مقالات, صنایع برودتی, چیلر

مقایسه چیلر آب‌خنک و هواخنک

مقایسه چیلر آب خنک و هوا خنک

دستگاه های چیلر از جمله دستگاه‌های تهویۀ مطبوعی هستند که به عنوان یک سیستم مرکزی سرمایش و گرمایش می‌توان از آنها بهره برد. یکی از دسته بندی های معمول برای چیلرها، دسته بندی بر اساس نوع خنک شدن سیال مبرد در بخش کندانسور دستگاه است؛ که می‌تواند به کمک جریان آب و یا جریان هوا خنک شود. چیلرهایی که با کمک جریان آب عمل خنک سازی سیال مبرد را انجام می‌دهند را اصطلاحاً آب خنک نام گذاری می‌کنند و به دستۀ دیگر نیز چیلرهای هوا خنک گفته می‌شود. سؤال مهم این است که کدام یک از این دو دستگاه بر دیگری برتری دارد و تحت چه شرایطی باید به سراغ چیلرهای هوا خنک رفت و تحت چه شرایطی استفاده از چیلرهای آب خنک مقرون به صرفه‌تر خواهد بود. در این مقاله قصد داریم به بررسی کارایی این دو دسته بپردازیم و با مقایسه نحوۀ عملکرد و شرایط لازم برای نصب این دستگاه‌‌ها به پاسخی مناسب برای این سؤال دست پیدا کنیم و تفاوت های این دو چیلر را به شما توضیح دهیم.

آشنایی با ساختمان کلی چیلرها

برای اینکه به سراغ مقایسۀ چیلر های آب خنک و چیلر های هوا خنک بپردازیم، بهتر این است که در ابتدا دربارۀ نحوۀ عملکرد چیلرها توضیحی را ارائه کنیم. نخستین نکته اینکه این دسته بندی تنها در چیلرهای تراکمی معمول است و بحث چیلر های جذبی از این مسئله جداست. در چیلرهای تراکمی برای سرمایش ساختمان از یک سیکل تبرید تراکمی بهره برده می‌شود. سیکلی که شامل چهار مرحله است و در آن سیال مبرد از چهار بخش یا جزء عبور داده می‌شود.

در مرحلۀ اول سیال مبرد وارد کمپرسور چیلر می‌گردد. کمپرسور یک چیلر به مانند قلب مرکزی آن است و وظیفۀ تأمین نیرو برای به حرکت در آودن سیال مبرد را در طول سیکل برعهده دارد. زمانی که سیال مبرد وارد کمپرسور می‌شود درحالت گازی قرار دارد. کمپرسور سیال را تا حد زیادی فشرده کرده و باعث بالا رفتن دما و فشار آن می‌گردد.

در مرحلۀ دوم سیال مبرد از داخل کندانسور عبور می‌کند. در کندانسور دستگاه طبق یک فرایند فشار ثابت، دمای سیال تا حد ممکن پایین آورده می‌شود. این عمل می‌تواند به کمک مبدل‌های حرارتی پوسته – لوله یا فن‌های دمنده انجام گیرد. در مبدل‌های پوسته – لوله این کار به کمک جریان آب سرد انجام می‌شود؛ که این آب می‌تواند به کمک یک برج‌ خنک کننده تأمین گردد(در چیلر های آب خنک). اما در نوع دیگر خنک سازی سیال از جریان هوای آزاد استفاده شده و به کمک یک یا چندین فن عمل خنک سازی سیال جاری در خط لوله را انجام می‌دهند(در چیلر های هوا خنک).

سومین مرحله از سیکل‌ های تبرید تراکمی، عبور دادن سیال مبرد از یک شیر فشار شکن است. عبور از شیر فشار شکن باعث افت فاحش فشار سیال شده و دمای آن را نیز پایین می‌آورد. در این مرحله سیال آمادۀ ورود به بخش اواپراتور می‌شود.

