چیلر ساختمان چیست؟ انواع چیلر ساختمان مسکونی

چیلر ساختمانی و مینی چیلر آپارتمانی ، یکی از مهمترین انواع دستگاه های تهویه مطبوع هستند که با استفاده از سیکل تبرید تراکمی بخار و یا گاها با استفاده از سیکل تبرید جذبی، با تولید آب چیلر یا آب سرد، سرمایش لازم در منازل مسکونی و آپارتمان ها تامین می کنند. چیلرهای ساختمانی در انواع مینی چیلر، چیلر تراکمی هواخنک، چیلر تراکمی آب خنک با کمپرسورهای سیلندر-پیستونی، اسکرال، اسکرو و سانتریفیوژ جهت تامین شرایط آسایش در ساختمان ها و مجتمع های مسکونی و اداری طراحی و تولید میشود.عموما چیلرهای ساختمانی براساس شرایط اقلیمی و آب و هوایی منطقه محل نصب می بایست خریداری شود. چیلرها از گرانقیمت ترین بخش های سیستم های تهویه مطبوع است، اما در مقابل، ایده آل ترین سیستم تهویه مطبوع به شمار می رود که در مقایسه با کولر های آبی، خنک کنندگی بسیار مطبوع تری دارد. چیلر ساختمان الیماکول و مینی چیلرهای آپارتمانی الیماکول در انواع و مدل های گوناگون طراحی و تولید میشود که به صورت مبسوط در ذیل بررسی میشود.

چیلر ساختمانی چیست؟

چیلر ساختمان، اساسی ترین جز سیستم سرمایش ساختمان است. از این چیلر جهت تامین آب چیلد سیستم سرمایش و تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی، اداری، تجاری، مجتمع های چندمنظوره تفریحی و فرهنگی، ساختمان های آپارتمانی و ویلایی استفاده می‌شود. در واحد های مسکونی و اداری کوچک متراژ، از مینی چیلر تراکمی هواخنک و در ساختمان های با متراژ بالا، از سایر انواع چیلر تراکمی ساختمانی استفاده میشود.

اجزا و سیکل تبرید چیلر ساختمانی

سیکل تبرید چیلر تراکمی الیماکول از اجزائی مانند کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور تشکیل شده است. در جریان این سیکل گرمای اتاق و فضاهای داخلی آپارتمان به اواپراتور انتقال می یابد و در قسمت کندانسور به هوای محیط بیرون ساختمان منتقل می گردد. انرژی مورد نیاز سیکل یا به صورت مکانیکی از طریق کمپرسور و یا به صورت ،حرارتی از طریق ژنراتور چیلرهای ابزورپشن به مدار وارد میگردد. در ادامه اجزای اصلی سیکل تبرید چیلر تراکمی توضیح داده میشود.

اواپراتور چیلر ساختمان

در چیلرهای تراکمی ساختمانی الیماکول از دو نوع اواپراتور صفحه ای و پوسته-لوله استفاده میشود. اما عموما اواپراتور از یک پوسته استوانه ای و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مبرد از داخل لوله عبور میکند و آب از داخل پوسته و فیمابین بافل ها میگذرد. در این فرآیند حرارت فیمابین سیال داخل لوله ها و سیال بیرون لوله ها که عموما لوله های مسی هستند، مبادله می شود. بدین صورت اواپراتور در واقع یک مبدل حرارتی است. سرعت جریان آب در داخل پوسته اواپراتور در محدودۀ ۱۱-۳ فوت در ثانیه در نظر گرفته میشود. انتخاب این محدوده سرعت جریان آب در داخل پوسته اواپراتور به قسمی است که از سویی از سرعت بالا که موجب سایش و سر و صدای زیاد میشود، اجتناب شود و از سوی دیگر سرعت جریان آب آنقدر کم نباشد تا جریان آب در پوسته اواپراتور لامینار و آرام گردد. نکته بسیار مهم که بایستی مورد توجه قرار گیرد این است که که سرعت مناسب آب در داخل پوسته باید گونه ای باشد تا جریان آب به صورت مغشوش و توربولانت باشد و تبادل حرارت در اواپراتور بین مبرد و آب به خوبی صورت پذیرد.

در داخل لوله های مسی اواپراتور برای افزایش میزان توربولانسی و اغتشاش جریان، از ستاره های آلومینیومی پنج پره استفاده میشود. این ستاره های آلومینیومی می توانند سطح انتقال حرارت را افزایش دهند و ضریب انتقال حرارت جابجایی سمت لوله را افزایش قابل ملاحظه ای دهند. لذا راندمان اواپراتور در ابعاد و حجم ثابت با افزودن ستاره های آلومینیومی به صورت قابل توجهی افزایش می یابد.

