چیلر

کندانسور یا چگالنده وظیفه خنک سازی سیال در سیکل تبرید را به عهده دارد. بخار مبرد (گاز فریون) در کندانسور با درجه حرارت و فشار زیاد وارد لوله های آن شده و بخار داغ، خنک می شود. فرآیند خنک سازی مبرد می‌ تواند توسط فن و از طریق هوا انجام شود که در این صورت به آن کندانسور هوایی یا هواخنک گفته می‌شود (مثل اسپلیت ها یا چیلرهای هوایی). اما اگر فرآیند خنک سازی بخار از طریق آب انجام شود به آن کندانسور آبی یا آب خنک می گویند (مانند برج خنک کننده در چیلرهای آبی). در این مقاله به شرح و مقایسه کندانسور هوایی و آبی در چیلر و سایر تجهیزات تهویه مطبوع می پردازیم.

مقایسه کنداسور هوا خنک و آب خنک

همانطور که گفتیم، کندانسورها بر اساس نحوه خنک سازی ماده مبرد به دو دسته هوایی و آبی تقسیم می شوند که به شرح زیر می باشند:

کندانسور هوا خنک

کندانسورهای هوایی در ظرفیت های بزرگ و کوچک و در مناطق کم آب و خشک استفاده می شوند. علت دیگر استفاده از کندانسور هواخنک، نبود امکان استفاده از کندانسور آبی در مناطق مرطوب است. در این حالت صرف نظر از اینکه ظرفیت واحد خنک کننده و قیمت چیلر هوایی چقدر باشد، باید از کندانسور هوایی استفاده کرد. ظرفیت کندانسور هواخنک، تابعی از سطح کندانسور و مقدار هوادهی فن یا فن ها می باشد. از این رو هرچه سطح بیشتری داشته باشیم، تبادل گرمایی بیشتری نیز خواهیم داشت. به همین علت واحدهای خنک کننده ای که ظرفیت بالاتری دارند معمولا به کندانسورهای بزرگ با فن های بیشتری نیاز دارند و این رویکرد باعث می شود تا چند کندانسور را به طور متصل با هم استفاده نمایند. این موضوع از جمله نکاتی است که هنگام خرید چیلر تراکمی آب خنک یا آب خنک باید در نظر بگیرید.

کندانسور آب خنک

همان طور که گفتیم، کندانسوری که مبرد داغ را با استفاده از آب خنک و آن را از حالت گاز به مایع تبدیل کند، کندانسور آبی نامیده می شود. از این رو لازم است بدانید که هنگام خرید چیلر آبی، کندانسورهای آبی در ظرفیت های بیشتری مورد استفاده قرار می گیرند. کندانسورهای آبی به سه نوع اصلی زیر تقسیم می شوند:

• صفحه ای
• پوسته لوله
• دو لوله ای

کندانسورهای آبی معمولا به صورت مبدل های پوسته لوله یا شل اند تیوب (Shell and Tube) هستند. به این ترتیب که مبرد داغ از فضای پوسته و آب خنک از داخل دسته لوله ها عبور می کند.

نوع دیگر از کندانسورهای آبی که کمتر هم مورد استفاده قرار می گیرند و ساختار ساده ای دارند، کندانسورهای دو لوله ای هستند. این کندانسور از دو لوله هم مرکز تشکیل شده است که مبرد داغ در لوله مرکزی و آب در لوله خارجی در جریان هستند (البته بر عکس این حالت نیز ممکن است).

برج های خنک کننده به منظور خنک سازی آب در گردش چیلرهای جذبی و آبی یا فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند و بر اساس عملکردشان به انواع مدار باز و مدار بسته تقسیم می شوند. برج های خنک کننده به طور پیوسته در حال انتقال حرارت به روش تبخیر آب هستند و از این رو همواره در معرض ایجاد رسوبات و خوردگی می باشند. برای جلوگیری از وقوع این مشکل، در مسیر آب تغذیه برج خنک کننده از سختی گیر استفاده می شود. در این مقاله به بررسی دلایل ایجاد رسوبات و خوردگی در انواع کولینگ تاور، انواع سختی گیر برج خنک کننده و مزایای آنها می پردازیم.

علل ایجاد رسوب و خوردگی در برج خنک کننده

کولینگ تاورها از جمله تجهیزات مهمی هستند که در کنار سایر تجهیزات تهویه مطبوع مثل چیلر و هواساز مورد استفاده قرار می گیرند. اما رسوبات و خوردگی در برج خنک کننده باعث کاهش راندمان انتقال حرارت، گرفتگی و کاهش دبی نازل ها و لوله ها و ورود تکه های رسوبات به داخل تشتک می شود. این موضوع به علت سختی موجود در آب تغذیه برج رخ می دهد.

انواع سختی گیر برج خنک کننده

سختی گیر آب برج خنک کننده در انواع مختلفی از جمله رزینی، مغناطیسی و الکترونیکی موجود هستند که در ادامه به بررسی آن ها می پردازیم.

سختی گیر مغناطیسی

این روش از سختی گیری بدون مواد افزودنی به آب و از طریق ایجاد میدان مغناطیسی انجام می گیرد. به این صورت که املاح موجود در آب، یون های منفی خود را تحت تاثیر میدان مغناطیسی از دست داده و به صورت معلق در می آیند.

