طرز کار و نحوه عملکرد چیلر

چیلر چگونه کار می‌کند؟ آشنایی کامل با نحوه عملکرد چیلر

مقدمه

خیلی از ما نام چیلر را شنیده‌ایم و می‌دانیم که این دستگاه برای خنک کردن ساختمان‌های بزرگ، کارخانه‌ها یا مراکز تجاری استفاده می‌شود. اما وقتی سؤال می‌شود «چیلر دقیقاً چطور کار می‌کند؟»، پاسخ دقیق آن را کمتر کسی می‌داند.

در این مقاله می‌خواهیم نحوه عملکرد چیلر را مرحله‌به‌مرحله و با زبانی ساده بررسی کنیم؛ از اصل فیزیکی کار دستگاه گرفته تا مسیر حرکت مبرد و نقش قطعات اصلی. هدف این است که در پایان، تصویر روشنی از اتفاقاتی داشته باشید که درون یک چیلر هنگام سرمایش رخ می‌دهد.

چیلر چگونه سرما ایجاد می‌کند؟

برای فهم عملکرد چیلر، ابتدا باید یک نکته را روشن کنیم: چیلر در واقع گرما را از یک بخش می‌گیرد و به بخش دیگری منتقل می‌کند. در چیلرهای معمولی، گرمای آبِ در حال گردش در سیستم گرفته می‌شود و در نهایت به محیط بیرون دفع می‌شود. در نتیجه، آب خنک می‌شود و می‌تواند برای سرمایش ساختمان یا یک فرآیند صنعتی مورد استفاده قرار بگیرد.

این عملکرد از نظر اصول کلی شبیه کاری است که یخچال انجام می‌دهد. یخچال گرمای داخل محفظه را می‌گیرد و آن را به محیط بیرون منتقل می‌کند. چیلر نیز همین ایده را در مقیاس بزرگ‌تر اجرا می‌کند.

عامل اصلی این انتقال گرما، ماده‌ای به نام مبرد است. مبرد ماده‌ای است که در شرایط مشخص می‌تواند بین حالت مایع و گاز تغییر کند. چیلر با کنترل فشار و دمای مبرد، شرایطی ایجاد می‌کند که مبرد بتواند در یک قسمت گرما را جذب و در قسمت دیگری آن را دفع کند.

اصل فیزیکی عملکرد چیلر

یکی از ویژگی‌های مهم مبرد این است که با تغییر فشار، شرایط تبخیر و میعان آن تغییر می‌کند. در بخش سرد سیستم، مبرد در فشار پایین قرار می‌گیرد و می‌تواند در دمای پایین تبخیر شود. هنگام تبخیر، گرمای موردنیاز خود را از محیط اطراف می‌گیرد.

برای مثال، وقتی مقداری الکل روی پوست قرار می‌گیرد، با تبخیر شدن الکل احساس خنکی ایجاد می‌شود.دلیل این اتفاق آن است که تبخیر به انرژی نیاز دارد و بخشی از این انرژی از گرمای پوست تأمین می‌شود.

در چیلر نیز مبرد از همین ویژگی استفاده می‌کند، با این تفاوت که فرآیند کاملاً کنترل‌شده و در یک چرخه بسته انجام می‌شود. مبرد گرمای آب را در اواپراتور جذب می‌کند، سپس در بخش‌های دیگر چرخه این گرما را به محیط بیرون می‌دهد و دوباره به شرایط اولیه بازمی‌گردد.

مسیر کامل حرکت مبرد در چیلر

برای درک بهتر عملکرد دستگاه، بهتر است مسیر حرکت مبرد را دنبال کنیم. در یک چرخه تبرید تراکمی معمولی، چهار بخش اصلی در این فرآیند نقش دارند:

*اواپراتور

*کمپرسور

*کندانسور

*شیر انبساط

این چهار بخش در کنار یکدیگر چرخه‌ای را تشکیل می‌دهند که به‌طور مداوم تکرار می‌شود.

در صورت نیاز به مشاوره می توانید از طریق راه های ارتباطی با کارشناسان فنی مجموعه تک سارال تماس گرفته و سوالاتتان را بپرسید.