برای یک چیلر با ظرفیت برودتی معین با کاهش درجه حرارت آب خروجی از اواپراتور، لازم است تا دما و فشار مبرد در داخل لوله های مسی ( سمت مبرد) اواپراتور چیلر ساختمانی نیز کاهش یابد. عکس این مسأله نیز صادق است. زمانی که دمای آب خروجی از اواپراتور تغییر می کند کاری که کمپرسور انجام میدهد نیز تغییر میکند این تأثیر حدود ۱۲/۲ درصد تغییر در برق مصرفی چیلر به ازاء یک درجه فارنهایت تغییر در دمای آب  چیلد خروجی از اواپراتور است که در زمان طراحی و انتخاب چیلر ساختمانی بایستی مورد توجه طراح و سازنده اوپراتور چیلر و مینی چیلر ساختمان قرار گیرد.

لازم به یادآوری است که کاهش دمای آب خروجی از مینی چیلر ساختمان باعث کاهش راندمان چیلر میگردد، ولی در عین حال این امر در سیستمهای جریان متغیر یا دبی متغیر سبب میشود تا میزان انرژی الکتریکی مصرفی پمپ های سیرکولاتور آب سرد کاهش یابد. از این رو بهینه سازی سیستم تهویه ساختمان مستلزم بررسی تأثیر های مختلفی است که تغییر یک پارامتر روی پارامترهای دیگر موثر در راندمان سیستم سرمایش و تهویه مطبوع می گذارد.

به این دلیل که اواپراتور یک مبدل حرارتی یا Heat Exchanger است، نسبت به مقدار جریان آب عبوری از خود حساس است. برخی صاحب نظران معتقدند که سرعت کم جریان آب داخل پوسته اواپراتور باعث ایجاد رسوب نمی شود، زیرا مدار سیرکولاسیون آب سرد بسته است. اغلب سازندگان چیلر مانند الیماکول محدودۀ جریان آب عبوری از اواپراتور را تعیین می کنند تغییرات مقدار جریان در واحد زمان نیز باید در محدوده ای معین صورت پذیرد تا سیستم کنترل چیلر به درستی عمل کند. امروزه در چیلرهای ساختمانی الیماکول این تغییر به حدود ۳۰ درصد مقدار جریان آب سرد در هر دقیقه در حالت فول بار می رسد.

انواع کندانسور چیلر ساختمان

کندانسورهای چیلرهای ساختمانی الیماکول در دو دسته کلی کندانسور هواخنک و کندانسور آب خنک می شود. کندانسورهای هواخنک از کویل های مسی با لوله های مسی و فین های آلومینیومی تشکیل شده اند و کندانسورهای آب خنک از پوسته های فولادی و لوله های مسی ساخته میشوند. کندانسورهای هواخنک توسط هوای محیط بیرون خنک می شوند و لذا بر اساس دمای خشک طرح خارج طراحی و تولید میشوند. کندانسورهای آب خنک توسط آب خنک تامین شده توسط برج خنک کن باز و بسته خنک می شوند و لذا طراحی سیکل کامل چیلر و برج خنک کن وابسته به دمای تر طرح خارج است. لذا در مناطق مرطوب و شرجی، عموما امکان استفاده از چیلر آب خنک وجود ندارد.

کندانسور هواخنک ( Air Cooled Condenser)

کندانسورهای هوایی چیلر هواخنک ساختمانی با دمش مکانیکی یا جریان هوای اجباری خنک می شوند و بر حسب ساختمان خود به انواع لوله ساده، لوله پره دار، صفحه ای، سری گذر و موازی گذر تقسیم می شوند. متداول ترین نوع کندانسور هوایی چیلر ساختمانی بصورت کویل فین دار است که هوا با کمک فن دمنده جریان اجباری از میان فین های آلومینیومی عبور می کند و مبرد فوق داغ وارد لوله های مسی کویل کندانسور هواخنک میشود و پس از تبادل حرارت با هوا، ضمن تقطیر به داخل مخزن ذخیره مبرد که به نام رسیور شناخته میشود و در زیر کندانسور قرار دارد، می ریزد.

کندانسورهای هوایی باید همیشه در محلی که تهویه مناسب دارد نصب شوند تا هوای خنک بتواند به طور مرتب جای هوای گرم شده در کندانسور را بگیرد. کویل کندانسورهای هوایی معمولاً به صورت چند ردیفه ساخته میشوند تا جای کمتری را بگیرند و مبرد خروجی به میزان مناسبی خنک شود. هوایی که از داخل کندانسور عبور میکند، به علت جذب حرارت گرم میشود و بنابراین بازده هر ردیف از کویلها نسبت به ردیف قبل از خود کمتر خواهد بود.

به بیانی دیگر، کندانسور هوایی یا کندانسور هواخنک چیلر ساختمانی، نوعی مبدل حرارتی است که بین سیال مایع مبرد و سیال گازی هوای محیط اطراف تبادل حرارت را انجام می دهد. راندمان و عملکرد کندانسور هوایی به دمای خشک منطقه محل نصب وابسته است. عموما کندانسورهای هوایی در دسته مبدل های حرارتی Dry یا خشک دسته بندی میشوند.

