فاکتورهای موثر بر افزایش راندمان چیلر

مهم ترین فاکتورهای موثر بر افزایش راندمان چیلر:

نوع کندانسور:
برای بررسی راندمان چیلر باید ابتدا نحوه دفع انرژی گرمایی در آن را بررسی کنیم. معمولا چیلرهای تراکمی به دو شکل گرما را در قسمت کندانسور دفع می کنند.

در نوع هوا خنک، گرمای قسمت کندانسور با تعدادی فن به هوای آزاد اتمسفر داده می شود و در نوع آب خنک، این گرما ابتدا به آب داده شده و سپس این آب به کولینگ تاور (برج خنک کننده) منتقل و در آنجا با ریزش بر روی یک سری پد و تماس مستقیم با هوای آزاد، گرما را به هوای آزاد اتمسفر می دهد.

در نوع آب خنک چونکه آب ریخته شده بر روی پدهای کولینگ تاور در تماسی مستقیم با هوا، گرمای خود را از دست می دهد، ضریب انتقال حرارت نسبت به حالتی که هوا از طریق جداره های لوله های مسی حرارت را از مبرد می گیرد (نوع هوا خنک) بیشتر بوده و در نتیجه با مصرف انرژی کمتری می توان فرآیند کاهش دما در کندانسور را انجام داد.

اثر اختلاف دمای بین اواپراتور و کندانسور در راندمان چیلر:
در هر دو نوع هوا خنک و آب خنک، بیشترین انرژی مصرفی چیلر مربوط به کمپرسور می شود که وظیفه آن پمپاژ مبرد بین کندانسور و اواپراتور است. کمپرسور مبرد با دما و فشار پایین را از قسمت اواپراتور دریافت و با فشرده سازی، مبرد را با دما و فشار بالا به سمت کندانسور هدایت می کند.

برای اینکه چیلری داشته باشیم که در حالت بهینه کار کند باید اختلاف دمای مبرد بین اواپراتور و کندانسور به حداقل ممکن برسد. یعنی هر چه دمای مبرد در خروجی اواپراتور بیشتر باشد، اختلاف دما کمتر شده و کمپرسور چیلر در حالت بهینه تر و با مصرف انرژی کمتری کار می کند.

برای دستیابی به دماهای بالاتر مبرد در اواپراتور باید دمای آب (یا محلول آب و گلیکول) خروجی از چیلر را در مقادیر بالاتری تنظیم کرد. برای مثال اگر دمای آب مورد نیاز را از 5 درجه سانتی گراد به 7 درجه سانتی گراد افزایش دهیم، دمای مبرد در اواپراتور نیز بالاتر رفته و اختلاف دمای مبرد بین اواپراتور و کندانسور کمتر می شود و چیلر با مصرف انرژی کمتری کار می کند.

طرح کندانسور و اواپراتور:
طرح کندانسور و اواپراتور هم نقش مهمی در راندمان چیلر دارد. برای مثال استفاده از کندانسورهای مایکرو چنل (Microchannel Condenser) به جای کندانسورهای معمولی فین تیوب در چیلرهای تراکمی هوا خنک می تواند حدودا 4 درصد راندمان چیلر را افزایش دهد.

یا برای مثال استفاده از اواپراتور 3 پاس به جای 2 پاس می تواند باعث افزایش راندمان چیلر شود. و یا برای مثال استفاده از اواپراتورهای طرح فلودد به جای اواپراتورهای معمولی نیز می تواند بوجب بهینه سازی در مصرف انرژی شود.

استفاده از سیستم اینورتر (VFD یا VSD):
مطابق مطالعات انجام شده توسط AHRI (Air conditioning , Heating and Refrigeration Institute) در 99 درصد مواقع چیلر در شرایط آب و هوایی پایین تر (کم باری) از حالت ماکزیمم (تمام بار) طراحی کار می کند.

در چنین مواقعی که چیلر به اصلاح در حالت کم باری یا نیمه باری (part load) کار می کند بهتر است که کمپرسورهای چیلر مجهز به سیستم تغییر دور (VFD یا همان VSD) باشند تا دقیقا متناسب با بار اعمالی به سیستم، انرژی مصرف شود و بدین ترتیب راندمان چیلر افزایش یابد. علاوه بر کمپرسور می توان موتور فن های کندانسور را نیز از نوع دور متغیر انتخاب کرد تا از این نظر هم در مصرف انرژی صرفه جویی شود.

