چیلر چیست ؟
سردکن یا «چیلر» (Chiller)، یکی دیگر از دستگاه‌های مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی است که به منظور تهویه مطبوع ساختمان‌ها و خنک کردن قطعات، ماشین آلات، آب تاسیسات بهداشتی، قالب های صنعتی، غذا و نوشیدنی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه‌ها طی سیکل تبرید، ماده مبرد را به منظور کاهش دمای محیط یا قطعات از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر منتقل می‌کند. آب، به عنوان متداول‌ترین ماده مبرد یا عامل کاهش دما در چیلرها شناخته می‌شود. البته در صورت نیاز به کاهش بیشتر دما می‌توان از مبردهای دیگری نظیر لیتیوم بروماید، آمونیاک یا اتیلن گلیکول استفاده کرد. محدوده ظرفیت چیلرهای مختلف بین 500 تا 9000 تن تبرید قرار دارد. چیلرهای مورد استفاده در ساختمان‌ها معمولا در بازه پایینی این محدوده قرار می‌گیرند.
چیلرها بر اساس مکانیزیم تبرید به دو گروه اصلی چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی تقسیم می‌شوند. هر یک از این دو گروه دارای انواع مختلفی هستند که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:
- انواع چیلر جذبی
- بر اساس تعداد چرخه تغلیظ: یک اثره، دو اثره یا سه اثره (مقیاس آزمایشگاهی)
- بر اساس مبرد و جاذب: مبرد آب و جاذب لیتیم بروماید یا مبرد آمونیاک و جاذب آب
- بر اساس منبع حرارتی ژنراتور: آب گرم/داغ، بخار، گاز داغ یا شعله مستقیم
- انواع چیلر تراکمی
- بر اساس ظرفیت و نوع کمپرسور: پیستونی، روتاری، اسکرال، اسکرو و سانتریفیوژ
- بر اساس نوع کندانسور: هوا خنک و آب خنک
اجزای چیلر کدام هستند؟
چیلرها از چهار بخش اصلی کمپرسور، اواپراتور، کندانسور و شیر انبساط تشکیل می‌شوند. تصویر زیر، بخش‌های مختلف چیلر تراکمی آب خنک را نمایش می‌دهد.
- کمپرسور
- کندانسور
- مخزن مبرد
- فیلتر خشک
- شیر برقی (شیر سلونوئید)
- شیر انبساطی (شیر کاهنده)
- انشعاب گاز داغ
- اواپراتور
- مخزن آب
- پمپ
- انشعاب آب
- گیج فشار بالا
- کلید تغییر وضعیت فشار بالا
- گیج فشار پایین
- کلید تغییر وضعیت فشار پایین
- کلید تغییر وضعیت جریان
- سنسور دما
- آب جبرانی
علاوه بر موارد بالا، امکان استفاده از اجزای دیگر برای کاربری‌ها و ظرفیت‌های مختلف نیز وجود دارد. به عنوان مثال، در سیکل تبرید چیلر می‌توان از برج خنک کن یا «برج خنک کننده» (Cooling Tower) برای کاهش دمای مبرد در مرحله کندانسور استفاده کرد. برج‌های خنک‌کننده در چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی آب خنک کاربرد دارند. این تجهیزات بر اساس معیارهای مختلف به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
- شکل: مکعبی یا استوانه‌ای
- جنس بدنه: فلزی یا فایبرگلاس
- جهت جریان هوا: متقاطع یا مخالف
- نوع تماس آب و هوا: مدار باز (تماس مسنقیم آب و هوا) یا مدار بسته
چیلر چگونه کار می کند ؟
چیلرها بر اساس یکی از سیستم‌های تبرید تراکمی یا تبرید جذبی کار می‌کنند. در بخش‌های قبلی، سیکل تبرید تراکمی را توضیح دادیم. سیستم تبرید جذبی از خاصیت جذب لیتیوم بروماید و آب کمک می‌گیرد. این سیستم از چهار بخش اصلی شامل مخزن جذب، ژنراتور، کندانسور و اواپراتور تشکیل می‌شود.
