چیلرها از جمله دستگاه‌های ایرکاندیشن به حساب می‌آیند که از آنها بیشتر برای سرمایش محیط‌های خانگی و صنعتی استفاده می‌شود. البته این دستگاه‌ها کاربردهای دیگری نیز دارند. برای مثال از چیلرها برای طراحی فرایندهای صنعتی نیز استفاده می‌شود. یا اینکه از نمونه‌های خانگی چیلرها می‌توان بهره برد. به خصوص اینکه چیلرهای خانگی به عنوان یک دستگاه تهویه مطبوع مرکزی شناخته می‌شوند و عملکرد خوبی هم دارند. امروزه طراحی چیلرها به دو شکل کلی انجام میگیرد. چیلرهای جذبی نخستین مدل این دستگاه‌های سرمایشی است که بیشتر هم در فرایندهای صنعتی کاربرد دارند. چیلرهای تبرید تراکمی نیز دستۀ دوم چیلرها هستند که خودشان به دو زیرشاخۀ چیلرهای آب خنک و هوا خنک تقسیم بندی می‌شوند. در این مقاله قصد داریم به سراغ تفاوت انواع چیلر ها برویم و با بررسی عملکرد هرکدام از این دسته‌ها به مقایسه آنها با یکدیگر بپردازیم.
آشنایی با چیلرها
اگر قرار باشد یک تعریف ساده از چیلر ها داشته باشیم، می‌توانیم بگویم که یک چیلر دستگاهی است که به کمک یک سیکل میزان مشخصی از گرما را از یک سیال میگیرد و باعث سرمایش آن سیال می‌شود. این سیکل ممکن است یک سیکل تبرید تراکمی باشد و یا یک سیکل جذبی. به هرحال هدف اصلی از طراحی هر دو سیکل یکسان است و در نهایت قصد خنک سازی سیال داخل سیکل را داریم. از این سیال خنک شده استفاده‌های بسیاری می‌شود. از خنک سازی دستگاه‌های صنعتی گرفته تا سرمایش هوای محیط. نکتۀ دیگر دربارۀ چیلر های صنعتی است که در آنها از گرمایی که مایع دفع می‌کند نیز معمولاً به یک شکلی استفاده می‌شود. انگار که یک محصول جانبی است که با عملکرد چیلر تولید می‌شود. در صنایع بهینه‌تر این است که از این گرما برای اهداف گرمایشی استفاده کرده و جلوی هدررفت انرژی را گرفت.
چیلرها از نظر سیکلی که سیال در آنها طی می‌کند به دو دستۀ چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی تقسیم بندی می‌شوند. تفاوت این دو چیلر در تأمین انرژی لازم برای راه اندازی سیکل است. در چیلرهای تراکمی انرژی لازم جهت برقراری حرکت سیال به کمک انرژی الکتریکی تأمین می‌گردد. در صورتی که چیلرهای جذبی به کمک انرژی حرارتی عمل سرمایش سیال را امکان پذیر می‌کند.
آشنایی با نحوۀ عملکرد چیلرهای جذبی
اساس کار چیلرهای جذبی بر پایۀ تغییر فاز آب به عنوان سیال مبرد از حال گازی به حالت مایع و بالعکس است. آب دارای گرمای نهان تبخیر بالایی است و در سیکل چیلرهای جذبی چون تحت فشار پایینی قرار دارد، دارای دمای جوش پایینی نیز خواهد بود. فشار کاری چیلرهای جذبی حدود 0.01 پاسکال است که باعث می‌شود آب در حدود دمای هفت درجه سانتیگراد تبخیر شود. ضمن این عمل تبخیر در یک سیکل جذبی، آب جاری در سیکل گرمای مورد نظرش را از هوای آزاد اطراف جذب می‌کند و در نتیجه باعث خنک شدن جریان هوا می‌شود. زمانی که این آب به بخار اشباع در می‌آید، توسط ملکول‌های لیتیوم بروماید جذب می‌شود. لیتیوم بروماید به عنوان یک جاذب (ابزوربر) قوی شناخته می‌شود و توان جذبی بالایی دارد؛ که با جذب مولکول‌های آب باعث می‌شود که محلول رقیقی از لیتیوم بروماید در بخش ابزوربر شکل بگیرد. سپس این محلول رقیق در بخش ژنراتور حرارت دیده و غلیط می‌شود. حرارت لازم برای بخش ژنراتور به کمک مشعل و سوخت‌های فسیلی یا بخار داغ تأمین می‌گردد. زمانی که محلول لیتیوم بروماید حرارت می‌بیند، به دو فاز بخار و مایع تبدیل می‌شود. بخار حاصل شده از این فرایند حرارت‌دهی وارد کندانسور دستگاه شده و به کمک یک کولینگ تاور در بخش کندانسور دوباره به مایع اشباع تبدیل می‌شود. در آخرین مرحله این مایع اشباع دوباره به بخش اواپراتور فرستاده می‌شود؛ که درست همان مرحلۀ اول است. همان مرحله‌ای که بخار آب گرمای محیط را جذب کرده و باعث سرمایش هوای محیط می‌شود. به طور کلی می‌توان گفت که سیکل طی شده در چیلرهای جذبی شامل چهار مرحله و عبور از چهار بخش است. بخش‌های اواپراتور، ابزوربر، ژنراتور و درنهایت کندانسور.
