چیلر چگونه کار می‌کند؟ بررسی تخصصی در ۵ دقیقه

چیلرها دستگاه‌هایی هستند که با استفاده از سیکل‌های تبرید قادر به خنک کردن آب یا هوا می‌باشند. اساس کار یک چیلر مشابه یخچال صنعتی است؛ به عبارت دیگر، با جذب گرمای محیط سردشده و انتقال آن به محیط بیرون، دمای یک سیستم را کاهش می‌دهد.

به‌طور کلی دو روش اصلی برای تولید سرمایش در چیلرها وجود دارد: چیلر تراکمی که با کمپرسور مکانیکی کار می‌کند و چیلر جذبی که با انرژی حرارتی (گرما) کار می‌کند. در ادامه هر یک از انواع اصلی چیلر (تراکمی، جذبی، سانتریفیوژ و اسکرو) با جزئیات توضیح داده می‌شوند.

1. چیلر تراکمی با کمپرسور پیستونی (Reciprocating Compression Chiller)

این چیلر از کمپرسور پیستونی استفاده می‌کند که با حرکت رفت‌وبرگشتی پیستون‌ها، مبرد را فشرده می‌کند. مبرد مایع در اواپراتور گرما را از آب یا سیال خنک‌کننده جذب کرده و به گاز تبدیل می‌شود. گاز مبرد وارد کمپرسور شده و تحت فشار قرار می‌گیرد، که دما و فشار آن را افزایش می‌دهد. سپس، گاز داغ به کندانسور منتقل شده و با انتقال گرما به محیط (معمولاً از طریق هوا یا آب)، به مایع تبدیل می‌شود. مایع مبرد از طریق شیر انبساط فشارش کاهش یافته و دوباره به اواپراتور بازمی‌گردد. این چرخه به‌طور مداوم تکرار می‌شود. کمپرسور پیستونی به دلیل طراحی ساده، برای ظرفیت‌های کوچک تا متوسط مناسب است، اما سر و صدا و لرزش بیشتری نسبت به سایر انواع دارد.

برای انتخاب درست بین دو سیستم محبوب سرمایشی، مقاله مقایسه چیلر و اسپلیت را از دست ندهید!

2. چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرو (Screw Compression Chiller)

چیلرهای اسکرو از دو روتور مارپیچی (اسکرو) برای فشرده‌سازی مبرد استفاده می‌کنند. مبرد گازی از اواپراتور، جایی که گرما را از سیال خنک‌کننده جذب کرده، وارد کمپرسور می‌شود. روتورهای اسکرو با چرخش، گاز را فشرده کرده و به کندانسور هدایت می‌کنند. در کندانسور، گرمای گاز به محیط منتقل شده و مبرد به مایع تبدیل می‌شود. سپس، مایع از شیر انبساط عبور کرده و با کاهش فشار، آماده جذب گرما در اواپراتور می‌شود. این چیلرها به دلیل راندمان بالا و توانایی کار در ظرفیت‌های متوسط تا بزرگ، برای کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب‌اند. لرزش و سر و صدای آن‌ها کمتر از چیلرهای پیستونی است.

3. چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرال (Scroll Compression Chiller)

در این چیلر، کمپرسور اسکرال از دو مارپیچ (یکی ثابت و دیگری متحرک) تشکیل شده است. مبرد گازی از اواپراتور وارد کمپرسور شده و با حرکت مداری مارپیچ متحرک، در فضای بین مارپیچ‌ها فشرده می‌شود. گاز فشرده و داغ به کندانسور منتقل شده، گرما را به محیط (هوا یا آب) منتقل می‌کند و به مایع تبدیل می‌شود. مایع مبرد از شیر انبساط عبور کرده و به اواپراتور بازمی‌گردد. چیلرهای اسکرال به دلیل طراحی کم‌صدا، راندمان بالا و قطعات متحرک کمتر، برای کاربردهای کوچک تا متوسط مانند ساختمان‌های تجاری و مسکونی ایده‌آل‌اند.

4. چیلر تراکمی با کمپرسور سانتریفیوژ (Centrifugal Compression Chiller)

این چیلر از کمپرسور سانتریفیوژ استفاده می‌کند که با چرخش پروانه‌ای با سرعت بالا، مبرد را فشرده می‌کند. مبرد گازی از اواپراتور وارد کمپرسور شده و با نیروی گریز از مرکز فشرده می‌شود، که دما و فشار آن را افزایش می‌دهد. گاز داغ به کندانسور منتقل شده و با دفع گرما به محیط، به مایع تبدیل می‌شود. مایع از شیر انبساط عبور کرده و به اواپراتور بازمی‌گردد. چیلرهای سانتریفیوژ به دلیل راندمان بسیار بالا و ظرفیت‌های بزرگ، برای ساختمان‌های عظیم مانند فرودگاه‌ها و مجتمع‌های تجاری مناسب‌اند. این چیلرها کم‌صدا هستند، اما هزینه نگهداری بالایی دارند.