برای درک نحوه عملکرد سیستم چیلرهای جذبی، اصول زیر را در نظر بگیرید:
- با رسیدن آب به نقطه جوش، حالت آن از مایع به گاز (بخار) تغییر می‌کند. دمای جوش آب در فشارهای مختلف، متفاوت است. افزایش فشار، باعث افزایش دمای جوش و کاهش فشار، باعث کاهش دمای جوش می‌شود.
- با تغییر فشار درون چیلر جذبی، آب و لیتیوم بروماید به راحتی بین حالت مایع و گاز تغییر فاز می‌دهند. لیتیوم بروماید، نمکی در حالت مایع است که با اسپری کردن، به بخار آب جذب و با آن ترکیب می‌شود. وجود این نمک، فشار مورد نیاز برای بخار شدن آب را کاهش می‌دهد.
- افزایش دمای ترکیب آب و لیتیوم بروماید، جدا شدن این دو ماده از یکدیگر را در پی دارد. این جدایش با بخار شدن آب و ته نشین شدن لیتیوم بروماید صورت می‌گیرد.
تصویر بالا، اجزای اصلی چیلرهای جذبی را نمایش می‌دهد. با بهره‌گیری از اصول معرفی شده، سیکل تبرید جذبی به صورت زیر خواهد بود:
- ترکیب حدود 50 درصد لیتیوم بروماید و 40 درصد آب در محفظه جذب
- هدایت محلول از محظه جذب و مبدل حرارتی به ژنراتور توسط پمپ
- جمع شدن محلول به درون مخزن ژنراتور
- افزایش حرارت لوله‌های درون مخزن ژنراتور توسط منبع حرارتی (آب داغ یا بخار آب)
- جدایش آب و لیتیوم بروماید به دلیل افزایش حرارت
- بخار شدن آب و حرکت آن به سمت کندانسور
- ته نشین شدن لیتیوم بروماید مایع در کف مخزن ژنراتور و حرکت به سمت محفظه جذب برای تکرار فرآیند انحلال
- تبدیل بخار آب به مخلوط دوفازی در کندانسور
- جذب حرارت مخلوط دوفازی توسط لوله‌های متصل به برج خنک‌کننده یا هر منبع خنک‌کننده دیگر و تبدیل شدن مخلوط به مایع
- حرکت آب به سمت اواپراتور و کاهش شدید فشار و دمای آن در این مسیر توسط شیر انبساط
- عبور آب خنک از اواپراتور و جذب حرارت محیط (گرم شدن مجدد آب و سرد شدن محیط)
- بازگشت آب به محفظه جذب و تکرار فرآیندهای بالا
مزایا و معایب چیلر چه هستند؟
چیلرها تاسیسات سرمایشی نسبتا بزرگی هستند که هر یک از انوع آن‌ها از مزایای مختلفی بهره می‌برند. از این‌رو، برای درک بهتر مزایا و معایب چیلرها باید عملکرد انواع مختلف آن‌ها را مورد بررسی قرار داد.
- چیلرهای جذبی
- مزایا: مصرف پایین برق، طول عمر زیاد، صدا و لرزش پایین، گزینه‌های متعدد تامین انرژی (ژنراتورهای دیزلی، آب گرم، دود ناشی از سوختن، بخار و ترکیبی از این موارد)
- معایب: هزینه اولیه زیاد، خورندگی لیتیوم بروماید، ابعاد بزرگ، وزن بالا، فشار عملیاتی پایین، ضریب عملکرد نسبتا پایین، نیاز به برج خنک کننده بزرگ
- چیلرهای تراکمی
- مزایا: ابعاد نسبتا کوچک، حجم پایین مبرد در حال چرخش (هزینه اجرایی نسبتا پایین)، ضریب عمرکد بالا، کنترل آسان دمای اواپراتور، انتقال حرارات بالا، کوچک بودن ابعاد اواپراتور
- معایب: هزینه اولیه زیاد، مبرد گران، اثرات مخرب زیست محیطی و نیاز به کنترل برای جلوگیری از نشت مبرد
البته موارد اشاره شده در بالا برای زیرمجموعه‌های هر یک از انواع چلیرها متفاوت است. به عنوان مثال، چیلرهای آب خنک معمولا طول عمر بیشتر و عملکرد بهتری نسبت به چیلرهای هوا خنک دارند. در مجموع، چلیرها به عنوان یکی از پرکاربردترین تاسیسات سرمایشی از اهمیت بالایی در حوزه مهندسی مکانیک و تاسیسات برخوردار هستند.
