دماتجهیز: انواع چیلرها و ارتباط آن‌ها با کولینگ تاور

چیلر دستگاهی است که وظیفه خنک کردن آب مورد نیاز سیستم‌های سرمایشی را بر عهده دارد. چیلرها با استفاده از یک ماده مبرد (سرمازا) در سیکل تبرید، ‌سیال دیگری را (آب) را برای مصرف در کل سیستم خنک می‌کند. آبی که توسط چیلرها خنک می‌شود از طریق لوله‌های رابط به دستگاه‌های تهویه مطبوع مانند فنکویل‌ها یا کویل‌های آب سرد هواسازها وارد می‌شود و پس از جذب گرمای محیط به چیلر باز می‌گردد و این گردش آب دائماً تکرار می‌شود. چیلرها همچنین در صنایع مختلفی مانند کارخانجات، سردخانه‌ها و... که نیاز به پائین آوردن دمای آب باشد نیز کاربردهای وسیعی دارند. چیلرها به دو نوع چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی (ابزوربشن) ‌تقسیم می‌شوند. ماده مبرد مورد استفاده در هر نوع از این چیلرها متفاوت است و به همین سبب تغییرات کلی دیگری در کل سیستم ایجاد می‌شود. به‌طور مثال ماده مبرد در ابزوربشن‌ها لیتیوم بروماید بوده و در چیلرهای تراکمی ماده مبرد انواع گازهای فریون است. به‌دلیل گستردگی مباحث چیلرهای جذبی در این مقاله فقط به نحوه عملکرد چیلرهای تراکمی می‌پردازیم.

به‌طور کلی چیلرهای تراکمی خود به دو نوع چیلرهای تراکمی هوایی (هوا خنک) و چیلرهای تراکمی آبی (آب خنک) تقسیم‌بندی می‌شوند. چیلرهای تراکمی دارای سه بخش اصلی کمپرسور (متراکم کننده Compressor)،‌کندانسور (تقطیر کننده Condenser)، و اواپراتور (تبخیر کننده  Evaporator) هستند.

چیلر آبی یا آب خنک به چیلری گفته می‌شود که ماده مبرد (که یکی از انواع گازهای فریون است) داخل کندانسور، به وسیله آب خنک می‌شود. فرایند انتقال حرارت در چیلر براساس «گرمای نهان تبخیر» انجام می‌شود؛ (گرمای نهان تبخیر مقدار گرمای لازم برای تبدیل یک کیلوگرم مایع به بخار است) صوررت می‌گیرد. در چیلرهای آب خنک، آب در دو قسمت نقش مهمی را بر عهده  دارد؛ اول به‌عنوان سیال خنک شونده در اواپراتور و دوم به‌عنوان سیال خنک‌کننده در کندانسور مورد استفاده قرار می‌گیرد. آبی که مبرد داخل کندانسور را خنک می‌کند خودش گرم می‌شود و دیگر قابل استفاده نیست؛ به همین دلیل نیاز است که دوباره خنک شود و مجددا وارد سیستم شود.

در کنار چیلرهای آبی‌نیاز به نصب تجهیزی به‌نام برج خنک‌کننده یا کولینگ تاور وجود دارد تا آبی که از چیلر خارج شده و سرمای خود را از دست داده است وارد کولینگ تاور شود و پس از خنک شدن از طریق لوله‌های خروجی برج خنک‌کننده دوباره جهت خنک کردن سیال وارد کندانسور چیلر شود. درنتیجه همیشه در کنار استفاده از یک چیلر تراکمی آب خنک، نصب یک برج خنک‌کننده (کولینگ تاور) با ظرفیت مناسب اجباری است.

