چیلر تراکمی
چیلر تراکمی

چیلر چیست

در لغت چیلر به معنی آب سرد کن است ، با چیلر دمای یک سیال خنک شونده که عمدتا آب است را به مقدار مورد نظر پایین اورده .آب سرد شده در مصارف صنعتی و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می­ گیرد.

از مهمترین سیستم های سرمایشی چیلر ها می باشند ، در تمام دنیا در ابعاد مختلف از آن جهت ایجاد سرمایش استفاده می کنند.

چیلرها در صنایع جهت خنک کاری  مواد و محصولات ،ماشین آلات، و در تهویه مطبوع جهت خنک کردن هوای عبوری از فن کویل ها و هواسازها استفاده می شوند. چیلرها به دو دسته چیلر تراکمی و چیلرجذبی تقسیم میشوند.

در چیلر تراکمی مصرف به صورت انرژی الکتریسته می باشد. و در چیلر جذبی انرژی مورد مصرفی به صورت حرارت می­باشد، درچیلرهای جذبی جهت ایجاد برودت با استفاده از وکیوم و تبخیر مبرد و جذب آن به وسیله ماده جاذب  و احیا آن به وسیله حرارت برودت ایجاد می­گردد

 

چیلر جذبی

چیلر تراکمی چیست

در چیلرهای  تراکمی مصرف انرژی جهت ایجاد برودت به صورت الکتریکی می­باشد، که با توجه به کار کمپرسور این انرژی را مصرف می­کند.

در چیلر تراکمی همانند تمام سیکل تبرید دارای ۴ قطعه اصلی: کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور می­باشد همچنین مبرد که شریان حرکت سیکل تبرد می­باشد.

 

سیکل تبرید
سیکل تبرید

سیکل تبرید تراکمی

در سیکل تبرید ابتدا  کمپرسور گاز مبرد ،وارد سیکل حرکت شدهدو فشار گاز را افزایش داده لذا گاز مبرد در کندانسور در دمایی که در دسترس است شروع به تقطیر و به مایع تبدیل می­شود.

و این مایع فشار بالا پس از ورود به شیر انبساط  دچارافت فشار شدید می گردد لذا در مسیر مایع ایجاد  شده و لذا ین کاهش فشار موجب کاهش دما می گردد در اثر این کاهش فشار، مقداری از مبرد تبخیر شده و مخلوط گاز و مایع مبرد وارد اواپراتور می­ گردد ، در اواپراتور سیال خنک شونده که معمولا آب است با انتقال گرمای خود به مبرد مایع، باعث تبخیر مایع مبرد در فشار ثابت می­گردد. سپس آب چیلر که گرمای زیادی از دست داده است برای تهویه کویل های فن کویل و هواسازها به چرخش در می ­آید. پس از ان  مبرد تبخیر شده دوباره وارد کمپرسور شده و سیکل تبرید چیلر ادامه پیدا می کند.

 

درچیلر تراکمی براساس تبخیر در اواپراتور تبرید ایجاد می شود. در چیلر متناسب با دمای مورد نیاز که اصولا ۲ درجه سانتی گراد می­باشد، تبخیر مبرد صورت می گیرد و فشار ساکشن چیلر بر مبنای  این دما نوع مبرد تعیین می شود . چیلر مبرد R-22  می بایست فشار متناظر با تبخیر چیلر حدود ۶۵-۷۰ Psi باشد.

اجزای چیلر تراکمی

.

کمپرسور COPERESSOR

سیکل تبرید
سیکل تبرید

کمپرسور چیلر قلب اصلی و اولین جزو از اجزای چیلر تراکمی است ، وظیفه  ان گردش مبرد در سیکل می باشد. کمپرسور  در اندازه­ های مختلف برحسب نیاز می­سازند. حجم گازی که در کمپرسور چیلر باید متراکم شود بستگی به میزان جابه­ جایی کمپرسور و توان موتور الکتریکی کمپرسور وابعاد آن دارد.

وظیفه کمپرسور ایجاد جریان مبرد،و اختلاف فشار بین قسمت فشار بالا و فشار پایین می باشد. در اثر همین اختلاف فشار که در بین دو  فشار قوی و فشار ضعیف که باعث ورود مایع از طریق اکسنشن به اواپراتور چیلر می­ گردد.

کمپرسور چیلر از نظر ساختار به چهار دسته زیر تقسیم می­شوند.

