نحوه عملکرد چیلر چیست؟

چیلرهای صنعتی بر اساس اصول عملکردی زیر کار می­کنند:

تغییر فاز: هنگام گرمایش، یک خنک­ کننده مایع تغییر فاز داده و به گاز تبدیل می­شود، و هنگامی­که خنک ­کننده گازی فوق سرد[1] شود، دوباره به مایع تبدیل می­شود.

جریان گرمایی: جهت جریان حرارت همیشه از ناحیه­ای با تمرکز بالا به ناحیه­ای با تمرکز پایین­تر است.

نقطه جوش: کاهش فشار یک مایع، باعث کاهش نقطه جوش و افزایش فشار باعث افزایش نقطه جوش آن می­شود.

یک چیلر چگونه کار می­کند؟

یک چیلر صنعتی بر اساس یکی از دو اصول عملیاتی زیر کار می­کند:

1. جذب حرارت
2. فشرده ­سازی گاز

چیلرهای جذبی (جذب حرارت)، شامل مبدل­های حرارتی­ای هستند که حرارت را از فرایند مربوطه دفع کرده و آن را به محیط بیرون پخش می­کنند. این مبدل­های حرارتی معمولا از لوله ­های حاوی مایع خنک کننده ( آب و یا ترکیبی از آب و مایع­های دیگر) تشکیل شده­اند. برخی مواد ویژگی ویژه‌ای دارند که تنها در شرایط فشار و دمای خاص دارای نزدیکی به مواد دیگر می‌باشند، اما اگر این شرایط تغییر کند، نزدیکی آنها تغییر می‌کند. مایکل فارادی ایده ی یخچال جذبی را بر اساس این مفهوم در سال 1824 به وجود آورد. اصل عمل یک فرایند جذب، جدایی و ترکیب دو مایع (ماده سرد کننده و جذب کننده) برای ایجاد اثر سرما است. معمولاً یخچال های جذبی یا چرخه NH3-H2O (نیترژن-آب آمونیاک) یا چرخه LiBr (لیتیم برومید) هستند. در چرخه اول، آب به عنوان جاذب عمل می کند در حالی که محلول آب آمونیاک به عنوان ماده سرد کننده عمل می کند. در چرخه دوم، لیتیم برومید به عنوان جاذب عمل می کند و آب به عنوان ماده سرد کننده است.

نمایش یک چرخه ی خنک کننده جذبی ساده :

ژنراتور: در ژنراتور ، یک منبع حرارتی بخار آمونیاک از محلول آمونیاک قوی تولید می‌کند. قبل از اینکه بخار آمونیاک (ماده سرد کننده) وارد مبدل گردد، از طریق یک مشخصه گذر داده شده و خشک می‌شود.

مبدل گرما: آمونیاک های خشک و با فشار بالا وارد مبدل گرما می شوند که در آن خنک می شوند. پس از خنک شدن، از طریق یک شیر (شیر تنظیم) و کاهش فشار و دما عبور می کنند. مقادیر جدید باید زیر آنچه که تبخیر کننده (مرحله بعدی) حفظ می کند، باشد.

تبخیر کننده: تبخیر کننده، که در واقع فضای سرد شده می باشد. آمونیاک سرد شده وارد تبخیر کننده می شود، گرما را جذب می کند و سپس به عنوان بخار آمونیاک اشباع خارج می شود.

جذب کننده: هنگامی که بخار وارد جذب کننده می شود، با یک اسپری از محلول ضعیف آب آمونیاک رو به رو می شود. محلول ضعیف به نوبه خود به محلول قوی تبدیل می شود. پمپ محلول جدید را از طریق بازگرداننده (ممکن است به آن مبدل حرارتی نیز اشاره شود) به توسعه دهنده هدایت می کند. تا زمانی که محلول به مقدار فشار توسعه دهنده / تبخیری رسیده است، فرایند مجدداً شروع می شود.

