نحوه عملکرد چیلرهای تبرید تراکمی

در این مطلب می خوانید:

چرخه تبرید تراکمی

نحوه عملکرد چیلر

ساختار درونی چیلر

در این مطلب ابتدا شرح مختصری در مورد چرخه تبرید تراکمی ارایه می شود. سپس به این سوال پاسخ داده خواهد شد که چیلر چیست و چه عملی در سیکل سرمایش ساختمان انجام می دهد و همچنین به بررسی ساختار درونی چیلر و نحوه تولید آب سرد درون آن پرداخته می شود و نحوه دفع گرما توسط سیکل مورد استفاده بیان می شود. در انتها نیز به تشریح شکل ظاهری چیلر و نحوه قرارگیری هر یک از اجزا در دستگاه پرداخته خواهد شد.

چرخه تبرید تراکمی

چرخه تبرید معمول مورد استفاده برای ایجاد سرمایش، چرخه تبرید تراکمی (Vapor Compression Cycle) است. همانطور که در شکل1 مشاهده می‌شود، اجزای اصلی مورد استفاده در این چرخه به شرح زیر می‌باشد:

• کمپرسور (Compressorz

• اواپراتور (Evaporator)

• کندانسور (Condenser)

• شیر انبساط (Expansion Valve)

مبرد در حال چرخش در چرخه، پس از خروج از اواپراتور وارد کمپرسور شده و متراکم می‌شود. این تراکم تا جایی ادامه می‌یابد که فشار مبرد (Refrigerant) به فشار کندانسور برسد. سپس مبرد، که در این مرحله به حالت بخار فوق داغ (Super-Heated Vapor) است، وارد کندانسور می‌شود و انرژی گرفته شده از اواپراتور و کندانسور را به محیط اطراف منتقل می‌کند.

در نهایت مبرد پس از انتقال گرما در کندانسور، در حالی‌که تقریبا در حالت مایع اشباع (Saturated Liquid) و یا مایع فوق سرد (Sub-Cooled Liquid) قرار دارد، با عبور از شیر فشار شکن دچار افت فشاری تا حدود فشار اواپراتور می‌شود و به حالت دو فازی و مخلوطی از مایع و بخار وارد اواپراتور می‌شود. مبرد در اواپراتور گرما را از محیط جذب کرده و به این صورت سبب ایجاد سرمایش در محیط می‌شود.

شکل 1چرخه تبرید تراکمی

نحوه عملکرد چیلر

چیلر یک ماشین بزرگ و پرسروصدا است که برای تولید آب سرد مورد استفاده قرار می گیرد. این آب سرد جهت تولید سرمایش در ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرد.

شکل2 طرح شماتیکی از یک نمونه سیستم مرکزی تولید سرمایش توسط چیلر را نشان می دهد. در شکل مشاهده می شود که چیلر در زیرزمین ساختمان واقع شده است (در برخی موارد چیلر در بالای پشت بام نیز قرار داده می شود که باعث اندکی تفاوت در طراحی سیستم می شود اما این روش معمولی نیست).

در چیلر، آب سرد داخل اواپراتور (Evaporator) تولید می شود. دمای آب سرد در هنگام خروج از اواپراتور در حدود 6 درجه سانتیگراد است. این آب توسط پمپ های گریزازمرکز (Centrifugal pump) به اطراف ساختمان منتقل شده و وارد واحدهای تولید هوا یا هواساز (Air Handling Units) می شود و گرمای اضافی جمع شده از ساختمان به درون هواساز به آن منتقل می شود.

پس از انتقال گرما، آب گرم خروجی از هواساز دمایی در حدود 12 درجه سانتیگراد خواهد داشت و دوباره به اواپراتور چیلر منتقل می شود تا این گرمای جذب شده را به مبرد درون اواپراتور منتقل کند. بنابراین جریان آب در طی عبور از هواساز 6 درجه افزایش دما پیدا می کند و در اواپراتور 6 درجه کاهش دما و این چرخه بارها و بارها تکرار می شود. دماهای ذکر شده بر اساس ویژگی های چیلر، سیستم سرمایش و محیط می تواند تا حدودی متفاوت باشد.

گرمای جذب شده توسط مبرد در اواپراتور توسط سیکل تبرید داخل چیلر به کندانسور منتقل می شود. اواپراتور و کندانسور به طور کامل از یکدیگر عایق شده اند و عمل انتقال حرارت بین این دو تنها توسط مبرد انجام می گیرد.

حرارت درون کندانسور به درون چرخه ی کندانسور منتقل می شود. جریان آب درگردش درون کندانسور توسط پمپ دیگری به برج خنک کن (Cooling Tower) در بالای ساختمان منتقل می شود. درون برج خنک کن، جریان هوا توسط یک فن که در قسمت بالای برج قرار گرفته از سوراخ های پایین برج به داخل کشیده شده و با قطرات آب گرم پاشیده شده از بالای برج برخورد می کند و عمل انتقال انجام می گیرد.

