چیلر چیست؟ صفر تا صد آشنایی با چیلر و انواع آن

اگر دارای تاسیسات یا ماشین آلات سنگینی هستید که در نتیجه عملیاتشان، گرمای زیادی را تولید می‌کنند، احتمالاً برای خنک کردن آن‌ها به چیلر نیاز دارید. در سیستم‌های برودتی نیز برای تامین هوای سرد نیاز به تجهیزات مختلفی وجود دارد که چیلر یکی از مهمترین بخش‌های آن است. این تجهیزات در همکاری با یکدیگر می‌توانند سرمایش را برای یک ساختمان مسکونی، اداری یا تجاری تامین کنند و نبود هر کدام از آن‌ها کل عملکرد سیستم را دچار اختلال می‌کند. در ادامه با تهویه آسمان همراه باشید تا به شما بگوییم چیلر چیست و عملکرد آن به چه ترتیبی است و در ادامه انواع آن‌ها را برای شما شرح دهیم.

فهرست مطالب

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.

اجزای تشکیل دهنده چیلر

چیلر از چهار قسمت مهم تشکیل شده که عبارتند از:

کمپرسور (Compressor): وظیفه کمپرسور این است که مبرد گازی را فشرده کرده و فشار و دمای آن را به شدت افزایش دهد و از طریق لوله به سمت کندانسور ارسال کند.
کندانسور (Condenser): وظیفه کندانسور خنک کردن مبرد و تبدیل آن از حالت گازی به مایع است.
شیر انبساط (Expansion Valve): شیر انبساط میزان ورود مبرد به اواپراتور و میزان سوپرهیت شدن گاز خروجی از اواپراتور را کنترل می‌کند.
اواپراتور (Evaporator): یک مبدل حرارتی است که در آن مبرد وارد کویل شده و چون فشار پایینی دارد، با جذب حرارت اطراف، به نقطه جوش خود رسیده و تبخیر می‌گردد و بدین ترتیب از حالت مایع به حالت گاز تغییر فاز می‌دهد.

به غیر از این چهار جزء اصلی، چیلر به قطعات دیگری نیز نیاز دارد که بدون آن‌ها قادر به فعالیت نیست. تصویر زیر نمایانگر تعدادی از این قطعات است که هر کدام در مقالاتی دیگر به تفصیل مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

انواع چیلر

چیلرها بر اساس اصل فشرده سازی یا جذب بخار کار می‌کنند. آن‌ها طوری طراحی شده‌اند که جریان مداوم مایع خنک کننده را برای حفظ دمای از پیش تعیین شده فراهم کنند. چیلرها به دو دسته‌ی اصلی زیر تقسیم می‌شوند:

چیلر تراکمی
چیلر جذبی (Vapor Absorption Chillers)

کمپرسور نقش اصلی را در تفاوت این دو نوع چیلر بازی می‌کند. در چیلرهای تراکمی از فرآیند فشرده سازی موجود در کمپرسور در سیکل تبرید استفاده می‌شود، این در حالی است که در چیلرهای جذبی خبری از کمپرسور نیست و از انرژی حرارتی در سیکل تبرید استفاده می‌شود. این انرژی حرارتی می‌تواند از طریق ژنراتور و یا انرژی خورشیدی تامین شود.

انواع چیلر از نظر نوع کندانسور

کندانسور یک جزء ضروری در هر سیستم تهویه مطبوعی (HVAC) است. هدف آن جذب گاز مبرد پرفشار است که از کمپرسور ساطع می‌شود و آن را به حالت مایع تبدیل می‌کند. مبرد خنک می‌شود و سپس در دما و فشار عملاً ثابت متراکم می‌شود. در خروجی کندانسور، مبرد در حالت مایع در فشار بالا و با دمای کمی کمتر از دمای میعان قرار می‌گیرد.

همان‌طور که گفته شد چیلر از طریق تامین آب سرد، گرما را از دستگاه‌های نصب شده در مکان مورد نظر گرفته و درنهایت این گرما را از بین می‌برد. دو نوع طراحی برای از بین بردن این گرما وجود دارد که از روش‌های متفاوتی برای انجام این کار استفاده می‌کنند.

کندانسور چیلر هوا خنک

کندانسور هوا خنک (Air-cooled chiller)، نوعی مبدل حرارتی است که از هوا برای خنک کردن سیال داغ، استفاده می‌کند. این سیال داغ می‌تواند از فرآیندهای مختلف صنعتی، مانند تولید برق، تهویه مطبوع یا فرآیندهای شیمیایی، حاصل شود. در کندانسور هوا خنک، برخلاف کندانسورهای آبی که از آب برای خنک کردن سیال استفاده می‌کنند، از هوا به عنوان سیال خنک کننده استفاده می‌شود. این امر مزایای متعددی را به همراه دارد، از جمله:

