرفیت برودتی چیلر، شرایط محیطی، بودجه و … بستگی دارد. در general، استفاده از آکومولاتور می‌تواند راه‌حلی کم‌هزینه‌تر و کم‌حجم‌تر برای سیستم‌های با ظرفیت برودتی پایین باشد.