آخرین مرحلۀ سیکل‌های تراکمی عبور سیال مبرد از بخش اواپراتور است. هدف اصلی در طراحی سیکل‌های تبریدی خنک سازی محیط است؛ که این کار در بخش اواپراتور انجام می‌گیرد. طراحی بخش اواپراتور معمولاً به صورت یک مبدل حرارتی پوسته – لوله صورت می‌گیرد. به شکلی که سیال مبرد در داخل لوله جریان یافته و از اطراف آن جریان آب عبور داده می‌شود. در این میان بین سیال مبرد و جریان آب تبادل حرارتی صورت گرفته و گرمای موجود در آب به سیال مبرد، که دمای پایین‌تری دارد، انتقال داده می‌شود. از این آب خنک شده می‌توان برای سرمایش ساختمان‌های بزرگ یا فرایندهای صنعتی استفاده کرد. سیال مبرد نیز پس از عبور از بخش اواپراتور دوباره به کمپرسور دستگاه بازگردانده می‌شود تا دوباره سیکل بالا را طی کند.

مهم‌ترین تفاوت چیلر های آب خنک و هوا خنک

طراحی چیلرهای تراکمی درست بر اساس سیکل بالا انجام می‌شود. اما نحوۀ خنک سازی سیال مبرد در بخش کندانسور باعث شده تا امروزه ما با دو دستۀ متفاوت از چیلرهای تبرید تراکمی سر و کار داشته باشیم.

در چیلرهای آب خنک کندانسور دستگاه به صورت یک مبدل حرارتی پوسته – لوله طراحی شده و عمل سردسازی سیال مبرد به کمک جریان آب انجام می‌شود. این جریان آب در چیلرهای بزرگ و صنعتی از طریق یک برج خنک کننده تأمین می‌گردد. به این شکل که برج خنک کننده شروع به کار کرده و دمای جریان آب را کاهش می‌دهد. سپس این آب خنک شده به بخش کندانسور چیلر فرستاده شده و از روی لوله‌هایی که در آن‌ها سیال مبرد جریان دارد، عبور داده می‌شود. با توجه به اینکه دمای سیال مبرد پس از خروج از کمپرسور بسیار بالاست، بین جریان آب و سیال مبرد انتقال حرارت صورت گرفته و سیال مبرد در هنگام خروج از کندانسور دارای دمای پایین‌تری خواهد بود. جریان آب به کار رفته در این فرایند نیز دوباره به برج خنک کننده هدایت می‌شود تا دوباره مورد استفاده قرار بگیرد.

شکل 1: کندانسور آب خنک

در چیلرهای هوا خنک دیگر نیازی به برج‌های خنک کننده نخواهد بود. در این چیلرها عمل خنک سازی سیال مبرد در بخش کندانسور به کمک جریان آزاد هوا صورت می‌گیرد. طراحی بخش کندانسور این چیلرها به صورتی است که با توجه به ظرفیت سرمایشی چیلر از چندین فن خنک کننده استفاده می‌شود. این فن‌ها جریان هوا را روی خطوط لولۀ کندانسور می‌دمند و به این شکل سبب پایین آمدن دمای سیال می‌شوند. همین‌طور که می‌بینید، فرایند خنک سازی سیال در چیلرهای هوا خنک به پیچیدگی چیلرهای آب خنک نیست.

شکل 2: کندانسور هوایی

مقایسه عملکرد چیلر های تراکمی آب خنک و هوا خنک

همین تفاوت جزئی در طراحی بخش کندانسور چیلر های تراکمی باعث تفاوت‌های بسیاری در عملکرد دستگاه و دیگر مسائل مهم در رابطه با چیلرهای آب خنک و هوا خنک می‌شود. از فضای مورد نیاز برای نصب دستگاه گرفته تا ظرفیت سرمایشی آن‌ها، تا نحوۀ طراحی و هزینه‌های آن‌ها. مواردی که می‌تواند در انتخاب یک چیلر از اهمیت بالایی برخوردار باشد. در ادامه به سراغ این موارد خواهیم رفت و به صورت مختصر هرکدام را بررسی خواهیم کرد.

