سیستم‌ های چیلر در ساختمان

سیستم چیلر و فن کویل به سیستم سرمایشی گفته می شود که در آن فن کویل و چیلر با لوله کشی آب سرد به یکدیگر متصل شوند. این سیستم به همراه سیستم چیلر و هواساز از جمله پر کاربردترین سیستم های سرمایشی در ساختمان محسوب می شوند. معمولا در ساختمان های مسکونی ، اداری ، تجاری ، صنعتی یک یا مجموعه ای از چند چیلر را به صورت مرکزی و با لوله کشی به تعداد زیادی فن کویل و یا چند هواساز متصل می کنند. در ضمن برای گرمایش نیز فن کویل ها با لوله کشی به بویلر موتورخانه متصل می شوند و مجموعه کامل سرمایشی و گرمایشی را شکل می دهند که در فصل تابستان ، آب سرد چیلر به فن کویل ها ارسال می شود و در فصل زمستان ، آب گرم بویلر به فن کویل ها ارسال می گردد تا عمل سرمایش و گرمایش هوا انجام شود

تفاوت چیلر و فن کویل چیست ؟

تفاوت چیلر و فن کویل در این است که دستگاه چیلر یا مینی چیلر در طی یک سیکل ، آب را به دمای نزدیک صفر یا زیر صفر رسانده و با پمپ ، آب سرد را به سمت تعدادی فن کویل که در قسمت های مختلف یک ساختمان نصب می شوند ، ارسال می کند. فن کویل نیز دارای کویل هایی (لوله های متعدد پر پیچ و خم از جنس مس) است که آب سرد درون آنها جریان پیدا کرده و فن با وزیدن هوا از اطراف کویل ها ، هوا را سرد کرده و پس از تنظیم دقیق دمای مورد نیاز و نیز فیلتر نمودن در محیط داخل ساختمان به گردش در می آورد.
بنابرین فرق چیلر و فن کویل در این است که چیلر ، دستگاه تولید کننده برودت (سرمایش) و فن کویل ، دستگاه توزیع کننده آن در داخل ساختمان است.
چیلر و فن کویل های متصل به آن در انواع و طرح های گوناگون طراحی و ساخته می شوند. برای مثال پر کاربردترین آنها عبارتند از چیلر اسکرو ، چیلر اسکرال ، چیلر رفت و برگشتی (پیستونی) ، چیلر سانتریفیوژ ، فن کویل زمینی ، فن کویل دیواری ، فن کویل سقفی و کانالی

انواع چیلر

چیلر اسکرو

علت نام گذاری این دسته از چیلرها به چیلر اسکرو این است که مهمترین قسمت آن یعنی کمپرسور از نوع مارپیچی یا اسکرو Screw است. نحوه کار چیلر تراکمی اسکرو به این صورت است که کمپرسور ، مبرد گازی شکل را در مدار تبرید بعد از فشرده سازی به سمت سایر قسمت ها مانند کندانسور ، شیر انبساط و اواپراتور فرستاده تا طی یک چرخه ، عمل خنک کاری سیال دیگری مانند آب انجام شود.

در شکل زیر اجزای اصلی چیلر اسکرو آب خنک (دارای کندانسور آب خنک از نوع Shell and Tube) نشان داده شده است. در اولین مرحله ، مبرد توسط کمپرسورهای اسکرو فشرده شده و با لوله مسی به سوی کندانسور فرستاده می شود. کندانسورها یا می توانند از نوع آب خنک باشند (معمولا از نوع شل اند تیوب) یا می توانند از نوع هوا خنک باشند (یعنی با فن خنک شوند). کندانسور محلی است که در آن مبرد با از دست دادن حرارت از فاز گازی به فاز مایع تبدیل می شود و بعد از عبور از شیر انبساط ، وارد اواپراتور می شود. اواپراتور محلی است که آب در آنجا سردسازی می شود. یعنی مبرد با گرفتن حرارت از آب ، باعث می شود تا دمای آب پایین بیاید و در ادامه همین سیکل دائما تکرار می شود.

ساختار چیلر تراکمی اسکرو نسبت به انواع دیگر چیلرهای تراکمی (مانند اسکرال ، پیستونی و سانتریفیوژ) تقریبا مشابه بوده و نوع کمپرسور آنها است که باعث ایجاد تفاوت می شود. برای مثال در تصویر زیر یک چیلر اسکرو تراکمی آب خنک (دارای کندانسور آب خنک) که مجهز به کمپرسور نوع اسکرو شرکت بیتزر است، نمایش داده شده است.