  • رفت برگشتی Reciprocating
  • اسکرال scroll
  • کمپرسور چرخشی Screw

    چیلرنراکمی
    چیلرنراکمی
  • کمپرسور دوار و گریزاز مرکز centrifugal

انواع کمپرسور

کمپرسورهای سیلندر پیستونی

کمپرسورهای  سیلندر پیستونی چیلر تراکمی دارای عملکرد شبیه به موتور ماشین هستند، مبرد با پیستون در داخل سیلندر قرار دارد و کمک حرکت رفت و برگشتی  متراکم می­شود که نیرو از سوی موتور از طریق میل­ لنگ به شاتون و پیستون انتقال می یابد. یکی از دو قطعه اصلی در کمپرسورهای سیلندر پیستونی، سوپاپ ساکشن و دیسشارژبوده ، جریان مبرد وارد کمپرسور می­شود وبعد گذر از الکتروموتور که موجب خنک کاری آن میگردد وارد محفظه کارتر می­ شود. در حرکت رو به پایین کمپرسور مبرد وارد محفظه پیستون شده

کمپرسور رفت و برگشتی
کمپرسور رفت و برگشتی

وقتی فشار داخل سیلندر با فشار محفظه کمپرسور برابر شد سوپاپ بسته ودر این هنگام پیستون به پایین ترین حد کورس خود  می رسد بعد با حرکت به سمت بالا گاز مبرد را فشرده و در نهایت با باز شدن سوپاپ دیسشارژ مبرد از کمپرسور خارج شده مجددا این حرکت متناوبا تکرار می­ شود و سیکل تبرید جریان پیدا می­کند.

 

 تراکم کمپرسور رفت و برگشتی

 

 

 

 

 

قطعات اصلی کمپرسور رفت و برگشتی

ویژگی این کمپرسور حرکت رفت آمدی ، تعمیرات آسان، جریان مبرد پالسی که باعث ارتعاش زیاد می­گردد. محدوده ظرفیت این کمپرسور حدود از ۱۰-۸۰ اسب بخار است که معروف ترین آن کمپرسور سیلندر پیستونی کریر که با ظرفیت ۴۰ و ۳۰ ، ۲۵ اسب بخار در چیلرهای ظرفیت متوسط بکار می رود

کمپرسور اسکرو

کمپرسور
کمپرسور

این کمپرسورها برای چیلر تراکمی با ظرفیت  ۴۰-۱۲۰۰ تن تبرید  بکار می رود بازده آن بالاتر از چیلرهای با کمپرسورهای سیلندر پیستونی است و دارای دو روتور نر و ماده می­باشد، که با چرخش آنها مبرد متراکم می­ شود.

 

کمپرسور اسکرو

مسیر تراکم مبرد کمپرسور چیلر در شکل زیر نمایان شده است:

چیلر تراکمی
چیلر تراکمی

کمپرسور اسکرو

این کمپرسورها برای چیلر تراکمی با ظرفیت  ۴۰-۱۲۰۰ تن تبرید  می باشد بازده آن بالاتر از چیلرهای با کمپرسورهای سیلندر پیستونی است و دارای دو روتور نر و ماده می­باشد، که با چرخش آنها مبرد متراکم می­ شود.

تراکم مبرد در کمپرسور اسکرو

از جمله ویژگی های کمپرسور اسکرو که می­تواند یا انواع مبرد  HCFC و HFC  برای چیلر سازگار است.

بعلت مهم بودن جهت چرخش روتورها، جهت چرخش را کنترل می­کند همچنین دارای محافظ PTC  جهت دمای روغن و سیم پیچ است در صورتی که شرایط کارکرد چیلر تراکمی بگونه ای پیش برود که دمای سیم پیچ بالاتر رود این موضوع باعث از مدار خارج شدن دستگاه برودتی می­ گردد.

3.3203+

 

مزیت بعدی این کمپرسورها سیستم راه اندازی ، اتوماتیک بی بار در حالت استارت است. این کار نه تنها باعث کاهش تورک راه اندازی می گردد بلکه از تنش وارده بر قطعات مکانیکی  می کاهد در نتیجه باعث کاهش بار برق مصرفی می شود.

کنترل ظرفیت

روش کنترل ظرفیت در این کمپرسورها در ارتباط با روغن و حرکت اسلایدر است که این کنترل به دو حالت مرحله­ ای و پیوسته قابلیت کار دارد.