برای مثال جدول زیر میانگین دمای هوای شهر دبی را در طول سال نشان می دهد. محور افقی دمای حباب خشک بر حسب درجه فارنهایت، محور عمودی سمت راست دمای آب ورودی به کندانسور در چیلرهای آب خنک (Entering Condenser Water Temperature - ECWT) و محور عمودی سمت چپ مجموع ساعات کاری چیلر در هر بازه دمایی را نشان می دهد.

نمودار دمای آب ورودی به کندانسور نسبت به بازه های دمایی با منحنی قرمز رنگ نشان داده شده و نمودارهای ستونی ساعات کاری چیلر نیز با رنگ آبی در هر بازه دمایی نشان داده شده است.

برای مثال چیلر تنها 4 ساعت در دمای حباب خشک بین 115 تا 119 درجه فارنهایت (ماکزیمم دمایی که چیلر بر آن اساس طراحی و ساخته می شود) در کل سال کار می کند و مثلا در دمای حباب خشک بین 85 تا 89 درجه فارنهایت می بینیم که چیلر حدودا 1067 ساعت کار می کند.

بنابرین وقتی که عدد 4 ساعت را بر مجموع ساعات کاری دیگر دماها تقسیم کنیم متوجه می شویم که تنها در کمتر از 1 درصد از طول سال، چیلر با ماکزیمم توان خود کار می کند و در بقیه زمان ها در حالت کم باری (part load) است.

مدولار کردن سیستم:
مدولار یا ماژولار کردن به این معناست که به جای طراحی یک مدار مبرد در چیلر، از 2 یا 4 مدار کاملا مجزا از هم استفاده کرد.

یعنی اینکه اگر بر فرض مثال توان چیلری 40 تن تبرید است، به جای طراحی و ساخت چیلر با یک کمپرسور و یک مدار سیکل تبرید از 2 کمپرسور و 2 مدار 20 تن تبرید و یا 4 کمپرسور و 4 مدار 10 تن تبرید کاملا مجزا از هم استفاده کنیم. اگر حالت 2 مدار باشد و در مواقعی که به کمتر از 50 درصد تون برودتی کل نیاز است، فقط یکی از دو مدار موجود روشن شده و شروع به کار می کند و هر وقت توان مورد نیاز به بیش از 50 درصد توان کل رسید، مدار دوم هم روشن شده و شروع به کار می کند.

دقیقا به همین شکل اگر چیلر 4 مدار باشد، هر 25 درصد به 25 درصد کمپرسور و مدار مربوط به آن شروع به کار می کند. بدین ترتیب عملا سیستم به نوعی به حالت اینورتر مرحله ای درآمده و متناسب با نیاز کار می کند.

استفاده از تکنولوژی هایی مثل فری کولینگ و …

امروزه می توان با به کار بردن روش هایی اقتصادی و با فناوری های نوین راندمان چیلر را تا حدود زیادی نسبت به قبل افزایش داد.

برای مثال در تکنولوژی فری کولینگ می توان با اضافه کردن یک مبدل حرارتی هوا خنک فین تیوب و تجهیزات کنترلی به چیلر، در روزهایی از سال که درجه حرارت هوای بیرون پایین است، بخش یا تمام آب چیلد مورد نیاز را به جای ارسال به سمت چیلر، به سمت مبدل حرارتی هدایت کرد و با هوای سرد محیط، دمای آب چیلد را کاهش داد و با این کار کمپرسورهای چیلر خاموش شده و به شکل قابل توجهی در طول سال می توان در مصرف انرژی صرفه جویی نمود.

سرویس و نگهداری با برنامه و اثر آن بر افزایش راندمان چیلر:
تمامی این مواردی که ذکر کردیم موقع طراحی و ساخت چیلر باید مد نظر قرار داده شود تا چیلر به حداکثر راندمان برسد.

ولی یکی از معضلاتی که به مرور زمان دست به گریبان راندمان می شود بحث بسیار مهم سرویس و نگهداری دستگاه است. متاسفانه در موارد بسیاری دیده می شود که مصرف کننده نهایی به دلیل عدم آموزش و سهل انگاری و بولد کردن هزینه سرویس و نگهداری، سالیان سال از چیلر غافل شده و ضمن آسیب جدی به قطعات چیلر، به علت افت تدریجی راندمان و به منظور رسیدن به درجه حرارت مورد نیاز خود، فشار بیشتری به دستگاه وارد می کند و سرعت فرسایش سیستم را بالا می برد.