تجهیزات صنعتی (برج - چیلر)

چیلر تراکمی چیست؟

چیلرهای تراکمی به طور گسترده در سیستم های تهویه مطبوع تجاری و صنعتی برای تامین سرمایش ساختمان ها، مراکز داده، بیمارستان ها و سایر تاسیسات استفاده می شوند. آنها از فرایند تبرید استفاده نمود و با فشرده سازی یک گاز مبرد کار می کنند که پس از انبساط از طریق یک سیم پیچ تبخیرکننده، گرما را جذب می کند. این فرآیند هوای اطراف سیم پیچ را خنک می کند و تهویه هوا را برای فضا فراهم می کند. در این مقاله، انواع چیلرهای تراکمی و عوامل موثر بر عملکرد آنها را مورد بحث قرار خواهیم داد.

انواع چیلر تراکمی:

دو نوع اصلی چیلر تراکمی وجود دارد: چیلر رفت و برگشتی و گریز از مرکز. چیلرهای رفت و برگشتی از پیستون و سیلندر برای فشرده سازی گاز مبرد استفاده می کنند، در حالی که چیلرهای گریز از مرکز از یک پروانه چرخان برای ایجاد نیروی گریز از مرکز استفاده می کنند که گاز را فشرده می کند.

چیلرهای تراکمی رفت و برگشتی معمولا کوچکتر و کارآمدتر از چیلرهای تراکمی گریز از مرکز در ظرفیت های پایین تر هستند. آنها همچنین کم صداتر هستند و طول عمر بیشتری دارند، اما به دلیل طراحی مکانیکی پیچیده ای که دارند نیاز به نگهداری بیشتری دارند. از طرف دیگر چیلرهای گریز از مرکز برای بارهای خنک کننده بزرگتر مناسب تر هستند و می توانند دما و فشار بالاتری را تحمل کنند. با این حال، آنها اغلب از چیلرهای رفت و برگشتی پر سر و صداتر و کم مصرف تر هستند.

عوامل موثر بر عملکرد چیلر:

عوامل متعددی بر عملکرد چیلرهای تراکمی تأثیر می گذارد، از جمله:

نوع مبرد:

نوع مبرد استفاده شده در چیلر تراکمی می تواند تاثیر بسزایی در کارایی و عملکرد آن داشته باشد. برخی از مبردها مانند R22 به دلیل تأثیر منفی آنها بر محیط زیست به تدریج حذف شده اند. مبردهای جدیدتر مانند R410A و R134a سازگارتر با محیط زیست هستند و راندمان بالاتری دارند.

بار خنک کننده:

اندازه بار خنک کننده نیز بر عملکرد چیلر تراکمی تأثیر می گذارد. اگر بار خنک کننده برای چیلر تراکمی بسیار کم باشد، عملکرد ناکارآمدی خواهد داشت و انرژی را هدر می دهد. برعکس، اگر بار خنک کننده برای چیلر تراکمی بیش از حد زیاد باشد، برای نگه داشتن چیلر مشکل دارد و ممکن است خنک کننده کافی را تامین نکند.

دمای محیط:

دمای محیط نیز بر عملکرد چیلر تراکمی تأثیر می گذارد. اگر دمای محیط بیش از حد بالا باشد، چیلر تراکمی باید سخت‌تر کار کند تا به اثر خنک‌کننده مطلوب برسد. این می تواند بازده آن را کاهش دهد و مصرف انرژی آن را افزایش دهد.

نرخ جریان آب:

سرعت جریان آب از طریق سیم پیچ اواپراتور چیلر تراکمی نیز بر عملکرد تأثیر می گذارد. اگر سرعت جریان خیلی کم باشد، چیلر ممکن است نتواند گرمای کافی را از هوا جذب کند و ظرفیت خنک کنندگی آن کاهش می یابد. اگر سرعت جریان خیلی زیاد باشد، چیلر ممکن است با گردش آب بیشتر از حد لازم، انرژی را هدر دهد.

دمای آب سرد:

دمای آب سرد خروجی از چیلر تراکمی نیز بر عملکرد آن تأثیر می گذارد. اگر دما خیلی گرم باشد، چیلر تراکمی باید سخت‌تر کار کند تا به اثر خنک‌کننده مطلوب برسد. این می تواند بازده آن را کاهش دهد و مصرف انرژی آن را افزایش دهد.

نگهداری:

تعمیر و نگهداری منظم برای اطمینان از عملکرد مطلوب چیلر تراکمی ضروری است. فیلترهای کثیف، گرفتگی لوله ها و قطعات فرسوده همگی می توانند باعث کاهش راندمان و افزایش مصرف انرژی شوند. بازرسی و تمیز کردن منظم می تواند به جلوگیری از این مشکلات و افزایش عمر چیلر تراکمی کمک کند.

