عملکرد چیلر و فن کویل در تهویه مطبوع
امروزه انتخاب صحیح سیستم‌های تهویه مطبوع و سرمایشی به دلیل افزایش سطح آسایش و سلامتی انسان‌ها، بسیار برای سازمان‌ها و مردم حائزاهمیت شده است. چیلر و فن کویل از تجهیزات بسیار مهم و شناخته شده‌ای هستند که هم به‌لحاظ اصول مهندسی مورد تأیید کارشناسان حوزه تهویه مطبوع است و هم از دیدگاه اقتصادی نیز در اغلب پروژه‌ها دارای قیمت و مصرف انرژی مناسبی هستند. چیلر (Chiller) و فن کویل (Fan coil) هر دو واژگان انگلیسی هستند که در صنعت تهویه و برودت وارد شده‌اند. در ادامه هر دستگاه را بررسی می‌کنیم و نحوه کارکرد چیلر و فن کویل در یک ساختمان را به طور جامع شرح می‌دهیم.
چیلر چیست؟
چیلر یا سردکن ماشینی است که از طریق سیکل تبرید جذبی یا تراکمی حرارت را از مایع (آب) دفع می‌کند. سپس آب سرد تولیدی نیز از طریق گرش در مبدل‌های حرارتی قادر است تجهیزات را خنک کند و یا امکان سرمایش جریان هوا یا آبِ دیگری را نیز دارد.
در نتیجه چیلرها در پروژه‌های مختلف صنعتی و مسکونی یا اداری کاربرد دارند از جمله:
- فروشگاه‌ها و مراکز خرید
- مجتمع‌های تجاری و اداری
- آپارتمان‌های مسکونی
- کارخانه‌ها و کارگاه‌های صنعتی
دستگاه چیلر از لحاظ اجزا و عملکرد مشابه یخچال‌های خانگی یا آب سردکن‌های موجود در پاساژها است اما وقتی هدف استفاده تغییر می‌کند، قطعاً ساختار سیستم‌های برودتی هم تا حدودی براساس نوع هدف تغییر می‌کند. اما به طور کلی میتوان گفت که در سیستم‌های تهویه مطبوع ساختمانی، چیلر وظیفه تأمین آب مورد نیاز در محدوده دمایی 6 درجه سانتی گراد را جهت استفاده در فن کویل‌ها یا هواساز دارد. به طور کلی اگر چیلر در شرکت‌ها یا واحدهای تولیدی و به منظور کاهش دمای ماشین آلات و یا کاهش دمای فرآیندهای تولید استفاده شود، آن را چیلر صنعتی می‌نامند که ممکن است براساس شرایط کارکرد دستگاه، ملاحظات خاصی در طراحی آن در نظر گرفته شود. اما از ترکیب چیلر و فن کویل در سرمایش پروژه‌های خانگی و اداری استفاده می‌شود که در ادامه نحوه عملکرد چیلر و فن کویل را توضیح می‌دهیم.
انواع چیلر تراکمی و جذبی
چیلرها براساس اینکه چگونه و با استفاده از کدام سیکل ترمودینامیکی، قادر به ایجاد سرمایش هستند، به دو دسته کلی تقسیم شده اند:
- چیلر تراکمی
- چیلر جذبی
مهم‌ترین اجزای چیلر تراکمی عبارت است از:
- کمپرسور
- کندانسور
- شیر انبساط یا اکسپنشن ولو
- اواپراتور
البته یک نوع ماده مبرد هم براساس نوع دستگاه و شرایط آب و هوایی در طول این سیکل تبرید تراکمی وجود دارد.
شاخص‌ترین اجزای چیلرهای جذبی هم براساس زیر است:
- ژنراتور
- پمپ مبرد
- پمپ محلول (پمپ سلوشن)
- کندانسور
- اواپراتور
- محفظه جاذب یا ابزروبر
- شیر انبساط
چیلرهای تراکمی با استفاده از سیکل تبرید تراکمی کار می‌کنند که در اصطلاح قلب این سیکل برودتی، کمپرسور است. کمپرسور با فشرده‌سازی مبرد موجود در مدار چیلر، انرژی لازم برای جریان یافتن این ماده در طول سیکل را تأمین می‌کند. کمپرسور چیلرها به وسیله انرژی الکتریکی و یک الکتروموتور به حرکت در می‌آیند و به همین دلیل عموماً مصرف برق بالایی دارند. در بعضی از کشورها چیلر تراکمی را به دلیل مصرف برق بالا، چیلر برقی می‌نامند.
