انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع (HVAC) برای آسایش و راحتی ساکنین و افرادی که در محیط ساختمانی و مسکونی تردد دارند بسیار مهم است. بنابراین شاید سوالی که بسیاری از سازندگان واحدهای مسکونی و اداری دارند؛ این است که کدام سیستم سرمایش و گرمایشی را انتخاب نمایند؟
- آیا چیلر و موتورخانه را انتخاب نمایند؟
- آیا پکیج گرمایشی و اسپیلت انتخاب خوبی است؟
- آیا کولر آبی و شوفاژ مناسب است؟
- آیا از اسپیلت سرد و گرم به همراه آبگرمکن استفاده بهتر است؟
برای پاسخ به سوالات بالا، لازم است ابتدا در خصوص چیلر، پکیج و داکت اسپیلیت توضیحات و مواردی را مرور کنیم.
چیلر دستگاهی است که با خنک کردن آب، آب سرد مورد نیاز جهت خنک کردن اتاق‌ها را فراهم می‌کند. بنابراین معمولا در اتاق‌ها فن کویل نصب می‌گردد و این آب سرد در فن کویل وارد شده و با دمیدن هوای اتاق از روی کویل موجود در داخل فن کویل هوای اتاق سرد می‌شود.
بنابراین چیلر فقط توانایی تامین آبسرد مورد نیاز این سیستم تهویه را دارد و جزء سیستم سرمایش است.
معمولا وقتی از چیلر و فن کوبل استفاده می‌شود، جهت گرمایش نیز از همین سیستم لوله کشی استفاده می‌گردد. فقط در زمستان به جای آبسرد چیلر، از دیگ جهت تامین آبگرم استفاده شده و مشابه سیستم شوفاژ و رادیاتور آبگرم داخل فن کویل ها چرخیده و با دمش باد گرم اتاق گرم می‌شود.
در این سیستم چون موتورخانه وجود دارد آبگرم مصرفی نیز توسط یک منبع دوجداره یا منبع کویل دار گرم شده و جهت مصرف بهداشـتی مانند استحمام و روشویی به داخل واحدها، لوله کشی می‌گردد.
مزیت اصلی چنین سیستمی این است که از فضای داخل اتاق و آپارتمان اکسیژنی جهت احتراق مصرف نمی شود و تاثیری بر کیفیت هوای داخل آپارتمان ندارد.
عیب اصلی این سیستم سرمایش و گرمایش مرکزی، عدم استقلال واحدها است.
پکیج گرمایشی (پکیچ سرمایشی نیز در مقیاس بزرگ وجـود دارد) که توانایی تولید همزمان آبگرم مصرفی و آب گـرم مـورد نیاز سیستم گرمایش را دارد در اصـل ترکیبی از یک ابگرمکن لحظه‌ای و یک موتورخانه شوفاژ جمع و جور است.
با استفاده از یک پکیج گرمایشی تنها امکان تامین آبگرم مصرفی و تامین گرمایش وجود دارد و امکان ایجاد برودت با پکیج گرمایشی وجود ندارد. لذا جهت سرمایش باید از تجهیزات دیگری مانند اسپیلت یونیت، کولر آبی و یا مینی چیلر استفاده نمود.
اسپیلت یونیت یا کولر گازی دستگاهی است که می تواند با استفاده از سیکل تبرید و به صورت یک پمپ حرارتی به عنوان تامین کننده سرمایش آپارتمان و همچنین به عنوان تامین کننده گرمایش آپارتمان مورد استفاده قرار گیرد.
در اسپیلت این گاز مبرد است که به کمک سیکل تبرید و یا کارکرد کمپرسور در یونیت داخلی ایجاد برودت می نماید و می تواند با دمیدن هوای اتاق از روی کویل های اواپراتور ایجاد برودت نماید.
مقاله مرتبط: گاز کولر گازی چیست؟ (مبرد کولر گازی)
اما پس از معرفی سیستم‌های سرمایش و گرمایشی، اکنون موقع تصمیم گیری در خصوص انتخاب سیستم تهویه مطبوع مورد نیازتان است.
