چیلر چیست

چیلر یک دستگاه مکانیکی است که برای سرد کردن مایعات و یا هوا به کار می‌رود. این دستگاه‌ها نقش بسیار مهمی در سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) دارند و در صنایع مختلفی مانند فرآیندهای تولیدی، بیمارستان‌ها، مراکز داده و ساختمان‌های تجاری و مسکونی استفاده می‌شوند. در این مقاله، به اینکه چیلر چیست و انواع آن کدام است پرداخته می‌شود.

تعریف چیلر

چیلر چیست؟

چیلرها (chiller)دستگاه‌هایی هستند که با استفاده از فرآیند تبرید، حرارت را از یک محیط جذب کرده و آن را به محیط دیگری انتقال می‌دهند. این دستگاه‌ها معمولاً برای خنک کردن آب به کار می‌روند و آب سرد تولید شده توسط چیلر برای خنک کردن ساختمان‌ها، دستگاه‌ها و فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود.

نحوه کارکرد سیستم چیلر

سیستم چیلر یک دستگاه پیچیده است که برای خنک کردن محیط‌ها و فرآیندهای مختلف استفاده می‌شود. این سیستم‌ها از اصول تبرید برای جذب حرارت از یک محیط و انتقال آن به محیط دیگر استفاده می‌کنند. در این بخش، به بررسی نحوه کارکرد سیستم چیلر چیست و اجزای اصلی آن پرداخته می‌شود.

انواع چیلر

چیلرها به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی.

چیلر تراکمی(Compression chiller)

چیلرهای تراکمی بیشترین استفاده را در کاربردهای صنعتی و تجاری دارند و بر اساس اصول تراکم بخار کار می‌کنند.

اجزای اصلی چیلر تراکمی

کمپرسور (Compressor):

کمپرسور قلب چیلر تراکمی است. در این بخش، مبرد (Refrigerant) به صورت گاز با فشار و دمای پایین از اواپراتور وارد کمپرسور می‌شود و فشار و دمای آن افزایش می‌یابد.

کندانسور (Condenser):

گاز مبرد پرفشار و داغ وارد کندانسور می‌شود. در اینجا، گاز مبرد حرارت خود را به محیط بیرون (معمولاً آب یا هوا) منتقل کرده و چگالش می‌یابد و به مایع تبدیل می‌شود.

شیر انبساط (Expansion Valve):

مایع مبرد پرفشار از کندانسور عبور کرده و وارد شیر انبساط می‌شود. در این مرحله، فشار مبرد به طور ناگهانی کاهش می‌یابد و مبرد به مخلوطی از مایع و گاز با دمای پایین تبدیل می‌شود.

اواپراتور (Evaporator):

مبرد کم‌فشار و سرد وارد اواپراتور می‌شود. در اینجا، مبرد حرارت محیط اطراف (معمولاً آب) را جذب می‌کند و تبخیر می‌شود. این فرآیند باعث خنک شدن آب می‌شود که برای خنک کردن فضاهای مختلف استفاده می‌شود.

چرخه تبرید تراکمی

تراکم (Compression):

مبرد گازی با فشار و دمای پایین وارد کمپرسور شده و با فشرده‌سازی به گاز با فشار و دمای بالا تبدیل می‌شود.

چگالش (Condensation):

مبرد پرفشار و داغ وارد کندانسور می‌شود و با انتقال حرارت به محیط بیرون، به مایع تبدیل می‌شود.

انبساط (Expansion):

مایع مبرد از شیر انبساط عبور می‌کند و با کاهش فشار ناگهانی به مخلوطی از مایع و گاز با دمای پایین تبدیل می‌شود.

تبخیر (Evaporation):

مبرد کم‌فشار و سرد وارد اواپراتور می‌شود و با جذب حرارت از محیط اطراف، تبخیر شده و دوباره به گاز تبدیل می‌شود.

مزایای چیلرهای تراکمی

کارایی بالا: چیلرهای تراکمی معمولاً کارایی انرژی بالاتری نسبت به چیلرهای جذبی دارند.
اندازه کوچک‌تر: این چیلرها معمولاً نسبت به چیلرهای جذبی کوچکتر و سبک‌تر هستند.
نصب و نگهداری آسان‌تر: سیستم‌های تراکمی به طور معمول ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر برای نصب و نگهداری هستند.

معایب چیلرهای تراکمی

مصرف برق زیاد: چیلرهای تراکمی به کمپرسورهایی نیاز دارند که انرژی الکتریکی زیادی مصرف می‌کنند.
انتشار گرما: این چیلرها گرمای زیادی تولید می‌کنند که باید به طور موثری دفع شود.