هدف اصلی از طراحی چیلرهای جذبی در نخستین قدم استفاده از انرژی‌های حرارتی هدررفته در فرایندهای صنعتی یا استفاده از انرژی خورشیدی به منظور راه‌اندازی یک چیلر بوده است. اما امروزه در کشورهایی که دسترسی بیشتری به منابع نفت و گاز دارند، استفاده کردن از شعلۀ سوختی نیز در چیلرهای جذبی اتفاقی معمول به شمار می‌رود. البته چیلرهای جذبی کماکان از نظر کارایی نسبت به چیلرهای تراکمی چند پله‌ای عقب‌تر بوده و از راندمان پایینی برخوردار هستند. با این وجود اگر در طراحی فرایندهای صنعتی انرژی گرمایی تلف شده‌ای وجود داشته باشد، از این انرژی گرمایی می‌توان به منظور راه اندازی یک چیلر جذبی کمک گرفت که اتفاق خوبی در طراحی فرایندهای صنعتی به شمار می‌رود. چیلرهای جذبی امروزه در دو نوع تک اثره و دو اثره طراحی و ساخته می‌شوند. که در چیلرهای دو اثره، عمل گرمادهی به محلول لیتیوم بروماید در دو مرحله انجام میگیرد که به کارایی بهتر سیکل کمک می‌کند.
آشنایی با نحوه عملکرد چیلرهای تبرید تراکمی
چیلرهای تراکمی نسبت به چیلرهای جذبی کارایی بالاتری دارند. مهم‌ترین تفاوت چیلرهای تراکمی جاگزین کردن ژنراتور حرارتی دستگاه با یک کمپرسور است که به کمک انرژی الکتریکی توان لازم برای به جریان انداختن سیال مبرد را در طول سیکل تبریدی ایجاد می‌کند. ظرفیت فشرده‌سازی کمپرسور به کار رفته در چیلرهای تراکمی به صورت مستقیم روی عملکرد و ظرفیت سرمایشی دستگاه تأثیر می‌گذارد. در گذشته در طراحی چیلرها از کمپرسور های رفت و برگشتی استفاده می‌شد. امروزه اما این کمپرسورها با نمونه‌های مدرن‌تری مثل کمپرسورهای روتاری و کمپرسور اسکرال جایگزین شده‌اند که عملکرد بهتری دارند و کمتر نیز دچار خرابی می‌شوند.
در چیلرهای تراکمی سیال مبرد معمولاً ترکیبی از گاز های فریونی است که از این میان می‌توان به R22 و R410A اشاره کرد که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. نقطۀ شروع سیکل‌های ترکیبی بخش کمپرسور چیلر است. مکانی که گاز مبرد فشرده شده و دما و فشار آن تا حد زیادی بالا می‌رود. این سیال مبرد با خروج از کمپرسور به سمت کندانسور چیلر حرکت می‌کند. کندانسور چیلرهای تراکمی وظیفۀ خنک سازی سیال مبرد را دارند؛ که این کار طی یک فرایند فشار ثابت انجام میگیرد. برای خنک کردن سیال مبرد گاهی از جریان آب خنک و گاهی نیز از جریان هوای آزاد استفاده می‌شود؛ که انتخاب نوع کندانسور بستگی به نوع و کارایی چیلر دارد. بعد از اینکه دمای سیال تا حد مناسبی پایین آمد، سیال مبرد از یک شیر فشارشکن عبور داده می‌شود. طی این مرحله به یکباره دما و فشار سیال افت پیدا می‌کند و به مخلوطی از مایع و بخار تبدیل می‌شود. سیالی که از شیر فشارشکن خارج می‌شود، دارای فشار پایینی است که به همین خاطر دمای جوش آن نیز دمای پایین‌تری خواهد بود. آخرین مرحله از سیکل‌های تراکمی عبور سیال از اواپراتور دستگاه است. در این جا سیال جاری در لوله‌های اواپراتور آمادۀ تبخیر شدن هستند و برای این کار نیاز به گرما دارند؛ که این گرما را از هوای اطراف اواپراتور یا آب جاری در مبدل حرارتی اواپراتور تأمین می‌کنند. پس از طی این مرحله سیال مبرد کاملاً به بخار تبدیل شده و مجدداً آمادۀ ورود به کمپرسور می‌شود.
اگر از جریان آب در اواپراتور استفاده شده باشد، آب خروجی از اواپراتور دارای دمای پایینی است و از ان می‌توان برای سرمایش ساختمان به کمک فن کویل‌های ساختمانی یا برای خنک سازی فرایندهای صنعتی به صورت مستقیم و غیرمستقیم بهره برد.