 

هیدرولیک کمپرسور چیلر
هیدرولیک کمپرسور چیلر

در شکل مقابل شماتیک هیدرولیک  کمپرسور چیلر تراکمی نشان داده شده است. با حرکت اسلایدر  ، جریان گاز ساکشن کنترل می گردد. اگر اسلایدر کاملا به سمت ساکشن حرکت کند(در شکل بالا به سمت چپ برود)، فضای کاری بین پروفایل ها با گاز ساکشن پر می شود. هر اندازه اسلایدر به سمت دیسشارژ حرکت کند، حجم پروفایل کمتر می گردد. هرچقدر مبرد کمتری گرفته شود، جریان کاهش می یابد و ظرفیت نیز کاهش پیدا می کند . اسلایدر به وسیله پیستون هیدرولیکی کنترل می شود. اگر شیر CR4 باز باشد، فشار روغن در محفظه روغن  افزایش  یافته و اسلایدر به سمت ساکشن حرکت می کند و ظرفیت برودتی افزایش پیدا می کنند . اگر شیرهای CR1,CR2,CR3 باز باشند، فشار بر پیستون هیدرولیک کاهش می یابد به وسیله فشارروغن ، به سمت قسمت دیشارژ گاز هل داده می شود و ظرفیت سرمایی کاهش می یابد.

نسبت تراکم compression ratio (cr)

نسبت فشار مطلق دهش به فشار مطلق مکش کمپرسور چیلر تراکمی را نسبت تراکم گوئیم .

درشرایط کارکرد نسبت تراکم فشار با نسبت حجم متراکم شده  رابطه مستقیم دارد.

اگر ساختار داخلی کمپرسور متناسب با نسبت فشارنباشد عملکرد کمپرسور از بازده آیزنتروپیک فاصله خواهد گرفت و دمای کمپرسور و انرژی مصرفی کمپرسور بالاتر می­رود.

مزیت چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرو قابلیت انتخاب این نسبت با توجه به نوع و منطقه دمایی نصب آن می باشد.

پس هرچه نسبت تراکم بالاتر باشد می بایست کمپرسور با نسبت حجمی بالاتر انتخاب شود در غیر این صورت بازده چیلر پایین می­ آید. جدول زیر پیشنهاد کمپانی هنبل برای انتخاب نسبت تراکم کمپرسور چیلر تراکم با توجه به شرایط مختلف کارکردی می باشد.

کمپرسور چیلر
کمپرسور چیلر

کمپرسور اسکرال

این کمپرسورها در چیلر تراکمی با ۶۰ تن تبرید بکار می رود. در حالت دوتای یا سه تایی  تا قدرت­های بالاتر نیز مورد استفاده قرار می­گیرد

 

چیلر اسکرال
چیلر اسکرال

 

 

کمپرسور اسکرال  فاقد سوپاپ دهش و مکش است و از دو صفحه چرخشی متحرک و ثابت تشکیل شده است پس از ورود گاز از دو طرف صفحات به سمت مرکز آن هدایت شده و متراکم می­گردد و سپس از وسط صفحه خارج می­شود.

 

 

 

فرآیند تراکم در کمپرسور اسکرال

یکی از ویژگی کمپرسورهای چیلر تراکمی حرکت دورانی، ارتعاش نسبتا کم قطعات متحرک کم و داشتن جریان مبرد یکنواخت می باشد.

این کمپرسور دارای بازده بالا و جریان برق کمتر می باشد این کمپرسورها قابل تعمیر نمی­باشد همچنین جهت چرخش در این  کمپرسورها نیز بسیار مهم است

 

کمپرسور اسکرال

کندانسور

از تجهیزات اصلی چیلر می­باشد که بعد از کمپرسور نصب می­گردد و مبرد دی سوپرهیت کندانسور وارد آن می­شود و به حالات مایع ساب کول خارج می­شود. در کندانسور مبرد در فشار ثابت تقطیر می­ شود چیلر به دو دسته با کندانسور آبی و هوایی تقسیم می­گردد.

چیلر با کندانسور آبی

چیلر ابی
چیلر ابی

این نوع چیلرها دارای کندانسور پوسته لوله ای می باشند و مبرد به وسیله آب خنک می­گردد و آب کندانسور چیلر پس از گرم شدن به برج خنک کننده رفته و در برج به وسیله تبخیر از روی سطوح برخورد با جریان هوا خنک می شود و مجددا به وسیله پمپ به کنداسور چیلر بر می­گردد.