در کندانسورهای هوایی، سه فرآیند ذیل به ترتیب برای مبرد طی میشود تا از کویل کندانسور خارج شود:

• خنک کردن گاز مافوق داغ
• چگالش یا کندانس شدن و مایع شدن مبرد
• مادون سرد شدن مبرد مایع

در کندانسور هواخنک، مبرد در شرایط مافوق داغ بر اساس منحنی ترمودینامیک، وارد کویل کندانسور میشود. در ابتدا، با انتقال حرارت بین هوای محیط بیرون و مبرد سوپرهیت گازی، گرمای مبرد جذب میشود و براساس منحنی P-H، به صورت مبرد در شرایط گاز اشباع در می آید. مبرد گازی اشباع، با انتقال حرارت به هوای در حال گردش روی کویل، حرارت خود را از دست داده و به صورت مبرد مایع اشباع تبدیل میشود. حال مبرد مایع اشباع را به میزان کمی مجددا در تماس با هوای محیط بیرون قرار می دهند تا بخشی دیگر از حرارت خود را از دست دهد و به مبرد مایع مادون سرد تبدیل شود.

با توجه به اینکه این سیکل همواره در حال تکرار است، کندانسور هوایی باید در فضای بیرون نصب شود تا هوای تازه با دمای مناسب در اختیار باشد تا توسط فن کندانسور بر روی فین های کویل جاری شود و حرارت مبرد را جذب کند. در غیر اینصورت، در صورتی که کندانسور هوایی در محیط بسته باشد، پس از مدتی هوای در حال عبور از روی کویل، گرم شده و کارایی خود را از دست میدهد و در نهایت، عملکرد چیلر ساختمانی مختل می شود و چیلر ساختمان خاموش خواهد شد.

انواع کندانسور هواخنک یا کندانسور هوایی

کندانسور های هوایی متداول در ایران، دارای دو نوع هستند.

1. کندانسور فین پلیت تیوب Fin-plate-tube condenser
2. کندانسور میکرو چنل Micro-channel Condenser

کندانسور فین پلیت تیوب

در کندانسور هوایی نوع فین پلیت تیوب، فین های آلومینیومی به صورت صفحات سوراخ دار پانچ و پرس میشوند و تیوب های مسی با ضخامت مناسب، از درون این صفحات عبور داده میشود. عموما به جهت مشکلات ناشی از افت فشار سمت مبرد، کندانسورها به صورت چند مداره موازی ساخته میشود و توسط کلکتور مسی، مبرد بین مدارها پخش و در نهایت جمع آوری میشود. بدین شکل افت فشار مبرد در درون کندانسور، به میزان مناسبی افت می کند و اثر آن بر روی کاهش راندمان سیکل تبرید چیلر ساختمان قابل صرف نظر کردن است.

کندانسور میکرو چنل

نوع دیگر کندانسور چیلرهای هوایی، از نوع میکروچنل است. کندانسورهای میکرو چیلر، نوع مدرن تر و بهینه تر کندانسورهای هوا خنک است. این مبدل حرارتی، دارای چندین کانال مسطح حاوی فضاهای کوچک و فشرده است که مبرد گازی از میان آنها عبور می کند و علت نامگذاری این مدبل به میکرو چنل نیز به همین دلیل است که دارای کانال های بسیار کوچک است. فیمابین کانالهای کویل میکروچنل، پره ها یا فین های آلومینیومی موج دار قرار دارد که به کانال ها پرس شده اند و وظیفه افزایش انتقال حرارت Enhanced Heat Transfer را بر عهده دارند. در این مبدلها، مبرد از قسمت بالایی وارد کانال های مسطح میشود و توسط پره ها حرارت را به محیط بیرون منتقل می کند و عمل تقطیر را بر روی مبرد انجام می دهد. مبدل های میکرو چنل دارای مزایای بی شماری هستند.

مهمترین ویژگی کندانسور میکروچنل چیلر، ارزان بودن این کندانسور در مقایسه با کندانسور فین پلیت تیوب است. اما با توجه به اینکه این کندانسور در داخل کشور تولید نمیشود و به صورت وارداتی است، عملا قیمت خرید کندانسور میکروچنل بالاتر است. از طرف دیگر، به دلیل ساختار فشرده آن، راندمان بالاتری دارد و وزن کمتری نیز دارد. وزن کمتر این کندانسور به دلیل استفاده از آلومینیوم در این کندانسور است که در مقایسه با فلز مس، وزن بسیار کمتری دارد. به دلیل کوچک بودن کانال های انتقال مبرد در این کندانسور، شارژ گاز کمتری نیاز دارد و همچنین خوردگی گالوانیک در آن اتفاق نمی افتد.