چیلر اسکرال

واژه اسکرال به نوع کمپرسور (کمپرسور اسکرال) به کار رفته در چیلر اطلاق می شود. چیلر اسکرال معمولا در تناژهای کم و متوسط مورد استفاده قرار می گیرد و برای کاربری های با تناژ تبرید بالا از چیلر اسکرو ، پیستونی یا سانتریفیوژ استفاده می شود. در چیلرهای اسکرال معمولا از چند کمپرسور اسکرال به صورت ترکیبی استفاده می شود تا ظرفیت آن افزایش یابد. چیلر اسکرال (Scroll) مانند سایر چیلرهای تراکمی بر پایه سیکل تبرید تراکمی کار می کند و به آن چیلر تراکمی اسکرال نیز گفته می شود. از نظر نوع کندانسور دو نوع چیلر اسکرال آبی یا همان چیلر اسکرال آب خنک (دارای کندانسور آب خنک) و چیلر اسکرال هوایی یا همان چیلر اسکرال هوا خنک (دارای کندانسور هوا خنک) وجود دارد.

چیلر سانتریفیوژ

چیلر سانتریفیوژ یا گریز از مرکز یک نوع چیلر تراکمی است. این چیلر تراکمی برای تامین نیروی لازم برای گردش مبرد در سیکل تبرید، از کمپرسور سانتریفیوژ استفاده می کند. کمپرسور سانتریفیوژ نوعی از کمپرسورهای دینامیک است. عملکرد این کمپرسور به نیروی گریز از مرکز متکی است. اواپراتور چیلر سانتریفیوژ بسته به نوع کاربری آن می‌تواند از نوع پوسته و لوله یا صفحه ای باشد. دستگاه اواپراتور جریان آب را سرد می‌کند تا از این آب در تجهیزات تهویه مطبوع و یا خنک کاری صنعتی استفاده گردد.

انواع چیلرهای سانتریفیوژ

چیلر سانتریفیوژ توربوکور (Turbo Core)

تفاوت چیلر های سانتریفیوژ توربوکور با چیلرهای سانتریفیوژ معمولی در فناوری جدید یاتاقانهای مغناطیسی و همچنین پروانه دو مرحله‌ای است. در چیلرهای سانتریفیوژ معمولی برای روان سازی و خنک کاری قطعات در کمپرسور از روغن به همراه مبرد در سیکل تبرید استفاده می شد. وجود یاتاقانهای مغناطیسی درگیری بین قطعات کمپرسور را از حذف کرده و نیاز به اختلاط روغن با مبرد را در کمپرسورهای سانتریفیوژ توربوکور از بین برده است.  کنترل کمپرسورهای توربوکور در بارگذاری های کم نسبت به کمپرسورهای سانتریفیوژ معمولی بهبود داشته است، به طوری که هم از ایجاد پدیده سرج جلوگیری می شود و هم بهره وری آن در بارگذاری های کم بیشتر است. همچنین راندمان کمپرسور توربوکور از سایر کمپرسور های معمولی نیز بیشتر است.
سرج (Surge):
 پدیده‌ای است که در آن جریان ناپایدار شده و بین تیغه کمپرسور و جریان جدایی می‌افتد.
در نتیجه جریان به صورت عرضی یه تیغه برخورد می‌کند و سروصدای زیادی تولید می‌کند. در موارد شدیدتر امکان آسیب جدی به کمپرسور وجود دارد. معمولاً در بارگذاری های کم کمپرسور، جریان به محدوده سرج می‌رسد. در کمپرسورهای جدید به روش های مختلف حداقل جریانی را در نطر می‌گیرند که پدیده سرج اتفاق نیفتد.
در کنار یاتاقانهای مغناطیسی وجود پروانه دومرحله‌ای و قابلیت کنترل سرعت و دور موتور الکتریکی همگی منجر به طراحی یک کمپرسور کم حجم سبک و نسبتاً بی سر و صدا شده است.