حساسیت به شرایط محیطی: عملکرد چیلرهای تراکمی ممکن است تحت تاثیر شرایط محیطی مانند دمای هوا قرار گیرد.

این چیلرها خود به چند نوع تقسیم می‌شوند:

چیلرهای تراکمی هوا خنک: در این نوع چیلرها، کندانسور توسط جریان هوا خنک می‌شود. این چیلرها معمولاً برای مناطقی با آب و هوای معتدل و خشک مناسب هستند.
چیلرهای تراکمی آب خنک: در این نوع چیلرها، کندانسور توسط جریان آب خنک می‌شود. این چیلرها کارایی بالاتری دارند و معمولاً در ساختمان‌های بزرگ و صنایع استفاده می‌شوند.

کنترل‌های سیستم چیلر چیست

برای تضمین عملکرد صحیح و بهینه چیلر، سیستم‌های کنترلی مختلفی در آن به کار می‌روند. این کنترل‌ها عبارتند از:

کنترل فشار: کنترل فشار برای نظارت بر فشار مبرد در قسمت‌های مختلف سیستم به کار می‌رود و از عملکرد صحیح کمپرسور و سایر اجزا اطمینان حاصل می‌کند.
کنترل دما: کنترل دما برای نظارت بر دمای آب یا هوای خنک شده و تنظیم دمای مطلوب استفاده می‌شود.
کنترل جریان: کنترل جریان برای نظارت بر جریان آب یا هوا در سیستم به کار می‌رود و از عملکرد صحیح پمپ‌ها و فن‌ها اطمینان حاصل می‌کند.
کنترل سطح: کنترل سطح برای نظارت بر سطح مبرد در قسمت‌های مختلف سیستم به کار می‌رود و از وجود میزان کافی مبرد اطمینان حاصل می‌کند.

کمپرسورهای مورد استفاده در چیلرهای تراکمی به چند نوع اصلی تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند. در اینجا به بررسی این انواع می‌پردازیم:

کمپرسورهای پیستونی (Reciprocating) (رفت و برگشتی):
- عملکرد: کمپرسورهای پیستونی از پیستون‌ها برای فشرده‌سازی مبرد استفاده می‌کنند.
- مزایا: این کمپرسورها قابلیت فشار بالا و ظرفیت‌های متغیر را دارند.
- معایب: صدای بیشتر و نیاز به نگهداری مکرر.
کمپرسورهای اسکرو(Screw) (مارپیچی):
- عملکرد: کمپرسورهای اسکرو از دو مارپیچ برای فشرده‌سازی مبرد استفاده می‌کنند.
- مزایا: صدای کمتر، کارایی بالا و قابلیت اطمینان بیشتر.
- معایب: هزینه اولیه بیشتر و مناسب برای کاربردهای با ظرفیت بالا.
کمپرسورهای سانتریفیوژ(Centrifugal):
- عملکرد: کمپرسورهای سانتریفیوژ از نیروی گریز از مرکز برای فشرده‌سازی مبرد استفاده می‌کنند.
- مزایا: عملکرد پایدار، هزینه نگهداری کم و مناسب برای ظرفیت‌های بسیار بالا.
- معایب: هزینه اولیه بسیار بالا و نیاز به سرعت دوران بالا.
کمپرسورهای اسکرال(Scroll)(حلزونی):
- عملکرد: کمپرسورهای اسکرال از دو دیسک حلزونی برای فشرده‌سازی مبرد استفاده می‌کنند.
- مزایا: کارایی بالا، صدای کم، هزینه نگهداری کم.
- معایب: محدودیت در ظرفیت و فشار.

هر کدام از این کمپرسورها بسته به نوع کاربرد، ظرفیت مورد نیاز، و شرایط عملیاتی، می‌توانند در چیلرهای تراکمی مورد استفاده قرار گیرند. انتخاب نوع کمپرسور مناسب بر اساس تحلیل دقیق نیازهای پروژه و شرایط محیطی صورت می‌گیرد.

چیلر جذبی( Absorption chiller):

چیلرهای جذبی از انرژی حرارتی برای انجام فرآیند تبرید استفاده می‌کنند و برخلاف چیلرهای تراکمی، از کمپرسور استفاده نمی‌کنند. این چیلرها به دو دسته تقسیم می‌شوند:

چیلرهای جذبی تک اثره: در این نوع چیلرها، فرایند تبرید تنها یک بار انجام می‌شود. این چیلرها بهره‌وری کمتری دارند و بیشتر در کاربردهای کوچک استفاده می‌شوند.
چیلرهای جذبی دو اثره: در این نوع چیلرها، فرایند تبرید دو بار انجام می‌شود که باعث افزایش بهره‌وری آن‌ها می‌شود. این چیلرها معمولاً در ساختمان‌ها و کاربردهای صنعتی بزرگ استفاده می‌شوند.