مقایسه ظرفیت سرمایشی انواع چیلر های تراکمی

مهم‌ترین دلیل به کارگیری چیلرهای تراکمی و ساخت آن‌ها عمل سرمایش است. از چیلرها در طراحی فرایندهای صنعت و همچنین سرمایش ساختمان‌های اداری، تجاری و مسکونی استفاده می‌شود. طبیعی است که در هر یک از این فضاها نیاز به چیلری با ظرفیت سرمایشی متفاوت است. به طور کلی می‌توان ادعا کرد که ظرفیت سرمایشی چیلرهای آب خنک نسبت به چیلرهای هوا خنک بیشتر است. این ادعا البته بستگی به اندازه و ظرفیت دیگر اجزاء چیلر هم دارد و یک مسئلۀ قطعی نیست.

در چیلرهای آب خنک برای تأمین ظرفیت سرمایشی بالاتر از یک برج خنک کننده نیز بهره برده می‌شود. استفاده از جریان آب خنک شده برای سرمایش سیال مبرد باعث می‌شود تا دمای آن کاهش بیشتری یافته و در نتیجه در مرحلۀ نهایی که بخش کندانسور است، باعث کاهش دمای بیشتری در محیط شود. در حالی که استفاده از جریان هوای آزاد بسته به آب و هوای شهر فقط تا حد مشخصی می‌تواند باعث کاهش دمای سیال مبرد گردد.

بر اساس این گفته‌ها می‌توان گفت که برای طراحی چیلرهایی با ظرفیت سرمایشی پایین اغلب به سراغ طراحی هوا خنک می‌روند؛ اما اگر نیاز به چیلری با ظرفیت سرمایشی بالا باشد، به کارگیری چیلرهای آب خنک گزینۀ بهتری است.

 هزینه‌های خرید و نصب چیلر های تراکمی

در چیلرهای تراکمی آب خنک به این خاطر که علاوه بر خرید دستگاه چیلر باید از یک برج خنک کننده نیز استفاده شود، در نتیجه طبیعی است که هزینه‌های خرید و نصب دستگاه بیشتر از چیلرهای هوا خنک باشد. به علاوه که ظرفیت سرمایشی چیلرهای آب خنک در اغلب موارد بیشتر است و در آن‌ها از اجزائی با توان بیشتر و در نتیجه گران‌تر استفاده می‌شود. معمولاً از چیلرهای آب خنک در محیط‌های صنعتی بهره می‌برند. فرایندهایی که در آن‌ها نیاز به تأمین سرمایش بالا وجود دارد و به کارگیری چیلرهای هواخنک خیلی جوابگو نیست.

مسئلۀ بعدی در چیلرهای آب خنک، فضای مورد نیاز برای نصب دستگاه است. همین طور که گفته شد، طراحی این چیلرهای تراکمی به صورت یک پارچه صورت نمی‌گیرد. با توجه به این که بخش برج خنک کننده یک دستگاه جداگانه است و باید به کمک اجرای خط لوله ان را به چیلر آب خنک متصل نمود، در نتیجه فضایی که برای نصب چیلرهای آب خنک نیاز دارید، فضای بزرگتری خواهد بود. به همین خاطر است که در محیط های کوچک استفاده از چیلرهای هوا خنک در اولویت قرار می‌گیرد. این چیلرها به صورت یک تکه طراحی می‌شوند و از نظر ابعاد نیز معمولاً کوچک‌تر از چیلرهای آب خنک هستند.

پس می‌توان نتیجه گیری کرد که چیلرهای هواخنک به طور کلی ارزان قیمت‌تر از چیلرهای آب خنک هستند و برای نصب نیز به فضایی کوچک‌تر نیاز دارند.

محدودیت‌های به کارگیری انواع چیلرهای تراکمی

مسئلۀ بعدی که در مقایسه چیلر های آب خنک و هوا خنک لحاظ می‌شود، محدودیت‌های به کارگیری آن‌هاست. محدودیت‌های که می‌تواند به واسطۀ آّب و هوای منطقه‌ای، مکان نصب چیلر، هزینه‌های جاری راه اندازی و تعمیر و … شکل بگیرد.