کاهش مصرف آب: کندانسورهای هوا خنک به آب خنک کننده نیاز ندارند، که این امر می‌تواند در مناطقی که آب کم است، صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف آب به همراه داشته باشد.
کاهش هزینه‌های عملیاتی: کندانسورهای هوا خنک به طور کلی هزینه‌های عملیاتی کمتری نسبت به کندانسورهای آبی دارند، زیرا نیازی به پمپ‌های آب، برج‌های خنک کننده و سایر تجهیزات مرتبط با سیستم‌های خنک کننده آبی نیست.
کاهش ردپای محیطی: کندانسورهای هوا خنک به طور کلی ردپای محیطی کمتری نسبت به کندانسورهای آبی دارند، زیرا از مواد شیمیایی و فرآیندهای مضر برای محیط زیست استفاده نمی‌کنند.
سهولت نصب: کندانسورهای هوا خنک به طور کلی نصب آسان‌تری نسبت به کندانسورهای آبی دارند.

کندانسور در سیستم چیلر صنعتی به عنوان یک انتقال دهنده حرارت بین فرآیند و محیط خارجی عمل می‌کند. چیلرهای هوا خنک رایج‌ترین نوع چیلرها در بازار هستند که بیشترین کاربرد و استفاده را دارند. در کندانسور این چیلرها، گاز مبرد از طریق فن و هوایی که از طریق آن دمیده می‌شود، خنک می‌شود. هنگامی که گرما دفع شد، مبرد تغییر فاز داده و به مایع تبدیل می‌شود تا دوباره در سیستم به گردش درآید.

قیمت کندانسور قطعاً بر قیمت چیلر تاثیرگذار است. ظرفیت چیلر هر چقدر که باشد، استفاده از کندانسور در آن اجباری است. تفاوتی نمی‌کند از چیلر 20 تن استفاده می‌کنید یا از چیلر 90 تن یا حتی چیلر 120 تن، در تمام آن‌ها باید از کندانسور متناسب با ظرفیت خودش بهره برد.

کندانسور چیلر آب خنک

کندانسور آب خنک (Water-cooled condensor)، جزء سردکننده‌ای است که گرمای تولید شده توسط فرآیندهای صنعتی یا تجاری را دفع می‌کند. کندانسورها را می‌توان نوعی مبدل حرارتی در نظر گرفت، زیرا هر دو عملکرد مشابهی دارند. بنابراین، کندانسورهای آب‌خنک اساساً مبدل‌های حرارتی هستند که گرما را از بخار مبرد گرفته و آن را به آبی که از درون آن جریان دارد، منتقل می‌کنند. در این فرآیند، یک مدار دفع گرما وجود دارد که در آن گرمای کندانسور از طریق آب به محیط اطراف منتقل می‌شود. عملکرد داخلی کندانسور مسئول اثربخشی این فرآیند است. طراحی آب‌خنک به کندانسور اجازه می‌دهد تا به عنوان یک مبدل حرارتی تخصصی عمل کند و گاز مبرد داغ و پرفشار خروجی از کمپرسور را به مایع تبدیل کند.

مزایای کندانسورهای آب‌خنک

عملکرد بی صدا
صرفه‌جویی در مصرف انرژی
عملکرد بادوام (با نگهداری مناسب)
نرخ انتقال حرارت بالاتر
نصب سریع و آسان
زمان خنک‌سازی کوتاه‌تر
در دمای تراکم پایین کار می‌کند.
نیاز به برق خارجی ندارد.
کاهش هزینه‌های عملیاتی
بازیافت انرژی حرارتی برای استفاده در سایر فرآیندهای گرمایشی
قابل استفاده برای کارخانجات با ظرفیت بالا
اندازه‌ی کوچک‌تر
قابلیت قرارگیری در فضای بسته

علاوه بر نوع آب‌خنک، کندانسورهای هواخنک و تبخیری نیز وجود دارند. با این حال، همه کندانسورها صرف نظر از نوع، عملکرد مشابهی دارند. وظیفه آنها خنک کردن یک فرآیند یا تجهیزات با انتقال حرارت از گاز مبرد است.

پس در چیلر آب خنک (Water-cooled chiller) از آبی که از طریق برج خنک کننده تامین می‌شود، اقدام به خنک کردن مایع خنک کننده می‌شود و خبری از فن و باد در این مدل نیست. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، مقاله “چیلر آب خنک چیست؟” را مطالعه نمایید.

مزایا و معایب چیلر

چیلر تراکمی هوا خنک، قابلیت نصب در پشت بام را دارد.
چیلرهای تراکمی آب خنک و جذبی را می‌توان در موتورخانه نصب کرد.
مدیریت مصرف انرژی در چیلر بسیار قابل توجه است.
هزینه اولیه خرید و نصب چیلر بالاست.
باتوجه به مرکزی بودن چیلر برای ساختمان‌ها، فضای زیادی را اشغال نمی‌کند.

ظرفیت چیلر

ظرفیت یا توان دستگاه چیلر بر حسب تن تبرید (Ton) یا بی تی یو بر ساعت (Btu/h) یا کیلووات (Kw) بیان می‌شود که سایزهای عمومی آن برای سیستم‌های تهویه به ترتیب زیر می‌باشد.