جهت تصمیم گیری می‌توانید برخی از پارامترهای زیر را در نظر بگیرید و نسبت به نوع پروژه و موارد استفاده آنها را اولویت بندی کنید. مثلا شاید هزینه اولیه نزد یک کارفرما بسیار مهم باشد و نزد کارفرمای دیگر از اهمیت کمتری برخوردار باشد.
- پارامتر اول: سطح آسایش مورد نظر
- پارامتر دوم: سهولت نصب
- پارامتر سوم: هزینه اولیه خرید تجهیزات
- پارامتر چهارم: هزینه نگهداری و تعمیرات
- پارامتر پنجم: سهولت نگهداری و تعمیرات
- پارامتر ششم: استقلال واحدها و امکانات کنترل منطقه ای
- پارامتر هفتم: طول عمر
- پارامتر هشتم: ایمنی و آلودگی
- پارامتر نهم: محدودیت اقلیمی
روش های انتخاب کمپرسور چیلر
- چیلرهای تبرید (چیلرهای تراکمی)
برای خنک کردن آب چیلد در سیستم های HVAC نیاز به چیلر وجود دارد که می تواند تحت دو سیستم تراکمی و یا جذبی کار کند.
چیلرهای تراکمی از نیروی مکانیکی کمپرسور برای کمپرس کردن مبرد در سیکل خود استفاده می کنند. طبقه بندی چیلرهای تراکمی براساس کمپرسور استفاده شده در آنها صورت می‌گیرد.
بر اساس کاربرد، چیلر تراکمی را می توان با یکی از کمپرسورهای: سیلندر پیستونی، سانترفیوژ (گریز از مرکز)، اسکرو با اسکورال ساخت.
- چیلرهای سیلندر پیستونی (رفت و برگشتی)
کمپرسورهای سیلندر پیستونی را جزو ماشین های جابجایی مثبت طبقه بندی می‌کنند. این کمپرسورها در دو نوع مختلف در دسترس هستند:
- کمپرسورهای بسته (hermetic)
- کمپرسورهای نیمه بسته ( semi – hermetic)
در کمپرسورهای بسته موتور و کمپرسور با یکدیگر کوپل شده‌اند و مجموع آنها در محفظه ای قرار دارد که به اتمسفر راه ندارد، در کمپرسورهای نیمه بسته، موتور و کمپرسور در دو قسمت به هم مرتبط قرار دارند و قسمت های مختلف را با باز کردن پیچ و مهره، می‌توان دسترسی داشت.
همچنین نوع دیگری از کمپرسورهای سیلندر پیستونی وجود دارد که به کمپرسورهای باز (open) معروف است. در این کمپرسورها الکتروموتور و کمپرسور کاملا از هم جدا هستند و به وسیله کوپلینگ و یا تسمه به یکدیگر متصل می‌شوند.
بطور کلی می‌توان گفت که طول عمر کمپرسورهای باز بیشتر است و نیاز به مراقبت کمتری دارند و راندمان بالاتری نیز دارند.
کمپرسورهای بسته در کاربردهای با ظرفیت پایین عملکرد بهتری دارند، کمپرسورهای سیلندر پیستونی تک مرحله می توانند دارای نسبت تراکم ۱۰ تا ۱۲ باشند. کنترل ظرفیت کمپرسورهای سیلندر پیستونی با استفاده از روشن و خاموش کردن و بی بارکننده (unloader) انجام می شود. کمپرسورهای سیلندر پیستونی در ظرفیت ۰/۵ تا ۱۵۰ تن ساخته می شوند.
مزیت اصلی که این کمپرسورها را جذاب کرده قیمت تمام شده آنها است، امتیاز دیگر آنها استفاده از چند کمپرسور در کنار هم برای تامین بار برودتی ساختمان است. چیلرهای چند کمپرسوره انعطاف پذیری بالایی در کارکرد تحت بارهای مختلف را دارا هستند و اگر به درستی استفاده شوند امکان دخیره انرژی بالایی را دارا هستند.
نقطه ضعف آنها هزینه نگهداری بالا، صدا و لرزش این کمپرسور اسـت و دارای محدودیت ظرفیت ۱۵۰ تن تبرید می باشد.
