سیستم های خنک کننده ساختمان ها
آرش فقیهی: خبرنگار با پیام دانش اوز
با توجه به آب و هوای گرم و خشک منطقه، از گذشته مردم به دنبال راه حلی برای داشتن هوایی خنک و مطبوع در منازل خود بوده اند. از بادگیر و استفاده از آب گرفته تا برسیم به انواع پنکه و سرانجام به دستگاه هایی که رفته رفته شکل و فرم کولرهای امروزی را به خود گرفتند.
مختصری در باب آشنایی با سیستم های خنک کننده ساختمان ها
با توجه به آب و هوای گرم و خشک منطقه، از گذشته مردم به دنبال راه حلی برای داشتن هوایی خنک و مطبوع در منازل خود بوده اند. از بادگیر و استفاده از آب گرفته تا برسیم به انواع پنکه و سرانجام به دستگاه هایی که رفته رفته شکل و فرم کولرهای امروزی را به خود گرفتند.
سرمایش (تبرید) عبارت است از ایجاد شرایطی برای کاهش دمای یک محیط یا یک ماده، نسبت به محیط پیرامونش؛ به بیان دیگر تبرید، انتقال گرما از یک محیط با دمای پایین تر به یک محیط با دمای بالاتر است. این تعریف پایه گذار مبحث سرمایش در صنعت تهویه مطبوع می باشد.
شایان توجه است که پایین آوردن دمای اتاق به تنهایی برای احساس آسایش ساکنان کفایت نمی کند و برای سیستم های خنک کننده، عوامل دیگری از جمله رطوبت هوا و سرعت وزش هوا نیز اهمیت دارد.
در گذشته از کولرهای آبی برای ایجاد سرمایش منازل استفاده می کردند و به مرور زمان استفاده از کولرهای گازی رونق پیدا کرد و امروزه در کنار استفاده از این سیستم، وسایل سرمایشی پیشرفته تر با مزایای بیشتری وارد بازار شده اند. به همین خاطر، باید اطلاعات محیطی را در اختیار داشت تا بتوان گزینه مناسب را انتخاب کرد. انتخاب درست یک سیستم سرمایشی از مهم ترین بخش های طراحی تأسیسات مکانیکی ساختمان بوده است که به میزان قابل توجهی در احساس آسایش ساکنان تاثیرگذار خواهد بود.
البته عوامل زیادی از جمله وضعیت استقرار جغرافیایی یا نوع دیواره ها در خنکسازی و تهویه مطبوع یک ساختمان دخیل خواهد بود که در آینده به آنها خواهیم پرداخت و در ادامه صرفا به معرفی سیستم های امروزی قابل استفاده در منطقه بسنده خواهیم کرد.
کولرهای آبی
کولرهای آبی رفته رفته جایگاه خود را به سیستم های پیشرفته تری داده است به طوری که امروزه در ساختمان های نوساز کمتر از آن ها استفاده می شود. شاید بتوان گفت ایده اولیه ساخت این کولرها از بادگیرهای قدیمی گرفته شده است. چرا که اغلب بادگیرها مجهز به حوضچه هایی بودند تا هوا از روی آن ها عبور کرده و فضای منزل را خنک نماید. مکانیزم کولر آبی نیز این گونه است که با تبخیر کردن آب سبب خنک شدن هوا می شود، سپس آن را به داخل اتاق می دمد.
مزایا:
– قیمت مناسب
– هزینه نصب و راه اندازی بسیار اندک
– مصرف برق پایین در کولرهای آبی
– تعمیر و نگه داری آسان
معایب:
– مصرف آب بالا به ویژه در این برهه از کاهش منابع آبی کشور
– امکان ورود گرد و خاک و آلودگی های احتمالی از خارج به داخل اتاق
– عدم امکان انتخاب دمای ایده آل و محدودیت به دو دور تند و کند
– گرفتگی پمپ و پوشال ها با توجه به استفاده از آب معمولی و نیاز به سرویس بعد از هر دوره گرما
– نیاز به کانال کشی حجیم و طولانی که هزینه بر بوده است، فضای اتاق را محدود می کند، همچنین، باعث افت راندمان سرمایشی می شود. این کانال کشی ها باعث ورود هوای سرد در فصول سرما به داخل ساختمان خواهد شد.
– رطوبت اتاق را افزایش می دهد در نتیجه برای مناطق مرطوب قابل استفاده نیست.
