مقدمه

چیلر تراکمی (Vapor Compression Chiller) یکی از رایج‌ترین تجهیزات تولید آب سرد در سامانه‌های تهویه مطبوع و فرآیندهای صنعتی است.

اساس عملکرد آن بر مبنای سیکل تبرید تراکمی بخار است که طی آن، انرژی حرارتی از یک سیال (معمولاً آب) گرفته شده و به محیط دفع می‌گردد.
هدف اصلی چیلر تراکمی، تولید آب سرد با دمای حدود ۵ تا ۷ درجه سانتی‌گراد برای استفاده در هواسازها (Air Handling Units) یا فن‌کویل‌ها (Fan Coil Units) است.

این نوع چیلرها با توجه به راندمان بالا، کنترل‌پذیری دقیق، و سهولت نصب و نگهداری، امروزه در اکثر پروژه‌های ساختمانی و صنعتی ایران به‌کار گرفته می‌شوند.

سیکل تبرید تراکمی – اصول عملکرد

سیکل تبرید تراکمی شامل چهار فرآیند اصلی است که در چهار جزء اصلی چیلر رخ می‌دهد:

1. فشرده‌سازی (Compression)
   مبرد (Refrigerant) در حالت بخار اشباع از اواپراتور خارج شده و وارد کمپرسور می‌شود.

2. کمپرسور با مصرف انرژی مکانیکی (الکتریکی)، فشار و دمای مبرد را افزایش می‌دهد.
   خروجی کمپرسور بخار داغ و پرفشار است.

3. میعان (Condensation)
   بخار داغ وارد کندانسور شده و در تماس با سیال خنک‌کننده (هوا یا آب)، حرارت خود را از دست می‌دهد تا به مایع پرفشار تبدیل شود.
   این حرارت دفع‌شده، در حقیقت گرمای گرفته‌شده از محیط + توان مصرفی کمپرسور است.

4. انبساط (Expansion)
   مایع پرفشار از طریق شیر انبساط (Expansion Valve) دچار افت فشار می‌شود.

5. در نتیجه بخشی از مایع تبخیر شده و مخلوط مایع–بخار با دمای پایین تشکیل می‌شود.

6. تبخیر (Evaporation)
   این مخلوط وارد اواپراتور می‌شود و در تماس با آب در گردش، حرارت آن را جذب کرده و باعث سرد شدن آب می‌گردد.

7. مبرد در انتهای اواپراتور به بخار اشباع تبدیل می‌شود و سیکل تکرار می‌شود.

دیاگرام فشار–آنتالپی (P–h Diagram)

در تحلیل ترمودینامیکی سیکل تبرید، معمولاً از نمودار فشار–آنتالپی استفاده می‌شود. نقاط کلیدی به‌صورت زیر تعریف می‌شوند:

اجزای اصلی چیلر تراکمی

1. کمپرسور (Compressor)

کمپرسور قلب چیلر است و وظیفه دارد بخار مبرد را از اواپراتور مکش و فشرده کند. انواع کمپرسورهای متداول عبارت‌اند از:

• رفت و برگشتی (Reciprocating) – برای ظرفیت‌های کوچک

• اسکرال (Scroll) – چیلرهای کوچک تا متوسط

• اسکرو (Screw) – چیلرهای متوسط تا بزرگ با راندمان بالا

• سانتریفیوژ (Centrifugal) – چیلرهای با ظرفیت بسیار بالا (تا هزاران تن تبرید)

در انتخاب کمپرسور باید به نسبت تراکم، راندمان ایزوترمال، و کنترل ظرفیت (Capacity Control) توجه شود.

2. کندانسور (Condenser)

در کندانسور، مبرد بخار داغ حرارت خود را دفع کرده و به مایع تبدیل می‌شود.
دو نوع کندانسور متداول وجود دارد:

• هواخنک (Air Cooled Condenser): دفع حرارت توسط فن‌ها به هوای محیط

• آب‌خنک (Water Cooled Condenser): دفع حرارت توسط آب برج خنک‌کن

انتخاب نوع کندانسور به شرایط اقلیمی، فضای نصب، و هزینه نگهداری بستگی دارد.
در شهرهای با رطوبت بالا (مانند شمال ایران)، چیلر هواخنک عملکرد بهتری دارد.

3. شیر انبساط (Expansion Valve)

وظیفه این قطعه، کاهش فشار و کنترل دبی مبرد ورودی به اواپراتور است. دو نوع رایج:

• شیر ترموستاتیک (TXV)

• شیر الکترونیکی (EEV)
  نوع EEV با کنترل دقیق سوپرهیت، راندمان سیستم را در بار جزئی افزایش می‌دهد.

4. اواپراتور (Evaporator)

در اواپراتور، مبرد تبخیر شده و حرارت را از آب سیستم تهویه می‌گیرد.
دو نوع رایج:

• Shell & Tube (پوسته و لوله‌ای) – متداول در چیلرهای صنعتی

• Plate Type (صفحه‌ای) – در سیستم‌های کوچک و فشرده

دمای خروجی آب معمولاً بین ۵ تا ۷ درجه سانتی‌گراد و اختلاف دمای ورود و خروج حدود ۵°C است.

انواع چیلر تراکمی از نظر سیستم خنک‌کننده

شاخص‌های عملکرد و راندمان انرژی

• COP (Coefficient of Performance): نسبت بار برودتی به توان مصرفی

• EER (Energy Efficiency Ratio): مشابه COP ولی بر حسب BTU/hr/W

• IPL V / NPLV: شاخص راندمان در بار جزئی (Partial Load Conditions)

به‌کارگیری سیستم‌های کنترل دور متغیر (VFD) در فن‌ها و پمپ‌ها می‌تواند راندمان کلی سیستم را تا ۳۰٪ افزایش دهد.

نکات طراحی و بهره‌برداری

1. انتخاب دقیق ظرفیت چیلر بر اساس بار واقعی ساختمان

2. در نظر گرفتن دمای طراحی کندانسور و اواپراتور متناسب با اقلیم پروژه

3. سرویس منظم فیلترها و کندانسور برای جلوگیری از افت راندمان

4. استفاده از کنترل هوشمند و BMS برای مدیریت بهینه بار جزئی

5. انتخاب مبرد مناسب (مثل R134a، R410A یا R1234yf) با توجه به الزامات زیست‌محیطی

جمع‌بندی

چیلر تراکمی به‌عنوان ستون اصلی سیستم‌های سرمایشی صنعتی و تهویه مطبوع، ترکیبی از دانش ترمودینامیک و مهندسی مکانیک سیالات است.
درک دقیق عملکرد سیکل تبرید، اجزای مکانیکی، و شاخص‌های راندمان آن برای هر مهندس تأسیسات ضروری است.

در نهایت، انتخاب صحیح نوع چیلر، طراحی دقیق و نگهداری اصولی، می‌تواند تا ۲۰٪ صرفه‌جویی در مصرف انرژی و افزایش عمر مفید تجهیزات را به‌دنبال داشته باشد.

⚙️ دعوت به اقدام:
اگر به انتخاب، نصب یا بهینه‌سازی چیلر تراکمی برای پروژه خود نیاز دارید،

تیم فنی ما با تجربه‌ی اجرایی در سیستم‌های صنعتی و ساختمانی آماده ارائه مشاوره تخصصی است.