چیلر چیست

چیلر چیست؟ راهنمای کامل شناخت انواع، کاربرد و نحوه عملکرد

چیلر چیست و چرا به آن نیاز داریم؟

اگر تا به حال وارد یک ساختمان اداری بزرگ، بیمارستان، مرکز خرید یا کارخانه شده باشید، احتمالاً بدون اینکه بدانید از سیستم سرمایشی‌ای به نام چیلر استفاده کرده‌اید. چیلر دستگاهی است که با گرفتن گرمای آب، آن را خنک می‌کند. این آب سردشده سپس از طریق شبکه‌ای از لوله‌ها به بخش‌های مختلف ساختمان می‌رود و با کمک تجهیزاتی مانند فن‌کویل و هواساز، هوای داخل فضا را خنک می‌کند.

اما چرا برای یک ساختمان بزرگ از چیلر استفاده می‌شود؟ چرا نمی‌توان چند کولر گازی معمولی نصب کرد و همان کار را انجام داد؟

پاسخ ساده است: ظرفیت سرمایشی مورد نیاز ساختمان‌های بزرگ بسیار بیشتر از چیزی است که کولرهای معمولی می‌توانند تأمین کنند. برای مثال، یک ساختمان اداری چندین طبقه یا یک کارخانه ممکن است به سیستمی نیاز داشته باشد که بتواند مقدار زیادی گرما را به‌صورت مداوم از محیط خارج کند. چیلرها برای چنین شرایطی طراحی شده‌اند و می‌توانند در ظرفیت‌های مختلف، از پروژه‌های نسبتاً کوچک تا مجموعه‌های بسیار بزرگ، مورد استفاده قرار بگیرند.

چیلر چگونه آب را خنک می‌کند؟

برای فهمیدن نحوه کار چیلر، لازم نیست وارد محاسبات پیچیده ترمودینامیک شویم. یک مثال ساده می‌تواند موضوع را روشن کند.

وقتی مقداری الکل روی پوست دست می‌ریزید، بعد از چند لحظه احساس خنکی می‌کنید. دلیلش این است که الکل هنگام تبخیر، مقداری گرما از سطح پوست می‌گیرد. در چیلر هم از همین ویژگی تغییر حالت یک ماده استفاده می‌شود، با این تفاوت که ماده مورد استفاده مبرد نام دارد و این فرایند داخل یک مدار بسته و کنترل‌شده انجام می‌شود.

مبرد می‌تواند بین حالت مایع و گاز تغییر کند. در یک بخش از سیستم، گرمای آب را جذب می‌کند و در بخش دیگری این گرما را به محیط بیرون پس می‌دهد. با تکرار مداوم این فرایند، گرما از آب گرفته می‌شود و آب سردی در اختیار سیستم تهویه قرار می‌گیرد.

در واقع، چیلر به معنای واقعی کلمه «سرما تولید نمی‌کند»؛ بلکه گرما را از آب می‌گیرد و در نهایت آن را سرد می‌کند و این گرما را به محیط بیرون منتقل می‌کند.

اجزای اصلی چیلر

برای اینکه نحوه عملکرد چیلر را بهتر متوجه شویم، ابتدا باید چهار بخش اصلی چرخه تبرید را بشناسیم. این چهار بخش در کنار هم باعث می‌شوند مبرد به‌صورت مداوم در سیستم گردش کند.

* اواپراتور؛ جایی که آب سرد می‌شود

اواپراتور یا تبخیرکننده بخشی از چیلر است که در آن گرمای آب گرفته می‌شود.

آب گرم‌شده ساختمان وارد اواپراتور می‌شود و مبردی که در شرایط دمایی پایین قرار دارد، گرمای آب را جذب می‌کند. آب و مبرد مستقیماً با یکدیگر مخلوط نمی‌شوند؛ انتقال گرما از طریق سطوح و لوله‌های مخصوص انجام می‌شود.

با گرفتن گرمای آب، مبرد تبخیر می‌شود و از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شود. در طرف دیگر، آب گرمای خود را از دست می‌دهد و سردتر می‌شود. همین آب سرد بعداً به سمت فن‌کویل‌ها یا هواسازهای ساختمان فرستاده می‌شود.

