نحوه عملکرد چیلرهای تراکمی چگونه است؟ (آب خنک و هوا خنک)

چیلر به دو دسته : چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم می شود که ما در این مطلب به بیان نحوه عملکرد چیلرهای تراکمی می پردازیم. چیلر صنعتی یکی از انواع سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی است که با حذف گرما کار خود را انجام می دهد. در واقع چیلر سرما تولید نمی کند بلکه گرمای آب را از بین می برد. چیلر های تراکمی رایج ترین نوع چیلر ها می باشند که براساس سیستم تبرید تراکمی کار می کنند. در ادامه بیشتر توضیح می دهیم.

چیلر تراکمی چیست ؟

در مطلبی که در خصوص انواع چیلر منتشر کردیم، توضیحی کلی درباره انواع و اجزا و نحوه عملکرد چیلر ها ارائه نمودیم. بنابراین چیلر از مجموعه ای از اجزا شامل اواپراتور (واحد تبخیر)، کندانسور، شیر انبساط، فن، پمپ، کمپرسور و موارد دیگر تشکیل شده است. گلچینی از این اقلام انواع چیلرها را می سازد. یعنی اگر اجزای اصلی چیلر کمپرسور و اواپراتور، کندانسور، شیر انبساط باشد، این چیلر یک چیلر تراکمی است.

در واقع تفاوت اصلی چیلر تراکمی با دیگر انواع چیلرها وجود کمپرسور است زیرا وجود اواپراتور، کندانسور و شیر انبساط در همه چیلرها یکسان است.

چیلر تراکمی چگونه کار میکند ؟

در شکل زیر می توانید طرز کار چیلرهای تراکمی را به صورت خلاصه مشاهده کنی:

اگر بخواهیم به محدوده وظایف یک چیلر تراکمی نگاه کنیم، باید وظایف هر کولر گازی دیگری را در نظر بگیریم: کنترل دما و رساندن و حفظ دمای هوا، کنترل رطوبت و ایجاد جریان هوا و تمیز کردن هوای محیط.

پشت بام یا زیرزمین و موتورخانه ساختمان ها با هر نوع کاربری مسکونی، تجاری، صنعتی، تفریحی، آموزشی و غیره مکانی مناسب برای نصب چیلر های تراکمی می باشد. نصب و استفاده از این چیلر در تمامی ساختمان ها و سازه ها باعث افزایش انعطاف پذیری و سازگاری آن می شود.

نحوه عملکرد چیلر های تراکمی را می توان به این صورت شرح داد، آب ورودی به دستگاه که در اثر فعالیت دستگاه های صنعتی یا تهویه مطبوع گرم می شود، برای کارکرد و با پمپاژ آب به واحدهای داخلی و یا تولید صنعتی به دمای پایین و مطلوب می رسد. واحدها/یونیت آن را به چرخه فعالیت برمی گردانند.

نحوه عملکرد چیلر تراکمی به شرح زیر است:

• از طریق شیر ورودی، مایع گرم شده وارد اواپراتور چیلر شده و با افزایش گرما، مایع تبخیر شده و گاز می شود. در این مرحله گرمای محیط به طور طبیعی حذف شده و نواحی که با این قسمت در تماس هستند کاهش دما پیدا می کنند.
• سپس کمپرسور چیلر گاز را متراکم می کند و دمای آن را افزایش می دهد و سپس آن را به کندانسور هدایت می کند.
• مبرد گاز بواسطه کندانسور به مایع اشباع تبدیل می شود که به این فرآیند، فرآیند فشار ثابت می گویند.
• آخرین مرحله این چرخه در داخل شیر انبساط است که فشار مبرد گاز را برداشته و باعث انبساط آن می شود. در نهایت، مبرد خروجی از شیر انبساط مخلوطی از مایع و گاز است که وارد اواپراتور می شود.

دو قطب اصلی چیلر های تراکمی، اواپراتور و کندانسور می باشند و به ترتیب دارای کمترین دما و بالاترین درجه حرارت در دستگاه می باشند، و برای اینکه بر عملکرد چیلر تاثیر نگذارند در مقابل یکدیگر عایق بندی شوند.

تمام تمرکز چیلر های تراکمی این است که در دمای 7 الی 37 درجه سانتیگراد، مبرد را در چرخش بین فازهای مختلف ماده نگهدارد تا به اهداف خود برسد. چیلر های تراکمی منبع تبرید مختص خود را داشته در حالیکه بسیاری از کولر ها همچون فن کویل ها فاقد آن می باشد.

طرز کار چیلر تراکمی به زبان ساده

چیلر تراکمی با جذب گرما از آب (چیلر تراکمی آب خنک) یا هوا (چیلر تراکمی هوا خنک) و انتقال آن به بیرون، آن‌ها را خنک می‌کند. مراحل اصلی آن عبارت‌اند از:

1. تبخیر: گاز مبرد گرمای آب یا هوا را جذب می‌کند و به بخار تبدیل می‌شود.
2. تراکم: بخار وارد کمپرسور شده و فشار و دمای آن بالا می‌رود.
3. تقطیر: بخار گرم در کندانسور خنک شده و به مایع تبدیل می‌شود.
4. انبساط: مایع مبرد فشارش کم شده و برای جذب گرما دوباره به اواپراتور می‌رود.