چیلرهای آبی برای نصب در فضای باز ساخته نشده اند، لذا باید آن‌ها را داخل موتورخانه نصب کنید؛ به‌طوریکه هوای داخل موتورخانه تهویه مناسبی داشته باشد. اما کولینگ تاور باید خارج از موتورخانه نصب گردد و در مجاورت جریان هوای تازه قرار گیرد. اگر در سطح شهر نیز کمی دقت کنید ساختمان‌های نسبتا بزرگ زیادی را خواهید دید که در پشت بام آن‌ها برج‌های خنک‌کننده نصب شده است. البته در ساختمان‌هایی که ارتفاع زیادی دارند، به دلایلی نظیر رعایت فاصله مناسب از چیلر و موتورخانه، دسترسی بهتر و رعایت نکات ایمنی، نصب برج‌های خنک‌کننده در پشت‌بام انجام نمی‌شود بلکه در اطراف ساختمان، با رعایت اختلاف سطح نسبت به نصب برج‌های خنک‌کننده اقدام می‌شود.

لازم به یادآوری است در صورت استفاده از چیلرهای جذبی ظرفیت برج خنک‌کننده مورد نیاز نسبت به چیلر آبی مشابه، معمولاً ۱.۵ برابر بیشتر است.

از مهم‌ترین مزیت‌های نصب و استفاده از چیلرهای تراکمی آب خنک می‌توان به راندمان بالاتر و مصرف انرژی کمتر نسب به انواع چیلر تراکمی هوا خنک اشاره نمود. اما در کنار مزایای چشم‌گیری که نصب و استفاده از چیلرهای آبی به‌همراه دارد، معایب و مشکلاتی نیز وجود دارد که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

• کولینگ تاورها در سیستم تهویه مطبوع بر پایه چیلرهای آب خنک جزء تجهیزات جداناپذیر هستند؛ لذا خرید، نصب و راه‌اندازی برج خنک‌کننده و تعمیرات آن شامل: سرویس‌های دوره‌ای، تعویض دوره‌ای پکینگ برج خنک‌کننده و... هزینه بالایی را برای کارفرما ایجاد می‌کند.
• مصرف آب زیاد؛ هر برج خنک‌کننده به ازای هر تن تبرید ظرفیت چیلر حدود 15 لیتر در ساعت آب مصرف می‌کند؛ بعنوان مثال برج خنک‌کننده ای که به یک چیلر ۱۰۰ تن تبرید متصل است در هر ساعت حدود ۱۵۰۰ لیتر آب مصرف می‌کند و این مقدار مصرف در شرایط خشکسالی خصوصاً در ایران بسیار رقم بالایی به‌شمار می‌رود. این در صورتی است که نصب چیلرهای هواخنک تنها با استفاده از جریان هوا و عبور آن از بین کویل‌های حاوی گاز داغ، موجب تقطیر مبرد می‌شوند.
• اشغال فضا؛ اشکال دیگر سیستم‌های چیلر آب خنک اشغال فضای زیادی در موتورخانه مرکزی ساختمان است، درحالی‌که چیلرهای هواخنک با امکان نصب در پشت بام یا هر فضای دیگری که هوا جریان داشته باشد تمامی امکانات یک چیلر آبی را فراهم می‌سازد.
• چیلرهای تراکمی با کندانسور آبی یا همان چیلرهای آب خنک در محیط هایی که رطوبت نسبی هوا بالا است کارایی ندارد، درنتیجه برای استفاده از سیستم تهویه مطبوع چیلر در چنین شرایطی ناچار به نصب چیلرهای هواخنک هستیم.

هنگام طراحی سیستم‌های تاسیساتی و نوع تجهیزات مورد نیاز، پروژه از دیدگاه مختلف بررسی و نیاز سنجی می‌شود و در نهایت براساس نوع کاربری، مساحت تحت پوشش، منابع در دسترس (بودجه، سوخت و...)، اقلیم پروژه و... نوع سیستم تهویه مطبوع تعیین می‌گردد.

به‌طور مثال نوع سیستم‌های تهویه در ساختمان های بلند مرتبه شرایط خاصی را میپذیرد که می‌توانید جهت آشنایی بیشتر این مقاله را نیز مطالعه بفرمایید.