در مقابل چیلر تراکمی، چیلر جذبی وجود دارد. چیلر جذبی با استفاده از انرژی گرمایی قادر به تولید آب سرد هست. در سیکل برودتی جذبی با استفاده از یک فرایند شیمیایی و حضور ماده جاذبی به عنوان لیتیوم بروماید و از طرفی آب به عنوان مبرد، در صورتی که انرژی گرمایی لازم برای جداسازی این دو ماده (یعنی آب و لیتیوم بروماید) وجود داشته باشد، قادر خواهیم بود آب سرد تولیدی مورد نیاز در سیستم‌های تهویه نظیر فن کویل را تأمین کنیم.
معمولاً در چیلرهای جذبی از آب گرم موتورخانه و یا مشعل‌های گازسوز جهت تأمین انرژی استفاده می‌شود. یکی از مشکلات رایج چیلرهای جذبی، راندمان پایین دستگاه است. امروزه بهینه‌سازی مصرف انرژی به دلیل بالا بودن هزینه حامل‌های انرژی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. حتی امروزه خودروهای سواری به سمت جایگزینی خوردوهای برقی رفته است و تولید موتورهای با سوخت فسیلی هر روز کمرنگ‌تر می‌شوند. چیلرهای تراکمی امروزه به دلیل بازدهی بیشتر و تعمیرات ساده‌تر بیشتر مورد توجه مهندسان تأسیسات مکانیکی هستند.
چیلرهای تراکمی خودشان به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- چیلر تراکمی هوا خنک
- چیلر تراکمی آب خنک
چیلرهای هوا خنک فقط با جریان هوای محیط و استفاده از آن در کندانسور چیلر، می‌توانند آب سرد را ر خروجی تحویل دهند اما چیلر آب خنک باید مجهز به برج خنک کننده باشد و مصرف آب بالایی دارند. چیلر آبی بیشتر در سردخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
چیلر هوا خنک به شدت در سال‌های اخیر مورد توجه مهندسان تأسیسات برودتی و مکانیکی قرار گرفته است و برخی از مزایای چیلرهای هوایی عبارتند از:
- ضریب عملکرد یا راندمان بالا
- راه‌اندازی و بهره‌برداری ساده
- عدم نیاز به مصرف آب جهت تولید آب سرد
- عدم نیاز به برج خنک کننده یا کولینگ تاور
- نگهداری و تعمیرات آسان
- توانایی کارکرد مناسب در شرایط آب و هوایی مختلف
یکی از مهم‌ترین چالش‌های استفاده از چیلر تراکمی هوا خنک، صدای کمپرسور و فن‌های بکار رفته در چیلر است که امروزه به لطف عایق‌های صوتی صدای کمپرسور تا حد قابل توجهی مهار می‌شود و استفاده از فن‌های جدید هم سبب کاهش صدای فن‌ها شده است
برای پروژه‌های مسکونی اگر قرار باشد که از چیلر مرکزی استفاده نکنیم و هر واحد به طور مستقل یک چیلر داشته باشد، از چیلرهای کوپکی با نام مینی چیلر استفاده می‌شود. این چیلرهای کوچک از لحاظ اجزا و ساختار مشابه چیلرهای معمولی هستند اما در ابعاد و ظرفیت‌های برودتی کم ساخته می‌شوند. در چنین شرایطی معمولاً هزینه خرید و مصرف برق بالا رفته و اکثر کارشناسان توصیه می‌کنند که از چیلر مرکزی استفاده شود.
به دلیل اینکه در خانه‌ها مهم است که سیستم‌ها به سادگی راه‌اندازی شوند و کم‌ترین پیچیدگی را داشته باشند و همچنین فضای کم‌تری توسط سیستم‌های تهویه و سرمایشی اشغال شود، اغلب مینی چیلرها از نوع هوا خنک هستند.
البته توصیه اکید سازندگان چیلر این است که به منظور کاهش مصرف برق و همچنین کاهش قیمت تمام شده محصول، بهتر است مشتریان و کارفرمایان از چیلر مرکزی در مجتمع‌ها استفاده کنند. اما در بعضی از ساختمان‌ها به دلایل فنی و یا بعضاً فرهنگی، مصرف کنندگان علاقمند هستند که هر واحد به طور مجزا سیستم سرمایشی یا گرمایشی داشته باشد. به همین دلیل در چنین شرایطی سازندگان مجبور به تولید مینی چیلرها هستند.
یکی از دلایل استفاده از مینی چیلر این است که با گران شدن قیمت برق، بهتر است هزینه مصرف برق هر واحد به طور جداگانه محاسبه شود که امروزه با استفاده از سیستم‌های جدید که قیمت چندانی هم ندارند میتوان در صورت استفاده از چیلر مرکزی، مصرف برق هر واحد یا خانورا را به طور مستقل حساب کرد.
فن کویل چیست؟
دستگاه فن کویل شامل یک مبدل حراتی (کویل) و فن دمنده است.