دسته بندی چیلرهای تراکمی
چیلرهای تراکمی به دو دستۀ هوا خنک و آب خنک تقسیم بندی می شوند. این تقسیم بندی بر مبنای نوع طراحی بخش کندانسور سیکل چیلر است.
در چیلرهای آب خنک از یک برج خنک کننده در کنار چیلر کمک گرفته می‌شود. به این شکل که از آب خروجی از برج به منظور خنک سازی سیال مبرد جاری در کندانسور استفاده می‌گردد. این کار باعث بالا رفتن ظرفیت سرمایشی چیلر شده و کارایی آن را بهتر می‌کند. در بین انواع چیلرها، چیلرهای آب خنک دارای بالاترین ظرفیت سرمایشی هستند و به همین خاطر در اغلب فرایندهای صنعتی از چیلرهای آب خنک بهره می‌برند. با این حال نباید فراموش کرد که این چیلرها از نظر هزینه‌های خریداری و نصب و همچنین راه اندازی نیز گران‌ترین گزینۀ موجود به شمار می‌روند.
در چیلرهای هوا خنک همین طور که از نام آنها پیداست، از جریان هوا به منظور خنک سازی سیال جاری در کندانسور استفاده می‌شود. به این شکل که در طراحی بخش کندانسور از یک تا چند فن کمک می‌گیرند. وظیفۀ این فن‌ها دمیدن جریان هوای محیط بر روی کویل‌های کندانسور است. به شکلی که سیال مبرد جاری در کویل‌های این بخش خنک شده و آمادۀ ورود به شیر فشارشکن شود. چیلرهای هوا خنک برعکس چیلرهای آب خنک و چیلرهای جذبی به صورت یک تکه طراحی می‌شوند. به همین دلیل است که از این چیلرها به منظور سرمایش فضاهای ساختمانی مثل آپارتمان‌های مسکونی یا فضاهای اداری هم استفاده می‌شود. نکتۀ مهم در چیلرهای هوا خنک این است که حتماً باید آنها را در فضای آزاد نصب کرد. برای مثال چیلرهای خانگی را اغلب روی پشت بام ساختمان‌ها نصب می‌کنند. که البته برای این کاربرد گزینۀ مطلوبی به حساب می‌آید. زیرا فضای اضافی‌ای در ساختمان اشغال نمی‌کند و به علاوه که عملکرد مطلوبی نیز از خود نشان می‌دهد.
جمع بندی و مقایسۀ نهایی
چیلرها از جمله دستگاه‌هایی هستند که بیشتر از آنها به منظور تولید سرما استفاده می‌شود. این دستگاه‌های تهویه مطبوع بر اساس دو سیکل جذبی و تبرید تراکمی ساخته می‌شوند. که در هر دو سیکل از یک سیال مبرد استفاده شده که با دریافت میزان مشخصی انرژی قادر است گرمای محیط را جذب کرده و به بیرون انتقال دهد. البته از این گرمای جذب شده نیز گاهی در فرایندهای صنعتی می‌توان بهره برد. در چیلرهای جذبی این سیکل برمبنای یک جاذب طراحی می‌شود. هدف اصلی طراحی این چیلرها استفاده از گرمای هدررفته در فرایندهای صنعتی یا استفاده از انرژی خورشیدی بوده است؛ اما امروزه از سوخت‌های فسیلی نیز برای راه اندازی این چیلرها می‌توان استفاده کرد. دستۀ دوم چیلرها، چیلرهای تراکمی هستند. این چیلرها خود به دو زیردسته تقسیم می‌شوند که به چیلرهای تراکمی آب خنک و چیلرهای تراکمی هوا خنک شهره هستند. چیلرهای تراکمی برمبنای یک سیکل تبرید تراکمی عمل سرمایش را امکان پذیر می‌کنند و انرژی لازم برای جریان یافتن سیال مبرد را به کمک جریان الکتریسیته و یک کمپرسور تأمین می‌کنند. تفاوت چیلرهای آب خنک و هوا خنک در نوع خنک سازی سیال مبرد در مرحلۀ کندانس دستگاه نهفته است؛ که در مدل آب خنک از جریان آب برای این منظور استفاده می‌شود و در نوع هوا خنک به کمک چند فن و جریان هوای آزاد این کار صورت میگیرد. در بین انواع چیلرهای تولید شده، نوع چیلرهای تراکمی آب خنک دارای بالاترین ظرفیت سرمایشی است و اغلب در فرایندهای صنعتی از این دسته کمک می‌گیرند؛ مگر اینکه در طراحی فرایندهای صنعتی میزان مشخصی گرمای تلف شده وجود داشته باشد و بخواهند از این گرمای تلف شده برای راه اندازی یک چیلر جذبی استفاده کنند. از چیلرها برای سرمایش ساختمان‌های مسکونی و تجاری نیز استفاده می‌شود. که نوع این چیلرها معمولاً از نوع هوا خنک است. این چیلرها به صورت یک تکه طراحی می‌شوند و حتماً باید در فضای آزاد نصب شوند؛ که فضای روی پشت بام ساختمان‌ها مکان ایده‌آلی برای نصب آنها به شمار می‌رود.
