اشتراک گذاری :

انتخاب چیلر مناسب(بخش دوم)

تاریخ انتشار : دوشنبه، ۱۷ آذر ۱۳۹۹

روشهای انتخاب کمپرسورهای چیلر

قسمت اول – 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 می باشد. بر اساس کاربرد، چیلر تراکمی را می توان با یکی از کمپرسورهای: سیلندر پیستونی، سانترفیوژ(گریز از مرکز)، اسکرو یا اسکورال ساخت.

چیلرهای سیلندر پیستونی(رفت و برگشتی):

کمپرسورهای سیلندر پیستونی را جزو ماشینهای جابجایی مثبت طبقه بندی می کنند. این کمپرسورها در دو نوع مختلف در دسترس هستند: کمپرسورهای بسته(hermetic) و کمپرسورهای نیمه بسته(semi-hermetic). در کمپرسورهای بسته موتور و کمپرسور با یکدیگر کوپل شده اند 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 مرتبت قرار دارند و قسمتهای مختلف را با باز کردن پیچ و مهره، می توان 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 می شوند. در کل طول عمر کمپرسورهای باز بیشتر است و نیاز به مراقبت کمتری دارند و راندمان بالاتری نیز دارند. کمپرسورهای بسته در کاربردهای با ظرفیت پایین کاربرد زیادی 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.

فاکتور اصلی که این کمپرسورها را جذاب کرده قیمت تمام شده آنها می باشد. 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 ذخیره انرژی بالایی را دارا هستند.

نقطه ضعف آنها هزینه نگهداری بالا، صدا و لرزش این کمپرسورهاست و دارای محدودیت ظرفیت ۱۵۰ تن تبرید می باشند. چیلرهای چند کمپرسوره دارای هزینه تمام شده و هزینه نگهداری بالاتری نیز می باشند و هزینه انرژی به ازای هر تن تبرید آنها نیز بالا می باشد.

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 پایین تری در حالت نیمه بار هستند. چیلرهای سانترفیوژ 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 می شوند.فاکتور اصلی که کمپرسورهای سانترفیوژ را جذاب می کند، راندمان بالای آنها در حداکثر بار است و کم جا و در ظرفیت های بالا در دسترس می باشند.نقطه ضعف این چیلرها عدم کارکرد در بارهای کم است و نقطه ضعف دیگر آنها عدم توانایی در کارکرد با کندانسورهای هوایی است و نیاز به برج خنک کننده جهت خنک کردن کندانسور دارند.

چیلرهای اسکرو Screw Chillers

کمپرسورهای اسکرو همانند کمپرسورهای سیلندرپیستونی جزو کمپرسورهای جابجایی مثبت طبقه بندی می شوند. کمپرسورهای اسکرو در طرح های 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 توسط دریچه متحرکی که باز و بسته می شود(اسلاید ولوslide 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 این کمپرسورها شامل اندازه کم، وزن کم، صدای کم و لرزش کم و راندمان انرژی بالا در کارکرد 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 اسکورال Scroll Chillers

کمپرسورهای اسکورال 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 می باشد 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% 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. در حالت کلی راندمان چیلر بین ۰٫۷ ~ ۰٫۸ kw به ازای هر تن تبرید است و چیلرهای اسکرو نسبت به سیلندر پیستونی دارای راندمان بیشتر و نسبت به سانترفیوژ دارای راندمان کمتری می باشند.

انرژی مصرفی چیلرهای سیلندر پیستونی نسبت به اسکرو بیشتر است در حالی که چیلرهای سانترفیوژ در حداکثر بار دارای مصرف انرژی پایینتری می باشند.

اسکرو

سانترفیوژ

سیلندرپیستونی

پارامترها

۰٫۷۹ for units <150 TR

۰٫۷۱ for units>150

& < 300 TR

۰٫۶۳ for units >

۳۰۰ TR

۰٫۷۰ for units < 150

۰٫۶۳ for units>150 &<300 TR

۰٫۵۲ for units>300

۰٫۸۵

انرژی مصرفی(KW/TR)

هزینه کارکرد در راندمان بارهای پایین: راندمان کارکرد در بارهای پایین پارامتر بسیار مهمی برای آنالیز می باشد. در طول کارکرد چیلر زمانهای زیادی از کارکرد را بارهای کم تشکیل می دهد. به خاطر داشته باشید ۹۰% عمر چیلر در بارهای کم و خارج از اوج فصل گرماست

کمپرسورهای اسکرو توانایی کارکرد در بارهای ۰ تا ۱۰۰% را دارا می باشند که به آنها اجازه می دهد 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 می شود. برای مثال یک چیلر که ۶kw به ازای هر تن مصرف برق دارد در بارهای کم ممکن است این عدد تا ۰٫۹ برسد. این اتفاق باعث کاهش راندمان این چیلرها در بارهای کم می شود و این نکته را در نظر بگیرید که چیلرها ۱۰% زمان کارکرد خود را در حداکثر بار به سر می برند
کمپرسورهای سیلندرپیستونی بهترین کارکرد را در بارهای کم دارند و قابلیت کنترل ظرفیت خوبی را دارا می باشند.