فن کویل براساس نامش نام گذاری شده است. یعنی این دستگاه ترکیبی از یک کویل (لوله‌های خم شده و رفت و برگشتی) و فن دمنده است. در صنعت تهویه مطبوع به دستگاه‌هایی که در فضای داخلی ساختمان‌ها جهت تبادل گرما یا سرما نصب می‌شود، اصطلاحاً یونیت داخلی می‌گویند. فن کویل‌ها نیز نوعی یونیت داخلی محسوب می‌شوند. اگر آب سرد در لوله‌های فن کویل جریان داشته باشد، فن با دمیدن و عبور هوای اتاق از روی لوله‌ها، سبب سرمایش و کاهش دمای هوای اتاق می‌شوند. فن کویل می‌تواند در سیستم‌های تهویه مستقل و یا مرکزی مورد استفاده قرار بگیرد.
انواع فن کویل ها عبارتند از:
- فن کویل سقفی توکار
- فن کویل سقفی کاستی
- فن کویل سقفی کانالی
- فن کویل زمینی
- فن کویل دیواری
نحوه کار چیلر و فن کویل
پس از شناخت انواع چیلر و فن کویل، سعی داریم نحوه ارتباط و کار آن‌ها را بدانیم. در حقیقت فن کویل یک سیستم سرمایشی گرمایشی است. بدین صورت که اگر آب سرد چیلر را از طریق پمپ به سمت فن کویل ارسال کنیم، در فصل گرما می‌توانیم هوای فضای داخلی ساختمان را خنک کنیم. اما در قصل زمستان با ارسال آب گرم موتورخانه یا پکیج به سمت فن کویل‌ها می‌توانیم هوای داخلی را گرم کنیم. فن کویل‌ها مجهز به فیلترهایی هستند که لازم است بعد از مدتی از لحاظ تمیزی چک شده و در صورت لزوم تعویض شوند.
در شرایط معمولی، این سیستم تنها دارای یک مبدل حرارتی است که به صورت مشترک به عنوان کویل سرمایشی و گرمایشی به کار می رود. این نوع فن کویل‌ها را دو لوله‌ای می‌نامند؛ به این معنا که دارای یک لوله ورودی و یک لوله خروجی آب هستند و مسیر آب ورودی به آن‌ها (آب سرد چیلر یا آب گرم دیگ) و همچنین آب خروجی از آن‌ها (در برگشت به چیلر یا دیگ) از طریق شیر سه راهه تغییر می‌کند.
اما گاهی با توجه به نوع کاربری و معماری ساختمان، نیاز به سرمایش و گرمایش همزمان احساس می‌شود. در چنین شرایطی از سیستم‌های چهار لوله‌ای استفاده می‌شود که دارای دو لوله ورودی و دو لوله خروجی بوده و از دو کویل جداگانه (به صورت مستقل، یکی جهت سرمایش و دیگری به منظور گرمایش) بهره می‌برند. لذا، این امکان فراهم می گردد که بنا به نیاز و دلخواه افراد حاضر، در فضایی از ساختمان، سرمایش و در فضایی دیگر، گرمایش ایجاد شود.
در کاربری‌هایی مانند هتل‌ها و بیمارستان‌ها که نیاز و سلیقه افراد می‌تواند متفاوت باشد و یا در ساختمان‌هایی که به دلیل استفاده از نمای شیشه‌ای و دریافت تابش مستقیم آفتاب، امکان گرم شدن داخل ساختمان، حتی در فصل سرما نیز وجود دارد، استفاده از فن کویل‌های چهار لوله‌ای، انتخاب بجایی خواهد بود.
جنس لوله‌های فن کویل‌ها عمدتاً از مس است. بسیار مهم است که فن بکار رفته در این سیستم‌ها بسیار کم صدا باشند تا ساکنین از صدای آن آزرده نشوند. به ویژه در شب هنگام و برای واحدهای مسکونی که مردم به خواب آرام احتیاج دارند. لذا در زمان خرید فن کویل‌ها باید به آلودگی صوتی ایجاد شده توسط فن دستگاه توجه شود و حتماً باید این پارامتر در کاتلوگ فن کویل‌ها درج شود.
فن کویل یا یونیت‌های داخلی براساس فضای دسترسی و نوع لوله‌کشی آب در ساختمان، در انواع فن کویل‌های سقفی، زمینی، دیواری، کانالی و کاستی وجود دارند. امروزه در ساخت اکثر پروژه‌های مسکونی از فن کویل سقفی توکار استفاده می‌شود. این دستگاه در سقف کاذب قرار می‌گیرد و از دید افراد حاضر در ساختمان مخفی است و از طرفی فضای داخلی ساختمان را اشغال نمی‌کند.
منابع:
ویکی پدیا
وب سایت https://tahviehnegar.com/chiller/
خبرگزاری ایلنا
وب سایت https://www.betterbuildingspartnership.com
وب سایت https://www.oasis-aircon.com
وب سایت https://tahviehnegar.com/fan-coil/