5. چیلر جذبی تک‌مرحله‌ای (Single-Effect Absorption Chiller)

چیلرهای جذبی تک‌مرحله‌ای از چرخه جذب برای تولید سرما استفاده می‌کنند و به‌جای برق، از منابع حرارتی مانند بخار یا آب گرم بهره می‌برند. این چیلر شامل چهار جزء اصلی است: ژنراتور، کندانسور، اواپراتور و جذب‌کننده. در اواپراتور، مبرد (معمولاً آب) گرما را از سیال خنک‌کننده جذب کرده و تبخیر می‌شود. بخار مبرد به جذب‌کننده منتقل شده و توسط محلولی جاذب (مانند لیتیوم بروماید) جذب می‌شود. محلول رقیق‌شده به ژنراتور پمپ شده و با حرارت، مبرد از محلول جدا شده و به کندانسور می‌رود. در کندانسور، بخار مبرد گرما را به محیط دفع کرده و به مایع تبدیل می‌شود، سپس به اواپراتور بازمی‌گردد. این چیلر برای مناطقی با دسترسی به منابع حرارتی ارزان مناسب است.

6. چیلر جذبی دومرحله‌ای (Double-Effect Absorption Chiller)

این چیلر مشابه نوع تک‌مرحله‌ای عمل می‌کند، اما از دو ژنراتور با دماهای مختلف برای افزایش راندمان استفاده می‌کند. در ژنراتور اول، حرارت با دمای بالا (مانند بخار پرفشار) مبرد را از محلول جاذب جدا می‌کند. گرمای آزادشده در این فرآیند به ژنراتور دوم منتقل شده و مرحله دوم جداسازی را انجام می‌دهد. بخار مبرد به کندانسور رفته، گرما را دفع کرده و به مایع تبدیل می‌شود، سپس به اواپراتور بازمی‌گردد تا گرما را جذب کند. محلول جاذب نیز بین جذب‌کننده و ژنراتورها چرخش می‌کند. این چیلر راندمان بالاتری نسبت به نوع تک‌مرحله‌ای دارد و برای کاربردهای صنعتی بزرگ مناسب است.

7. چیلر هواخنک (Air-Cooled Chiller)

چیلر هواخنک از چرخه تراکمی استفاده می‌کند، اما کندانسور آن با هوا خنک می‌شود. مبرد در اواپراتور گرما را از سیال خنک‌کننده جذب کرده و به گاز تبدیل می‌شود. گاز وارد کمپرسور (پیستونی، اسکرو، اسکرال یا سانتریفیوژ) شده و فشرده می‌شود. گاز داغ به کندانسور منتقل شده و با جریان هوای تولیدشده توسط فن‌ها، گرما را به محیط دفع می‌کند و به مایع تبدیل می‌شود. مایع از شیر انبساط عبور کرده و به اواپراتور بازمی‌گردد. این چیلرها به دلیل عدم نیاز به برج خنک‌کننده، نصب آسان‌تری دارند و برای مناطق خشک یا با محدودیت آب مناسب‌اند.

8. چیلر آب‌خنک (Water-Cooled Chiller)

این چیلر نیز از چرخه تراکمی استفاده می‌کند، اما کندانسور آن با آب خنک می‌شود. مبرد در اواپراتور گرما را از سیال جذب کرده و به گاز تبدیل می‌شود. گاز در کمپرسور فشرده شده و به کندانسور می‌رود. در کندانسور، آب خنک‌کننده (که معمولاً از برج خنک‌کننده تأمین می‌شود) گرمای مبرد را جذب کرده و مبرد به مایع تبدیل می‌شود. مایع از شیر انبساط عبور کرده و به اواپراتور بازمی‌گردد. آب گرم‌شده در کندانسور به برج خنک‌کننده منتقل شده و خنک می‌شود. این چیلرها راندمان بالاتری دارند، اما نیاز به سیستم برج خنک‌کننده هزینه نگهداری را افزایش می‌دهد.

9. چیلر هیبریدی (Hybrid Chiller)

چیلرهای هیبریدی ترکیبی از فناوری‌های تراکمی و جذبی یا سایر سیستم‌های نوین هستند. در یک طراحی رایج، چیلر می‌تواند بین حالت تراکمی (با کمپرسور) و جذبی (با منبع حرارتی) جابه‌جا شود. در حالت تراکمی، مشابه چیلرهای تراکمی عمل می‌کند: مبرد در اواپراتور گرما را جذب کرده، در کمپرسور فشرده شده، در کندانسور خنک می‌شود و از شیر انبساط عبور می‌کند. در حالت جذبی، مشابه چیلرهای جذبی، از ژنراتور و جذب‌کننده برای چرخه استفاده می‌شود. برخی چیلرهای هیبریدی از فناوری‌های اضافی مانند پمپ حرارتی یا ذخیره‌سازی انرژی برای بهینه‌سازی مصرف استفاده می‌کنند. این چیلرها برای کاربردهایی با نیازهای متغیر انرژی مناسب‌اند.

نتیجه‌گیری

درک انواع چیلرها برای انتخاب دستگاه مناسب با نیازهای خاص هر پروژه ضروری است. چیلرهای تراکمی با تنوع در روش خنک‌کنندگی و نوع کمپرسور، برای اکثر کاربردها مناسب‌اند، در حالی که چیلرهای جذبی برای شرایط خاص با دسترسی به گرما گزینه‌ای کارآمد هستند. این اطلاعات می‌تواند به کاربران کمک کند تا تصمیم‌گیری بهتری برای انتخاب چیلر داشته باشند.