برای مثال در شهرهایی که دارای آب و هوای گرم و مرطوب هستند، به کارگیری چیلرهای آب خنک با محدودیت‌هایی روبرو است. همچنین برای مناطقی که با مشکلات کم آبی روبرو باشند، مجدداً استفاده از چیلرهای آب خنک گزینۀ معقولی به نظر نمی‌رسد.

در مورد مکان نصب نیز فراموش نکنید که چیلرهای هوا خنک را حتماً باید در فضاهای آزاد نصب کرد. برای مثال نمونه‌های ساختمانی این چیلرها را اغلب روی پشت بام‌ها نصب می‌کنند. این در صورتی است که چیلرهای آب خنک را می‌توانید در فضاهای بسته مثل موتورخانۀ ساختمان نیز نصب کنید. اگرچه به خاطر یک پارچه نبودن نحوۀ طراحی چیلرهای آب خنک، به فضای بزرگتری برای نصب دستگاه نیاز پیدا خواهید کرد.

در رابطه با هزینه‌های جاری دستگاه نیز می‌توان به صورت کلی ادعا کرد که هزینه‌های جاری نصب، راه اندازی و تعمیرات چیلرهای هوا خنک کمتر از چیلرهای آب خنک است. با توجه به اینکه در چیلرهای آب خنک به صورت پیوسته نیاز به فعالیت برج خنک کننده نیز وجود دارد، هزینه‌های تأمین آب مورد نیاز برج و همچنین تأمین جریان برق دستگاه سهم مهمی در هزینه‌های جاری چیلرهای آب خنک دارد. این درحالی است که هم راه اندازی و نصب چیلرهای هوا خنک ساده‌تر است و هم اینکه به جز برق نیاز به انرژی دیگری ندارند.

جمع بندی

چیلرهای تبرید تراکمی دسته‌ای از دستگاه‌ های تهویه مطبوع هوا هستند که امروزه از آن‌ها برای سرمایش فرایندهای صنعتی یا سرمایش ساختمان‌های اداری، تجاری و مسکونی استفاده می‌شود. این چیلرها در دو نوع چیلرهای تراکمی آب خنک و چیلرهای تراکمی هوا خنک طراحی و ساخته می‌شوند. مهم‌ترین عامل تفاوت این دو دسته در نحوۀ طراحی بخش کندانسور دستگاه نهفته است. جایی که در چیلرهای آب خنک از یک برج خنک کننده و جریان آب برای خنک کردن سیال مبرد استفاده می‌شود و در چیلرهای هوا خنک از فن‌هایی کمک گرفته می‌شود که جریان هوا را روی لوله‌های کندانسور می‌دمند. به واسطۀ همین نحوۀ طراحی تفاوت‌های گسترده‌ای بین این دو دسته شکل می‌گیرد. برای مثال به خاطر عملکرد بهتر چیلرهای آّب خنک، برای ساخت چیلرهایی با ظرفیت سرمایشی بالا اغلب به سراغ این شکل از طراحی می‌روند. اما نباید فراموش کرد که این چیلرها نیاز به یک برج خنک کننده نیز دارند و همین موضوع سبب بالا رفتن هزینه‌های خرید و نصب چیلر می‌شود. مورد دیگر اینکه نصب چیلرهای هوا خنک باید در محیط‌های آزاد صورت بگیرد. در صورتی که چیلرهای آب خنک را می‌توان در فضاهای سرپوشیده مثل موتورخانه ساختمان نیز نصب کرد. اگرچه برای نصب این چیلرها نیاز به فضای بزرگتری خواهید داشت. امیدواریم مقاله مقایسه چیلر آب خنک و هوا خنک مورد پسندتان بوده باشد، در صورتیکه سوالی دارید از طریق قسمت نظرات مطرح کنید.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

*

code