در این مطلب از تهویه 24، به بررسی چیلر ساختمانی و کاربرد آن در سیستم تهویه مطبوع خواهیم پرداخت.

چیلر یکی از دستگاه های بکار رفته در سیستم تهویه مطبوع ساختمان ها یا مجتمع های مسکونی است. به عبارت دیگر، چیلر ساختمانی به چیلری گفته می شود که صرفاً جهت تأمین آب سرد مورد نیاز سرمایش برای سیستم تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی، اداری و تجاری استفاده می شود. البته، با طراحی ویژه ای در ساخت این چیلرها، امکان تأمین آب گرم جهت گرمایش ساختمان نیز وجود دارد. در ادامه به بررسی بیشتر این دستگاه می پردازیم.

چیلر ساختمانی و کاربرد آن در سیستم تهویه مطبوع

برای شناخت بهتر چیلرهای ساختمانی، در ابتدا بهتر است انواع چیلر را بشناسیم. چیلرهای ساختمانی می تواند به صورت چیلر مرکزی طراحی و ساخته شود، یعنی یک دستگاه برای تمامی واحدها و یا می تواند در قالب مینی چیلر ساختمانی تولید شود.

چیلر به دستگاهی گفته می شود که از طریق یک سیکل ترمودینامیکی (تراکمی بخار یا جذبی)، گرما را به کمک گردش جریان سیال مشخصی (مبرد) از محیطی با دمای پایین به محیطی با دمای بالا منتقل می کند. بنابراین، می توان چیلر را نوعی پمپ انرژی قلمداد کرد.

1. چیلر تراکمی بخار: اساس کار چیلر تراکمی بخار، گردش جریان سیالی به نام مبرد در سیکل تبرید تراکمی بخار (کارنو) بوده و بر پایه چهار مؤلفه اصلی شامل: کمپرسور (واحد تراکم) کندانسور (واحد چگالش) شیر انبساط (واحد اختناق) و اواپراتور (واحد تبخیر) شکل می گیرد.
2. چیلر جذبی: مبنای کار چیلر جذبی، سیکل تبرید جذبی می باشد که اساس فرایند سرمایش در آن مشابه سیکل تراکمی بخار است. با این تفاوت که مؤلفه هایی شامل جذب کننده (واحد جاذب)، پمپ (واحد سیرکولاسیون) و ژنراتور (واحد گرم کننده) جایگزین کمپرسورشده اند و علاوه بر مبرد (آب) از سیال دیگری به عنوان جاذب (لیتیوم بروماید) نیز استفاده می گردد که در جذب کننده (Absorber) با مبرد ترکیب شده و محلول غلیظی را شکل می دهند.

کاربرد چیلر در ساختمان ها

چیلر در واقع در دسته سیستم تهویه مطبوع آبی تعریف می شود. چنانکه آب سرد خروجی از چیلر با گردش درون  مبدل­ های حرارتی هوایی (کویل) مانند فن کویل و کویل سرمایشی هواساز، جریان هوای خنک مورد نیاز جهت سرمایش فضاهای مختلف ساختمان را فراهم می کند. این چنین، دمای آب ورودی به کویل با دریافت گرما از هوای فضای مورد نظر، افزایش پیدا کرده و برای سرد شدن تا دمای استاندارد تهویه (7 درجه سانتی گراد) مجدداً به چیلر باز می گردد.

می توان گفت هوای سرد خروجی از فن کویل و هواساز که با آب سرد چیلر تغذیه می شوند، نسبت به کولر آبی و کولر گازی (یا سایر سیستم های DX مثل داکت اسپلیت و VRF) هوای مطبوع تری است. چراکه بر خلاف کولر آبی رطوبت زیادی ندارد؛ در نتیجه قادر است گرمای نهان موجود در فضا را نیز بخوبی جذب کند. از طرفی بر خلاف کولر گازی، داکت اسپلیت و یا VRF هوای خشکی را تولید نمی کند که خصوصاً در مناطقی با اقلیم خشک، اساساٌ هوای مناسبی نخواهد بود. بنابراین، چیلر می تواند شرایط متعادل تری را ایجاد کند.

چیلر و فن کویل: رایج ترین استفادۀ چیلر ساختمانی، بکارگیری آن در کنار ترمینال یونیت هایی بنام فن کویل می باشد. فن کویل همان طور که از نامش پیداست، شامل فن دمنده و مبدل حرارتی (کویل) است که با فیلتر و یک مدار کنترلی ساده ترکیب می شود. به کمک فن کویل و با استفاده از آب گرمِ دیگ، پکیج یا چیلر هیت پمپی، این امکان فراهم می شود که بتوان گرمایش مورد نیاز پروژه را نیز تأمین نمود.

با توجه به استفاده از فن کویل برای هر فضای تفکیک شده ای، امکان کنترل دمای هر فضا به طور مستقل ایجاد می شود. موضوعی که در ساختمان های مسکونی، اداری و مجتمع های تجاری اهمیت بسیاری دارد.