چیلر سانتریفیوژ آب خنک

چیلر آب خنک سانتریفیوژ از آب برای خنک کاری مبرد خارج شده از کمپرسور استفاده می‌کند. با عبور لوله های آب از کندانسور، مبرد با آب تبادل گرما کرده و خنک می‌شود. از آن طرف آب گرم شده و به سمت برج خنک کن می‌رود. با پاشش آب خنک و عبور هوا از روی لوله ها، آب خنک کاری می‌شود. استفاده از چیلر آب خنک در مناطقی که رطوبت هوا پایین است، بهره وری و راندمان بالاتری را نسبت به اشتفاده از چیلر هوا خنک نشان می‌دهد.

چیلر سانتریفیوژ هوا خنک

درچیلرهای هوای خنک معمولاً از ترکیب هوا و فن برای خنک کاری بهتر مبرد استفاده می‌شود. این چیلرها برای تأمین بارهای برودتی کم تا متوسط بسیار مناسب هستند و به دلیل نبودن آب در سیکل خنک کاری از برج خنک کن استفاده نمی‌کنند، یک مزیت دیگر این چیلرها توانایی کارکرد در هر شرایط اقلیمی است. در مقابل استفاده از چیلر آب خنک در مناطق مرطوب به دلیل سرعت کم تبخیر آب توصیه نمی‌شود.

چیلر سانتریفیوژ بسته (Hermetic)، نیمه بسته (Semi-Hermetic) و باز

ساختمان کمپرسور سانتریفیوژ از دو قسمت مکانیکی و الکتریکی تشکیل شده است. قسمت الکتریکی شامل الکتروموتور یا موتور الکتریکی است که انرژی الکتریسیته را به نیروی محرکه مکانیکی برای کمپرسور تبدیل می‌کند. قسمت مکانیکی شامل تجهیزات مکانیکی شامل چرخ دنده، روتور، پروانه و هر چیزی است که عمل متراکم سازی را انجام می‌دهد. (با توجه به نوع کمپرسور از تجهیزات مکانیکی متفاوتی استفاده می‌شود.) در کمپرسورها قسمت الکتریکی و مکانیکی به سه روش بسته، باز و نیمه بسته به هم وصل می‌شوند.
روش اول کمپرسور بسته یا هرمتیک است که در این مدل دو قسمت مکانیکی و الکتریکی به هم متصل بوده و در یک محفظه بسته و پلمب شده قرار می‌گیرند. متأسفانه امکان تعمیر در کمپرسور بسته وجود ندارد. این کمپرسور در سیستم های تبرید خانگی مثل کولر و یخچال پرکاربرد است.
روش دوم کمپرسور باز است که در آن دو قسمت الکتروموتور و تجهیزات مکانیکی کاملاً از هم جدا بوده و به وسیله شفت انتقال نیرو بین آنها انجام می‌شود. یکی از اشکالات کمپرسور  باز، امکان نشتی مبرد است.
روش سوم استفاده از کمپرسور نیمه بسته است. در این مدل مشابه کمپرسور باز قسمت الکتروموتور و تجهیزات مکانیکی از هم جدا بوده و بین آن ها شفت قرار می‌گیرد. اما در کمپرسور نیمه بسته کل مجموعه داخل یک محفظه پلمب قرار می‌گیرد تا امکان نشتی را از بین ببرد. قیمت کمپرسور نیمه بسته نسبت به مدل بسته بالاتر بوده و در سیستم های سردخانه و یخچال های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

چرا از چیلر سانتریفیوژ استفاده میشود؟

 هر پروژه نیازها و شرایط مورد نیاز خاص خود را دارد. با این حال جنبه‌هایی وجود دارد که متخصصان معمولاً چیلر سانتریفیوژ را برای پروژه‌های بزرگ توصیه می‌کنند. دو جنبه اصلی، بهره‌وری بالا و اثرات زیست محیطی کم این چیلر است. زمانی که پروژه خنک کاری برای ساختمانهای بزرگ مطرح باشد استفاده از چیلر سانتریفیوژ گزینه مناسبی است. به دلیل ظرفیت بالای سرمایشی، اثرات زیست محیطی کمتر و بهره‌وری بیشتر آنها چیلرهای سانتریفیوژ همیشه یک گزینه خوب برای انتخاب هستند. ظرفیت بالای این چیلرها با ضریب عملکرد بالا (COP > 6)  همراه است. به ویژه در حالت بارگذاری کامل که به کاهش هزینه‌های جاری منجر می‌شود.

در پروژه ساید پارک از چیلرهای سانتریفیوژ به عنوان نسل جدید چیلرها استفاده خواهد شد که به نسبت چیلرهای اسکرو و اسکرال مصرف برق 40% کمتر را دارد.