* کمپرسور؛ موتور اصلی چرخه

گاز مبرد پس از خروج از اواپراتور وارد کمپرسور می‌شود. کمپرسور این گاز را فشرده می‌کند و در نتیجه، فشار و دمای مبرد افزایش پیدا می‌کند.

این مرحله اهمیت زیادی دارد، چون مبرد باید به شرایطی برسد که بتواند گرمایی را که از آب گرفته است، در کندانسور به محیط بیرون منتقل کند.

به همین دلیل کمپرسور را معمولاً قلب چیلر می‌نامند. منظور از این اصطلاح، نقش مهم کمپرسور در به حرکت درآوردن چرخه تبرید و ایجاد اختلاف فشار مورد نیاز در سیستم است.

* کندانسور؛ جایی که گرما دفع می‌شود

مبرد داغ و پرفشار پس از خروج از کمپرسور وارد کندانسور می‌شود.

در این قسمت، گرمای مبرد به محیط بیرون منتقل می‌شود. بسته به نوع چیلر، این کار می‌تواند با استفاده از هوا یا آب انجام شود.

مبرد با از دست دادن گرما، از حالت گاز به مایع تبدیل می‌شود، اما همچنان فشار آن بالاست. سپس برای ورود دوباره به اواپراتور آماده می‌شود.

* شیر انبساط؛ کاهش فشار مبرد

مبرد مایع و پرفشار پیش از ورود دوباره به اواپراتور از شیر انبساط عبور می‌کند.

این قطعه باعث کاهش شدید فشار مبرد می‌شود. در نتیجه، دمای مبرد نیز کاهش پیدا می‌کند و شرایط لازم برای جذب دوباره گرمای آب در اواپراتور فراهم می‌شود.

در اینجا چرخه دوباره از ابتدا شروع می‌شود:

اواپراتور → کمپرسور → کندانسور → شیر انبساط → اواپراتور

این چرخه به‌صورت مداوم ادامه پیدا می‌کند و چیلر می‌تواند به تولید آب سرد ادامه دهد.

انواع چیلر بر اساس نحوه دفع گرما

یکی از روش‌های اصلی برای دسته‌بندی چیلرها، توجه به نحوه دفع گرمای آن‌هاست. از این نظر، چیلرها معمولاً به دو گروه هواخنک و آب‌خنک تقسیم می‌شوند.

چیلر هواخنک چیست؟

در چیلر هواخنک، گرمای مبرد در کندانسور مستقیماً به هوای بیرون منتقل می‌شود.

فن‌هایی که روی دستگاه قرار دارند، هوا را از روی کویل‌های کندانسور عبور می‌دهند. این هوا گرمای موجود در کندانسور را می‌گیرد و آن را به محیط بیرون منتقل می‌کند.

یکی از مزیت‌های مهم این نوع چیلر، سادگی سیستم است. چیلر هواخنک به برج خنک‌کننده نیاز ندارد و مصرف آب آن نیز بسیار کمتر از سیستم‌های آب‌خنک است. به همین دلیل نصب آن در بسیاری از پروژه‌ها ساده‌تر است.

البته عملکرد چیلر هواخنک به دمای هوای بیرون وابستگی بیشتری دارد. هرچه هوای محیط گرم‌تر باشد، دفع گرما دشوارتر می‌شود و ممکن است راندمان دستگاه کاهش پیدا کند.

چیلر آب‌خنک چیست؟

در چیلر آب‌خنک، گرمای مبرد در کندانسور ابتدا به آب منتقل می‌شود. این آب سپس به سمت برج خنک‌کننده می‌رود تا دمای آن کاهش پیدا کند و دوباره به کندانسور برگردد.

چیلرهای آب‌خنک در پروژه‌های بزرگ بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و در شرایط مناسب می‌توانند راندمان بالایی داشته باشند.

البته در کنار مزایای آن‌ها، تجهیزات بیشتری هم مورد نیاز است. برج خنک‌کننده، پمپ‌ها، لوله‌کشی و تجهیزات مربوط به نگهداری آب بخشی از این سیستم هستند. بنابراین طراحی و نگهداری چیلر آب‌خنک معمولاً پیچیده‌تر از یک چیلر هواخنک است.