معیارهای عملکرد چیلر تراکمی:

چندین معیار برای ارزیابی عملکرد چیلر تراکمی استفاده می شود، از جمله:

ضریب عملکرد (COP):

COP نسبت خروجی خنک کننده به انرژی ورودی را اندازه گیری می کند. COP بالاتر نشان دهنده چیلر کارآمدتر است. COP به صورت زیر محاسبه می شود:

COP = خروجی خنک کننده (کیلووات) / ورودی انرژی (کیلووات)

نسبت بهره وری انرژی (EER):

EER ظرفیت خنک کننده چیلر تراکمی تقسیم بر مصرف برق آن را اندازه گیری می کند. EER بالاتر نشان دهنده چیلر کارآمدتر است. EER به صورت زیر محاسبه می شود:

EER = ظرفیت خنک کننده (BTU/hr) / مصرف برق (W)

مقدار بار بخشی یکپارچه (IPLV):

IPLV معیاری برای سنجش راندمان چیلر در شرایط بار جزئی است. بارهای خنک کننده متفاوتی که ممکن است یک چیلر در طول روز با آن مواجه شود را در نظر می گیرد و میانگین راندمان را محاسبه می کند. هرچه IPLV بالاتر باشد، چیلر در بارهای جزئی کارآمدتر است.

نحوه تعیین ظرفیت چیلر :

همانطور که می دانیم اصولا در واحدهای علمی و فروشگاه ها و مغازه های تجهیزات صنعتی از ظرفیت اسمی چیلر برای معرفی دستگاه چیلر استفاده می شود؛ در واقع در عمل برای مناسب بودن چیلر مشخص شده برای هر مکانی باید ظرفیت واقعی مد نظر باشد. جهت محاسبه ظرفیت چیلر نیازی نیست از کاربردهای آن و یا نوع آن اطلاعی بسیار دقیقی داشته باشید بلکه تعیین ظرفیت چیلر از طریق 3 مولفه زیر صورت می پذیرد :

1- دمای آب ورودی به ساختمان چیلر

2- دمای آب خروجی از ساختمان چیلر و دمای مورد نیاز

3- شدت جریان آب در ساختمان چیلر

ظرفیت چیلر و عددی که برای آن عنوان میشود از جمله مواردی است که برای طراحی و انتخاب چیلرهای جذبی و یا تراکمی بایستی به آن ها استناد کرد. برای رسیدن به نحوه محاسبه ظرفیت چیلر نیاز به اطلاعاتی مثل تفاوت دمای ورود و خروج آب و شدت جریان سیال خواهیم داشت. این محاسبات اغلب بر اساس سیستم امریکایی بیان می شود. در صنایع گاهی از تن تبرید برای بیان ظرفیت چیلر کمک گرفته می شود که به راحتی پس از مشخص کردن ظرفیت چیلر می توانید آن را به تن تبرید تبدیل نمود. نکتۀ مهم و حائزه اهمیت در تعیین ظرفیت چیلر این است که ، این ظرفیت تنها ظرفیت اسمی چیلر می باشد. ظرفیتی که در شرایط استاندارد تعیین می شود و برای خرید و فروش و طراحی مورد استفاده قرار می گیرد. این در حالی است که ظرفیت واقعی چیلر در شرایط عملی و با توجه به دمای محیط و دیگر عوامل محیطی باید تعیین شود؛ که می تواند بالاتر و یا پایین تر از ظرفیت اسمی دستگاه باشدما براساس تجریه دریافته ایم که در اکثر اوقات ظرفیت واقعی پایین تر از ظرفیت اسمی چیلر می باشدبطور مثال زمانی که می گویند یک چیلر با ظرفیت واقعی20تن تبرید نیاز می باشد باید چیلر ی با ظرفیت 25 تن تبرید برای مجموعه تهیه کرد تا به نتیجه مطلوب رسید.

باید بدانید که در محاسبۀ ظرفیت چیلر در بازار بیشتر مواقع از سیستم متریک استفاده نمی شود و از سیستم امریکایی بهره گرفته می شود. برای مثال تفاوت دمای آب باید بر حس درجۀ فارنهایت بیان شود و شدت جریان آب نیز اغلب بر حسب گالن بر دقیقه محاسبه می گردد. فرمول کلی تعیین و محاسبه ظرفیت چیلر به قرار زیر است:

Q=Cp*p*V*dT

• در فرمول فوق Q نشان دهندۀظرفیت چیلر است.
• Cp ظرفیت گرمایی ویژه آباست؛ که در سیستم امریکایی واحد آن Btu/lb.F است.
• P نیزچگالی آب است که در واحد امریکایی 33 بوده و واحد آن پوند بر گالن (lb/gallon) است.
• V نیزحجم چیلر است و در سیستم امریکایی بر حسب گالن تعریف می شود.
• dT نیز که اختلاف دمای آب یا سیال در زمان ورود و خروج از سیکل چیلر است.

نتیجه:

چیلرهای تراکمی جزء ضروری سیستم های تهویه مطبوع تجاری و صنعتی هستند. نوع چیلر، مبرد مورد استفاده، بار خنک‌کننده، دمای محیط، سرعت جریان آب، دمای آب سرد و نگهداری همگی بر عملکرد چیلر تأثیر می‌گذارند. معیارهایی مانند COP، EER، و IPLV را می توان برای ارزیابی کارایی چیلر و کمک به صاحبان ساختمان و مدیران تأسیسات در تصمیم گیری آگاهانه در مورد سیستم های HVAC استفاده کرد. نگهداری و نگهداری مناسب همچنین می تواند به افزایش عمر چیلر و کاهش مصرف انرژی و هزینه های عملیاتی کمک کند.

انواع برج خنک کننده:

برج های خنک کننده جزء ضروری در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و تجاری هستند که نیاز به خنک کننده دارند. آنها با دفع گرما از یک سیال فرآیند (معمولاً آب) به محیط کار می کنند. دو نوع اصلی از برج های خنک کننده وجود دارد: برج های خنک کننده با جریان متقاطع و برج های خنک کننده جریان مخالف.

برج خنک کننده کراس فلو:

یک برج خنک کننده جریان متقاطع که به عنوان برج خنک کننده جریان افقی نیز شناخته می شود، با کشیدن هوا در سراسر جریان عمودی آب کار می کند. در این نوع برج خنک کننده، آب از قسمت بالا وارد برج می شود و از روی یک سری نوارهای افقی به نام فیل جریان می یابد. پر کننده سطح وسیعی را برای پخش شدن آب فراهم می کند و یک لایه نازک ایجاد می کند که تماس با هوا را به حداکثر می رساند. همانطور که هوا در سراسر پر کشیده می شود، گرما را از آب می گیرد و باعث تبخیر می شود. این تبخیر باعث انتقال گرما از آب به هوا می شود.

سپس هوا از طریق یک یا چند دهانه در بالای سازه از برج خنک کننده خارج می شود. برخی از برج های خنک کننده جریان متقاطع دارای ویژگی های اضافی مانند لوورها یا حذف کننده های رانش هستند که به کنترل جهت و میزان جریان هوا کمک می کنند. لوورها را می توان برای تنظیم مقدار هوای ورودی به برج تنظیم کرد، در حالی که حذف کننده های رانش قطرات آبی را که توسط جریان هوا از برج خارج می شود را می گیرند.

یکی از مزایای برج های خنک کننده جریان متقاطع اندازه جمع و جور آنهاست. از آنجایی که جریان هوا بر جریان آب عمود است، برج‌های خنک‌کننده جریان متقاطع را می‌توان بلندتر از عرض آن‌ها ساخت و آن‌ها را برای تاسیساتی با فضای محدود ایده‌آل می‌کند. نگهداری برج های خنک کننده جریان متقاطع نیز نسبتاً آسان است، با حداقل قطعات متحرک و روش های تمیز کردن ساده.

با این حال، یکی از معایب برج های خنک کننده جریان متقاطع این است که کارایی کمتری نسبت به برج های خنک کننده جریان مخالف دارند. از آنجایی که جریان هوا موازی با زمین است، هوای ورودی به اندازه یک برج خنک کننده جریان مخالف زمان زیادی برای تماس با آب ندارد. این به این معنی است که برج های خنک کننده جریان متقاطع نیاز به ردپای بزرگ تری دارند تا به همان سطح خنک کننده برج خنک کننده جریان مخالف دست یابند.

برج خنک کننده جریان مخالف:

یک برج خنک کننده با جریان مخالف که به عنوان قائم نیز شناخته می شود در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و تجاری که نیاز به خنک‌سازی دارند، جزء ضروری هستند. آنها با کشیدن هوا از طریق برج در جهت مخالف جریان آب کار می کنند. در این نوع برج خنک کننده، آب از طریق نازل هایی که در بالای سازه قرار دارند وارد برج می شود و روی یک سری صفحات پرکننده عمودی به پایین جریان می یابد. همانطور که آب از میان پر می شود، سطح بزرگی برای تماس با هوای ورودی ایجاد می کند.

هوا توسط یک فن از پایین برج خنک کننده به داخل کشیده می شود و از طریق ورقه های پرکننده به سمت بالا هدایت می شود، جایی که در تماس مستقیم با آب جاری رو به پایین قرار می گیرد. این تماس مستقیم منجر به راندمان انتقال حرارت بیشتر از برج خنک کننده با جریان متقاطع می شود زیرا جریان هوا قبل از خروج از برج زمان بیشتری برای تماس با آب دارد.

طراحی و ساخت برج خنک کننده جریا مخالف:

برج های خنک کننده ضد جریان در اندازه ها و طرح های مختلف برای رفع نیازهای خاص کاربردهای مختلف موجود هستند. رایج ترین طرح دارای پوسته استوانه ای یا مستطیلی است که از موادی مانند فایبرگلاس، بتن یا فلز ساخته شده است. اجزای داخلی برج شامل یک سیستم توزیع است که آب را روی پرکننده توزیع می کند و یک سیستم فن که هوا را از طریق پر می کند.

یکی از اجزای کلیدی یک برج خنک کننده جریان مخالف، مواد پرکننده است. پر کننده سطح وسیعی را برای پخش شدن آب فراهم می کند و یک لایه نازک ایجاد می کند که تماس با هوا را به حداکثر می رساند. پرکننده را می توان از مواد مختلفی از جمله پلاستیک، فلز و چوب تهیه کرد و در اشکال، اندازه ها و پیکربندی های مختلف موجود است. انتخاب ماده پر کننده به نیازهای خاص برنامه مانند کیفیت آب، سرعت جریان و نیازهای راندمان خنک کننده بستگی دارد.

یکی دیگر از جنبه های مهم طراحی برج خنک کننده جریان ضد جریان، حذف کننده رانش است. حذف کننده های رانش هر قطره آبی را که توسط جریان هوا از برج خارج می شود را می گیرند و از فرار آنها به محیط جلوگیری می کنند. این امر به حفظ آب و کاهش خطر آلودگی محیطی کمک می کند.

بهره وری انرژی برج ضد جریان:

یکی از مزیت های اصلی برج های خنک کننده جریان مخالف، راندمان بالای آنها است. از آنجایی که جریان هوا موازی با جریان آب است، آنها می توانند نرخ انتقال حرارت بهتری را نسبت به برج های خنک کننده جریان متقاطع ارائه دهند. علاوه بر این، برج‌های خنک‌کننده جریان مخالف به آب کمتری نسبت به برج‌های خنک‌کننده جریان متقاطع نیاز دارند، که آن‌ها را برای مناطقی با منابع آب محدود ایده‌آل می‌کند.

کارایی یک برج خنک کننده با جریان مخالف به عوامل مختلفی از جمله طراحی برج، اندازه و نوع ماده پرکننده و سرعت جریان آب بستگی دارد. برج باید طوری طراحی شود که زمان تماس کافی بین آب و هوای ورودی را فراهم کند و در عین حال افت فشار را به حداقل برساند و جریان هوا را به حداکثر برساند.

الزامات تعمیر و نگهداری برج خنک کننده ضد جریان:

برج‌های خنک‌کننده جریان مخالف نسبت به برج‌های خنک‌کننده جریان متقاطع نیازهای تعمیر و نگهداری پیچیده‌تری دارند، با قطعات متحرک بیشتر و خطر رسوب‌گیری بیشتر. نگهداری منظم برای اطمینان از عملکرد خنک کننده بهینه و طول عمر تجهیزات بسیار مهم است. این شامل بازرسی‌های معمول، تمیز کردن پرکننده‌ها و حذف کننده‌های رانش، و نظارت بر شیمی آب است.

یکی از مسائل کلیدی تعمیر و نگهداری در برج های خنک کننده جریان مخالف، رسوب گیری است. رسوب گیری زمانی اتفاق می افتد که خاک، زباله و سایر آلاینده ها روی سطح مواد پر کننده جمع می شوند و کارایی آن را در انتقال گرما کاهش می دهند. برای جلوگیری از رسوب، تمیز کردن منظم پرکننده ضروری است.

یکی دیگر از نکات مهم نگهداری، وضعیت سیستم فن است. تیغه های فن و موتور باید به طور مرتب بازرسی شوند تا اطمینان حاصل شود که آنها به درستی کار می کنند و آسیب یا سایش ندارند.