هواساز چیست ؟
«هواساز» (Air Handler)، یکی از مهم‌ترین بخش‌های تاسیسات سرمایشی و به طور کلی سیستم‌های حراتی و برودتی است که به منظور تنظیم بارهای حرارتی/برودتی، تمیزی هوا، رطوبت و دیگر پارامترهای موثر بر تهیه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تجهیزات معمولا به عنوان یکی از اجزای سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی در کنار دیگر تجهیزات به کار برده می‌شود. البته امکان استفاده از هواساز به عنوان سیستم تهویه مجزا نیز وجود دارد.
معیارهای مختلفی برای تقسیم‌بندی انواع هواساز وجود دارد. بر اساس این معیار می‌توان هواسازها را به انواع زیر تقسیم کرد:
- کاربری: معمولی، هایژنیک (بهداشتی)
- محل نصب: سقفی و روفتاپ پکیج
- کنترل جریان هوا: هوا با حجم ثابت (CAV) یا هوا با حجم متغیر (VAV)
- محدوده کنترل تهویه: یک ناحیه‌ای یا چند ناحیه‌ای
- محل قرارگیری فن: پیش از کویل یا کنار کویل
- جهت خروجی جریان هوا: جلو، بالا یا پایین
- پیکربندی: افقی یا عمودی
اجزای هواساز چه هستند؟
هواسازها معمولا از داکت‌های ورود و خروج هوا، دمنده، لرزه‌گیر، کویل‌های مبدل حرارتی، فیلتر و محفظه اختلاط تشکیل می‌شوند. تصویر زیر، برخی از بخش‌های یک واحد هواساز در تاسیسات سرمایشی را نمایش می‌دهد.
- داکت ورود هوا
- دمنده یا فن: حرکت هوا در سیستم به صورت دهشی یا مکشی
- لزره‌گیر: جلوگیری از حرکت‌های اضافی هواساز و آلودگی‌های هوایی (غبار) یا صوتی ناشی از آن‌ها
- کویل‌های گرمایشی و یا سرمایشی: تغییر دما و طروبت هوای ورودی با توجه به محل تهویه
- فیلتر: گرفتن غبار و آلودگی‌های موجود در هوا با استفاده از اجزای قابل شستشوی فلزی، کیسه‌ای، کربن اکتیو و غیره
- محفظه اختلاط: ترکیب هوای بیرون و داخل هواساز برای دستیابی به دمای دلخواه
اجزای هواساز درون بدنه‌ای از از جنس ورق فولاد گالوانیزه با عایق حرارتی و صوتی قرار داده می‌شوند. علاوه بر موارد بالا، امکان به کارگیری اجزای زیر در هواساز وجود دارد:
- دمپر: تنظیم کننده دبی هوای ورودی به هواساز
- رطوبت زن: تامین رطوبت سیستم با استفاده از مکانیزم‌های مختلفی نظیر روش تبخیری، آلتراسونیک، اسپری و رسانشی (مانند پوشال کولر آبی)
- کنترلر: تنظیم و مدیریت تمام ویژگی‌های مرتبط با هوا نظیر نرخ جریان هوا، دمای هوای ورودی، دمای هوای مخلوط شده، رطوبت و کیفیت کلی هوا
- دستگاه بازیابی حرارت: ذخیره انرژی و افزایش ظرفیت هواساز توسط جانمایی مبدل حرارتی بین هوای وروی و خروجی
علاوه بر موارد بالا، هواسازهای از اجزای دیگری نظیر کنترلر، ترموستات، شیرهای برقی محفظه اختلاط و غیره نیز تشکیل می‌شوند. در مجموع، هر یک از اجزای هواساز بر روی عملکرد بهینه سیستم سرمایشی تاثیرگذار هستند.
هواساز چگونه کار می کند ؟
هواساز طی فرآیند مکش، فیلتر، تنظیم دما و افزایش رطوبت هوای آزاد و دهش آن به کانال تهویه کار می‌کند. تصویر زیر، نمای کلی سیستم تهویه ساختمان به وسیله هواساز را نمایش می‌دهد.