انواع چیلر بر اساس نوع کمپرسور

کمپرسور یکی از مهم‌ترین اجزای چیلر است و نوع آن تأثیر زیادی روی ظرفیت، ابعاد، عملکرد و کاربرد دستگاه دارد. کمپرسورهای مورد استفاده در چیلرها انواع مختلفی دارند.

*کمپرسور اسکرال

کمپرسور اسکرال از دو قطعه مارپیچی تشکیل شده است. یکی از این قطعات ثابت است و دیگری حرکت مداری انجام می‌دهد. مبرد بین این دو قطعه به‌تدریج به سمت مرکز حرکت کرده و فشرده می‌شود.

ساختار نسبتاً ساده و تعداد کم قطعات متحرک باعث شده کمپرسورهای اسکرال معمولاً عملکرد آرام و قابل اعتمادی داشته باشند.

این نوع کمپرسور بیشتر در سیستم‌های سرمایشی با ظرفیت پایین تا متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرد.

*کمپرسور اسکرو

کمپرسور اسکرو از روتورهای مارپیچی برای فشرده کردن مبرد استفاده می‌کند. با چرخش روتورها، گاز بین آن‌ها محبوس شده و به‌تدریج فشرده می‌شود.

این کمپرسورها برای ظرفیت‌های متوسط و بالا کاربرد زیادی دارند و در بسیاری از ساختمان‌های تجاری و پروژه‌های صنعتی دیده می‌شوند.

یکی از مزایای آن‌ها قابلیت کارکرد مناسب در بارهای مختلف است؛ به همین دلیل در بسیاری از چیلرهای صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

*کمپرسور سانتریفیوژ

کمپرسور سانتریفیوژ بیشتر برای چیلرهای با ظرفیت بسیار بالا استفاده می‌شود.

در این کمپرسور، یک پروانه با سرعت بالا می‌چرخد و انرژی لازم را به گاز منتقل می‌کند. این انرژی سپس به افزایش فشار مبرد کمک می‌کند.

چیلرهای مجهز به کمپرسور سانتریفیوژ بیشتر در پروژه‌های بزرگ مانند ساختمان‌های بسیار بزرگ، مراکز تجاری عظیم و برخی واحدهای صنعتی کاربرد دارند.

*کمپرسور رفت‌وبرگشتی

کمپرسور رفت‌وبرگشتی با استفاده از پیستون و سیلندر، گاز مبرد را فشرده می‌کند. عملکرد آن از نظر کلی شبیه سازوکار موتورهای پیستونی است.

این کمپرسورها ساختار نسبتاً ساده‌ای دارند، اما در مقایسه با برخی فناوری‌های جدیدتر می‌توانند ارتعاش و صدای بیشتری ایجاد کنند. امروزه بیشتر در برخی سیستم‌های کوچک یا تجهیزات قدیمی دیده می‌شوند.

انواع چیلر از نظر اندازه و کاربرد

چیلرها را می‌توان بر اساس اندازه و کاربرد نیز تقسیم‌بندی کرد. در این دسته‌بندی، دو اصطلاحی که بیشتر به گوش می‌خورند، چیلر مرکزی و مینی چیلر هستند.

*چیلر مرکزی

چیلر مرکزی برای تأمین سرمایش یک ساختمان بزرگ یا یک مجموعه طراحی می‌شود. این دستگاه معمولاً در موتورخانه یا فضای مخصوص تجهیزات نصب شده و آب سرد تولیدشده را به بخش‌های مختلف ساختمان می‌فرستد.

برای مثال، در یک هتل بزرگ، چیلر مرکزی می‌تواند آب سرد مورد نیاز فن‌کویل اتاق‌ها، فضاهای عمومی و بخش‌های مختلف ساختمان را تأمین کند.

چیلرهای مرکزی معمولاً ظرفیت بالایی دارند و طراحی آن‌ها نیازمند برنامه‌ریزی دقیق برای موتورخانه، لوله‌کشی، پمپ‌ها و سایر تجهیزات مرتبط است.

*مینی چیلر

مینی چیلر در واقع یک چیلر کوچک‌تر و جمع‌وجورتر است که برای پروژه‌هایی با نیاز سرمایشی پایین‌تر طراحی شده است.

ویلاها، ساختمان‌های مسکونی کوچک، فروشگاه‌ها، رستوران‌ها و برخی دفاتر و کلینیک‌ها می‌توانند از جمله کاربردهای مینی چیلر باشند.

بسیاری از مینی چیلرها به‌صورت پکیج و یکپارچه طراحی می‌شوند و تجهیزات اصلی سیستم را در یک مجموعه فشرده در اختیار دارند. به همین دلیل فضای زیادی اشغال نمی‌کنند و نصب آن‌ها نسبت به یک سیستم مرکزی بزرگ ساده‌تر است.

چیلرها کجا استفاده می‌شوند؟

کاربرد چیلر فقط به خنک کردن ساختمان‌ها محدود نمی‌شود. در بسیاری از صنایع، کنترل دما بخشی ضروری از فرایند تولید است و چیلرها برای همین منظور به کار گرفته می‌شوند.

*ساختمان‌های اداری و تجاری

یکی از رایج‌ترین کاربردهای چیلر، تأمین سرمایش ساختمان‌های بزرگ اداری، تجاری و مسکونی است. آب سرد تولیدشده در چیلر به هواسازها و فن‌کویل‌ها می‌رسد و این تجهیزات هوای داخل ساختمان را خنک می‌کنند.

*بیمارستان‌ها

بیمارستان‌ها معمولاً به سیستم سرمایشی پایدار نیاز دارند. علاوه بر سرمایش عمومی ساختمان، بعضی فضاها و تجهیزات نیز به کنترل دقیق دما نیاز دارند. به همین دلیل چیلرها در بسیاری از مراکز درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

*مراکز داده

سرورها و تجهیزات الکترونیکی هنگام کار گرمای زیادی تولید می‌کنند. افزایش بیش از حد دما می‌تواند روی عملکرد و طول عمر این تجهیزات تأثیر منفی بگذارد. سیستم‌های سرمایشی مناسب، از جمله چیلرها، برای دفع این گرما مورد استفاده قرار می‌گیرند.

*صنایع غذایی

در صنایع غذایی، کنترل دما در بخش‌هایی از فرایند تولید اهمیت زیادی دارد. چیلرها می‌توانند برای خنک کردن محصولات، تجهیزات یا سیالات مورد استفاده در فرایند تولید به کار گرفته شوند.

*صنایع دارویی و شیمیایی

بعضی فرایندهای دارویی و شیمیایی به دمای مشخص و کنترل‌شده نیاز دارند. در چنین شرایطی، چیلر می‌تواند برای تأمین سرمایش مورد نیاز فرایند استفاده شود.

*صنایع پلاستیک

در صنایعی مانند تزریق پلاستیک، خنک شدن قالب و تجهیزات بخشی از فرایند تولید است. چیلر می‌تواند آب سرد مورد نیاز این فرایند را تأمین کند و به کنترل دمای قالب کمک کند.

هنگام انتخاب چیلر به چه نکاتی توجه کنیم؟

انتخاب چیلر مناسب فقط به این موضوع محدود نمی‌شود که «کدام دستگاه قوی‌تر است». یک چیلر زمانی انتخاب مناسبی است که ظرفیت و مشخصات آن با نیاز واقعی پروژه هماهنگ باشد.

*بار سرمایشی

اولین و مهم‌ترین موضوع، تعیین بار سرمایشی ساختمان یا فرایند است. به زبان ساده، باید مشخص شود چه مقدار گرما باید از محیط گرفته شود.

مساحت فضا، تعداد افراد، میزان تابش خورشید، تجهیزات موجود، نوع کاربری ساختمان و شرایط آب‌وهوایی از عواملی هستند که می‌توانند روی بار سرمایشی تأثیر بگذارند.

به همین دلیل انتخاب ظرفیت چیلر بهتر است بر اساس محاسبات مهندسی انجام شود، نه صرفاً بر اساس متراژ ساختمان.