 

شماتیک لوله کشی چیلر آبی

کندانسور آبی چیلر

این کندانسور یک مبدل پوسته و لوله  می باشد، (shell & tube ) که در این چیلر آب خنک کننده در لوله و مبرد خروجی کمپرسور با ورود به پوسته کندانسور و برخورد به لوله های مسی که داخل آن آب برج خنک کننده جریان دارد، موجب انتقال حرارت و تقطیر مبرد می گردد. در این کندانسورها  به لوله­ها فین  زده می شود تا موجب افزایش سطح حرارتی گردد،. طبق استاندار ARI590 دمای آب ورودی به کندانسور ˚F85 و خروجی از آن ˚F95 به ازای هر تن تبرید ظرفیت چیلر ، ۳GPM می­باشد.انتخاب چیلر آبی منوط به انتخاب برج خنک کننده  بوده که برج خنک کننده باید  با توجه به دمای WET BULB انتخاب گردد و در شرایطی اختلاف این دما، با دمای ˚F85 کمتر از ˚F3  باشد نمی­توان از این نوع چیلر آبی  استفاده نمود و حتما باید از چیلر با کندانسور هوایی استفاده شود

چیلر هواخنک

چیلری است که مبرد داخل کندانسور آن به وسیله هوا خنک می گردد،و به کمک فن های آکسیال با عبور جریان هوا ،از روی کویل کندانسور که به صورت زوج زوج کنار یک دیگر قرار دارند،کار می کند به این نوع چیلر، چیلر هوا خنک گوئیم. چیلرهای هوایی محدودیت چیلر آبی را ندارند و فقط اختلاف دمای DRY BULB  با دمای تقطیر معیار اصلی تعیین آن می باشد. هرچه این اختلاف بزرگتر باشد می­توان از چیلر با کندانسور کوچکتری استفاده کرد

 

چیلر هواخنک یکپارچه

کندانسور هوایی

مبدلی است که گاز داغ خروجی کمپرسور چیلر وارد آن شده و به وسیله عبور هوا از روی آن باعث تقطیر مبرد می­شود در نتیجه اینجا جهت بالا بردن ضریب انتقال حرارت ازفین که بصورت صفحات جنس آلومینیوم یا مس تولید می شوند. و معمولا در مناطق مرطوب و دارای خوردگی از فن مسی استفاده می­شود.

چیلر با کندانسور هوایی دارای دو روش نصب یکپارچه یا به صورت دو پارچه می­باشد .زمانی که چیلر در داخل موتورخانه نصب گردد ، برای نصب کندانسور در فضای بیرون باید با استفاده از لوله­کشی مسی، چیلر به کنداسور اتصال یابد.

 

کندانسور هوایی جهت اتصال به چیلر

تفاوت چیلر کندانسور هوایی و آبی

در چیلر آبی باید هزینه برج­ خنک کننده و سیستم لوله کشی برج  و پمپ­ها را در نظر گرفت بنابراین هزینه موتورخانه گران تر می­شودر نتیجه تعمیر چیلر و نگهداری موتورخانه باعث گران تر شدن آن می­گردد. همچنین هزینه اسید شویی سالیانه چیلر با توجه به سختی آب و مصرف آب برای برج خنک کن چیلر نیز به هزینه ها افزوده می شود. ولی چیلر با کندانسور آبی ، مصرف برق کمترو راندمان بالاتر نسبت به چیلرهوایی را داراست. زیرا ضریب انتقال حرارت هوا کمتر از آب می­باشد بنابراین در چیلر با کندانسور هوایی برای جبران آن باید حجم کندانسور هوایی نسبت به کندانسور آبی بزرگ تر گردد و این عامل موجب گران تر شدن قیمت اولیه چیلر هوا خنک می­باشد.

در کمپرسورهای چیلر هر چه دمای تقطیر پایین تر برای سیستم طراحی شود موجب افزایش توان برودتی میگردد.

دیاگرام سیکل تبرید

شکل بالا  مودی دیاگرام، سیکل تبرید چیلر را با دمای مختلف تقطیر کمپرسور نشان می­ دهد  که

تبرید
تبرید

هر چه دمای تقطیر بالاتر رود ظرفیت تبرید کمتر می­شود.

