دسته‌بندی ماشین‌آلات تراکمی (بخش دوم:چیلر تراکمی)

۷ ماه قبل ۲۱۲ ۰

انتخاب چیلر

بعضی از پروژه‌ها دارای کاربری‌های خاصی هستند که اگر سیستم تبرید ساختمان مانند چیلر، از دست رود، هزینه‌های هنگفتی به کارفرما اعمال می‌شود. مانند: دیتا سنترها که در اکثر اوقات چیلر در فول لود است و یا بیمارستان‌ها که چیلر بیشتر در میان باری و فول لود است.

در چنین پروژه‌هایی توصیه اکید به استفاده از چند دستگاه چیلر می‌شود که باعث کم کردن هزینه‌های تعمیرات و ایجاد تنوع در زمان زیر بار آمدن چیلر خواهد شد. انتخاب چیلرها براساس بار پایه (میان باری) و اضافه بارهای جانبی ساختمان تا مقدار فول لود، سبب می‌شود که چیلرها تا بالاترین راندمان خود کار کنند. با داشتن چند چیلر، شرایط ظرفیت Standby نیز فراهم می‌شود. لذا در زمان تعمیرات یک چیلر، کل یا بخشی از بار ساختمان توسط چیلرهای دوم یا سوم فراهم می‌گردد.

انتخاب تعداد چیلرها

انتخاب و نصب چیلرها در یک پروژه به دو صورت متقارن و غیرمتقارن انجام می‌گیرد. در نوع متقارن تمام چیلرها با یک سایز انتخاب می‌شوند. درصورتی که در نوع غیرمتقارن، سایز چیلرها باهم برابر نیستند. عامل مهم در تصمیم گیری نوع متقارن یا غیرمتقارن به مقدار مینیمم بار پروژه بر می‌گردد.

این مهم به این دلیل است که اگر بار یک پروژه به کمتر از ظرفیت یک چیلر افت کند، چیلر بایستی همچنان در شرایط بهینه از لحاظ راندمان زیر بار باشد که معمولاًحدود ۳۰٪ ظرفیت درنظر گرفته می‌شود، که این موضوع را با مثالی بررسی می‌کنیم.

مثال: یک ساختمان دارای بار پیک ۷۵۰ تن و بار مینیمم ۱۰۰ تن است. در این شرایط سه چیلر با ظرفیت ۲۵۰ تن در نظر گرفته شده است. برای مینیمم بار، تنها نیاز به استفاده از یک چیلر با ۴۰٪ ظرفیت خود است.

اگر از دو چیلر با ظرفیت ۳۷۵ تن نیز استفاده شود، صحیح است اما در مینیمم لود، چیلر در ۲۷٪ ظرفیت خود کار می‌کند که طبق مطلبی که عنوان شد از ناحیه راندمان بالا، کمی دور شده است.

استفاده از دو چیلر، با ظرفیت ۶۰۰ تن و ۱۵۰ تن نیز انتخاب خوبی است، چراکه در زمان مینیمم بار، چیلر کوچکتر می‌تواند در ۵۰٪ از ظرفیت خود زیر بار باشد، که در این حالت دارای راندمان بالاتری بوده و هزینه‌های انرژی کمتر خواهد شد. البته مشکل این انتخاب زمانی است که چیلر ۶۰۰ تن از دست رود و تنها ۲۰٪ از ظرفیت کل ساختمان تامین شود. در صورت از دست دادن یک چیلر در حالت متقارن، ۳ / ۲ (دو سوم) از ظرفیت پیک همچنان برقرار است.

حال به بررسی تعداد چیلر براساس سایز پروژه‌ها اشاره می‌کنیم:

1.      تعداد ۱ الی ۲ چیلر در پروژه‌های کوچک

2.      تعداد ۳ الی ۵ چیلر در پروژه‌های متوسط

3.      تعداد ۶ و بیشتر چیلر در پروژه‌های بزرگ

عملکرد در بار جزيی مهمترین معیار در انتخاب یک چیلر است. به این دلیل که در ۹۹ درصد مواقع چیلر انتخاب شده برای فضای مورد نظر، دارای ظرفیتی بیشتر از بار مورد نیاز آن فضا می‌باشد. زیرا یک سیستم تهویه مطبوع به منظور ایجاد سرمایش متناسب با گرم‌ترین روز سال انتخاب می‌شود.

بنابراین کارایی در بار بالا بسیار کم اهمیت‌تر از کارایی در بار میانگین است، به همین دلیل SEER ، IPLV و NPLV به جای مقایسه کارایی در بار بالا، EER بعنوان مبنای مقایسه‌ی سیستم‌های سرمایشی استفاده می‌شوند.