*نوع کاربری

نیاز یک کارخانه با یک ساختمان اداری یا یک رستوران یکسان نیست. حتی در یک ساختمان واحد نیز ممکن است بخش‌های مختلف، نیاز سرمایشی متفاوتی داشته باشند.

بنابراین قبل از انتخاب دستگاه باید مشخص شود چیلر دقیقاً قرار است برای چه کاری استفاده شود.

*شرایط آب‌وهوایی

دمای محیط روی عملکرد چیلر تأثیر دارد. برای مثال، در مناطق بسیار گرم، انتخاب چیلر هواخنک نیازمند توجه بیشتری به شرایط طراحی و دمای هوای بیرون است.

از طرف دیگر، در مناطقی که دسترسی به آب محدود است، استفاده از سیستم‌هایی که مصرف آب بالایی دارند ممکن است نیازمند بررسی دقیق‌تری باشد.

*هزینه اولیه و هزینه استفاده

قیمت خرید تنها هزینه‌ای نیست که باید در نظر گرفته شود. مصرف برق، هزینه سرویس و نگهداری، تجهیزات جانبی و هزینه تعمیرات نیز در طول عمر دستگاه اهمیت دارند.

گاهی یک دستگاه با قیمت اولیه بالاتر، به دلیل مصرف انرژی یا هزینه نگهداری مناسب‌تر، در بلندمدت انتخاب اقتصادی‌تری خواهد بود.

آیا چیلر همیشه بهترین گزینه برای سرمایش است؟

خیر. چیلر یک راهکار کاربردی برای پروژه‌های مختلف است، اما برای هر ساختمان یا فضایی الزاماً بهترین انتخاب نیست.

برای یک واحد مسکونی کوچک، ممکن است یک سیستم ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر منطقی‌تر باشد. در مقابل، برای یک ساختمان بزرگ با تعداد زیادی فضای مختلف، استفاده از یک سیستم مرکزی می‌تواند مدیریت سرمایش را ساده‌تر و اقتصادی‌تر کند.

بنابراین انتخاب سیستم سرمایشی باید بر اساس شرایط واقعی پروژه انجام شود. ظرفیت مورد نیاز، نوع ساختمان، بودجه، فضای در دسترس، شرایط آب‌وهوایی و هزینه‌های بلندمدت همگی باید در کنار یکدیگر بررسی شوند.

جمع‌بندی

چیلر دستگاهی است که با استفاده از چرخه تبرید، گرمای آب را می‌گیرد و در نتیجه آب را خنک می‌کند. آب سرد تولیدشده سپس می‌تواند برای خنک کردن هوای ساختمان یا در بعضی فرایندهای صنعتی مورد استفاده قرار بگیرد.

چهار بخش اصلی چرخه تبرید چیلر شامل اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط است. هرکدام از این قطعات وظیفه مشخصی دارند و عملکرد درست همه آن‌ها در کنار یکدیگر باعث می‌شود چرخه سرمایش ادامه پیدا کند.

چیلرها از نظر نحوه دفع گرما به دو گروه هواخنک و آب‌خنک تقسیم می‌شوند و از نظر نوع کمپرسور نیز مدل‌های مختلفی مانند اسکرال، اسکرو، سانتریفیوژ و رفت‌وبرگشتی دارند. از نظر اندازه و کاربرد نیز چیلرهای مرکزی و مینی چیلرها برای پروژه‌های متفاوتی استفاده می‌شوند.

در نهایت، انتخاب چیلر مناسب بیشتر از آنکه به بزرگ‌تر یا قوی‌تر بودن دستگاه مربوط باشد، به تناسب دستگاه با نیاز پروژه بستگی دارد. اگر ظرفیت مورد نیاز، شرایط محیطی، نوع کاربری و هزینه‌های بلندمدت به‌درستی بررسی شوند، می‌توان سیستمی انتخاب کرد که هم عملکرد مناسبی داشته باشد و هم هزینه‌های اضافی به پروژه تحمیل نکند.

جهت مشاوره میتوانید با کارشناسان فنی مجموعه تکسارال تماس بگیرید.