چیلر تراکمی آب خنک یکی از مهم‌ترین تجهیزات در صنایع و ساختمان‌ها برای تأمین سرمایش است. این دستگاه‌ها با استفاده از فرآیند تراکم و تبادل حرارتی، انرژی گرمایی را از محیط جذب کرده و آن را به آب منتقل می‌کنند تا دما کاهش یابد. با توجه به کاربرد گسترده این چیلرها در بخش‌های صنعتی و تجاری، بررسی مزایا و معایب آنها و میزان مصرف انرژی اهمیت زیادی دارد. در این مقاله، به تفصیل درباره چیلر تراکمی آب خنک، ویژگی‌ها، و عملکرد آن پرداخته‌ایم.
چیلر تراکمی آب خنک چیست؟
چیلر تراکمی آب خنک دستگاهی است که با استفاده از یک سیکل ترمودینامیکی و بر اساس اصل تبرید تراکمی، به کاهش دمای محیط کمک می‌کند. این نوع چیلرها از آب به‌عنوان منبع خنک‌کننده استفاده می‌کنند و مناسب برای مناطق با دسترسی به آب زیاد و کمبود فضای نصب هستند.
ساختار و اجزای چیلر تراکمی آب خنک
چیلر تراکمی آب خنک یا چیلر آبی از اجزای اصلی شامل کمپرسور، کندانسور، اواپراتور، شیر انبساط و مدار آب تشکیل شده است. کمپرسور نقش اساسی در تراکم گاز مبرد ایفا می‌کند، در حالی که کندانسور با استفاده از آب، گرمای جذب‌شده از محیط را تخلیه می‌کند.
طرز کار چیلر تراکمی آب خنک
در عملکرد تمامی چیلرهای تراکمی، از جمله چیلرهای آب خنک، چهار فرایند ترمودینامیکی اتفاق می افتد:
1- تراکم (Compression) توسط کمپرسور
2- چگالش (Condensation) توسط کندانسور
3- اختناق (Throttling) توسط شیر انبساط
4- تبخیر (Evaporation) توسط اواپراتور
در واقع، تنها تفاوت چیلر آب خنک به لحاظ عملکرد (در مقایسه با چیلر تراکمی هوا خنک هوا خنک و تبخیری) نوع کندانسور آن ها می باشد. همانطور که از نامش پیداست، در چیلرهای آب خنک، از کندانسور آبی به عنوان عامل چگالش (Condensation) در سیکل تبرید استفاده می شود.
در چیلرهای تراکمی آب خنک نیز مطابق تعریف سیکل تبرید تراکمی، گاز مبرد به شکل بخار داغ (Superheat)، با دمایی پایین وارد کمپرسور شده تا متراکم گردد؛ در نتیجه، فشار و متعاقباً دمای مبرد بالا می رود. سپس بخار داغ خروجی از کمپرسور که اکنون دمای بالایی دارد، وارد کندانسور شده و به کمک آبِ خنک ورودی از برج خنک کننده، گرمایَش جذب می شود. چنانکه تبدیل به مایعی با دمای بالا خواهد شد. در ادامه بواسطه فرایند اختناق در شیر انبساط، افت فشار زیادی در جریان مبرد ایجاد می گردد که ضمن کاهش دمای آن، باعث تبخیر مقداری از مایع مبرد نیز می شود.
در ادامه، جریان سرد و دوفازی مبرد (مخلوط مایع و بخار) بلافاصله پس از خروج از شیر انبساط وارد اواپراتور شده تا با جذب گرمای آب ورودی، دمای آن را کاهش دهد. به این ترتیب، مایع مبرد کاملاً تبخیر شده و با ادامه جذب گرما، به شکل بخار داغِ دما پایین از اواپراتور خارج و مجدداً به کمپرسور بازمی گردد تا این چنین فرایندهای ترمودینامیکی سیکل تبرید در چیلر تکمیل شده و آب سرد مورد نیاز تولید گردد. مشاهده ویدیو عملکرد چیلر تراکمی آب خنک
مزایای چیلر تراکمی آب خنک
- بهره‌وری بالا: چیلرهای آب خنک به دلیل استفاده از آب برای خنک‌سازی، دارای بهره‌وری بالاتری نسبت به چیلرهای هوا خنک هستند. این باعث کاهش هزینه‌های انرژی می‌شود.