این چرخه به‌صورت مداوم تکرار می‌شود تا آب یا هوا خنک شود.

پیشنهاد می کنیم مقاله نقش هر یک از اجزای چیلر در فرآیند خنک سازی را مطالعه کنید.

طرز کار انواع چیلر تراکمی براساس نوع کمپرسور

چیلر های تراکمی را با توجه به نوع کمپرسور آن به چهار نوع تقسیم می شود :

• اسکرال یا حلزونی
• اسکرو یا مارپیچی
• پیستونی یا ضربه ای یا رفت و برگشتی
• سانتریفیوژ یا گریز از مرکز

هر یک از این چیلرها دارای نوع متفاوتی از ظاهر و عملکرد کمپرسور هستند. بدین ترتیب اگر نام کندانسور تراکمی اسکرو آب سرد را بشنویم می بینیم که در وهله اول این چیلر تراکمی توسط آب خنک می شود و سپس کمپرسور آن به صورت مارپیچ یا پیچ می باشد.

بسته به نوع کمپرسور، هر نوع چیلر را می توان با کندانسورهای هوا خنک یا آب خنک ترکیب کرد تا نوع خاصی از چیلر تراکمی ایجاد کند.

طرز کار چیلر تراکمی آب خنک

چیلر تراکمی آب خنک از آب به‌عنوان محیط خنک‌کننده برای کندانسور استفاده می‌کند. در این نوع چیلر، گرمای مبرد از طریق کندانسور به آب منتقل می‌شود و سپس این آب گرم‌شده به برج خنک‌کننده ارسال می‌شود تا گرما به هوای محیط دفع شود. مراحل اصلی عملکرد این نوع چیلر به شرح زیر است:

1. تبخیر: آب سرد در اواپراتور تولید می‌شود. مبرد در این بخش گرمای آب ورودی را جذب کرده و به بخار تبدیل می‌شود.
2. تراکم: بخار مبرد وارد کمپرسور شده و فشرده می‌شود. این فرآیند باعث افزایش دما و فشار مبرد می‌شود.
3. تقطیر: بخار داغ مبرد به کندانسور منتقل می‌شود. در این مرحله، مبرد گرمای خود را به آب در گردش کندانسور می‌دهد و به مایع تبدیل می‌شود.
4. انبساط: مبرد مایع از طریق شیر انبساط وارد اواپراتور می‌شود، جایی که فشار آن کاهش می‌یابد و چرخه دوباره تکرار می‌شود.

این نوع چیلرها به دلیل وابستگی به برج خنک‌کننده، بیشتر در مناطق با رطوبت کم و فضاهای بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

طرز کار چیلر تراکمی هوا خنک

چیلر تراکمی هوا خنک از هوای محیط برای خنک‌کردن کندانسور استفاده می‌کند. این چیلر نیازی به برج خنک‌کننده ندارد و گرمای مبرد مستقیماً از طریق جریان هوا به محیط دفع می‌شود. مراحل عملکرد این نوع چیلر به شرح زیر است:

1. تبخیر: مبرد در اواپراتور گرمای آب ورودی را جذب کرده و به بخار تبدیل می‌شود. آب سرد شده از اواپراتور خارج می‌شود.
2. تراکم: بخار مبرد وارد کمپرسور شده و متراکم می‌شود. در این فرآیند، فشار و دمای مبرد افزایش می‌یابد.
3. تقطیر: مبرد وارد کندانسور می‌شود و گرمای خود را به هوای محیط می‌دهد. در این مرحله، فن‌های کندانسور جریان هوا را تسریع می‌کنند تا گرمای مبرد سریع‌تر دفع شود.
4. انبساط: مبرد مایع پس از عبور از شیر انبساط فشار خود را از دست می‌دهد و به اواپراتور بازمی‌گردد.

چیلرهای هوا خنک به دلیل عدم نیاز به برج خنک‌کننده، برای فضاهای محدود و مناطقی با دسترسی کم به آب مناسب‌تر هستند و نصب آن‌ها ساده‌تر است.

طرز کار چیلر گریز از مرکز

اولین موردی که می خواهیم به آن نگاه کنیم کمپرسور نوع گریز از مرکز است. کمپرسور نوع گریز از مرکز بسیار شبیه به این است و به راحتی قابل تشخیص است زیرا کمپرسور بالای چیلر قرار دارد و یک لوله پیچ‌دار بزرگ در اطراف کندانسور پیچیده شده است.