 

در شکل­های پایین مقایسه یک کمپرسورCSH6553-60Y در دمای تقطیر چیلر کندانسور هوایی و آبی با مبرد R134 ظرفیت تبرید و مصرف انرژی و COP را مورد قیاس قرار می دهیم

 

خروجی  نرم افزار بیتزر جهت شرایط چیلر هوایی

 

 

چیلر ابی
چیلر ابی

 

با توجه به شکل یک کمپرسور یکسان چیلر در شرایط  دمای کندانس متفاوت دارای ظرفیت برودتی و جریان مصرفی متفاوت است.

در انتخاب چیلر با کندانسور هوایی یا آبی باید تمام شرایط اقلیمی و کارکردی و مصرف انرژی را مد نظر داشت

 

 

 

اواپراتور

. Evaporator  به معنای تبخیر کننده که در دستگاه برودتی با تبخیر مبرد گرمای آب را می­ گیرد و باعث خنک شدن آب چیلر می­گردد. پس از کمپرسور و کندانسور چیلر جز اصلی چیلر اواپراتور است که به سه گروه shell&tube  brazed plated  و flooded دسته بندی می­شود. طبق استاندارد ARI590  دمای آب ورود  به اواپراتور ˚F54 و خروج از آن˚F44  می­ باشد و به ازای هر تن تبرید۲٫۴GPM  دبی آب چیلر در نظر گرفته می­شود.

او اوپراتور
او اوپراتور

 

اواپراتور پوسته لوله

 

 

 

اواپرتور مستغرق

در چیلرهای ظرفیت های بالا از اواپراتور مستغرق و در چیلر با ظرفیت متوسط از اواپراتورهای پوسته لوله استفاده می­گردد. در این نوع اواپراتورهای پوسته لوله  مبرد در لوله های مسی و آب چیلر در پوسته جریان دارد و اواپراتور مستغرق مبرد در پوسته و آب در لوله های مسی در جریان می باشد.

 

شیر انبساط EXPANSHION VALVE

شیر انبساط
شیر انبساط

 

شیر انبساط آخرین جزء اصلی از اجزای سیستم چیلر تراکمی است که  وظیفه اول این شیر افت فشار که به تبع آن افت دما بوده و باعث می­ شود سیستم برودتی در دمای مورد نیاز از اواپراتور دمای آب را می گیرد وظیفه دوم تنظیم مقدار مبرد عبوری از اوپراتور براساس مقدار سوپرهیت گاز خروجی از اواپراتور می­ باشد

 

 

 

سوپرهیت چیست

به اختلاف دمای گاز نهایی و دمای تبخیر سیال را سوپرهیت می­گویند.

t – te =superheat

سوپر هیت گاز خروجی از اواپراتور باید بین C˚۵ –˚C8  باشد

جهت اندازه گیری سوپرهیت ابتدا باید دمای خروجی و فشاراو اپراتور را اندازه گیری نمود سپس دمای متناظر با فشار اواپراتور را از جدول دما-فشار مبرد چیلر خوانده که حاصل اختلاف  این دو دما، سوپرهیت  می باشد.

سوپر هیت
سوپر هیت

 

 

 

 

 

 

 

نحوه اندازه گیری سوپر هیت در چیلر

اگر سوپرهیت به کمتر از ˚C2 برسد احتمال برگشت مبرد به صورت مایع به کمپرسور را دارد و باعث آسیب به کمپرسور می­شود. و اگر این مقدار بیشتر از˚C10 برسد باعث داغ شدن سیم­پیچ و احتمال سوختن آن می­شود.

بنابراین تنظیم سوپرهیت یکی از مهمترین عوامل موثر در عمر چیلر می ­باشد.

شیر انبساط
شیر انبساط

 

بررسی فشار سوپرهیت

شیرانبساط­ هایی که برای چیلر تراکمی استفاده می­ گردد بیشتر الکترونیکی می­باشد این شیرها به همراه یک کیت الکترونیکی و سنسور دمایی و فشار به استپ موتور شیر فرمان کنترل مقدار مبرد و سوپرهیت را می­دهد

شیر الکترونیکی

شیر الکترونیکی

کیت کنترل الکترونیکی شیر انبساط

 

شیر الکترونیکی به همراه استپ موتور

از معروف ترین شیر­های مورد استفاده در سیستم های برودتی می­توان از کرل دانفوس و اسپرلن نام برد شکل های شیر و کیت آنها در شکل­های بالا مشاهده می­ کنید. این کیت با خواندن فشار با استفاده از سنسور فشار و دما با استفاده از سنسور دمایی  استپ موتور شیر را کنترل و سوزن شیر باز یا بسته می­کند.

شیر الکترونیکی
شیر الکترونیکی