- طول عمر بیشتر: این نوع چیلرها معمولاً دارای عمر طولانی‌تر و عملکرد پایدارتر در طول زمان هستند.
- صرفه‌جویی در فضا: نیاز کمتر به فضای بیرونی برای نصب کندانسورهای خنک‌کننده.
معایب چیلر تراکمی آب خنک
- مصرف آب بالا: یکی از معایب اصلی این سیستم‌ها، نیاز به آب زیادی برای فرآیند خنک‌سازی است که ممکن است در مناطقی با کمبود آب مشکل‌ساز باشد.
- نیاز به نگهداری مداوم: به دلیل تماس مستقیم آب با قطعات، احتمال رسوب‌گذاری و خوردگی در سیستم افزایش می‌یابد که نیاز به نگهداری مداوم دارد.
- هزینه‌های اولیه بالا: هزینه‌های نصب و راه‌اندازی چیلرهای آب خنک معمولاً بیشتر از سیستم‌های هوا خنک است.
میزان مصرف آب
مصرف آب در چیلرهای تراکمی آب خنک بسته به ظرفیت چیلر و شرایط محیطی متفاوت است. به‌طور کلی، یک چیلر 500 تن می‌تواند بین 10 تا 20 لیتر آب در دقیقه مصرف کند. این میزان آب مصرفی به شدت به دمای محیط، کیفیت آب و شرایط عملیاتی وابسته است.
میزان مصرف برق
چیلرهای تراکمی آب خنک معمولاً به‌طور متوسط برای تولید هر تن سرمایش به حدود 0.6 تا 0.8 کیلووات‌ساعت برق نیاز دارند. این مصرف برق وابسته به عواملی مانند راندمان کمپرسور، طراحی سیستم و شرایط عملیاتی می‌باشد.
مقایسه چیلر تراکمی آب خنک و هوا خنک
|
ویژگی‌ها |
چیلر آب خنک |
چیلر هوا خنک |
|
بهره‌وری انرژی |
بالاتر |
پایین‌تر |
|
هزینه اولیه |
بیشتر |
کمتر |
|
مصرف آب |
بالا |
ندارد |
|
نیاز به نگهداری |
بیشتر |
کمتر |
|
فضای مورد نیاز |
کمتر |
بیشتر |
کاربردهای چیلر تراکمی آب خنک
چیلرهای آب خنک در صنایع بزرگ مانند پتروشیمی، فولاد، مراکز داده و ساختمان‌های بزرگ تجاری کاربرد دارند. این سیستم‌ها به دلیل راندمان بالا و قابلیت اطمینان مناسب برای استفاده در پروژه‌های بزرگ و حساس هستند.
چیلرهای آب خنک، نقش اساسی در ایجاد یک محیط راحت، حفظ تجهیزات حساس و بهینه سازی فرآیندها دارند. راندمان مصرف انرژیِ بالاترِ این چیلرها، در مقایسه با چیلرهای هواخنک باعث شده است که در پروژه هایی با محدودیت تأمین برق و اساساً هنگامی که مدیریت مصرف برق در پروژه ای اهمیت ویژه ای پیدا می کند، از چیلرهای آب خنک، بیشتر استفاده شود. اما، از طرف دیگر، این روزها به دلایل متعددی از جمله: هزینه های بالاتر سرویس و نگهداری، کمبود منابع آبی در اغلب مناطق کشور و محدودیت استفاده با توجه به شرایط اقلیمی، بکارگیری چیلرهای آب خنک (خصوصاً در مصارف تهویه مطبوع) محدود شده است؛ لذا، در این قسمت از مقاله قصد داریم از جوانب مختلفی، کاربرد چیلر آب خنک را مورد بررسی قرار دهیم.