اجزای اصلی چیلر جذبی

تبخیرکننده (Evaporator):

در این بخش، مبرد (معمولاً آب) تحت فشار کم تبخیر می‌شود و حرارت را از محیط اطراف خود جذب می‌کند. این فرآیند باعث خنک شدن محیط می‌شود.

جاذب (Absorber):

بخار مبرد تولید شده در تبخیرکننده توسط یک محلول جاذب (مانند لیتیوم برومید) جذب می‌شود. این جذب بخار، فشار تبخیرکننده را پایین نگه می‌دارد و فرآیند تبخیر را ادامه‌دار می‌کند.

لیتیوم برومید (LiBr) در چیلرهای جذبی به عنوان جاذب (Absorbent) استفاده می‌شود. در چیلرهای جذبی، هدف اصلی تولید سرما از طریق فرآیندهای شیمیایی و حرارتی است. در این سیستم‌ها، یک ماده جاذب (لیتیوم برومید) و یک ماده مبرد (آب) وجود دارد که با همکاری یکدیگر سرمایش را فراهم می‌کنند.

ژنراتور (Generator):

محلول غلیظ حاصل از جاذب به ژنراتور منتقل می‌شود. در این بخش، با استفاده از یک منبع حرارتی (مانند بخار یا آب گرم)، مبرد از محلول جاذب جدا می‌شود و به بخار تبدیل می‌شود.

کندانسور (Condenser):

بخار مبرد جدا شده از ژنراتور به کندانسور منتقل می‌شود و در آنجا با از دست دادن حرارت، چگالش پیدا کرده و به مایع تبدیل می‌شود. این مایع سپس به تبخیرکننده برمی‌گردد و چرخه تکرار می‌شود.

مزایای چیلرهای جذبی

کاهش مصرف برق: چیلرهای جذبی نیاز به مصرف برق کمتری نسبت به چیلرهای تراکمی دارند.
استفاده از منابع حرارتی اضافی: این چیلرها می‌توانند از حرارت اضافی تولید شده در فرآیندهای صنعتی یا نیروگاه‌ها بهره‌برداری کنند.
پایداری محیطی: این سیستم‌ها کمتر وابسته به منابع انرژی الکتریکی هستند و می‌توانند در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای موثر باشند.
عملکرد در محیط‌های مختلف: چیلرهای جذبی می‌توانند در محیط‌هایی که دسترسی به منابع برق محدود است، به خوبی عمل کنند.

معایب چیلرهای جذبی

هزینه نصب بالا: نصب چیلرهای جذبی معمولاً هزینه‌بر است.
کارایی کمتر در مقایسه با چیلرهای تراکمی: کارایی انرژی چیلرهای جذبی کمتر از چیلرهای تراکمی است.
حساسیت به شرایط محیطی: عملکرد چیلرهای جذبی به شرایط محیطی (مانند دمای آب و هوا) وابسته است و در شرایط محیطی نامطلوب ممکن است کارایی کمتری داشته باشند.

استاندارد های مهم و مورد تأیید در صنعت چیلر

در صنعت چیلر ساختمان، چندین استاندارد مهم وجود دارد که باید توسط تولید کنندگان، مهندسان و مصرف کنندگان رعایت شود. این استانداردها برای اطمینان از ایمنی، کارایی و عملکرد قابل اعتماد چیلرها طراحی شده اند.

برخی از مهم ترین استانداردهای مورد تایید در صنعت چیلر ساختمان عبارتند از:

استاندارد AHRI 550/590: این استاندارد که توسط موسسه تهویه مطبوع، گرمایش و تبرید آمریکا (AHRI) تدوین شده است، روش های یکنواختی را برای سنجش و رتبه بندی عملکرد چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم ارائه می دهد.

استاندارد ARI 1100: این استاندارد که توسط موسسه تهویه مطبوع و تبرید (ARI) تدوین شده است، الزامات ایمنی را برای چیلرها و سایر تجهیزات تهویه مطبوع مشخص می کند.
استاندارد CSA C22.2 No. 14: این استاندارد که توسط انجمن استاندارد کانادا (CSA) تدوین شده است، الزامات ایمنی را برای چیلرها و سایر تجهیزات الکتریکی که در کانادا فروخته می شوند، مشخص می کند.