قابلیت اطمینان ونگهداری: تعداد قطعات متحرک کمپرسورهای سیلندرپیستونی بیشترین تعداد در بین کمپرسورها می باشد و کمترین قطعات گردنده را کمپرسورهای سانترفیوژ دارند. هرچند کمپرسورهای سانترفیوژ در دورهای بالا کار می کنند و مستعد عدم بالانس و لرزش هستند و نیاز به بررسی قسمت های بیشتری به صورت پیوسته می باشند و در حالی که کمپرسورهای سیلندرپیستونی نیاز به تعمیرات بیشتری دارند.

قابلیت تعمیر در محل: کمپرسورهای اسکرو نسبتا دارای ساختار ساده ای می باشند و چنین قابلیتی را دارا می باشند.کمپرسورهای سیلندر پیستونی دارای قطعات زیادی می باشند ولی دارای قابلیت تعمیر در محل می باشند.

قابلیت دسترسی به قطعات یدکی: بیشتر تولید کنندگان کمپرسورهای اسکرو قطعات کمپرسورهای خود را در بازار عرضه می کنند. 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 ساده می باشد.

طراحی و مشخصات کارکرد:

فشار ساکشن: درزمان طراحی سیستم تبرید، فشار مشخصی برای ساکشن در نظر گرفته می شود و در بعضی از چیلرها با در نظر نگرفتن این پارامترها باعث بروز آسیب به کمپرسور می شوند. فشار ساکشن پایین، نشاندهنده فشار اواپراتور پایین است که نشاندهنده توان پایین اواپراتور جهت جذب گرما است. با کاهش ۱۰°F دمای اواپراتور برای اواپراتوری با دمای ۴۰°F نشاندهنده کاهش ۲۴% ظرفیت است و در همین زمان باعث افزایش HP کمپرسور به میزان ۱۸% به ازای هر تن تبرید می شود، کمپرسورهای دوقلوی اسکرو به سیستم اجازه می دهند 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 سیلندرپیستونی و اسکرو امکان کنترل اضافی ظرفیت با استفاده از اکسپنشن ولو و مدار کنترل امکان پذیر است.

فشار دیسچارج: فشار دیسچارج بالا به معنی فشار بالای کندانس است. افزایش ۱۵ درجه فارنهایتی برای دمای پایه ۴۰ و ۱۰۵ درجه فارنهایت باعث ۱۳% کاهش ظرفیت و ۲۷% افزایشHP کمپرسور به ازای هر تن می شود. فشار کندانسور به ویژه در کندانسورهای آبی بسیار مهم می باشد. کاهش فشار دیسچارج به معنای کاهش رسوب گذاری در کندانسور است. در کمپرسورهای اسکرو، فشار دیسچارج در حداقل ممکنه نگه داشته می شود. فشار بالای سیستم در کمپرسورهای سیلندرپیستونی اتفاق می افتد و در حالی که در کمپرسورهای سانترفیوژ با خنک کردن سیم پیچ پایین نگه داشته می شود.

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 امکان اتفاق افتادن ندارد. در کمپرسورهای سانترفیوژ برگشت ناچیزی از مبرد به صورت مایع می تواند به روتور آسیب های جبران ناپذیری را وارد کند. در کمپرسورهای اسکرو روغن به مخزن روتور و تمام اجزا پمپ وارد می شود و توسط جدا کننده روغن(oil separator) جدا می شود. در کمپرسورهای سیلندرپیستونی به روغن اجازه داده می شود تا با مبرد در سیستم سیرکوله شود و این امر امکان این را به ما می دهد که از جدا کننده روغن یا اویل سپراتور استفاده نکنیم و این در حالی است که کمپرسورهای سانترفیوژ بدون روغن(oil free) نیازی به روغن نداشته و خشک کار می کنند.

مبردها: استفاده از مبردهای با فشار پایین که با پروانه های کمپرسور همخوانی داشته باشد باعث می شود تا اواپراتور زیر فشار اتمسفر کار کند، این پدیده احتمال لیک سیستم و نشتی در چیلرهایی که با مبرد فشار پایین کار می کنند را پایین می آورد. چیلرهای سانترفیوژ به صورت وسیعی از مبردهای فشار پایین از قبیل HCFC-123 و یا مبردهای فشار متوسط از قبیل HFC-134a استفاده می کنند همچنین در چیلرهای خیلی بزرگ گاهی اوقات از مبرد فشار بالای HCFC-22 استفاده می شود. کمپرسورهای اسکرو و سیلندر پیستونی جزو ماشین های با جابجایی مثبت هستند و از مبردهای با فشار بالا استفاده می کنند.