کندانسورهای آب خنک (Water Cooled Condenser)

سیکل تبرید زمانی می تواند به صورت مداوم و پیوسته کار کند که گرمای وارد شده به این سیکل سرمایشی در جایی از سیکل سیستم سرمایش و کولینگ خارج شود. در چیلرهای آب خنک ( دارای کندانسور آبی) این گرما به توسط آب خنکی که توسط برج خنک کن یا کولینگ تاور تامین میشود و از کندانسور چیلر عبور داده می شود، حذف میگردد. گرمای حذف شده توسط کندانسور آبی چیلر ساختمانی برابر با حاصل جمع کار یا انرژی الکتریکی وارد شده به سیستم توسط کمپرسور و گرمای جذب شده در اواپراتور است. Qh=Qc+W

در چیلرهای ساختمانی با کمپرسور بسته Hermetic که در آنها موتور و کمپرسور داخل یک پوسته قرار دارند و و سیم پیچ الکتروموتور کمپرسور توسط مبرد برگشتی یا همان گاز ساکشن خنک می شوند، گرمای حاصل از هر دو وارد مدار تبرید می گردد. در چیلرهای باز که در آنها موتور بیرون کمپرسور قرار دارد گرمای موتور به هوای آزاد منتقل میشود، ولی کار انجام شده توسط کمپرسور وارد سیکل تبرید تراکمی بخار می گردد. بایستی در نظر داشت که اختلاف این دو حالت قابل چشم پوشی است، اما در محاسبات علمی و دقیق، می بایستی این اختلاف در محاسبات مدنظر قرار گیرد.

در یک چیلر با ظرفیت برودتی مشخص به هنگام افزایش دمای آب خنک کن ورودی به کندانسور،  فشار و دمای مبرد افزایش می یابد، عکس این موضوع نیز صادق است. قاعده کلی اینست که با تغییر دما و فشار مبرد، کاری که کمپرسور انجام میدهد تغییر میکند و می توان اینطور در نظر گرفت که با هر درجه فارنهایت تغییر در دمای آب خنک کن ورودی به کندانسور، مصرف انرژی الکتریکی چیلر ۲/۲-۱- درصد تغییر می کند. افزایش دمای آب خنک کن ورودی به کندانسور باعث افزایش فشار مبرد در کندانسور میشود که در نهایت منجر به کاهش راندمان چیلر میشود، ولی در این مورد هم مثل اواپراتور باید این تأثیر در کل سیستم سرمایش و سیکل تبرید چیلر ساختمانی الیماکول مورد توجه قرار گیرد. خوشبختانه نرم افزارهای مهندسی امروزی این فرصت را برای طراح تاسیسات به وجود می آورند که با صرف زمان کم، این تاثیرات را با دقت بیشتری مورد بررسی قرار دهد.

از آنجا که کندانسور یک مبدل حرارتی یا Heat Exchanger است، نسبت به مقدار جریان آب خنک کن عبوری از خود حساس است. برای مثال مقدار جریان زیاد میتواند سرعت آب در لوله های مسی را افزایش دهد که منجر به افزایش میزان سایش، ارتعاش و صدا می شود.  چنانچه مقدار جریان یا دبی آب کم باشد، فرایند انتقال حرارت به درستی صورت نمی گیرد و راندمان مبدل یا کندانسور کاهش می یابد. از این رو سازندگان چیلر ساختمان محدوده ای را برای سرعت و مقدار جریان آب عبوری از کندانسور تعیین میکنند که از طرف طراح تاسیسات ساختمان و سیستم تهویه مطبوع باید رعایت شود.

چنانچه سرعت آب عبوری از لوله های کندانسور به مدت زمان زیاد، خیلی کم باشد و همزمان سختی آب خنک کن بالا باشد رسوب می تواند در لوله های مسی ایجاد شود. مهندسین و محققین سیستم های تاسیساتی و تهویه مطبوع همچنین به این نتیجه رسیده اند که با بهره برداری مناسب و در عین حال تصفیه آب کندانسور می توان سختی آب را کاهش داد و به مدت طولانی از کندانسور استفاده کرد. چنانچه طراح سیستم تهویه مطبوع ساختمان فکر میکند که رسوب در کندانسور میتواند مسئله ساز باشد، وی می تواند در مشخصات فنی کویل های کندانسور، انواع از لوله های مسی را که داخل آنها صاف است مورد توجه قرار دهد. البته بایستی در نظر داشت که در اینصورت هزینه های خرید چیلر ساختمان و مینی چیلر آپارتمانی افزایش می یابد. چراکه ابعاد و حجم کندانسور با لوله های داخل صاف، بیشتر خواهد بود.