از معادله‌ی زیر می‌توان برای محاسبه IPLV متناسب با  COPR یا EER هر چیلر استفاده کرد :

IPLV = 0.01A+0.42B+0.45C+0.12D

A =  COPR یا EER در 100% بار

B =  COPR یا EER در 75% بار

C =  COPR یا EER در 50% بار

D =  COPR یا EER در 25% بار

از معادله‌ی زیر می‌توان برای محاسبه IPLV متناسب با توان مصرفی به ظرفیت کیلو وات بر تن تبرید هر چیلر استفاده کرد:

IPLV

 

condensed-cooling-27.png

محدوده عملکرد چیلرهای هواخنک

محدوده عملکرد چیلرهای هوا خنک به شرح ذیل می‌باشد:

·         حداقل دمای محیط بیرون: ° C 29- (بازه استاندارد ° C 18- تا  ° C 0)

·         حداکثردمای محیط بیرون: ° C 51

·         حداقل دمای آب خروجی از چیلر: ° C 10- (بازه استاندارد ° C 5 )

·         حداکثر دمای آب خروجی از چیلر: ° C 15 تا ° C 21

·         حداکثر دمای آب ورودی به چیلر: ° C 29

همچنین مطابق استاندارد چیلرهای هوا خنک برای دمای محیط بیرون  ° C 35 طراحی می‌شوند. در نتیجه دمای هوای محیط پارامتری موثر بر راندمان عملکردی و ظرفیت چیلر می‌باشد. 

چیلر تراکمی، چیلر هوا خنک

از دیگر پارامترهای موثر بر راندمان چیلرهای هواخنک می‌توان به دمای آب خروجی از چیلر اشاره کرد. هرچه دمای آب خروجی از چیلر کاهش یابد راندمان چیلر نیز کاهش می‌یابد.

چیلر هوا خنک، دمای آب سرد چیلر

تعداد چیلر در پروژه‌های کوچک

مهمترین هدف در انتخاب چیلر در پروژه‌های کوچک، کاهش دادن پیچیدگی سیستم برای بهره بردار و افزایش صرفه‌جویی در مصرف انرژی است. چیلر پروژه‌های کوچک معمولا دارای هزینه‌ی اولیه و جاری کمتری نسبت به پروژه‌های بزرگتر هستند. هزینه‌ی اولیه از مهمترین پارامترهایی است که کارفرما با آن مواجه است. اما روش‌هایی برای کمتر کردن این هزینه نیز وجود دارد که بسته به هنر طراح پروژه است. برای مثال با افزایش T∆ سمت چیلر، کاهش دبی و کاهش قطر لوله و اندازه‌ی پمپ را خواهیم داشت. همچنین در همین سیستم کوچک، استفاده از سیستم دبی متغیر، باعث کاهش تعداد پمپ‌ها، استارتر، تجهیزات برقی و فضای مورد نیاز آنها خواهد شد. در بسیاری از پروژه‌های کوچک تا ۲۰۰ تن، معمولا از یک دستگاه چیلر استفاده می‌شود، مگر آنکه شرایط پروژه‌ حساس باشد که در بخش اول مطرح گردید. به انتخاب طراح، همچنین می‌توان از یک چیلر با چند دستگاه کمپرسور یا چند مدار تبرید نیز بهره برد که قبلا توضیح داده شده است.

سیکل تراکمی، چیلر تراکمی

اجرای چیلر به صورت سری

در این حالت طراحی به گونه‌ای است که مثلا برای ۲ چیلر سری، هر چیلر با ۵۰٪ ظرفیت کل سایز می‌شود یعنی هر چیلر قابلیت تامین نصف بار فول لود را خواهد داشت.

چیلر، اجرای سری چیلرهای تراکمی

ترکیب درصدهای دیگری به غیر از ۵۰/۵۰ نیز اجرایی است که به نظر طراح بر می‌گردد. تنها مشکلی که ایجاد خواهد شد، کنترل سخت‌تر روی دمای آب رفت در بارهای جزیی است. این مهم در جدول زیر آورده شده است:

عملکرد چیلرهای سری، چیلر

ترکیب سری چیلرها در پروژه‌ها به ندرت انجام می‌شود چرا که این ترکیب نیازمند دبی ثابت از چیلر در تمام اوقات است و این مهم سبب بالا رفتن کار پمپ و هزینه‌ها خواهد شد. در صورت داشتن بار سرمایشی که در بیشتر اوقات Steady state است و یا به T∆‌ های بالایی نیاز داشته باشیم می‌توان از ترکیب سری بهره برد. در ترکیب سری برخلاف ترکیب موازی که در ادامه اشاره خواهیم کرد، حالت Over chilling برای هیچکدام از چیلرها اتفاق نمی‌افتد، لذا بار کمپرسور در بارهای جزیی قدری کمتر از حالت موازی خواهد بود. از فواید دیگر ترکیب سری به موارد زیر نیز می‌توان اشاره نمود:

1.      جریان آب در اواپراتور در جهت عکس جهت جریان در کندانسور است و ترکیب Counter Flow را ایجاد خواهد کرد.