آب گرم خروجی از کندانسور با دمایی حدود 32 درجه سانتیگراد به برج منتقل می شود و پس از افت دمای 5 درجه ای با دمای تقریبی 27 درجه به کندانسور باز می گردد تا دوباره گرما جذب کند و این چرخه تکرار می شود. دماهای ذکر شده بر اساس ویژگی های چیلر، سیستم سرمایش و محیط تا حدودی متفاوت باشد.

چیلرها در انواع و شکل های متنوع با محدوده های دمایی بسیار متفاوت وجود دارند که انتخاب نوع مناسب برای یک ساختمان تا حد زیادی به مقدار گرمای ناخواسته تولیدی در ساختمان بستگی دارد. این گرمای ناخواسته توسط تابش خورشید، افراد، تجهیزات گازی و الکتریکی (حتی خود چیلر نیز در هنگام تولید آب سرد مقدار زیادی گرما تولید می کند که باید در مقدار بار برودتی ساختمان در نظر گرفته شود) و … تولید می شود.

سیستم تولید سرمایش مورد مشاهده در شکل 2 نمونه ای از سیستم سرمایش مرکزی (Central Cooling System) است که این مسئله نشان می دهد که استفاده از سیستم های سرمایش کوچکتر در هر طبقه صرفه اقتصادی نداشته است. ممکن است که در یک سیستم از بیش از یک عدد چیلر استفاده شود. معمولا تعداد این چیلرها برابر تعداد مورد نیاز به علاوه یک است. بسته به نوع محیطی که ساختمان در آن قرار دارد ممکن است این عدد بیشتر از یک نیز باشد. در ادامه نگاهی به داخل چیلر و اتفاقات درون آن می اندازیم.

شکل2 طرح شماتیک از یک نمونه سیستم مرکزی تولید سرمایش توسط چیلر

ساختار درونی چیلر

برای درک بهتر مطلب به شکل 3 نگاه کنید. در این شکل اجزای اصلی یک چیلر نمایش داده شده است. طراحی های متعددی برای چیلرها وجود دارد اما این چهار بخش اصلی در تمام آن ها مشترک است و شامل اواپراتور، کندانسور، کمپرسور و شیر انبساط می باشد. برای عملکرد صحیح چیلر وجود تمام قطعات اصلی الزامی است.

شکل3 طرح شماتیک از اجزای اصلی چیلر

سه چرخه اصلی درون یک چیلر وجود دارد. چرخه اول، چرخه مبرد در سیکل تبرید چیلر است. در این چرخه مبرد درون 4 جزء اصلی چیلر گردش کرده و گرمای جذب شده از ساختمان توسط اواپراتور را مطابق شکل 4 به کندانسور منتقل می کند. 

شکل4 چرخه طی شده توسط مبرد در داخل چیلر

چرخه بعدی، چرخه آب خنک شده بین اواپراتور و مناطق مختلف ساختمان است که گرما را از داخل ساختمان جمع آوری کرده و به مبرد داخلل اواپراتور منتقل می کند. این چرخه در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل5 چرخه آب بین اواپراتور و دستگاه پخش سرما در ساختمان

چرخه آخر، چرخه کندانسور است. همانطور که در شکل 6 مشاهده می شود، آب با چرخش بین کندانسور و برج خنک کن گرما را از مبرد داخل کندانسور جذب کرده و در برج به هوای محیط منتقل می کند.

شکل6 چرخه آب بین کندانسور و برج خنک کن

در شکل 7 طرح سه بعدی سادهای از یک چیلر معمول و اجزای اصلی آن نشان داده شده است. در شکل دو استوانه بزرگ مشاهده می شود. استوانه سفید رنگ قرار گرفته در پایین دستگاه کندانسور سیستم است و استوانه بزرگ مشکی رنگ قرار گرفته در بالای آن اواپراتور می باشد. جزء مخروطی شکل سفید رنگ به همراه استوانه کوچک مشکی رنگ در انتهای آن، کمپرسور و الکتروموتور آن هستند. مبرد از طریق لوله قرار گرفته در بالای اواپراتور به کمپرسور منتقل شده و پس از افزایش فشار و دمای آن به کندانسور منتقل می شود.

شکل7 طرح سه بعدی از یک چیلر واقعی

در شکل 8 نمای پشت سیستم و جایی که شیر انبساط سیستم قرار دارد نشان داده شده است. مبرد پس از خروج از کندانسور و پس از عبور از شیر انبساط که باعث افت فشار و دمای مبرد آن می شود به اواپراتور منتقل می شود.

شکل8 طرح سه بعدی از یک چیلر واقعی

منابع:

دکتر محمدحسن سعیدی ؛ طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع و تاسیسات مکانیکی؛ مهندس بهرنگ سجادی، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف، تهران، جلد اول، ویرایش دوم، ۱۳۸۹.‌

جواد م.تهرانی؛ کتاب تاسیسات، جلد اول، ویرایش اول، 1377‌.‌

DamaTajhiz company

مطالب مرتبط:

چیلر های توربوکر( بدون روغن)

چیلر های جذبی یا تراکمی

جانمایی مناسب برای افزایش کارایی چیلرهای هواخنک