انواع کمپرسور چیلر ساختمانی

کمپرسور پیستونی

در چیلرهای ساختمانی با ظرفیت حداکثر ظرفیت حدود ۱۰۰ تن تبرید برودتی، از کمپرسورهای ضربه ای Reciprocating می توان استفاده نمود. در این نوع کمپرسور برودتی، از پیستون و سیلندر برای متراکم کردن گاز مبرد سیکل تبرید استفاده میشود. گردش میل لنگ به توسط موتور الکتریکی صورت میگیرد، این گردش باعث به حرکت درآمدن پیستونها در سیلندرها شده و تراکم گاز مبرد را باعث می گردد.  کنترل عملکرد این کمپرسورها بسیار ساده است. یک کنترل کننده فشار گاز متراکم شده خروجی از کمپرسور را اندازه میگیرد و چنانچه این فشار از حدی معین بیشتر باشد، Unloader روی کمپرسور را باز می کند. آنلودر کمپرسور یک شیر است که راه گاز تحت فشار خروجی از کمپرسور را به ورودی گاز ساکشن کمپرسور باز می کند و بدین صورت فشار مکش کمپرسور افزایش می یابد، دو اختلاف فشار دیس شارژ و ساکشن را کاهش میدهد.  این عمل باعث کاهش ظرفیت کمپرسور می شود

نقطه تنظیم برای مبردهای 22-R و R410A اغلب روی فشاری منطبق با ۱۰۵ درجه فارنهایت دمای کندانس تنظیم می شود. یک حسگر دما (بالب شیر انبساط ترموستاتیک) که روی لوله خروجی اواپراتور به سمت کمپرسور قرار دارد، به شیر انبساط فرمان میدهد. بدین صورت چنانچه این دما از دمای تنظیم شده کمتر شود، شیر انبساط قدری بسته میشود و چنانچه از دمای تنظیمی بیشتر شود، شیر انبساط به میزان متناسب باز میشود و بدین ترتیب ظرفیت اواپراتور تنظیم می گردد. دمای تنظیمی حسگر بالب را اغلب در محدودۀ ۴۰ درجه فارنهایت در نظر میگیرند. چیلرهای تراکمی ضربه ای یا پیستونی الیماکول که بزرگتر از ۲۰ تن برودتی هستند اغلب دارای چند کمپرسور می باشند و به صورت چند مداره طراحی و تولید می شود. در انتخاب چیلری با چند کمپرسور باید توجه شود که هر یک از کمپرسورها مدار برودتی مخصوص خود را داشته باشد تا در صورت خراب شدن یکی از کمپرسورها، بتوان آن را از مدار خارج کرد و کل دستگاه چیلر ساختمانی از مدار کارکرد خارج نشود.

کمپرسور اسکرال

یکی دیگر از انواع کمپرسورهای قابل استفاده در در چیلر های ساختمانی با ظرفیت سرمایشی 3 الی 200 تن تبرید کمپرسور اسکرال ساده و کمپرسور اسکرال دیجیتال است. این کمپرسور از دو قطعه مارپیچ حلزونی ثابت و متحرک تشکیل شده است که با حرکت حلزون متحرک درون حلزون ثابت، مبرد کم فشار گازی از محیط بیرونی حلزون مکش می کند و ب اعمال نیروی چرخشی، به سمت مرکز حلزون منتقل و متراکم می کند.

این کمپرسورها در دسته کمپرسورهای بسته یا هرمتیک Hermetic  قرار دارند، بدین معنی که کلیه ملحقات کمپرسور سامل الکتروموتور، پره ها، ترمیستور و سایر قطعات در یک محفظه بسته فولادی قرار گرفته اند و هیچ گونه دسترسی برای تعمیر این کمپرسورها، تعبیه نگردیده است. لذا در صورت خرابی کمپرسور، تنها راهکار تعمیر، تعویض این کمپرسورها است.

کمپرسورهای اسکرال دارای سطح صدا و لرزش کمتری در مقایسه با کمپرسورهای سیلندر پیستونی هستند و راندمان بالاتری نیز دارند. لذا در چیلرهای ساختمانی، در مقایسه با کمپرسورهای پیستونی، به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. عموما این کمپرسورها به صورت عمودی ساخته میشوند و قسمت کمپرسور و پر های آن در قسمت بالایی کمپرسور قرار دارد و الکتروموتور و سیم پیچ در قسمت پایینی قرار دارد. لذا گاز ساکشن خنک از قسمت پایین کمپرسور اسکرال وارد میشود و از قسمت بالا خارج می شود.

کمپسروهای اسکرال دارای حجم جابجایی کمتری در مقابسخ با کمپرسورهای اسکرو هستند. منظور از جابجایی، میزان حجم خالص مبرد گذر کرده از حلزون های کمپرسور اسکرال، در یک سیکل گردش است. به بیانی دیگر، به میزان حجم منتقل شده در حلزون ها در یک دور چرخش کامل حلزون، حجم جابجایی گفته میشود. با توجه به اینکه حجم جابجایی کمپرسور اسکرال در مقایسه با کمپرسور اسکرو کمتر است، لذا ظرفیت های برودتی واقعی قابل استحصال آنها کمتر می باشد. و استفاده از مبردهای کم چگال مانند R134a در آنها کمتر مرسوم است. در مقابل از مبرد های R410a، R22 و R407c به صورت گسترده در این کمپرسورها استفاده می شود که منجر به جابجایی جرمی بیشتری از مبرد در واحد زمان خواهد شد.