سختی گیر رزینی

فرآیند حذف املاح آب برج خنک کننده در این روش با یون زدایی به شیوه شیمیایی و از طریق رزین های کاتیونی انجام می شود. این سختی گیرها به دو دسته اتوماتیک و نیمه اتوماتیک تقسیم می‌ شوند که در سختی گیرهای نیمه اتوماتیک برای دستیابی به عملکرد مناسب باید رزین ها به طور مرتب توسط اپراتور احیا شوند.

سختی گیر الکترونیکی

این روش با ایجاد امواج الکتریکی به توازن یون های منفی و مثبت محلول در آب می پردازد. روش کار در سختی گیر الکتریکی به این صورت است که یون های محلول در آب تحت تاثیر انرژی الکتریکی تبدیل به بلورهای ریز معلق در آب می شوند و بدین ترتیب املاح موجود در آب رسوب نمی شوند.

مزایای استفاده از سختی گیر برج خنک کننده

از جمله مزایای استفاده از سختی گیر در برج خنک کننده عبارتند از:

• افزایش عمر مفید قطعات به علت ایجاد خوردگی
• بهبود نرخ انتقال حرارت برج خنک کننده و راندمان آن
• کاهش هزینه های ناشی از رسوب زدایی پس از ایجاد رسوبات
• جلوگیری از افت فشار و دبی که ناشی از ایجاد رسوبات می باشد
• کاهش رسوب گرفتگی اجزای داخلی برج خنک کننده مانند نازل ها، پکینگ ها، لوله ها و...

واژه اسکرال در چیلرهای نوع اسکرال برگرفته از نام و نوع کمپرسور به کار رفته در آن است. کمپرسورهای اسکرال در سیستم های تهویه مطبوع خانگی، اداری و سردخانه ها و در تن های تبرید کم و متوسط تا 150 تن استفاده می شوند. در صورتی که به تناژ تبرید بالاتری نیاز باشد، چیلرهای اسکرال به صورت ترکیبی یا چیلرهای اسکرو، پیستونی یا سانتریفیوژ مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله چیلر اسکرال و کاربردهای آن را بررسی می کنیم.

عملکرد و ساختار چیلر اسکرال

اجزا و ساختار چیلرهای اسکرال هم مثل سایر انواع چیلر است که بر اساس سیکل تبرید تراکمی عمل می کنند و فقط در نوع کمپرسور با هم فرق دارند. همچنین قبل از خرید چیلر باید بدانید که چیلرهای اسکرال از نظر نوع کندانسور به دو دسته آبی (حاوی کندانسور آب خنک) و هوایی (حاوی کندانسور هوا خنک) تقسیم می گردند.
کمپرسور اسکرال از دو مارپیچ حلزونی با شکل ثابت و متحرک تشکیل شده است که درون یک دیگر قرار گرفته اند و با چرخش محور مارپیچ متحرک در مارپیچ ثابت، گاز مبردی که مکش شده است را متراکم می کنند و به این شکل، فشار و دمای آن بالا می رود. گاز مبرد متراکم شده از طریق لوله های مربوطه وارد کندانسور می شود و بعد از عمل تقطیر وارد شیر انبساط شده و دچار افت فشار می گردد. سپس با پایین رفتن فشار مبرد، دمای آن کاهش پیدا می کند. بعد از انتقال مایع مبرد به اواپراتور، حرارت سیال (آب یا گاز) گرفته شده و مجددا اطراف کویل به شکل گاز در می آید. این مایع در نهایت باز هم وارد کمپرسور شده و این سیکل تبرید تراکمی به طور مداوم تکرار می شود.

مزایای چیلر اسکرال

• از آن جایی که تعداد قطعات رفت و برگشتی و اصطکاکی کمپرسورهای اسکرال کم تر از سایر کمپرسورها هستند، به عنوان کمپرسورهایی با کم ترین میزان صدا و لرزش شناخته می شوند. بنابراین چیلرهای اسکرال به دلیل استهلاک پایین، طول عمر بالاتری دارند.
• از مزایای دیگر چیلر اسکرال، کارکرد بهینه کمپرسور آن در حالت کم باری است که این موضوع به علت راندمان بالای آن می باشد. در نتیجه با کاهش مصرف برق و هزینه های ناشی از آن مواجه خواهیم شد.
• امروزه در الکتروموتور کمپرسورها از تکنولوژی اینورتر برای افزایش یا کاهش دور آن استفاده می شود که متناسب با نیاز برودتی آن است. این موضوع خود باعث کاهش مصرف برق دستگاه می شود. توجه کنید که چیلرهای آبی و جذبی برای خنک کردن آب کندانسور خود به برج خنک کننده نیاز دارند.
• همچنین توصیه می شود که برای افزایش ظرفیت چیلرهای اسکرال، آن ها را به صورت مدولار طراحی و تولید کنند. برای مثال در یک چیلر 80 تن تبرید، از 2 کمپرسور 40 تن یا چهار کمپرسور 20 تن به جای یک کمپرسور 80 تن استفاده می شود و برای هر کمپرسور نیز یک مدار تبرید مجزا در نظر گرفته می شود. به این ترتیب کمپرسورها بر اساس میزان نیاز به برودت در چیلر، به تدریج وارد مدار می شوند. این امر از یک سو منجر به کاهش موثر مصرف برق چیلر اسکرال و از سوی دیگر باعث افزایش طول عمر تجهیزات آن می شود.