کولرهای گازی:
کولر گازی را ویلیس کریر در سال ۱۹۰۲ میلادی اختراع کرد. این کولرها با روشی متفاوت به مرور زمان همه گیر شدند به طوری که امروزه گونه های مدرن آن در بیشتر ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرد.
عملکرد این کولرها از نوع پنجره ای گرفته تا انواع دو تکه (اسپیلت) و همچنین انواع بزرگتر آن، همانند یخچال است به طوری که گاز موجود در این کولرها گرمای محیط را گرفته و میعان گاز سبب خنک شدن هوای محیط می شود. سپس مایع حاصله توسط کمپرسور و کندانسور مجددأ تبدیل به گاز شده و این چرخه ادامه می یابد. در واقع، گرما هوای اتاق را می گیرد و سپس طی عملیاتی این گرما را به محیط بیرون پس می دهد.
در کولرهای دو تکه (اسپیلت) این دو قسمت (قسمتی که گرما می گیرد و قسمتی که گرما می دهد) از یکدیگر مجزا شده است.
همچنین، نوع جدید این کولرها با عنوان اینورتر در بازار جا افتاده که بوسیله تبدیل جریان برق غیر مستقیم به برق مستقیم با وجود ارائه عملکرد مشابه، مصرف برق کمتری خواهد داشت.
به طور کلی، کولرهای نسل جدید دو تفاوت اصلی با کولرهای قدیمی دارند که توانسته‌اند مشکلات مصرف برق را تا حد قابل قبولی کم کنند.
نخست آن که گاز مصرفی در این کولرها R410a بوده و این گاز بسیار سردتر از گازهای R22 می باشد که در کولرهای قدیمی مورد استفاده قرار می گرفت. دمای جوشش گاز R410a منفی ۵۲ درجه سانتی گراد است و این در حالی است که دمای جوشش گاز R22 منفی ۴۱ درجه سانتی‌گراد می باشد. این تفاوت در سیستم های تهویه مطبوع بسیار قابل‌توجه است و نقش مهمی در تولید سرما در بازه زمانی کمتر خواهد داشت.
دوم این که ساختار کمپرسور یا همان قلب تپنده کولر گازی های قدیمی به نحوی است که بعد از هم دما شدن محیط با دمایی که شما تنظیم کرده‌اید، موتور یا کمپرسور کولر گازی کاملاً خاموش می شود و منتظر می ماند تا دوباره از طریق فرمان بُرد اصلی به کار گرفته شود که همین استارت مجدد باعث مصرف جریان بالایی از برق می شود.
اما در کولرهای اینورتر با توجه به کمپرسور، قطعات و مدارات فرمانی که در آن به کار برده شده است، سیستم به نوعی طراحی شده که کمپرسور هیچ‌گاه کاملاً از مدار خارج نمی‌شود تا برای روشن شدنِ دوباره، جریان بالایی را بطلبد؛ بلکه دور حرکتی یا قدرت موتور به حداقل خود خواهد رسید تا برای خنک کردن مجدد محیط نیاز به جریان بالایی برای استارت نباشد.
سایر انواع کولرهای گازی همانند کولرهای ایستاده و اسپیلت های مرکزی نیز از همین رویه در مقیاسی بزرگتر بهره می برند.
مزایا:
– قدرت سرمایش بالا (دمای خروجی پایین)
– عدم افزایش رطوبت اتاق (این مورد فقط در مناطق مرطوب در رده مزایا قرار می گیرد)
– صدای کم
– اشغال فضای کمتر و کمک به زیبایی اتاق
– تصفیه سازی هوا از غبار، بو و حتی باکتری ها
– توانایی استفاده به عنوان سیستم سرمایشی و گرمایشی
– امکان تنظیم دمای دلخواه و مدت زمان کارکرد
معایب:
– قیمت بالاتر نسبت به کولر آبی
– مصرف برق بالایی دارند (هرچند در برخی مدل ها مانند اینورتر ها تا ۶۰% کاهش انرژی دارند).
– پخش کنندگی باد ضعیف (به طوری که روبه روی اسپیلیت به مراتب خنک تر از سایر فضاهاست. البته، این مورد فقط در فضاهای بزرگ می تواند خودنمایی کند و در اتاق ها و آپارتمان ها تأثیر آن ناچیز می باشد.)
– عدم افزایش رطوبت اتاق (این مورد فقط در هوای گرم و خشک عیب محسوب می شود.)