کمپرسور پیچی یا اسکرو

کمپرسورهای اسکرو نوعی از کمپرسورهای برودتی هستند که برای ظرفیت های برودتی بیش از 50 تن تبرید طراحی و تولید شده اند. این کمپرسورها از دو مارپیچ چرخنده متحرک و ثابت تشکیل شده اند که هنگام گردش این دو پیچ یا اسکرو، فضای خالی بین دو پیچ در کمپرسورهای پیچی وجود دارد که گاز مبرد را در بین خود حبس و متراکم می کنند. دندانه‌های این دو مارپیچ نر و ماده کمپرسور اسکرو، طوری در کنار یکدیگر دوران و حرکت می‌کنند که گاز مبرد از یک سمت وارد میشود و در طول مسیر پیچ های نر و ماده به دلیل کوچکتر شدن فضای دندانه‌ها فشرده میشود و از سمت دیگر خارج می‌شود. مبرد متراکم شده به سمت کندانسور چیلر ساختمانی حرکت داده می شود و در آنجا سرد می شود و به مایع پرفشار تبدیل می گردد.

کنترل ظرفیت کمپرسور پیچی به توسط شیر کشویی خاصی انجام میشود و با باز و بسته شدن این شیر مقدار گاز ورودی به کمپرسور افزایش و یا کاهش مییابد به قسمی که می توان ظرفیت کمپرسور را در تناسب با تغییرات بار برودتی افزایش یا کاهش داد. برای کنترل ظرفیت برودتی کمپرسورهای پیچی همچنین میتوان از موتورهای دور متغیر استفاده کرد.

کمپرسورهای اسکرو عموما از نوع Semi-Hermetic یا نیمه بسته هستند که به این معنی است که قابلیت دسترسی به اکثر قطعات داخلی کمپرسور توسط مکانیزم پیچ و مهره فراهم شده است. لذت قابلیت تعمیر و سرویس این کمپرسورها وجود دارد، اگرچه به نیاز به ابزارهای پیشرفته در زمان تعمیر دارد که متاسفانه در کشور موجود نمی باشد و اکثریت کمپرسورهای اسکرو تعمیری دارای افت راندمان و کاهش ظرفیت پس از تعمیر هستند.

از ویژگی های مهم کمپرسور اسکرو، قابلیت کارکرد با مبرد R134a با راندمان مناسب است. لذا برخلاف کمپرسورهای اسکرال که با تزریق گاز مبرد R134a دچار افت راندمان میشوند، کمپرسورهای اسکرو دارای راندمان مناسب با این گاز هستند. کمپرسور اسکرو بیتزر قابلیت کارکرد با کلیه گازهای برودتی مرسوم در صنعت تهویه مطبوع از جمله R407c و R22 را دارا هستند. البته مبردهای سری 400 عموما به صورت zeotropic یا چند جزئی هستند و ملاحظات خاص خود را در زمان شارژ مبرد و نشتی دارند.

کمپرسورهای سانتریفیوژ

این کمپرسورها از سالهای بعد از جنگ جهانی دوم در صنعت تهویه مطبوع به کار گرفته شده اند. کمپرسورهای سانتریفیوژ از طریق افزایش انرژی جنبشی و تبدیل آن توسط شیپوره های خروجی کمپرسور سانتریفیوژ، فشار گاز مبرد را افزایش میدهد. در واقع زمانی که گاز مبرد از کمپرسور سانتریفیوژ خارج میشود و در کندانسور به مایع مبرد پرفشار تبدیل میگردد، انرژی جنبشی آن به فشار استاتیک تبدیل می شود. پره های کمپرسور و الکتروموتور آن در یک پوسته قرار گرفته اند و سیم پیچ الکتروموتور به توسط مایع مبرد که از اواپراتور وارد آن میشود، خنک میگردد.

مقدار گاز مبرد ورودی به کمپرسور ( گاز ساکشن) از طریق پره های ورودی یا همان inlet vanes در تناسب با ظرفیت بار برودتی تنظیم می شود. پره ها چگونگی چرخش و ورود گاز به داخل کمپرسور سانتریفیوژ را تغییر میدهند و از این طریق ظرفیت کمپرسور را در تناسب با بار برودتی تنظیم میکنند