رایج ترین کمپرسورهای مورد استفاده در چیلرهای تراکمی هوا خنک (بویژه در ایران)، کمپرسورهای اسکرو و اسکرال هستند. اما، مشخصاً در مورد چیلرهای ساختمانی، به دو علت عمده، حتی الامکان از کمپرسورهای اسکرال استفاده می شود:

1- سطح صدا: میزان انتشار صدای ناشی از کارکرد کمپرسورهای اسکرال در مقایسه با کمپرسورهای اسکرو، کمتر است و این موضوعی که در بسیاری از پروژه های ساختمانی، اهمیت ویژه ای برای بهره بردار دارد.

2- حمل کمپرسور: سایز کوچک و وزن پایین کمپرسورهای اسکرال در مقایسه با کمپرسورهای اسکرو، شرایط را برای حمل این کمپرسورها آسانتر کرده است. به هر ترتیب، به هر دلیلی امکان خرابی و نیاز به تعمیر یا تعویض کمپرسورها وجود داردو  این موضوعی است که در پروژه های ساختمانی به علت وجود چالش های مربوط به جابجایی اقلام بزرگ، مسئلۀ قابل توجهی محسوب می شود.

چیلر ساختمانی بر اساس نوع کندانسور

اساساً در سال های اخیر استفاده از چیلرهای تراکمی آب خنک، به ویژه در مصارف ساختمانی، در مقایسه با چیلرهای هوا خنک، بسیار کمتر شده است. به سه علت عمده:

1. مصرف آب: از آنجا که آب خنک مورد نیاز کندانسورهای آب خنک، از طریق برج خنک کننده ای تأمین می شود که مکانیزم خنک کاری آب در آن بر مبنای سرمایش تبخیری می باشد، مقدار قابل توجهی از آب در گردش مدام در حال تبخیر شدن است. بعلاوه برای حفظ راندمان برودتی 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 دو برابر می گردد.

همه اینها در حالی است که اساساً چیلرهای هوا خنک هیچ گونه مصرف آبی نخواهند داشت. چیلرهای تراکمی آب خنک، مصرف آب قابل توجهی دارند و این در شرایطی است که در سال های اخیر کمبود منابع آبی، باعث شده است شرایط تأمین آب در بسیاری از شهرهای کشور، هنگام فصل گرما، شرایط پایداری نباشد؛ به همین علت احتمال از سرویس خارج شدن چیلر، خصوصاً در اوج گرما، کاملاً محتمل است.

2. هزینۀ سرویس و نگهداری: هزینه های سرویس و نگهداری چیلرهای آب خنک بعلت وجود برج خنک کننده و تجهیزات جانبی آن، به مراتب در مقایسه با چیلرهای هوا خنک بالاتر است. خصوصاً که با توجه به آلوده بودن آب و هوای اغلب شهرهای ایران، برج های خنک کننده بعد از مدتی مستهلک می شوند و برخی از قطعات آنها مثل نازل ها و پکینگ ها نیاز به تعویض پیدا می کنند.

3. توجیه اقتصادی با توجه به ظرفیت برودتی: بسیاری از پروژه های ساختمانی، در مقیاس کوچکی احداث شده و در نتیجه در آنها نیاز به تأمین ظرفیت برودتی زیادی وجود ندارد. استفاده از چیلرهای آب خنک با توجه به هزینه های بالای  لوله کشی و سیستم پمپاژ و همچنین هزینه های بالای سرویس و نگهداری، عملاً برای تولید ظرفیت های برودتی پایین، توجیه اقتصادی ندارد.

استفاده از چیلر برای تولید آب گرم

از چیلر می توان بعنوان هیت پمپ (پمپ حرارتی) نیز استفاده نمود. چیلر هیت پمپی می تواند در حالت سرمایش یا گرمایش کار کند. از نظر فنی، پمپ حرارتی سیستمی است مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی بخار که می تواند برای گرم کردن یا خنک کردن یک فضای کنترل شده، معکوس شود. پمپ حرارتی را به عنوان یک انتقال دهنده گرما در نظر بگیرید که دائماً گرما را از مکانی به مکان دیگر، به جایی که به آن نیاز است، بسته به فصل منتقل می کند.

تغییر حالت با معکوس کردن سیکل تبرید انجام  می شود. این کار از طریق یک شیر چهار طرفه انجام می شود. به عبارت ساده، در طول عملکرد سرمایشی دستگاه، گرما از جریان آب عبوری در مبدل اول (اواپراتور) به جریان مبرد منتقل شده و در مبدل دوم (کندانسور) آزاد می شود. در طول عملکرد گرمایشی، سیکل بر عکس شده و مبدل اول بعنوان کندانسور و مبدل دوم بعنوان اواپراتور عمل می کند و به این ترتیب، گرمای آزادشده در مبدل اول جهت تأمین آب گرم مورد نیاز استفاده می شود.

امیدواریم این مطلب برای شما مفید بوده باشد.