مبرد از طریق خط مکش به داخل جریان می یابد و به مرکز پروانه برخورد می کند، جایی که توسط تیغه ها هدایت می شود. تیغه ها می چرخند و این سرعت زاویه ای را به ذرات مبرد می دهد. این سرعت زاویه ای باعث می شود که ذرات مبرد با سرعت بالا در همه جهات به بیرون پرواز کنند و در پیچ (پیچ بیرونی) جمع می شوند و در آنجا فشار ناشی از انرژی جنبشی افزایش می یابد و سپس به کندانسور می رود. این نوع کمپرسور/چیلر راه اندازی بسیار متداول برای یک کارخانه مرکزی در ساختمان های بزرگ است.

• چیلر Turbocor

کمپرسور Turbocor نوعی از گریز از مرکز است. کمپرسورهای توربوکر واحدهای بسیار کوچکتری هستند که در بالای چیلرها نیز نصب می شوند. اینها بسیار شبیه به نوع گریز از مرکز هستند، اما در داخل آنها کمپرسورهای دو مرحله ای دارند. مبرد از جلو جریان می یابد، از دو کمپرسور مختلف عبور می کند و سپس مبرد خارج شده و به کندانسور می رود. اینها معمولاً دارای یاتاقان های مغناطیسی و موتورهای الکترونیکی هستند که این واحدها را بسیار کارآمد می کند. Turbocor بسیار رایج تر می شود و آنها قرار است این روند را ادامه دهند.

نحوه عملکرد چیلر کمپرسورهای اسکرو (اسکرال)

کمپرسورهای اسکرو هم برای چیلرهای آب خنک و هم هوا خنک استفاده می شوند. در نوع آب خنک کمپرسور در بالای چیلر و با نوع خنک کننده هوا کمپرسور در زیر چیلر قرار دارد. چیلرهای خنک شونده با آب داخلی اغلب عایق بندی می شوند در حالی که ممکن است با هوا خنک نشده باشند. این نوع مبرد را از اواپراتور خارج می کند و از داخل کمپرسور عبور می کند. در داخل کمپرسور دو پیچ متصل به هم وجود دارد.

مبرد وارد فضای خالی بین دو پیچ می شود، اما با چرخش پیچ ها، سوکت مبرد را بیشتر به داخل کمپرسور فشار می دهند و آن را در فضای کوچکی فشرده می کنند. مبرد در دمای بالا با فشار بالا خارج می شود و به سمت شیر انبساط جریان می یابد.

عکس بالا یک چیلر هوا خنک با دو کمپرسور پیچی است. یافتن 1-2 کمپرسور اسکرو کوچک در چیلرهای هوا خنک معمول است. اینها به صورت موازی کار می کنند و برخی از طرح ها با خاموش کردن یکی از کمپرسورها امکان مرحله بندی را فراهم می کنند.

طرز کار چیلر کمپرسورهای اسکرول

کمپرسور اسکرول بیشتر در چیلرهای تراکمی هوا خنک استفاده می شود اما می توانید آنها را روی آب خنک نیز پیدا کنید. معمولاً یک کمپرسور برای پاسخگویی به بار خنک کننده کافی نیست، بنابراین چندین کمپرسور در یک بانک به هم متصل می شوند. در مثال بالا، سیلندرهای آبی رنگ زیر چیلر، کمپرسورهایی هستند که به هم متصل شده و یک بانک را تشکیل می دهند.

در این نوع کمپرسورها، مبرد معمولاً از پایین وارد شده و به دیسک های کمپرسور وارد می شود. یک دیسک ثابت خواهد بود در حالی که دیگری چرخانده می شود تا مبرد را در فضای تنگ تر فشرده کند. مبرد در حین حرکت دیسک به اطراف مارپیچ فشار می‌یابد که باعث فشرده شدن آن می‌شود، سپس از بالا خارج می‌شود و به سمت شیر انبساط می‌رود.

نحوه عملکرد چیلر با کمپرسور تراکمی رفت و برگشتی

آخرین مورد، چیلر تراکمی با کمپرسور نوع رفت و برگشتی می باشد. امروز این نوع چیلر ها کمتر مورد استفاده قرار میگیرند، زیرا فناوری جدیدتر و کارآمدتر جایگزین آن شده است، اما با این حال هنوز هم در تبرید صنعتی بسیار محبوب است. اینها کمپرسورهای بسیار قوی و قابل اعتمادی هستند که به نظر می رسد با تعمیر و نگهداری مناسب برای همیشه کار می کنند. اگرچه قطعات متحرک زیادی وجود دارد، بنابراین کار با آنها گران است.

در انواع رفت و برگشتی، مبرد اغلب از روی موتور الکتریکی عبور می کند تا خنک کننده را به سیم پیچ های الکتریکی ثابت کند و سپس وارد محفظه تراکم می شود. محفظه تراکم به سادگی تعدادی پیستون و محفظه ای است که مبرد به داخل آنها جریان می یابد. پیستون روی میل لنگ قرار دارد که آن را بالا و پایین می برد. با حرکت، مبرد را به داخل محفظه فشرده می کند و در یک بازه زمانی معین، مبرد با فشار بالا خارج می شود.

سوالات متداول درباره نحوه عملکرد چیلرهای تراکمی