2.      در ترکیب Counter Flow سری، کاری که توسط کمپرسور انجام می‌شود کاهش یافته و این مهم باعث افزایش راندمان چیلر در میان باری و فول لود خواهد شد.

3.      کاری که توسط کمپرسور (Lift) در این ترکیب انجام می‌شود در حدود ۲۰٪ پایین‌تر از سیستم‌های سنتی موازی است.

4.      کار کمترکمپرسور (Lift) باعث کاهش مصرف انرژی در بار سرمایش ثابت خواهد شد.

عملکرد چیلرهای سری، چیلر

اجرای چیلر به صورت موازی

در ترکیب موازی، آب بین دو چیلر تقسیم می‌شود. با کاهش بار سرمایشی، یک دستگاه می‌تواند خاموش شده و از سیستم خارج شود. کنترل چیلرها در این حالت براساس دما آب رفت مجموعه Chiller Plant خواهد بود. در شکل زیر ترکیب ۲ چیلر موازی به همراه یک پمپ آورده شده است. در این ترکیب با کاهش بار ساختمان به زیر ۵۰٪ فول لود، یک چیلر خاموش خواهد شد.

مشکلی هم در این ترکیب به چشم می‌خورد و آن این است که اگر یک چیلر خاموش باشد، آب رفت چیلر در حال کار با آب برگشتی که از چیلر خاموش عبور می‌کند، مخلوط شده و دمای آب رفت به ساختمان افزایش می‌یابد که در این حالت دمای آب ورودی به ساختمان مسلما با دمای طراحی متفاوت خواهد بود. 

چیلر تراکمی، چیلر تراکمی موازی

الزام: حل این مشکل ساده است و می‌توان از Isolation valve با شیر برقی در ورودی هر چیلر و شیر یک طرفه در خروجی هر چیلر استفاده کرد. در این شرایط، دبی از چیلر خاموش عبور نخواهد کرد. مطابق شکل زیر: 

چیلر تراکمی، چیلر، چیلر تراکمی موازی

در این حالت مشکل ترکیب آب رفت و برگشت حل شده است اما همچنان مسأله دیگر مورد توجه است. ثابت بودن دبی پمپ، باعث افزایش دبی عبوری از چیلر در حال کار خواهد شد. برای این مهم ۲ راهکار وجود دارد:

1.      استفاده از پمپ‌های دور متغیر که با کاهش بار، کاهش دور و نهایتا کاهش دبی را به همراه خواهند داشت. در این حالت اگر چیلر خاموش باشد،کاهش دبی تا ۵۰٪ مقدار خود اتفاق خواهد افتاد.

2.      استفاده از ترکیب زیر برای چیلرها توصیه می‌شود.

چیلر تراکمی، چیلر، چیلر تراکمی موازی

 

چیلر تراکمی، چیلر تراکمی موازی

در واقع برای هر چیلر از یک پمپ مخصوص به همان چیلر استفاده می‌شود که به Dedicated pump معروف است. در خروجی چیلر نیز شیر یکطرفه قرار داده شده است که باعث جلوگیری از برگشت جریان در زمان چیلر و پمپ خاموش خواهد شد. لذا وقتی یک چیلر خاموش است، پمپ مربوط به آن نیز خاموش است، جریانی از چیلر خاموش عبور نخواهد کرد و ترکیب آب برگشتی و رفت نیز منتفی است. جدول زیر مشخصات این ترکیب را در بارهای مختلف نشان می‌دهد.

چیلر، چیلر تراکمی، چیلر تراکمی موازی

 

* این مطلب ادامه دارد...

لینک های مرتبط

دسته بندی ماشین آلات تراکمی (بخش اول:چیلر تراکمی)

 

نگارش : محمد جعفر نیری، پیمان ابراهیمی ناغانی

منبع : بخشی از کتاب روشهای تولید و توزیع برودت در سیستم‌های تهویه مطبوع - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، سید علیرضا ذوالفقاری، محمد جعفر نیری - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه