چیلر چیست؟

یکی از مهم ترین تجهیزات صنعتی در حوزه تبرید و تهویه مطبوع، چیلر chiller نام دارد که امروزه کاربردهای زیادی پیدا کرده است. از این دستگاه برای مصارف مختلف کارگاهی، صنعتی، تجاری و مسکونی استفاده می شود. دستگاه چیلر وظیفه خنک کردن آب تا دمای ۱+ تا ۷+ درجه سانتیگراد در یک سیکل را دارد. چیلر جهت خنک سازی تجهیزات، فرآیند ها و فضا ها مورد استفاده قرار می گیرند. ظرفیت و نوع چیلر را نیز با توجه به حجم آب سرد مورد نیاز در سیکل برآورد و انتخاب می کنند.ما در این مطلب تصمیم داریم شما را با نحوه کار دستگاه چیلر، کاربرد، اجزا و همچنین قیمت چیلر آشنا کنیم و تمام اطلاعات مورد نیاز درمورد این دستگاه را به شما ارائه دهیم. همراه ما باشید.

اگر بخواهیم به ساده ترین شکل ممکن به شما بگوییم چیلر چیست، باید اینطور تعریف کنیم که چیلر یک دستگاه صنعتی است که برای تولید آب سرد و انتقال آن به تجهیزاتی مانند هواسازها، فن کویل ها، مبدل های آب سرد و سایر تجهیزات تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع دستگاه چیلر یا سردکن، آب را با دمای معین دریافت می کند و بعد از خنک کردن این آب، آن را به سمت تجهیزات دیگر سیستم تهویه مطبوع می فرستد. چیلر با استفاده از مبرد ها ( فریون یا آمونیاک ) دمای آب در گردش را تا حد تعیین شده که باید بالاتر از نقطه انجماد باشد سرد می کند. البته در برخی از کاربردها که نیاز است دمای آب را تا حدود زیر صفر کاهش دهند از اتیلن گلایکول به جای آب استفاده  می کنند که نقطه انجماد حدود ۱۲- درجه سانتیگراد دارد.

چیلر (chiller) یک اصطلاح کلی برای دستگاهی است که دما را با استفاده از یک مایع در جریان مانند آب کنترل می کند. دمای خود این مایع واسط (آب) توسط سیکل تبرید تنظیم می گردد.

اجزای اصلی چیلر

برای ساخت و طراحی چیلر، از اجزای مختلفی استفاده می شود که هر کدام از این اجزا وظیفه خاصی داشته و در نهایت عملیات خنک کردن آب را انجام می دهند. آشنایی با این اجزا برای آشنایی بهتر با طرز کار دستگاه چیلر اهمیت زیادی دارد. از همین رو ما در این بخش، اصلی ترین اجزای چیلر را به شما معرفی خواهیم کرد:

1. کمپرسور: کمپرسور چیلر به عنوان اصلی ترین قسمت آن شناخته می شود. این دستگاه مبرد را فشرده کرده و آن را به حالت گاز با دما و فشار بالا تبدیل می کند. کمپرسور انواع مختلفی دارد و یکی از مهم ترین مؤلفه هایی است که قیمت چیلر و راندمان آن را تعیین می کند. در واقع بسیاری از چیلرها را براساس نوع کمپرسور آن ها دسته بندی می کنند مثلاً چیلر اسکرو یا پیستونی.
2. کندانسور: این دستگاه همانطور که از نامش پیداست وظیفه تقطیر ( گاز به مایع ) مبرد و خنک سازی آن ( سابکولینگ ) را بر عهده دارد. کندانسور چیلر هم مانند کمپرسور انواع مختلفی دارد که شامل آب خنک و هوا خنک هستند. چیلرها را می توان بر اساس نوع کندانسور آن ها هم دسته بندی کرد (در بخش های بعدی به این موضوع می پردازیم).
3. شیر انبساط: شیر انبساط یا اکسپنشن ولو یک شیر مدولار است که مبرد مایع شده در کندانسور را در اواپراتور توسط کاهش فشار ناگهانی مجدداً به گاز تبدیل می کند که این فرآیند موجب خنک سازی آب یا سیال درون اواپراتور می گردد. شیر انبساط دارای انواع مختلفی می باشد که در چیلر ها معمولاً از دو نوع الکترونیکی و ترمواستاتیکی استفاده می شود. نوع الکترونیکی آن دارای دقت بالاتری بوده و همچنین قیمت بالاتری دارد.
4. اواپراتور: اواپراتور یکی دیگر از تجهیزات مهم در دستگاه چیلر است که محیط لازم برای انتقال گرمای آب به مبرد را فراهم می کند. در واقع مبرد با تبخیر شدن در اواپراتور، گرمای آب را میگیرد و دمای آن را کاهش می دهد. در زیر تصویر یک اواپراتور ساخته شده از لوله مسی را ملاحظه می کنید که مبرد در داخل لوله مسی جریان داشته و آب پیرامون لوله های مسی گردش می کند.

در اواپراتور، مبرد گرمای آب را دریافت کرده و بعد از تبخیر مجدد، به سمت کمپرسور چیلر می رود. اواپراتور هم شامل دو نوع صفحه ای (Plate) و پوسته و لوله (Shell & Tube) است که نوع صفحه ای آن از راندمان بالاتری برخوردار است.

چیلر چگونه کار می کند؟

چیلرها برای خنک کردن آب مورد نیاز تجهیزات از سیکل تبرید استفاده می کنند. در دستگاه چیلر، مبرد به عنوان یک واسط برای انتقال حرارت آب یا اتیلن گلایکول به محیط اطراف عمل می کند.طرز کار چیلر به زبان ساده به این صورت است که گاز مبرد با فشار کم به کمپرسور وارد شده و فشار و دمای آن در کمپرسور افزایش پیدا خواهد کرد. سپس به کندانسور وارد می شود و در فشار ثابت حرارت خود را از دست داده و از گاز به مایع تغییر فاز می دهد. سپس مایع از طریق شیر انبساط وارد اواپراتور می شود و با کاهش فشار تبخیر شده گرمای آب را طی فرآیند تبخیر جذب کرده و در سیکل تبرید به سمت کمپرسور باز می گردد.

در این زمان، مبرد بیشترین پتانسیل را برای جذب گرما دارد و اواپراتور هم محیط لازم برای جذب گرمای آب توسط مبرد را فراهم می کند. در نهایت، حرارت آب به صورت کامل به مبرد انتقال داده شده و آب کاملاً خنک ( تا حدود ۴+ درجه سانتیگراد ) خواهد شد. سپس آب خنک به مسیر مصرفرفته  و مبرد گرم شده مجدداً به چرخه دستگاه چیلر بر می گردد.

مشخصات فنی چیلر

هر کدام از چیلرها براساس نوع، کاربرد و مدلی که دارند، از مشخصات فنی خاصی برخوردارند؛ بنابراین نمی توان مشخصات چیلر را به صورت ثابت و عمومی برای تمامی انواع چیلر عنوان کرد. اما به شما توصیه می کنیم در زمان خرید و انتخاب هرکدام از مدل های دستگاه چیلر به مشخصات فنی زیر توجه کنید:

• ظرفیت برودتی چیلر که نشان دهنده میزان توانایی چیلر در حذف گرما از سیال می باشد و با واحد های کیلووات، BTU/hr و تن تبرید اندازه گیری می شود.
• آب خنک یا هواخنک بودن چیلر
• حداقل دمای آب قابل تأمین
• نوع تابلو برق از نظر امکان اتوماسیون
• نوع شیر انبساط (ترمواستاتیکی یا الکترونیکی)
• ابعاد چیلر و محل نصب آن (داخلی یا خارجی)
• کیفیت و برند قطعات مورد استفاده
• نوع و برند کمپرسور (اسکرال، پیستونی یا اسکرو)
• استانداردهای مورد استفاده در ساخت چیلر
• قیمت دستگاه چیلر
• شرایط فروش، گارانتی و خدمات پس از فروش

در نتیجه مشخصات فنی چیلر وابسته به نیاز های کاربری و محدودیت های اجرایی می باشد. به عنوان مثال اگر دمای سیال کمتر از ۱+ درجه سانتیگراد مورد نیاز باشد می بایست از اتیلن گلایکول به جای آب استفاده کرد. در مثالی دیگر اگر آب جهت خنک سازی مبرد در دسترس نباشد چیلر باید به صورت هوا خنک طراحی گردد.

انواع کاربری چیلر

چیلرها در مکان های گوناگون و برای مصارف مختلف صنعت تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرند. اما به طور کلی می توان انواع کاربری چیلر را به دو دسته زیر تقسیم کرد:

• سیستم تهویه مطبوع
• کاربردهای صنعتی

در واقع چیلر گرما را از آب به محیط پیرامون منتقل کرده و باعث کاهش دمای آن می شود. پس هر جا که نیاز به آب سرد باشد می توان از چیلر استفاده کرد. چیلر ها با ساختارهای متفاوت همگی یک وظیفه دارند و آن کاهش و کنترل دمای آب یا یک سیال واسط دیگر مثل اتیلن گلایکول می باشد.

کاربرد چیلر در تهویه مطبوع

در سیستم های تهویه مطبوع آب یا سیال (اتیلن گلایکول) خنک شده توسط چیلر به سمت مبدل های حرارتی ( فن کویل، هواساز و …) پمپ می شوند و هوای فضای مربوطه را خنک می کنند. سپس آب به سمت چیلر باز می گردد تا مجدداً  خنک شود. چیلر در تهویه مطبوع می تواند ظرفیت برودتی حدود ۵۰ کیلووات تا ۲۱ مگاوات (ساخته شده توسط شرکت YORK) داشته باشد.

کاربرد چیلر در صنعت

کاربرد چیلر در صنعت، شامل خنک کردن دستگاه ها، ماشین آلات، تجهیزات آزمایشگاهی و فرآیندها می باشد. چیلر در صنعت اکثراً در صنایعی مانند ریخته گری، صنایع غذایی و دارویی، صنعت پلاستیک و قالب سازی، صنایع کاغذ، صنایع سیمان، سیستم های وکیوم، دستگاه های X-ray، صنایع نیمه رساناها و توربین های تولید برق کاربرد دارند.

چیلر در کاربردهای صنعتی می تواند مرکزی باشد یعنی یک چیلر به چندین نیاز سرمایشی سرویس می دهد. همچنین می تواند به صورت مستقل برای هر نیاز از یک چیلر متفاوت استفاده کرد. که هر کدام از این روش ها دارای مزایا و معایب خاص خودشان می باشند.

چیلر یک دستگاه مکانیکی است که گرما را از یک مایع (معمولاً آب یا مخلوط آب و گلایکول) حذف می کند تا مایع سرد شده برای خنک کردن فضا یا تجهیزات مورد استفاده قرار بگیرد. چیلرها با گردش مایع از طریق سیستمی که شامل کمپرسور، کندانسور و اواپراتور است کار می کنند.  

 انواع چیلر، مقایسه انواع چیلر

دسته بندی های مختلفی برای چیلرها وجود دارد، اما به طور کلی می توان انواع چیلر را به دو دسته کلی چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم کرد. هرکدام از این دو دسته هم خود به زیر دسته های مختلفی تقسیم خواهند شد. البته برخی از افراد یک دسته دیگر به نام مینی چیلر را هم برای انواع چیلرها در نظر می گیرند. اما این دسته بندی درست نیست؛ چرا که مینی چیلر به چیلرهایی با ظرفیت پایین گفته می شود که برای کاربردهای  مسکونی سبک مورد استفاده قرار می گیرند و معمولاً از نوع تراکمی می باشند.

چیلر پیستونی یا تراکمی برای خنک سازی دستگاه های تهویه از کمپرسور و فشره سازی مبرد استفاده می کند. اما در چیلرهای جذبی کمپرسور وجود ندارد و آب در این چیلرها با استفاده از ژنراتور خنک می شود. ما در این بخش به معرفی انواع چیلر جذبی و چیلر تراکمی پرداخته و آن ها را با هم مقایسه می کنیم.

انواع چیلر تراکمی

انواع چیلر تراکمی از نظر نوع کمپرسور

چیلرهای تراکمی از نظر نوع کمپرسور شامل موارد زیر هستند:

۱- چیلر اسکرال: در این نوع چیلر همانطور که از نامش پیداست، از کمپرسور اسکرال استفاده می شود که نسبت به کمپرسورهای دیگر ابعاد و ظرفیت کمتری دارند. معمولاً برای طراحی چیلر برای مصارف مسکونی و یا محیط های صنعتی کوچک که به ظرفیت کمتری نیاز دارند، از این چیلر استفاده می شود.

۲- چیلر اسکرو: این نوع چیلر از عملکرد بی نظیر و راندمان بالایی برخوردار بوده و همچنین ظرفیت بسیار زیادی هم دارد. ظرفیت کمپرسورهای به کار رفته در این نوع چیلر، بین ۶۰ تا ۵۰۰ تن تبرید است. بدیهی است که قیمت چیلر اسکرو از چیلر اسکرال بیشتر باشد. از این نوع چیلر در مصارف صنعتی و مسکونی بلند مرتبه استفاده می شود. ظرفیت این نوع چیلر از ۱۰ درصد تا ۱۰۰ درصد با پله های ۱ درصدی قابل کنترل است.

۳- چیلر پیستونی یا رفت و برگشتی: در چیلر های پیستونی از کمپرسور های پیستونی استفاده می شوند. ظرفیت این چیلر ها از ۵ تن تبرید تا حدود ۴۰ تن تبرید می باشد که می توان در یک چیلر از چند کمپرسور جهت دستیابی به ظرفیت مورد نظر استفاده کرد.

۴. چیلر سانتریفیوژ: کمپرسور این نوع چیلرها از راندمان بالا و مصرف انرژی کم برخوردار است. این نوع چیلر طول عمر و کیفیت بسیار زیادی هم دارد و یکی از انواع چیلر تراکمی محبوب به شمار می رود. البته قیمت چیلر تراکمی سانتریفیوژ به نسبت بسیار بالاست و فقط در برخی از پروژه های خاص از آن استفاده می شود.

انواع چیلر تراکمی از نظر نوع کندانسور:

همانطور که در بخش های قبلی هم توضیح دادیم، کندانسور وظیفه دارد با کاهش دمای مبرد از طریق انتقال آن به محیط یا آب، آن را به حالت مایع تبدیل کند. این تجهیز ممکن است این کار را به دو صورت انجام دهد: اول اینکه دمای مبرد را به کمک مجاورت با آب از بین برده و دوم اینکه مبرد را در مجاورت هوا قرار داده تا دمای آن پایین بیاید. با توجه به این توضیحات می توان گفت چیلرهایی که کندانسور آن ها از هوا استفاده می کند چیلر هوا خنک، و چیلرهایی که کندانسور آن ها از آب استفاده می کند چیلر آب خنک نامیده می شوند.

چیلر آب خنک: این نوع چیلرها از یک برج خنک کننده استفاده می کنند که گرمای مبرد را از طریق مجاورت آن با آب در کندانسور می گیرد و آن آب را به برج خنک کننده بر می گرداند تا دمای آن نیز کاهش یابد. توجه داشته باشید که این آب برای خنک کردن مبرد و تبدیل آن به مایع کاربرد دارد و با آبی که قرار است در کل چیلر خنک شود فرق می کند. چیلر های آب خنک قابلیت نصب در فضای داخلی موتورخانه را دارا می باشند و نیازی به گردش هوا ندارند.

راندمان این چیلرها از نوع هوایی بیشتر است، اما برای کار به آب نیاز دارند البته توجه داشته باشید که این آب مصرف نمی شود بلکه بخشی از در پروسه خنک شدن تبخیر می گردد. که این آب توسط فلوتر برج خنک کن جبران می گردد.

چیلر هوا خنک: این نوع چیلرها از نوع قبلی قیمت بالاتری دارند و معمولاً در محیط های باز نصب می شوند. لوله کشی این چیلرها بسیار ساده بوده و به برج خنک کننده نیازی ندارند. در اکثر مواقع از این چیلرها برای مناطق مرطوب و شرجی استفاده می شود. کندانسور چیلر های هوا خنک از لوله و فین تشکیل شده است که به کمک فن های نصب شده روی کویل گرمای مبرد را مستقیماً به هوای پیرامون منتقل می کنند.

انواع چیلر تراکمی از نظر نوع مبرد:

مبرد مورد استفاده در چیلرها می تواند از خانواده فریون ها (R-22,R-134A,R-404A) و یا آمونیاک (R717) باشد. مبرد فریون برای مینی چیلر ها و چیلر های با ظرفیت کمتر با کاربری تهویه مطبوع مسکونی گزینه مناسبی می باشند. خواص ترمودینامیکی آمونیاک به شکل قابل توجهی بهتر از فریون ها می باشد بنابراین استفاده از آمونیاک به عنوان مبرد باعث کاهش هزینه خرید دستگاه چیلر و مصرف برق می باشد. اما استفاده از چیلر آمونیاکی با توجه به نیاز های نگهداری معمولاً در ظرفیت بالا توجیه پذیر می باشد.

انواع چیلر جذبی

چیلر جذبی را می توان بر اساس معیارهای گوناگون به سه دسته کلی تقسیم کرد. این سه دسته هم مانند مدل قبلی، شامل زیر دسته های خاص خود هستند. دسته بندی چیلر جذبی عبارتند از:

1. دسته بندی از نظر نوع عملکرد: شامل چیلرهای تک اثره و دو اثره
2. دسته بندی از نظر انرژی مصرفی: شامل چیلرهای شعله مستقیم و شعله غیر مستقیم

چیلرهای جذبی از انرژی گرمایی (آب گرم یا بخار) برای تولید سرما استفاده می کنند. این چیلر ها قطعات متحرک کمتری نسبت به چیلرهای تراکمی دارند و نیاز به نگهداری و تعمیرات آن ها نیز طبیعتاً کمتر خواهد بود. چیلر های جذبی تقریباً بدون لرزش بوده و سطح تولید صدای بسیار کمتری نسبت به چیلر های تراکم دارند.ولی برای استفاده از این چیلر ها نیاز به تأمین آبگرم توسط دیگ آبگرم و یا بخار توسط دیگ بخار می باشد البته برخی از چیلر های جذبی به صورت مستقیم با شعله کار می کنند که به آنها چیلر جذبی دایرکت فایر نیز گفته می شود.

مقایسه چیلر جذبی و چیلر تراکمی

یکی از اصلی ترین سوالات اکثر افراد این است که چیلرهای تراکمی بهترند یا چیلرهای جذبی. در پاسخ به این سوال باید گفت که شما باید انواع چیلر را با توجه به ویژگی های آن بررسی و مقایسه کرده و سپس با توجه به شرایط خود و کاربردهای مورد انتظار، بهترین گزینه را برای خرید انتخاب کنید. ما در این جا چیلرهای تراکمی و جذبی را از جوانب مختلف مورد مقایسه قرار می دهیم:

• ضریب عملکرد: ضریب عملکرد به میزان مصرف انرژی و راندمان یک چیلر اشاره دارد. در شرایط یکسان، ضریب عملکرد چیلر تراکمی بین ۳/۵ تا ۶ است (با توجه به نوع کمپرسور). اما چیلر جذبی ضریب عملکردی معادل ۱/۴ دارد.
• وزن و ابعاد: ابعاد چیلر جذبی در ظرفیت برابر تقریباً دو برابر چیلرهای تراکمی بوده و فضای زیادی را اشغال می کند.
• قیمت چیلر: قیمت چیلر جذبی نسبت به چیلر تراکمی بالاتر است. در واقع این نوع چیلر به دلیل قیمت و ابعاد بزرگتر و پیش نیاز های آن فقط در موارد خاصی مورد استفاده قرار می گیرد.
• مصرف انرژی: از نظر مصرف انرژی و آب هم چیلرهای جذبی مصرف بیشتری نسبت به چیلرهای تراکمی دارند.
• تولید صدا: چیلرهای جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی دارای صدای کمتری در حین کار هستند.

بنابر موارد مقایسه ای بالا می توان گفت که چیلر های جذبی معمولاً برای کاربری هایی از قبیل بیمارستان ها که دیگ آبگرم و بخار در آن ها باید وجود داشته باشد و البته سر و صدای کمتری نیز دارند توجیه پذیر است. ولی با توجه به راندمان پایینتر و قیمت بالاتر چیلر های جذبی عمدتاً استفاده از چیلر های تراکمی در ۹۰ درصد مواقع از نظر فنی و مالی توجیه بهتری دارد.

لیست قیمت چیلر

قیمت چیلر براساس عوامل مختلفی تعیین می شود و قیمت هر مدل با مدل های دیگر تفاوت دارد. از همین رو نمی توان قیمت ثابتی برای این دستگاه اعلام کرد. لیست زیر صرفاً جهت اطلاع از قیمت حدودی دستگاه چیلر درج شده است لذا جهت اطلاع از قیمت دقیق دستگاه چیلر با کارشناسان مجموعه برودت کار اطلس در ارتباط باشید.در ادامه برخی از مهم ترین عواملی که روی قیمت این دستگاه تاثیر می گذارند را به شما معرفی خواهیم کرد.