چیلرهای سانتریفیوژ دو نوع کلی چیلرهای فشار مثبت و چیلرهای فشار منفی طراحی و تولید میشوند. در چیلرهای فشار مثبت از مبردهای R22 و R134A استفاده می شود و در چیلرهای فشار منفی از مبرد R123 استفاده میگردد. مقدار جریان جرمی مبرد عبوری از مدار هر دو چیلر حدوداً یکی و برابر با 1b/min.ton می.باشد با توجه به فشار نسبتاً زیادتر چیلرهای فشار مثبت، چگالی مبرد R134A زیادتر است که باعث چند برابر شدن آهنگ جریان یا دبی حجمی مبرد  CFM/ton میشود. لذا قطر پروانه های کمپرسور چیلرهای فشار مثبت حدود ۵ برابر کوچکتر از قطر پروانه های چیلرهای فشار منفی است که با مبرد R123 کار می.کنند

کمپرسورهایی که با مبرد R123 کار میکنند، اغلب پروانه هایی به قطر حدود ۴۰ اینچ دارند. موتورها نیز مستقیماً به کمپرسور متصل اند و با دور RPM ٣٦٠٠ دوران و گردش میکنند. کمپرسورهایی که از مبرد R134A استفاده میکنند پروانه هایی با قطر کمتر دارند (حدود ۵ اینچ). کمپرسور به توسط جعبه دنده به الکتروموتور متصل است، بدین ترتیب دور آن زیاد و در حد ۳۰۰۰۰ RPM است.

قطر زیاد کمپرسورهای فشار منفی محدودیتی را در ساخت آنها به وجود می آورد. به منظور کاهش قطر در این کمپرسورها اغلب از دو یا سه پروانه که به صورت سری به هم اتصال داده شده اند، استفاده می شود. و بدین صورت فشار مورد نظر به وجود می آید. از آنجا که در چیلرهای فشار مثبت، فشار داخل اواپراتور بیشتر از فشار اتمسفریک است؛ به هنگام نشت مبرد از سیستم مقداری گاز خارج می شود و فشار مبرد در چیلر کاهش می یابد. بدین ترتیب راهبر میتواند پس از آگاهی از کاهش فشار از نشت بیشتر گاز مبرد جلوگیری کند، ولی در چیلرهای فشار منفی فشار داخل اواپراتور منفی است و هرگونه منفذی باعث نفوذ هوا به داخل چیلر می گردد. این امر راندمان چیلر سانتریفیوژ فشار منفی را کاهش میدهد. از این رو در این نوع چیلرها از حذف کننده گازهای غیرقابل تقطیر Non-Condensable Gases Purge Unit استفاده می شود

به هنگام ورود هوا به داخل چیلر سانتریفیوژ فشار منفی، کمپرسور از سویی کار اضافی انجام میدهد و این گازها را متراکم میسازد و از سوی دیگر وجود این گازها در اواپراتور و کندانسور راندمان کلی چیلر را کاهش میدهد. مشکل دیگر رطوبتی است که همراه با هوا وارد سیکل تبرید چیلر ساختمانی سانتریفیوژ میگردد. در داخل چیلر این رطوبت در تماس با مبرد سیکل تبرید چیلر به اسید تبدیل میشود که می تواند باعث خوردگی کویل ها، لوله های مسی، لوله های فولادی و سایر سطوح فلزی گردد.

به هنگام خاموش شدن چیلرهای فشار منفی برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل چیلر، هیتر الکتریکی داخل اواپراتور روشن میشود و با افزایش دما، فشار مبرد را افزایش می دهد تا از نفوذ هوا به داخل آن جلوگیری کند. انرژی الکتریکی مصرفی مورد نیاز چیلرها وابسته به اختلاف فشار بین اواپراتور و کندانسور آن است. بدین ترتیب هر قدر بتوان این اختلاف فشار را کمتر کرد، در مصرف انرژی چیلر ساختمانی سانتریفیوژ به همان اندازه می توان صرفه جویی نمود. برای مثال هر قدر دمای آب خروجی از چیلر کم تر شود، راندمان چیلر کم تر می شود. همچنین هر قدر دمای آب ورودی به کندانسور کاهش یابد و آب خنک کن سردتر باشد، راندمان چیلر افزایش خواهد یافت. البته بایستی در نظر داشت که دمای آب خنک از شرایط طراحی چیلر کمتر نباشد.