– راندمان مصرف انرژی:
راندمان مصرف انرژی، پارامتر بسیار مهمی در ارزیابیِ کارایی چیلر به حساب می آید و حتی می تواند نقش تعیین کننده ای در انتخاب چیلر ایفا کند. راندمان مصرف انرژی، برابر است با گرمای دریافتی از آب عبوری در اواپراتور به مجموع انرژی مصرفی در مصرف کننده ها (کمپرسورها، الکتروفن های کندانسور هواخنک، الکتروفن ها و پمپ های سیرکولاسیونِ برج خنک کننده). اندازه گیری ها در شرایط یکسان (شرایط استاندارد تهویه مطبوع) نشان می دهند که حداکثر ضریب عملکرد در چیلرهای تراکمی هوا خنک (با کمپرسور اسکرو) 3.5KW/KW و در چیلرهای تراکمی آب خنک (با کمپرسور سانتریفیوژ) 6KW/KW می باشد.
بنابراین، دست کم در پروژه هایی که تصمیم به جایگزینی چیلرهای جذبی گرفته می شود، به علت محدود بودن دیماند یا تقاضای برق ساختمان و همچنین با توجه به وجود برج خنک کننده، می توان گفت در صورت عدم وجود مشکل تأمین آب، چیلر آب خنک بهترین انتخاب برای این جایگزینی است.
– تأمین آب:
می دانیم که در چیلرهای آب خنک از آب سردِ برج خنک کننده برای دفع گرمای بخار مبرد در کندانسور استفاده می شود و از آنجا که مکانیزم خنک کاریِ آب در برج خنک کننده بر مبنای سرمایش تبخیری می باشد، مقدار قابل توجهی از آبِ در گردش، مدام در حال تبخیر شدن است. بعلاوه برای حفظ راندمان برودتیِ برج می بایست با نرخ مشخصی، آب برج تخلیه شده و با آب تمیز جایگزین شود که اگر آب تخلیه شده جای دیگری قابل استفاده نباشد، عملاً مصرف آب برج نزدیک به دو برابر می گردد و این در حالی است که چیلرهای هوا خنک اساساً هیچ گونه مصرف آبی ندارند؛ بنابراین، بکارگیری چیلرهای آب خنک در مناطقی با محدودیت تأمین آب، عملاً نمی تواند انتخاب مناسبی تلقی گردد، هر چند که مصرف برق کمتری دارند.
نکات کلیدی در انتخاب چیلر آب خنک
- راندمان انرژی: توجه به بهره‌وری انرژی و نسبت ظرفیت سرمایش به توان مصرفی برای انتخاب چیلر مناسب.
- کیفیت آب: باید از کیفیت آب مطمئن شد تا از رسوب‌گذاری و خوردگی جلوگیری شود.
- هزینه‌های نگهداری: توجه به هزینه‌های احتمالی نگهداری و تعمیرات طولانی مدت.
نتیجه‌گیری
چیلرهای تراکمی آب خنک به دلیل بهره‌وری بالا و قابلیت اطمینان در پروژه‌های بزرگ صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگرچه مصرف آب و نیاز به نگهداری از معایب آن‌هاست، اما مزایای آنها در صرفه‌جویی انرژی و فضای نصب باعث می‌شود تا همچنان یک انتخاب مناسب برای سرمایش ساختمان‌های بزرگ باشند. برای انتخاب صحیح، باید شرایط محیطی، مصرف انرژی و نیازهای نگهداری را به دقت بررسی کرد.
پرسش و پاسخ
- آیا چیلرهای آب خنک مناسب برای مناطق کم آب هستند؟ خیر، به دلیل مصرف بالای آب، این چیلرها مناسب مناطق کم آب نیستند و باید در مناطقی با دسترسی خوب به آب مورد استفاده قرار گیرند.
- چه عواملی بر مصرف برق چیلر تراکمی آب خنک تأثیر دارد؟ عواملی مانند راندمان کمپرسور، دمای محیط، طراحی سیستم و نحوه نگهداری می‌توانند تأثیر مستقیم بر مصرف برق چیلر داشته باشند.
- آیا نگهداری چیلرهای آب خنک سخت است؟ نگهداری این سیستم‌ها به دلیل احتمال رسوب‌گذاری و خوردگی بیشتر از چیلرهای هوا خنک است و نیاز به مراقبت و سرویس‌های دوره‌ای دارد.