چیلرهای چند کمپرسوره دارای هزینه تمام شده و هزینه نگهداری بالاتری نیز می‌باشند و هزینه انرژی به ازای هر تن تبرید آنها نیز بالا است.
چیلرهای سانترفیوژ یا گریز از مرکز Centrifugal Chillers
کمپرسورهای سانترفیوژ را به عنوان کمپرسورهای با قابلیت تغییر دور نیز طبقه بندی می کنند. همانند کمپرسورهای سیلندر پیستونی در دو نوع بسته و باز وجود دارند.
در بازار از کمپرسورهای بسته سانترفیوژ به صورت گسترده استفاده می شود. در حالی که این کمپرسورها دارای راندمان کارکرد پایین‌تری در حالت نیمه باز هستند. چیلرهای سانترفیوز توانایی کارکرد با نسبت تراکم ۱۸ را دارا هستند.
کنترل ظرفیت این چیلرها با استفاده از پره های ایمپلر (impeller) که در برابر جریان مبرد مقاومت می کنند انجام می پذیرد. چیلرهای سانترفیوژ در ظرفیت های ۹۰ تا ۲۰۰۰ تن ساخته می‌شوند.
مزیت اصلی که کمپرسورهای سانترفیوژ را جذاب می‌کند، راندمان بالای آنها در حداکثر بار است. همچنین آنها کمجا و در ظرفیت های بالا در دسترس می‌باشند.
نقطه ضعف این چیلرها عدم کارکرد در بارهای کم است و نقطه ضعف دیگر آنها عدم خوانایی در کارکرد با کندانسورهای هوایی است و نیاز به برج خنک کننده جهت خنک کردن کندانسور دارند.
چیلرهای اسکرو Screw Chillers
کمپرسورهای اسکرو هماننـد کمپرسورهای سیلندر پیستونی جزو کمپرسورهای جابجایی مثبت طبقه بندی می‌شوند. کمپرسورهای اسکرو در طرح‌های مختلفی طراحی می شوند که شامل اسکرو تکی و دوتایی می باشند.
کمپرسورهای دوتایی اسکرو قابلیت کمپرس کردن تا نسبت تراکم ۳۰ را دارا می باشند و در دو نوع بسته و باز تولید می شوند.
کنترل ظرفیت این کمپرسورها توسـط دریچه متحرکی که باز و بسته می شود (اسلاید ولو slide valve) انجام می گیرد. چیلرهای اسکرو در ظرفیت های ۲۰ تا ۱۰۰۰ تن تبرید موجود می باشند و حتی توسط بعضی از تولید کنندگان در ظرفیت های بالاتر نیز ساخته می شوند.
مزایای اصلی این کمپرسورها شامل اندازه کم، وزن کم، صدای کم و لرزش کم و راندمان انرژی بالا در کار کرد تحت بارهای کم و زیاد است.
معایب این کمپرسور هزینه بالای آن است و در بارهای کم، کمپرسورهای سیلندر پیستونی هزینه کمتری دارند و در بارهای زیاد کمپرسورهای سانترفیوژ دارای هزینه کمتری نسبت به اسکرو هستند.
چیلرهای اسکرال Scroll Chillers
کمپرسورهای اسکرال در چیلرهایی که ظرفیت آنها کمتر از ۳۰ تن تبرید باشد مورد استفاده قرار می گیرند. در این سایزهای پایین هزینه تمام شده آنچنان مهم نمی باشد.
مقایسه بین کمپرسورهای مختلف
هزینه تمام شده پارامتر مهمی برای انتخاب کمپرسورها است. اما گاهی پارامترهای دیگری غیر از هزینه نیز در انتخاب تاثیر گذار هستند.
- هزینه های اصلی: کمپرسورهای سیلندر پیستونی از کمپرسورهای سانترفیوژ ارزانتر هستند و کمپرسورهای اسکرو ۱۰ تا ۱۵ درصد گرانتر از کمپرسورهای سانترفیوژ در ظرفیت یکسان می باشند.
- هزینه کارکرد و راندمان: راندمان کمپرسورهای اسکرو و سیلندر پیستونی در ظرفیت های کم تفاوت زیادی ندارد اما کمپرسورهای اسکرو قابلیت نسبت تراکم تا ۳۰ برابر را دارند که این مشخصه، راندمان آنها را بسیار بالا می برد.
انرژی مصرفی چیلرهای سیلندر پیستونی نسبت به اسکرو بیشتر است در صورتیکه چیلرهای سانترفیوژ در حداکثر بار، دارای مصرف انرژی پایین‌تری می‌باشند.
- هزینه کارکرد در راندمان بارهای پایین: راندمان کارکرد در بارهای پایین پارامتر بسیار مهمی برای آنالیز است. در طول کارکرد چیلر زمان‌های زیادی از کارکرد را بارهای کم تشکیل می‌دهد.
کمپرسورهای اسکرو توانایی کارکرد در بارهای ۰ تا ۱۰۰ درصد را دارا است که به آنها اجازه می‌دهد ظرفیت بالاتری نسبت به کمپرسورهای دیگر داشته و راندمان آنها نیز بیشتر باشد.
در کمپرسورهای سانترفیوژ با کاهش بار، کمپرسور ورودی به پره ها را می بندد تا در برابر جریان مبرد مقاومت ایجاد شود. این روش باعث کاهش راندمان چیلر می‌شود.
کمپرسورهای سیلندر پیستونی بهترین کارکرد را در بارهای کم دارند و قابلیت کنترل ظرفیت خوبی را دارا است.
- قابلیت اطمینان و نگهداری:
تعداد قطعات متحرک کمپرسورهای سیلندر پیستونی بیشترین تعداد در بین کمپرسورها است و کمترین قطعات گردنده را کمپرسورهای سانترفیوژ دارند.
هرچند کمپرسورهای سانترفیوژ در دورهای بالا کار می‌کنند و مستعد عدم بالانس و لرزش هستند و نیاز به بررسی قسمت های بیشتری به صورت پیوسته می باشند و در حالی که کمپرسورهای سیلندر پیستونی نیاز به تعمیرات بیشتری دارند.
- قابلیت تعمیر در محل:
کمپرسورهای اسکرو دارای ساختار نسبتا ساده‌ای هستند که این موضوع امکان تعمیر در محل را مهیا می‌سازد. کمپرسورهای سیلندر پیستونی دارای قطعات زیادی می‌باشند ولی این موضوع همچنان قابلیت تعمیر در محل را فراهم می‌کند.
- قابلیت دسترسی به قطعات یدکی:
بیشتر تولید کنندگان کمپرسورهای اسکرو قطعات کمپرسورهای خود را در بازار عرضه می‌کنند. در حالی که برای مثال تعویض روتور کمپرسورهای سانترفیوژ نیاز به درخواست از کارخانه و صرف زمان ۱۰ تا ۱۲ هفته تاخیر جهت تامین قطعه – مورد نظر را دارد. تامین قطعات اکثر کمپرسورهای سیلندر پیستونی معمولا به سادگی صورت می‌گیرد.
» طراحی و مشخصات کارکرد
- فشار ساکشن:
در زمان طراحی سیستم تبرید، فشار مشخصی برای اکشن در نظر گرفته می‌شود و در بعضی از چیلرها با در نظر نگرفتن این پارامترها باعث بروز آسیب به کمپرسور می شوند. فشار ساکشن پایین نشان دهنده فشار اواپراتور پایین است که به معنای توان پایین اواپراتور جهت جذب گرما است.
با کاهش ۱۰F دمای اواپراتور برای اواپراتوری با دمای ۴۰F نشاندهنده کاهش ۲۴ درصد ظرفیت است و در همین زمان باعث افزایش HP کمپرسور به میزان ۱۸درصد به ازای هر تن تبرید می‌شود.
- کمپرسورهای دوقلوی اسکرو به سیستم اجازه می‌دهند تا سیستم فشارهای مختلف ساکشن را با تغییرات کمی در راندمان کارکرد داشته باشد.
- کمپرسورهای سیلندر پیستونی در تغییرات مختلف سازگاری دارند.
- با کمپرسورهای سانترفیوژ تغییرات کمی امکان پذیر است.