مرحله اول: اواپراتور؛ گرفتن گرما از آب

مبرد پس از عبور از شیر انبساط، به شکل یک سیال سرد و کم‌فشار وارد اواپراتور می‌شود. هم‌زمان، آبی که از ساختمان یا فرآیند صنعتی برگشته و گرم شده است، از مسیر دیگری وارد اواپراتور می‌شود.

آب و مبرد مستقیماً با یکدیگر مخلوط نمی‌شوند. بین آن‌ها سطوح انتقال حرارت قرار دارد و گرما از آب بمبرد منتقل می‌شود.

چون مبرد در شرایطی قرار دارد که می‌تواند در دمای پایین تبخیر شود، گرمای آب را جذب می‌کند و به تدریج از حالت مایع به بخار تبدیل می‌شود. در طرف دیگر، آب بخشی از گرمای خود را از دست می‌دهد و دمایش پایین می‌آید.

بنابراین در این مرحله دو اتفاق هم‌زمان رخ می‌دهد: مبرد گرما را جذب می‌کند و آب خنک می‌شود.

آب خنک‌شده سپس توسط پمپ در مدار آب سرد به سمت تجهیزات داخل ساختمان، مانند فن‌کویل یا هواساز، فرستاده می‌شود.

مرحله دوم: کمپرسور؛ فشرده کردن مبرد

مبردی که از اواپراتور خارج می‌شود، به شکل بخار کم‌فشار است. این بخار وارد کمپرسور می‌شود.

کمپرسور وظیفه دارد مبرد را فشرده کند. با فشرده شدن مبرد، فشار آن افزایش پیدا می‌کند و دمای آن نیز بالا می‌رود. به همین دلیل، مبرد خروجی از کمپرسور به گازی با فشار و دمای بالا تبدیل می‌شود.

برای درک ساده‌تر این اتفاق می‌توان به تلمبه دوچرخه فکر کرد. هنگام فشرده کردن هوا، بخشی از انرژی مکانیکی به افزایش دمای هوا تبدیل می‌شود و بدنه تلمبه نیز ممکن است گرم شود.

در چیلر نیز کمپرسور با مصرف انرژی، شرایطی را ایجاد می‌کند که مبرد بتواند در مرحله بعد گرمای خود را به محیط بیرون منتقل کند.

مرحله سوم: کندانسور؛ دفع گرمای گرفته‌شده

مبرد داغ و پرفشار از کمپرسور وارد کندانسور می‌شود. در این قسمت باید گرمای مبرد به بیرون از چرخه سرمایش منتقل شود.

نحوه انجام این کار به نوع چیلر بستگی دارد.

در چیلر هواخنک، فن‌ها هوا را از روی سطح کندانسور عبور می‌دهند. گرمای مبرد به هوا منتقل می‌شود و در نتیجه مبرد گرمای خود را از دست می‌دهد.

در چیلر آب‌خنک، آبِ مدار کندانسور گرمای مبرد را دریافت می‌کند. این آب سپس به سمت برج خنک‌کننده می‌رود تا گرمای خود را دفع کند و پس از خنک شدن دوباره به کندانسور برگردد.

با دفع گرما، مبرد از حالت بخار به مایع تبدیل می‌شود. با این حال، در پایان این مرحله همچنان فشار آن بالا است.

نکته مهم این است که کندانسور فقط گرمایی را که مبرد در اواپراتور جذب کرده دفع نمی‌کند. انرژی‌ای که کمپرسور هنگام فشرده کردن مبرد به سیستم وارد کرده نیز در نهایت باید از طریق کندانسور دفع شود. به همین دلیل، گرمای دفع‌شده در کندانسور از گرمای جذب‌شده در اواپراتور بیشتر است.

مرحله چهارم: شیر انبساط؛ کاهش فشار مبرد

مبرد مایع و پرفشار پس از خروج از کندانسور، به سمت شیر انبساط حرکت می‌کند.

شیر انبساط باعث افت شدید فشار مبرد می‌شود. با کاهش فشار، شرایط دمایی مبرد نیز تغییر می‌کند و بخشی از آن به سرعت تبخیر می‌شود. در نتیجه، مخلوطی سرد و کم‌فشار برای ورود به اواپراتور ایجاد می‌شود.