چیلرهای تراکمی (فشرده­ سازی گاز)، با چرخش مایع خنک کننده درون لوله­ها از طریق فرایندهایی که نیاز به سرمایش دارند، به یک اثر خنک کننده دست می­یابد. حرارت دفع شده از فرایندها به مبردی دیگر منتقل می­شود که سپس درون سیستم تبرید گردش کرده تا سیال چیلر را خنک کند و آن را برای یک سیکل جدید سرمایش آماده می­کند.

چیلرها از چهار جزء اصلی تشکیل شده ­اند: یک اواپراتور، یک کمپرسور، یک کندانسور و یک واحد انبساط. علاوه بر این، هر سیستم چیلر حاوی یک مبرد است.

این فرایند با ورود یک مبرد فشار پایین به اواپراتور شروع می­شود. درون اواپراتور، مبرد گرم شده و با تغییر فاز، به گاز تبدیل می­شود. در مرحله بعد، مبرد گازی به سمت کمپرسور می­رود که فشار آن را افزایش دهد.

مبرد گازی فشار بالا سپس وارد کندانسور می­شود؛ در این قسمت حرارت مبرد، توسط آب سرد برج خنک کننده و یا هوای محیط اطراف دفع می­شود. در این مرحله مبرد به مایع فشار بالا تغییر فاز می­دهد. این مبرد مایع به سمت شیر انبساط، جایی که به عنوان یک دستگاه اندازه ­گیری برای محدود کردن جریان مبرد عمل می­کند، می­رود. در نتیجه، فشار مبرد را کاهش داده و فرآیند خنک‌سازی دوباره آغاز می‌شود. کل فرآیند به عنوان سیکل تبرید شناخته می­شود. 

عملکرد هر سیستم چیلر آب می­تواند بر اساس برطرف کردن دو هدف قرار گیرد:

هدف 1: برآورده کردن بارهای خنک کننده مورد نیاز

• حفظ دمای مناسب آب خنک شونده
• حفظ جریان آب مناسب در سیستم­های جریان متغیر

هدف 2: کاهش هزینه سرمایش

• حفظ دمای آب سرد شده در بالاترین حد ممکن، اما همچنان برای برآورده کردن بار سرمایش نهان نیز دما پایین باشد.
• حفظ دمای منبع آب کندانسور در پایین­ترین میزان ممکن. هر چیلر تا حداکثر میزان ممکن بین 40-85% دامنه بار، کار کند.

برای اطمینان از دستیابی به این نوع از عملکرد، سیستم آب سرد باید بطور مناسب نصب و جایگذاری شده و همچنین عملکرد آن با انجام تست تایید شود؛ این فرآیند راه­اندازی[2] نام دارد.

قدم اول در این فرآیند این است که از نصب درست و مناسب چیلر و همچنین مطابقت آن با طراحی و توصیه سازنده مطمئن شویم. مهندس طراح نیز باید بررسی مجدد روند نصب و بازرسی نهایی برای انطباق با الزامات طراحی را انجام دهد.

قبل از این­که چیلر برای بار اول راه­اندازی شود، پمپ(های) آب سرد باید در عملیات قرار گرفته و جریان آب سرد تا 5% نرخ طراحی تنظیم شود. مراحل اولیه مورد نیاز برای قرار دادن پمپ آب سرد در عملیات شامل موارد زیر است:

• نصب پمپ بررسی شود؛ از جمله نصب، جداکننده ارتعاش و اتصالات لوله­کشی (شیرآلات، صافی، فشارسنج، دماسنج و غیره)
• بررسی محور پمپ و کوپلینگ
• یاتاقان­های شفت پمپ طبق نیاز سازنده روغن­ کاری شود.
• یاتاقان­های شفت موتور طبق نیاز سازنده روغن­ کاری شود.
• شفت را با دست بچرخانید تا مطمئن شوید که پمپ و موتور آزادانه می­چرخند.
• موتور را بچرخانید تا جهت چرخش مناسب موتور مشخص شود.

[1] Supercooled

[2] Commissioning