به عبارت دیگر در کمپرسورهای سیلندر پیستونی و اسکرو امکان کنترل اضافی ظرفیت با استفاده از اکسپنشن ولو و مدار کنترل امکان پذیر است.
- فشار دیسچارج:
فشار دیسجارج بالا به معنی فشار بالای کندانس است. افزایش ۱۵ درجه فارنهایتی برای دمای پایه ۴۰ و ۱۰۵ درجه فارنهایت باعث ۱۳ درصد کاهش ظرفیت و ۲۷درصد افزایش HP کمپرسور به ازای هر تن می‌شود.
فشار کندانسور به ویژه در کندانسورهای آبی بسیار مهم است. کاهش فشار دبسچارج به معنای کاهش رسوب گذاری در کندانسور است. در کمپرسورهای اسکرو، فشار دیس چارج در حداقل ممکنه نگه داشته می‌شود. فشار بالای سیستم در کمپرسورهای سیلندر پیستونی اتفاق می‌افتد، در حالی که در کمپرسورهای سانترفیوژ با خنک کردن سیم پیچ پایین نگه داشته می‌شود.
- روغن کاری:
در کمپرسورهای اسکرو روغن کاری به صورت دائم و در حجم زیاد انجام می شود و به همین دلیل پدیده ضربه زدن روغن و مبرد (slugging) در این کمپرسورها نسبت به کمپرسورهای سیلندر پیستونی کمتر یا به هیچ عنوان اتفاق نمی‌افتد.
در کمپرسورهای سانترفیوژ برگشت ناچیزی از مبرد به صورت مایع می‌تواند به روتور آسیب‌های جبران ناپذیری را وارد کند. در کمپرسورهای اسکرو روغن به مخزن روتور و تمام اجزا پمپ وارد می‌شود و توسط جدا کننده روغن (oil separator) جدا می‌شود.
در کمپرسورهای سیلندر پیستونی به روغن اجازه داده می‌شود تا با مبرد در سیستم سیرکوله شود و این امر امکان این را به ما می‌دهد که از جدا کننده روغن یا اویل سپراتور استفاده نکنیم و این در حالی است که کمپرسورهای سانترفیوز بدون روغن (oil free) نیازی به روغن نداشته و خشک کار می‌کنند.
- مبردها:
استفاده از مبردهای با فشار پایین که با پروانه‌های کمپرسور همخوانی داشته باشد، باعث می‌شود تا اواپراتور زیر فشار اتمسفر کار کند، این پدیده احتمال لیک سیستم و نشتی در چیلرهایی که با مبرد و فشار پایین کار می‌کنند را پایین می‌آورد.
چیلرهای سانترفیوژ به صورت وسیعی از مبردهای فشار پایین از قبیل ۱۲۳-HCFC و یا مبردهای فشار متوسط از قبیل HFC-134a استفاده کنند. همچنین در چیلرهای خیلی بزرگ گاهی اوقات از مبرد فشار بالای ۲۲-HCFC استفاده می‌شود.
کمپرسورهای اسکرو و سیلندر پیستونی جزو ماشین‌های با جابجایی مثبت هستند و از مبردهای با فشار بالا استفاده می‌کنند.
- ساختار آب خنک و یا هوا خنک:
چیلرهای سانترفیوژ نیاز به کندانسورهای آبی دارند و کندانسورهای هوایی گزینه‌ای نیست که برای چیلرهای سانترفیوژ با مبرد فشار پایین توصیه شود. چیلرهای اسکرو و سیلندر پیستونی قابلیت کارکرد با کندانسور آبی و یا هوایی را دارا هستند.
- ساختار مدار کنترل:
چیلرهای مدرن با استفاده از میکروپروسسورها و مدارهای پی ال سی و کنترل کننده‌های الکترونیک، دارای انعطاف پذیری و بالایی هستند و امکان فیدبک گرفتن اطلاعات زیادی از آنها وجود دارد. تمام سه مدل چیلری که ذکر شد قابلیت نصب مدار کنترل plc و کنترل دقیق تمام پارامترها را دارا هستند و همچنین با استفاده از مدار plc مناسب امکان تحت فرمان درآوردن چیلر تحت BMS (مدیریت هوشمند ساختمان) وجود دارد.
بدون دیدگاه