شیر انبساط فقط وظیفه کاهش فشار را ندارد؛ بلکه میزان مبرد ورودی به اواپراتور را نیز کنترل می‌کند. تنظیم صحیح جریان مبرد اهمیت زیادی دارد، زیرا ورود بیش از حد یا کمتر از حد لازم می‌تواند عملکرد سیستم را مختل کند.

پس از این مرحله، مبرد دوباره آماده ورود به اواپراتور است و چرخه از ابتدا تکرار می‌شود.

چرا چرخه چیلر متوقف نمی‌شود؟

این چهار مرحله پشت سر هم اتفاق نمی‌افتند که یکی کاملاً تمام شود و بعد مرحله بعد شروع شود. چرخه مبرد به‌صورت پیوسته در حال گردش است.

هم‌زمان که بخشی از مبرد در اواپراتور گرما جذب می‌کند، بخش دیگری در کمپرسور فشرده می‌شود و قسمت دیگری در کندانسور در حال دفع گرماست. همین جریان مداوم باعث می‌شود چیلر بتواند به‌طور پیوسته آب را خنک کند.

اگر یکی از اجزای اصلی چرخه دچار مشکل شود، عملکرد کل سیستم تحت تأثیر قرار می‌گیرد. به همین دلیل، نگهداری مناسب اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط اهمیت زیادی دارد.

مسیر آب سرد در چیلر

چرخه مبرد تنها بخشی از ماجراست. در چیلرهای مورد استفاده برای تهویه مطبوع، یک مدار جداگانه برای آب سرد نیز وجود دارد.

آب گرم‌شده از ساختمان وارد اواپراتور می‌شود و گرمای خود را به مبرد منتقل می‌کند. سپس آب خنک‌شده توسط پمپ در لوله‌ها حرکت می‌کند و به فن‌کویل‌ها یا هواسازها می‌رسد.

در این تجهیزات، آب سرد گرمای هوای داخل ساختمان را جذب می‌کند. هوای خنک‌شده وارد فضای ساختمان می‌شود و آب که دوباره گرم شده است، به سمت چیلر برمی‌گردد تا بار دیگر خنک شود.

بنابراین آب در این مدار مصرف نمی‌شود؛ بلکه به‌طور مداوم در یک مسیر بسته گردش می‌کند و تنها نقش آن انتقال گرما از ساختمان به چیلر است.

مسیر آب در چیلر آب‌خنک

در چیلر آب‌خنک، علاوه بر مدار آب سرد، یک مدار آب دیگر نیز وجود دارد که به آن مدار آب کندانسور گفته می‌شود.

این آب گرمای کندانسور را دریافت می‌کند و به برج خنک‌کننده می‌برد. در برج، بخشی از آب تبخیر می‌شود و همین فرآیند باعث کاهش دمای آب باقی‌مانده می‌شود. سپس آب خنک‌شده دوباره به سمت کندانسور حرکت می‌کند.

در چیلر هواخنک چنین مداری وجود ندارد. در این نوع، فن‌ها مستقیماً هوا را از روی کندانسور عبور می‌دهند و گرمای مبرد را به هوای محیط منتقل می‌کنند.

در نتیجه، در یک چیلر آب‌خنک می‌توان سه مدار اصلی را از یکدیگر تشخیص داد: مدار مبرد، مدار آب سرد و مدار آب کندانسور. این مدارها با یکدیگر مخلوط نمی‌شوند و فقط انرژی گرمایی بین آن‌ها منتقل می‌شود.

نقش پمپ‌ها در عملکرد چیلر

پمپ‌ها نیز بخش مهمی از سیستم چیلر هستند. پمپ آب سرد وظیفه دارد آب خنک‌شده را به سمت تجهیزات سرمایشی ساختمان حرکت دهد و آب گرم‌شده را دوباره به چیلر برگرداند.

در چیلرهای آب‌خنک، پمپ‌های مدار کندانسور نیز آب را بین کندانسور و برج خنک‌کننده به گردش درمی‌آورند.

اگر پمپ آب سرد متوقف شود، آب خنک‌شده نمی‌تواند به تجهیزات ساختمان برسد. همچنین اگر گردش آب کندانسور در یک چیلر آب‌خنک متوقف شود، دفع گرمای کندانسور با مشکل مواجه می‌شود و ممکن است فشار سیستم افزایش پیدا کند.