ساختار آب خنک و یا هوا خنک: چیلرهای سانترفیوژ نیاز به کندانسورهای آبی دارند و کندانسورهای هوایی گزینه ای نیست که برای چیلرهای سانترفیوژ با مبرد فشار پایین توصیه شود. چیلرهای اسکرو و سیلندرپیستونی قابلیت کارکرد با کندانسور آبی و یا هوایی را دارا می باشند.

ساختار مدار کنترل: چیلرهای مدرن با استفاده از میکوپروسسورها و مدارهای پی ال سی و کنترل کننده های الکترونیک، دارای انعطاف پذیری 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 وجود دارد.

تکنولوژی های جدید

سیستم های تهویه مطبوع و تبرید انرژی زیادی را مصرف می کنند. استفاده از سیستم PART LOAD یا کم بار در کاهش انرژی بسیار موثر است. مشکل چیلرهای سانترفیوژ عدم توانایی کارکردن در بارهای کم است که این مشکل را می توان با سیستم VFD یا درایو تغییر فرکانس رفع کرد. درایو میزان فرکانس/ولتاژ را کاهش می دهد. بنابراین چیلر آرامتر کار خواهد کرد. این سیستم به چیلر اجازه می دهد تا ۱۰% ظرفیت کار کند و مشکلی نیز برای آن بوجود نیایید
چیلرهای امروزی دارای اندازه های بزرگتری هستند و راندمان بالاتری نیز دارند و همچنین دارای موتورهای با راندمان بالاتر می باشند. تمام این مطالب باعث کاهش سایز چیلرها شده است.
طراحی چیلرهای جدید و استفاده از مبردهای جدید باعث کاهش هدر رفت مبرد شده است. قبلا مبردهای CFC مورد استفاده زیادی داشتند و به طور میانگین هدر رفت ۱۵% مبرد در سال عددی مورد قبول بود اما در چیلرهای مدرن امروزه با استفاده از تکنولوژی های جدید و هوا بند بودن بهتر اجزا این عدد به ۰٫۵% رسیده است که شامل از دست رفتن مبرد در حین نگهداری نیز می شود.

براي انتخاب چيلر از روي کاتالوگ، لازم است پارامترهاي زير را در دست داشته باشيم:

۱-ظرفيت سرمايي چيلر بر حسب تن تبريد(RT)

ظرفيت سرمايي چيلر با احتساب ۱۰% ضريب اطمينان بابت افت قدرت و ظرفيت سرمايي چيلر ناشي از فرسودگي دستگاه در آينده، از فرمول زير محاسبه مي شود:

Qt * ۱.۱/۱۲۰۰۰= ظرفيت سرمايي چيلر(USRT)

که در آن Qt: بار سرمايي کل ساختمان (Btu/hr)

(But/hr) ۱۲۰۰۰ = (USRT) يک تن تبريد آمريکايي

۲-دماي آب سرد خروجي از چيلر:

اين همان آب سردي است که به کويل هواساز يا فن کويل و غيره ارسال مي گردد.

دماي آب سرد خروجي از چيلر معمولاً بين ۴۰F تا ۵۰F مي باشد.

۳-دبي آب سرد خروجي از چيلر:

که عبارتست از مقدار آب سردي که در کل سيستم جريان مي يابد و از فرمول زير محاسبه مي شود:

UEGPM=Qt/۵۰۰۰

که در آن:

USGPM :دبي آب سرد جرياني بر حسب گالن آمريکايي بر دقيقه

Qt :بار سرمايي کل ساختمان (Btu/hr)

۴-اختلاف دماي آب سرد ورودي و خروجي چيلر :

که همان اختلاف دماي آب سرد رفت و برگشت سيستم است و معمولاً برابر ۱۰F در نظر گرفته ميشود.

۵-دماي آب خروجي از کنداسور :

منظور دماي خروجي آب خنک کننده ي کندانسور که معمولاً بين ۸۵F تا ۱۰۵F در نظر گرفته مي شود. اختلاف دماي آب ورودي و خروجي کندانسور معمولاً ۱۰F مي باشد.

۶-دماي تقطير:

که منظور دماي تقطير بخار مبرد در کندانسور است و معمولاً آن بين ۱۰۰Fتا ۱۲۵F در نظر گرفته مي شود.

مهم: معمولاً اطلاعات فوق براي انتخاب چيلر از روي کاتالوگ کافي است. ساير مشخصات از قبيل ضريب رسوب، افت فشار در قسمت هاي مختلف چيلر، مشخصات الکتريکي و ابعاد دستگاه در کاتالوگ ارائه مي شوند.

۷-دبي آب خنک کننده ي کندانسور:

معمولاً بازاء هر تن تبريد ظرفيت سرمايي چيلر، حدود ۳GPM آب جهت خنک کردن کندانسور منظور مي گردد: