به گزارش پایگاه خبری «عصر ساختمان»، یکی از مهم‌ترین الزامات هر ساختمانی و به عبارتی قلب تپنده آن سیستم تهویه مطبوع آن است، این مهم در ساختمان‌های بزرگ با استفاده از چیلر انجام می‌پذیرد، چیلر ماشینی است که از طریق یکی از سیکل‌های تبرید و مبدل‌های حرارتی گرما را از یک مایع می‌زداید و برای خنک‌کردن تجهیزات و یا جریان‌های فرایندی، استفاده می‌شود.

انواع چیلرها و نحوه عملکرد آنها
چیلرها معمولا در دو نوع چیلر جذبی و  چیلر تراکمی ساخته می‌شوند. روند سرمایش و گرمایش در چیلرها مراحلی را طی می‌کند تا سیستم تهویه مطبوع بتواند به درستی عملکرد خود را انجام دهد. سرمایش یا ‌تبرید‌ عبارت است از ایجاد شرایطی برای کاهش دمای یک محیط یا یک ماده، نسبت به محیط آن. به بیان دیگر تبرید، انتقال گرما از یک محیط با دمای پایین‌تر به یک محیط با دمای بالاتر است. این تعریف پایه‌گذار مبحث سرمایش در صنعت تهویه مطبوع است.
از طرفی گرمای تلف‌شده به عنوان یک محصول جانبی شناخته می‌شود که بایستی در محیط آزاد شده و یا برای یک فرآیند گرمایشی استفاده شود.
در گذشته، سرمایش به کمک نگهداری یخ و برف فشرده در محفظه‌های مخصوص فراهم می‌شد. نزدیک به 200 سال پیش مایکل فارادی از طریق مجموعه آزمایشاتی موفق به ارائه مبنایی برای کار ماشین‌های جذبی شد. اولین ماشین تبرید دستی بر این مبنا در انگلستان تحولی در صنعت تبرید به وجود آورد. بعدها سیکل جذبی با استفاده از آمونیاک به‌عنوان ماده جاذب و آب به عنوان مبرد توسط فردیناند کاره مورد استفاده قرار گرفت، که مبنای اولین چیلر جذبی بود. موارد مورد توجه در طراحی و انتخاب چیلرها شامل عملکرد، بازده، تعمیر و نگهداری، و اثرات زیست محیطی چرخه عمر محصول است. چیلرها عموما در موارد زیر کاربرد دارند:
1- دستگاه‌های سرد‌کننده خانگی
2- تهویه مطبوع و تهویه صنعتی
3- نگهداری مواد غذایی
4- صنایع شیمیایی

  چیلر تراکمی
در چیلر تراکمی گاز ابتدا توسط کمپرسور، متراکم می‌شود. این گاز سپس به کندانسور وارد شده توسط آب یا هوای محیط، خنک‌شده و به مایع تبدیل می‌شود. این مایع با عبور از شیر انبساط یا لوله موئین وارد خنک‌کننده (اواپراتور) می‌شود که در فشار کمتری قرار دارد، این کاهش فشار باعث تبخیر مایع شده و مایع سردکننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط، باعث ایجاد برودت در موادی که با قسمت خنک‌کننده در ارتباط هستند، می‌شود. پس از آن گاز حاصل از تبخیر، به کمپرسور منتقل می‌شود. با عبور سریع بخار در خلأ کندانسور، به علت تبدیل بخار به آب و اختلاف حجم بین بخار و آب، مایع ایجاد می‌شود. اجزای یک سیکل تبرید تراکمی و نحوه کارکرد آن به شرح زیر است:
کمپرسور (Compressor): بخار را از اواپراتور مکیده و دما و فشار آن را به حدی افزایش می‌دهد که بتواند با عامل تقطیر معمولی تقطیر شود.
لوله گاز داغ یا تخلیه (Discharge Line): بخار پر فشار و با دمای زیاد را از خروجی کمپرسور به کندانسور می‌رساند.
کندانسور (Condenser): سطح تبادل حرارتی لازم برای انتقال حرارت از بخار مبرد گرم به عامل تقطیر را فراهم می‌کند. کندانسورها در زمره مبدل‌های حرارتی قرار می‌گیرند که در آنها حرارت بخار مبرد به عامل تقطیر (مثلا هوا یا آب) منتقل شده و در اثر آن بخار مبرد ابتدا تا دمای اشباع سرد شده و سپس به مایع تبدیل می‌شود. کندانسورها سه نوع هستند که عبارتند از:
1- کندانسور هوایی (هوا‌خنک)
2- کندانسور آبی (آب‌خنک): کندانسورهای دولوله‌ای، پوسته و کویل، پوسته و لوله
3- کندانسور تبخیری
در کندانسورهای هوایی از هوا به عنوان عامل تقطیر استفاده می‌شود در حالی که در کندانسورهای آبی عامل تقطیر مبرد آب است. در کندانسورهای تبخیری، از هر دو عامل  هوا و آب استفاده می‌شود. در کندانسورهای تبخیری، دمای هوای عبوری مقداری افزایش می‌یابد، اما تقطیر مبرد عمدتا از تبخیر آب پاشیده شده ‌روی کندانسور ناشی حاصل شده و هوا جهت افزایش شدت تبخیر با رفع بخار آب به‌کار می‌رود. جریان هوا در کندانسورهای هوایی ممکن است به دو صورت جریان طبیعی (کاربرد یخچال‌ها و فریزرهای خانگی) و  جریان اجباری (جریان هوا به وسیله فن یا دمنده) باشد.
مخزن ذخیره مایع (Receiver Tank): تقطیر شده را ذخیره می‌کند و جریان ثابتی از مایع مورد نیاز را به اواپراتور برقرار می‌کند.
لوله مایع (Liquid Line): مبرد مایع را از مخزن ذخیره به کنترل‌کننده ماده مبرد می‌رساند.
شیر انبساط (Exp. Valve): مقدار مناسبی از مبرد را به اواپراتور می‌رساند و فشار آن را طوری کاهش می‌دهد که مایع بتواند در دمای پایین مورد نظر، تبخیر شود.
اواپراتور (Evaporator): یک مبدل حرارتی
(Heat Exchanger) است که امکان انتقال انرژی حرارتی مایع  به گاز مبرد را فراهم می‌کند. در طول تغییر حالت مایع  به گاز، مبرد بدون تغییر دما مقدار زیادی حرارت را جذب می‌کند. اواپراتورها از نظر ساختمان به 3 دسته زیر تقسیم می‌شوند و موارد دیگر از مشتقات این سه نوع است:
1- پوسته و لوله (Shell & Tube type Evaporator): معمولا از لوله‌های فولادی و مسی ساخته می‌شوند. از این نوع کویل برای سرد‌کردن مایعات استفاده می‌شود
2- صفحه‌ای (Plate type Evaporator): از دو صفحه فلزی که ‌روی آن شیارهایی برای عبور مبرد ایجاد شده‌ ساخته شده‌ است. این نوع اواپراتورها به دلیل امکان شکل‌پذیری به فرم دلخواه، تولید اقتصادی و سهولت تمیز‌کردن در یخچال‌ها و فریزرهای خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نوع دیگر، از لوله‌ای واقع بین دو صفحه فلزی تشکیل شده است و صفحات در انتها به یکدیگر جوش می‌شوند. در این اواپراتورها برای ایجاد تماس حرارتی مطلوب بین صفحات و لوله حامل مبرد، فضای بین صفحات را با محلول اتکتیک پر می‌کنند.
3- اواپراتورهای فین‌دار (Finned type Evaporator): در جاهایی که انتقال حرارت جابه‌جایی اندک باشد برای جبران این کمبود با افزایش سطح تماس از طریق اضافه‌کردن پره یا فین، انتقال حرارت را افزایش می‌دهند.
4- لوله مکش (Suction Line): بخار کم فشار را از اواپراتور به مکش کمپرسور انتقال می‌دهد.
اصول کار چیلر تراکمی بدین شکل است که سیال مبرد وارد لوله‌ها یا به اصطلاح تبخیرکننده که در داخل اتاق یا محلی که می‌خواهیم سرد کنیم می‌شود، گرما از هوای اتاق به سیال مبرد داده می‌شود و سیال در نتیجه گرفتن گرما تبخیر می‌شود و در عوض درجه حرارت اتاق پایین می‌آید. 

  شارژ گاز چیلر تراکمی
برای شارژ و افزایش مبرد باید مراحلی طی شود و روند این کار در چندی مرحله صورت می‌گیرد:
1- کپسول مبرد مناسب را به انشعاب میانی چند‌راهه آزمایش وصل کنید‌.
2- شیرهای چندراهه را طوری تنظیم کنید که مبرد از طریق انشعاب فشار‌سنج مکش به داخل شیلنگ مکش جریان پیدا کند.
3- شیلنگ مکش را به انشعاب شارژ شیر سرویس مکش متصل کنید‌. قبل از سفت کردن اتصالات‌، اندکی از مبرد را آزاد کنید تا هوای محبوس در شیلنگ‌ها کاملا خارج شود‌.
4- سیلندر مبرد را از ترازوی فنری آویزان کنید تا از وزن مبرد اضافه شده به سیستم مطلع باشید.
5- شیر سرویس مکش را ببندید و بعد از اطمینان یافتن از اینکه کپسول در وضعیت وارونه قرار دارد، کمپرسور را روشن و شیر کپسول را کمی باز کنید. جهت پیشگیری از آسیب‌دیدگی کمپرسور شیر تخلیه کپسول را طوری تنظیم کنید که فشار مکش از bar 3 برای فرئون 12 و bar 5.5 برای فرئون 22 تجاوز نکند‌.
6- اگر سیستم نیاز به شارژ کامل دارد‌،‌ مقدار مبرد مورد نیاز آن را که روی پلاک شناسایی آن قید شده است‌، به آن اضافه کنید. اگر قرار است فقط مقدار کمی مبرد اضافه شود، بعد از گذشت چندثانیه شیر سرویس مکش را ببندید و حدود 5 دقیقه سیستم را به حال خود بگذارید تا متعادل شود. در صورتی که کمبود گاز سیستم هنوز مرتفع نشده است‌، این عملیات را مجددا تکرار کنید.

  انواع چیلر تراکمی
به طور کلی چیلرهایی که از سیکل تراکمی بهره می‌برند به دو نوع کندانسور هوایی (هوا‌خنک) و کندانسور آبی (آب‌‌خنک) و سانتریفیوژ (Centrifugal) تقسیم می‌شوند. این طبقه‌بندی‌ها نیز خود با تنوع در نوع کمپرسور مورد استفاده در سیکل به دسته‌های دیگری تقسیم می‌شوند.

  چیلر اسکرو
نسل جدیدی از چیلر در صنعت تهویه مطبوع، چیلر اسکرو هستند. وجه تسمیه آن استفاده از کمپرسورهای مارپیچ یا اسکرو است. از ویژگی‌های مهم این کمپرسورها قابلیت کنترل ظرفیت، راندمان بالا نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی، جریان راه‌اندازی پایین، تعداد قطعات کم و … است.

   چیلر اسکرال
چیلر اسکرال نام خود را از کمپرسور به‌کار رفته در سیکل تبرید خود گرفته است. ساختمان این کمپرسورها از دو حلزون غیر هم‌محور تشکیل شده که یکی ثابت و دیگری متحرک است. این کمپرسور نیز مانند نوع اسکرو از نسل جدید و جایگزین کمپرسورهای رفت و برگشتی است.

  چیلر سانتریفیوژ خورشیدی
شرایط امروز جهان و محیط زیست  ما امروزه صرفه‌جویی در مصرف انرژی  را به یک الزام تبدیل کرده است‌. ‌با این شتابی که در عصر حاضر اقدام به مصرف انرژی‌های فسیلی و مواد معدنی می‌کنیم نفت و گاز بیشتر از 50 سال دیگر دوام نخواهد داشت و زغال‌سنگ تا حداکثر 100 سال آینده، مواد معدنی، مس، آلومینیوم، روی و قلع تا 20 سال دیگر به اتمام می‌رسد. به دلیل تجدید‌ناپذیر‌بودن این منابع برای دوام و استفاده طولانی‌تر راهی جز صرفه‌جویی و ذخیره قسمتی از این منابع برای آیندگان نداریم.
تهویه مطبوع مرکزی در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری که 60درصد مصرف انرژی ساختمان را به خود اختصاص می‌دهد، از جمله مسائل چالشی برای صنعت تهویه مطبوع و سرمایش به حساب می‌آید که باید در جهت کنترل و کاهش مصرف و صرفه‌جویی واقعی انرژی آن راهی یافت.
یکی از انواع چیلرهای تراکمی، چیلر سانتریفیوژ است که به دلیل نوع طراحی و کارکرد کمپرسورها و نحوه سیکل تبرید متفاوتی که در قیاس با سایر چیلرها دارد و دارای ضریب عملکرد (COP) و راندمان کاری بالاتری (ضریب عملکرد تا 8/8) است. معمولا وقتی از کمپرسورهای سانتریفیوژ استفاده می‌شود که حجم بخار ورودی به کمپرسور خیلی زیاد باشد. به عبارت دیگر کمپرسورهای گریز از مرکز از نوع ماشین‌های با ظرفیت بالا و از نظر ساختمان مشابه پمپ‌های سانتریفیوژ است و بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می‌کنند.

  مزایای استفاده از چیلرهای تراکمی
از مهم‌ترین مزایای این دسته از چیلرها، تامین بارهای سرمایشی زیاد با استفاده از یک چیلر، ضریب عملکرد و راندمان بالا، سر و صدای بسیار کم، لرزش پایین، هزینه تعمیرات و نگهداری پایین به دلیل تکنولوژی بالا و عدم خرابی زودهنگام، اشغال فضای کمتر در ظرفیت‌های بالا در مقایسه با سایر انواع چیلر، قابلیت ارائه در دماهای کارکرد متفاوت، کنترل‌‌پذیری خطی و در نهایت مصرف انرژی پایین است.
هم‌اکنون شرکت گری در ایران که همواره در جهت راه‌های کاهش مصرف انرژی در سیستم تهویه مطبوع بوده است، اخیرا موفق به ارائه اولین چیلر سانتریفیوژ DC اینورتر با ضریب عملکرد بالا و امکان کارکردن با صفحات خورشیدی PV با تکنیک اتصال مستقیم (Direct driven) شده است که امروزه به عنوان راه‌حلی برای صرفه‌جویی انرژی تهویه مطبوع مرکزی با استفاده از انرژی تجدیدپذیر و پاک خورشید و مدیریت هوشمند چیلر مطرح است. نسل جدید چیلرهای سانتریفیوژ خورشیدی با نام چیلر سانتریفیوژ DC اینورتر فتوولتائیک، با مبرد R134a، کنترل ظرفیت پیوسته، راندمان بالا، قابلیت اتصال به پنل‌های خورشیدی جهت تامین برق مصرفی چیلر و نوع اواپراتور و کندانسور پوسته و لوله (SHELL & TUBE) ارائه می‌شود.

  پارامترهای لازم برای انتخاب بهترین چیلر
پارامترهایی از قبیل شرایط آب و هوایی، قیمت دستگاه،  قیمت انرژی، هزینه نگهداری، عمر مفید تجهیزات، ابعاد دستگاه، تجهیزات پیرامونی، هزینه نصب، هزینه بیمه و مالیات دستگاه، هزینه انرژی مصرفی و غیره از عوامل محدود‌کننده امکان استفاده از انواع چیلرهاست. با توجه به هزینه‌های بالای انرژی و هزینه‌های بسیار بالایی که آلایندگی تجهیزات سرمایشی و گرمایشی به کشور وارد می‌کند، اینجا این نکته ضروری است که مهندسان و دست اندرکاران صنعت تهویه مطبوع، ضمن در نظر گرفتن سیاست‌های کلان کشور در زمینه انرژی، محاسبات هزینه‌های اقتصادی طرح را قبل از انتخاب تجهیزات انجام دهند و براساس آن اقدام به انتخاب تجهیزات و تهیه طرح خود کنند. علاوه بر این موارد باید شرایط محیطی‌، منابع انرژی موجود و نیازهای هر پروژه توسط مهندسان متخصص در این زمینه بررسی و مناسب‌ترین گزینه انتخاب شود. نتیجه تمام مباحث بالا به این موضوع برمی‌گردد که تمام تلاش‌های صورت‌گرفته از سوی تولیدکنندگان و دست‌اندرکاران این امر بر مبنای انتخاب درست و استفاده صحیح از چیلرهای مناسب در هر ساخت‌وسازی می‌تواند راهکاری برای کم‌مصرف‌تر‌شدن و هدردادن انرژی‌ باشد.

* نویسنده: شقایق میرزاآقائی