به همین دلیل، چیلرها معمولاً به تجهیزات کنترلی و حفاظتی مجهز هستند تا در شرایط غیرعادی، از ادامه کار دستگاه جلوگیری کنند.

نقش سیستم کنترل و حسگرها

چیلرهای امروزی فقط از چند قطعه مکانیکی تشکیل نشده‌اند. سیستم کنترل و حسگرها نیز نقش مهمی در عملکرد صحیح دستگاه دارند.

حسگرها می‌توانند دما، فشار و شرایط کاری بخش‌های مختلف سیستم را بررسی کنند. کنترلر با استفاده از این اطلاعات، عملکرد قسمت‌های مختلف را تنظیم می‌کند.

برای مثال، در شرایطی که نیاز سرمایشی ساختمان کاهش پیدا می‌کند، سیستم کنترل می‌تواند ظرفیت کاری چیلر را کاهش دهد. در مقابل، وقتی بار سرمایشی افزایش پیدا می‌کند، ظرفیت دستگاه نیز متناسب با نیاز افزایش می‌یابد.

برخی چیلرها از کمپرسورهایی با قابلیت تغییر سرعت نیز استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها، کمپرسور همیشه مجبور نیست با حداکثر ظرفیت کار کند و می‌تواند متناسب با نیاز ساختمان فعالیت کند. این موضوع می‌تواند به کاهش مصرف انرژی کمک کند.

یک بار دیگر کل مسیر را مرور کنیم

برای اینکه عملکرد چیلر کاملاً در ذهن بماند، کل چرخه را کوتاه مرور کنیم.

آب گرم ساختمان وارد اواپراتور می‌شود. مبرد سرد در این بخش گرمای آب را جذب می‌کند و آب خنک می‌شود. سپس مبرد که به بخار تبدیل شده، وارد کمپرسور می‌شود و فشار و دمای آن افزایش پیدا می‌کند.

مبرد داغ وارد کندانسور می‌شود و گرمای خود را به هوا یا آب مدار کندانسور می‌دهد. در نتیجه، مبرد دوباره به مایع پرفشار تبدیل می‌شود.

سپس این مایع از شیر انبساط عبور می‌کند. فشار آن کاهش پیدا می‌کند و مبرد سرد می‌شود. حالا دوباره وارد اواپراتور می‌شود تا گرمای آب را جذب کند.

این چرخه بدون توقف ادامه پیدا می‌کند و در کنار آن، آب سرد نیز بین چیلر و تجهیزات سرمایشی ساختمان در گردش است.

جمع‌بندی

عملکرد چیلر را می‌توان در یک جمله ساده خلاصه کرد: چیلر گرما را از آب می‌گیرد، آب را خنک می‌کند و سپس آن گرما را به محیط بیرون منتقل می‌کند.

برای انجام این کار، مبرد در یک چرخه بسته بین چهار بخش اصلی یعنی اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط حرکت می‌کند. در اواپراتور، مبرد گرمای آب را جذب می‌کند؛ کمپرسور فشار و دمای مبرد را افزایش می‌دهد؛ کندانسور گرما را به بیرون دفع می‌کند و شیر انبساط فشار مبرد را کاهش می‌دهد تا دوباره برای جذب گرما آماده شود.

در کنار این چرخه، مدار آب سرد، پمپ‌ها، تجهیزات انتقال حرارت و سیستم کنترل نیز فعالیت می‌کنند. ترکیب همه این بخش‌ها باعث می‌شود چیلر بتواند به‌صورت مداوم آب را خنک کند و این آب را برای سرمایش ساختمان‌ها یا فرآیندهای صنعتی در اختیار سیستم قرار دهد.

به همین دلیل، اگرچه چیلر از قطعات و مدارهای مختلفی تشکیل شده است، منطق اصلی آن قابل فهم است: گرفتن گرما، انتقال آن و خنک کردن دوباره آب برای ادامه چرخه.

در صورت نیاز به مشاوره و یازدید از محل پروژه می توانید با کارشناسان فنی مجموعه تک سارال تماس بگیرید.