مزایا و معایب هواساز چه هستند؟
از اصلی‌ترین مزایای هواساز می‌توان به کیفیت بالای هوای داخل ساختمان علاوه بر تامین سرمایش یا گرمایش مورد نیاز اشاره کرد. این تاسیسات سرمایشی و گرمایشی، امکان تنظیم رطوبت محیط را نیز فراهم می‌کند. سرمایش آسان طبقات بالایی ساختمان‌های بلند، کاهش انرژی مصرفی، بازدهی بالا و کاربری‌های متنوع از دیگر مزایای هواسازها به شمار می‌روند. البته این تجهیزات نیاز به طراحی دقیق تعداد، ابعاد و محل نصب برای کاربری‌های مخصوص دارند. عدم اجرای مناسب هواساز، علاوه بر افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، مشکلاتی نظیر نشت هوا، بر هم خوردن تعادل بارهای حرارتی و آلودگی‌های صوتی را به همراه خواهد داشت.
یک از مهارت‌های ضروری در طراحی تاسیسات سرمایشی و گرمایشی ساختمان، محاسبه بارهای حرارتی و برودتی توسط نرم افزارهای تخصصی است. نرم افزار Carrier HAP، به عنوان یک ابزار کامپیوتری معتبر در این زمینه شناخته می‌شود که نتایج حاصل از آن مورد تایید چک لیست سازمان نظام مهندسی ساختمان قرار دارد. فرادرس، یک فیلم آموزشی جامع و کاربردی، مبانی به کارگیری نرم افزار کریر برای محاسبه بارهای حرارتی و برودتی را تشریح کرده است.
فن کویل چیست ؟
«فن کویل» (Fan Coil)، یکی از تاسیسات سرمایشی پرکاربرد در تهویه مطبوع ساختمان‌های مسکونی، اداری، رستوران‌ها و دیگر فضای کوچک است. بر خلاف هواسازها، فن کویل‌ها را می‌توان به صورت مجزا و برای تهویه مطبوع فضاهای کوچک با شرایط محیطی مرطوب مورد استفاده قرار داد. فن کویل‌ها به انواع زمینی – سقفی، سقفی توکار، کاست یک طرفه، کاست چهار طرفه و کانالی تقسیم می‌شوند. از بین این موارد، فن کویل‌های زمینی – سقفی و سقفی توکار کاربرد بیشتری بنسبت به انواع دیگر فن کویل دارند.
اجزای فن کویل چه هستند؟
فن کویل، دستگاه ساده‌ای است که از دو بخش اصلی دمنده (همان فن) و کویل (شبکه مبدل حرارتی) تشکیل می‌شود. فن‌ها نیز تصویر زیر، بخش‌های مختلف یک فن کویل را نمایش می‌دهد.
فن کویل چگونه کار می کند ؟
طرز کار فن کویل‌ها بسیار ساده است. کویل‌های مبدل حرارتی این دستگاه‌ها معمولا با اتصال به منبع آب سرد مانند چیلرهای آب، سرمایش مورد نیاز سیستم را تامین می‌کنند. فن‌های مکشی هوای داخل اتاق را به درون فن کویل می‌کشند. فن‌های دهشی نیز این هوا را به منظور خنک‌سازی از روی کویل‌ها عبور می‌دهند و توسط خروجی‌های تعبیه شده، هوای سرد را به درون اتاق هدایت می‌کنند.
مزایا و معایب فن کویل چه هستند؟
فن کویل‌ها از تاسیسات سرمایشی مناسب برای ساختمان‌های مسکونی و اداری با فضای کوچک تا متوسط هستند. سرمایش یا گرمایش سریع محیط و از بین بردن همزمان رطوبت، از مزایای اصلی این تجهیزات به شمار می‌روند. در صورت استفاده از منبع تغذیه الکتریکی، مصرف انرژی فن کویل بسیار پایین خواهد بود. علاوه بر این موارد، فن کویل‌ها از هزینه نصب پایین و نیاز به نیروی کار کم بهره می‌برند. البته تولید صدای بالا، ظاهر غیر جذاب و اشغال فضای داخلی و خارجی ساختمان از معایب اصلی این تاسیسات سرمایشی به شمار می‌رود. به علاوه، بیشتر برای نواحی گرم و مرطوب مناسب است و استفاده از سرمایش خشک (بدون رطوبت) آن‌ها می‌تواند برای سلامتی افراد زیان‌آور باشد.