استاندارد Eurovent: این مجموعه از استانداردها که توسط Eurovent Certita Certification (ECC) تدوین شده است، الزامات عملکرد و ایمنی را برای چیلرها و سایر تجهیزات تهویه مطبوع که در اروپا فروخته می شوند، مشخص می کند.

رعایت این استانداردها برای موارد زیر ضروری است:

اطمینان از ایمنی کاربران: استانداردها الزامات ایمنی را برای جلوگیری از خطرات مانند برق گرفتگی، آتش سوزی و نشت مبرد مشخص می کنند.
تضمین کارایی: استانداردها روش های یکنواختی را برای سنجش و رتبه بندی عملکرد چیلرها ارائه می دهند، که به مصرف کنندگان کمک می کند تا چیلری را انتخاب کنند که به طور موثر کار می کند و هزینه های عملیاتی را به حداقل می رساند.
حفاظت از محیط زیست: برخی از استانداردها، مانند استاندارد AHRI 550/590، شامل الزاماتی برای کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای هستند.

علاوه بر استانداردهای ذکر شده در بالا، تعدادی استاندارد دیگر نیز وجود دارد که ممکن است برای چیلرها در کاربردهای خاص اعمال شود.

حال به بررسی دقیق تر مهم ترین استانداردها در صنعت چیلر می پردازیم:

استاندارد AHRI 550-590: راهنمای جامع

استاندارد AHRI 550/590، که با نام استاندارد عملکرد چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم با استفاده از سیکل تراکم بخار نیز شناخته می شود، توسط موسسه تهویه مطبوع، گرمایش و تبرید آمریکا (AHRI) تدوین شده است. این استاندارد به منظور ارائه روش های یکنواخت برای سنجش و رتبه بندی عملکرد چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم طراحی شده است.

موارد کلیدی استاندارد AHRI 550/590 عبارتند از:

شرایط تست: این استاندارد شرایط تست استاندارد را برای سنجش عملکرد چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم مشخص می کند. این شرایط شامل مواردی مانند دمای هوا، دمای آب ورودی و خروجی و بار الکتریکی می شود.
روش های محاسبه: این استاندارد روش های محاسبه ظرفیت خنک سازی، ضریب عملکرد (COP) و سایر معیارهای عملکرد را ارائه می دهد.
برچسب گذاری: این استاندارد برچسب گذاری را برای چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم که مطابق با استاندارد هستند، مشخص می کند. برچسب ها شامل اطلاعاتی در مورد ظرفیت خنک سازی، COP و سایر معیارهای عملکرد می باشد.

اهداف استاندارد AHRI 550/590 عبارتند از:

به مصرف کنندگان در انتخاب چیلر یا پمپ گرمایی آب گرم مناسب کمک کند.
تولید کنندگان را به تولید چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم با کارایی بیشتر تشویق کند.
رقابت در صنعت را با ارائه یک روش استاندارد برای مقایسه محصولات مختلف ترویج کند.

اهمیت استاندارد AHRI 550/590:

استاندارد AHRI 550/590 به طور گسترده توسط تولید کنندگان، مهندسان و مصرف کنندگان چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم در سراسر جهان استفاده می شود. این استاندارد به عنوان یک مرجع مهم برای اطمینان از اینکه چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم به طور کارآمد و موثر کار می کنند، عمل می کند.

مزایای استفاده از چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم مطابق با استاندارد AHRI 550/590:

کاهش مصرف انرژی: چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم مطابق با استاندارد AHRI 550/590 به طور کلی کارآمدتر از مدل های غیر استاندارد هستند، به این معنی که می توانند با مصرف انرژی کمتر خنک سازی یا گرمایش مورد نیاز را تامین کنند.
کاهش هزینه های عملیاتی: مصرف انرژی کمتر می تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های عملیاتی در طول عمر چیلر یا پمپ گرمایی آب گرم شود.
کاهش اثر کربن: چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم مطابق با استاندارد AHRI 550/590 به طور کلی از گازهای گلخانه ای کمتری نسبت به مدل های غیر استاندارد تولید می کنند، به این معنی که آنها تأثیر کمتری بر محیط زیست دارند.
افزایش قابلیت اطمینان: چیلرها و پمپ های گرمایی آب گرم مطابق با استاندارد AHRI 550/590 به طور کلی از کیفیت ساخت بالاتری نسبت به مدل های غیر استاندارد برخوردار هستند، به این معنی که احتمال خرابی آنها کمتر است.