پمپ سیرکولاتور سیستم چیلر ساختمانی

پمپ دستگاهی است که انرزی الکتریکی دریافتی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند و به سیالی که از آن عبور می کمد، منتقل می کند. لذا انرژی جنبشی سیال آب چیلد پمپ های سیستم تهویه مطبوع پس از خروج از دستگاه پمپاژ افزایش می یابد. در پمپ ها، تغییرات انرژی سیال به صورت تغییر فشار سیال مشاهده میشود. به عبارت دیگر، پمپ های سیالات غیر قابل تراکم یا تراکم ناپذیر را از یک نقطه به نقطه دیگری جابجایی میکنند.  پمپ های سیستم تهویه مطبوع مبتنی بر چیلر ساختمانی، از نوع سانتریفیوژ Centrifugal Pump هستند که وظیفه انتقال آب خنک شده در لوله های مدار هیدرونیک بین فن کویل، هوارسان ها و اواپراتور چیلر را بر عهده دارد. منظور از پمپ سیرکولاسیون، واحد های جابجایی سیال آب سرد است  که وظیفه چرخاندن آب چیلد در داخل لوله های مدار بسته سیستم تهویه مطبوع HVAC ساختمان را بر عهده دارند. پمپ های سیستم تهویه HVAC ساختمان ویژه چیلرها، عموما از نوع خطی در ظرفیت های برودتی کم و از نوع زمینی با دور 1450 در ظرفیت های بالای برودتی می باشد. به دلیل هد یا افت فشار کم ناشی از اصطکاک جداره لوله ها و مبدل های میانی مانند کویل هواسازها، دارای مصرف انرژی الکتریکی در مقایسه با پمپ های بوستر پمپ آبرسانی ساختمان هستند.

انواع چیلر های ساختمانی

چیلرهای ساختمانی بر حسب نوع کمپرسور و نوع کندانسور دسته بندی میشوند. مینی چیلر خانگی، چیلر اسکرال هواخنک، چیلر اسکرال آب خنک، چیلر اسکرو هواخنک و چیلر اسکرو آب خنک از مهمترین انواع چیلر های ساختمانی هستند.

مینی چیلر خانگی یا آپارتمانی

مینی چیلر، همانطور که از نام آن مشخص است، چیلری کوچک با ظرفیت های برودتی محدود است. و مهمترین کاربرد ان تولید آب سرد و چیلر برای کاربردهای ساختمانی کوچک متراژ است. مینی چیلر خانگی، جهت خنک کاری آب در گردش در فن کویل های واحد های مسکونی و اداری مورد استفاده قرار می گیرد. عموما از مینی چیلرها به صورت مستقل و مجزا برای هر واحد مسکونی در ساختمان استفاده میشود. ظرفیت مینی چیلرهای الیماکول از 3 تن تبرید الی 12 تن تبرید متغیر است و به دلیل تمایل افراد به سیستم تهویه مطبوع لوکس، از مینی چیلر خانگی الیماکول به صورت گسترده در پروژه های مسکونی کوچک متراژ و ویلاها و واحد های اداری استفاده میشود.

به دلایل متعدد فنی و اقتصادی، مینی چیلرها به صورت هواخنک طراحی و تولید می شوند. و لذا در تمامی مناطق ایران و از جمله مناطق مرطوب قابل استفاده و بهره برداری است. مینی چیلرها همانند چیلرهای تراکمی، دارای چهار بخش اصلی کمپرسور، کندانسور هوایی، اواپراتور صفحه ای یا پوسته – لوله و شیر انبساط است.

کمپرسور مینی چیلرها از نوع اسکرال هرمتیک بسته یا Hermetic است و پمپ و منبع انبساط به صورت استاندارد بر روی آنها نصب و راه اندازی میشود. برای کنترل دمای آب خنک چیلر و جلوگیری از نوسان دمایی، از تابلو برق صنعتی با کنترلر پیشرفته استفاده می شود تا بتوان سریع ترین پاسخ را به تغییرات دما و مشکلات احتمالی سیستم چیلر خانگی داد.

همواره بهترین موقعیت نصب مینی چیلر خانگی یا مینی چیلر آپارتمانی  در فضای تراس یا بالکن است. اما با توجه به هزینه های بالای خرید ساختمان و افزایش شهرنشینی و آپارتمان سازی، محدودیت های زیادی در نصب مینی چیلر آپارتمانی در بالکن وجود دارد. پیشنهاد دیگر محل نصب مینی چیلر خانگی، در بام ساختمان است تا علاوه بر حذف محدودیت های فضایی بالکن و تراس، هوای آزاد به میزان کافی در دسترس کندانسور مینی چیلر باشد تا عملکرد بهینه آن تضمین شود.

از مهمترین مزایای مینی چیلر می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• استقلال مصارف انرژی واحد مسکونی، اداری و ویلایی
• ظرفیت متنوع سرمایشی از 3 الی 12 تن تبرید
• مجهز به پمپ سیرکوله به همراه منبع انبساط
• قابلیت نصب در بام و وزن کم دستگاه مینی چیلر خانگی
• سرعت بسیار زیاد در نصب و راه اندازی
• قابلیت تولید به صورت تک فاز شهری
• بدون نیاز به اختصاص فضای موتورخانه و تجهیزات جانبی
• مصرف مبرد و شارژ کمتر، در مقایسه با اسپیلت ها
• امکان نصب و راه اندازی در کلیه مناطق آب و هوایی ایران

از مهمترین معایب مینی چیلر ها می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

• هزینه تمام شده بالا در پروژه های بزرگ متراژ
• بازده مصرف انرژی کمتر در مقایسه با سیستم های تهویه مطبوع مرکزی
• نیاز به حجم بالای فضای داکت جهت انتقال لوله ها