چیلر:
نسل جدید سیستم های خنک کننده ای که هم خنکی هوا را تأمین می کند و هم آسایش را برای ساکنان فراهم می آورد. البته، این دستگاه به دلیل قابلیت رطوبت زنی هوا مناسب برای استفاده در نواحی ساحلی و مرطوب نیست.
چیلر دستگاهی است که به صورت متداول از آن جهت ایجاد سرمایش استفاده می شود و چنانچه این دستگاه را به بویلر متصل کرده و آب گرم مورد نیاز تهیه شود، می توان از آن به صورت دو منظوره بهره گرفت.
چیلر ماشینی است که گرما را از یک مایع و از طریق یک چرخه بخار فشرده (Vapor Compression) و یا تبرید جذبی (Absorption Refrigeration) می زداید که این مایع نهایتاً پس از عبور از یک مبدل حرارتی برای خنک کردن تجهیزات و یا یک جریان فرآیندی مانند هوا یا آب استفاده می شود. از طرفی گرمای تلف شده به عنوان یک محصول جانبی شناخته می شود که باید در محیط آزاد شده و یا برای یک فرآیند گرمایشی استفاده شود. موارد مورد توجه در طراحی و انتخاب چیلرها شامل عملکرد، بازده، تعمیر و نگهداری و اثرات زیست محیطی چرخه عمر محصول است. چیلرها معمولاً در دو نوع چیلر جذبی و چیلر تراکمی ساخته می شوند.
در چیلر تراکمی ابتدا گاز توسط کمپرسور متراکم و سپس به کندانسور وارد می شود که توسط آب یا هوای محیط، خنک شده و به مایع تبدیل خواهد شد. این مایع با عبور از شیر انبساط یا لوله موئین وارد خنک کننده (اواپراتور) می‌شود که در فشار کمتری قرار دارد، این کاهش فشار باعث تبخیر مایع گردیده و مایع سردکننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط، باعث ایجاد برودت در موادی که با قسمت خنک کننده در ارتباط هستند، می‌شود. پس از آن، گاز حاصل از تبخیر، به کمپرسور منتقل می‌شود. با عبور سریع بخار در خلاء کندانسور، به علت تبدیل بخار به آب و اختلاف حجم بین بخار و آب، مایع ایجاد می‌گردد. به بیان ساده تر، همان اتفاقاتی که در کولرهای گازی رخ می داد در اینجا نیز اتفاق می افتد اما در کولرهای گازی موادی که خنک می شود همان هوای اتاق است و در اینجا مایعی (اغلب آب) را خنک می کند و این مایع را به فن کویل ها یا هواسازها ارسال خواهد نمود. سپس، از طریق فن کویل هوای خنک مطبوعی به اتاق دمیده می شود (به نسبت اسپیلیت با دمای بالاتر اما مطبوع تر و با قدرت پخش کنندگی بیشتر).
به طور کلی، چیلرهایی که از سیکل تراکمی بهره می برند به دو نوع کنداسور هوایی (هوا خنک) و کنداسور آبی (آب خنک) و سانتریفیوژ (Centrifugal) تقسیم می شوند. این طبقه بندی ها نیز با توجه به نوع کمپرسور مورد استفاده در سیکل به دسته های دیگری تقسیم می شوند. امروزه متداول ترین آن ها چیلر اسکرو (Screw) و چیلر اسکرال (Scroll) است.
چیلر جذبی:
چیلر جذبی با استفاده از چرخه تبرید جذبی و استفاده از حرارت حاصل از شعله مستقیم، آب گرم یا بخار، عمل سرما سازی را انجام می دهد. در چیلرهای جذبی برخلاف چیلرهای تراکمی از جذب کننده (Absorber) و مولد حرارتی (Generator) به جای کمپرسور استفاده می‌شود.
رایج ترین خنک کننده در چیلرهای جذبی سیستم لیتیوم برماید است. در قسمت جذب کننده، بخار آب توسط لیتیوم برماید غلیظ جذب شده و در قسمت مولد حرارتی، آب بر اثر حرارت تبدیل به بخار می‌شود. بخار آب در کندانسور به حالت مایع در می‌آید و سپس در خنک‌کننده دوباره به بخار تبدیل می‌گردد و آب برای این که تبخیر گردد گرمای نهان خود را از محیط خنک‌کننده می‌گیرد و باعث ایجاد برودت می‌گردد سپس بخار آب ایجاد شده در خنک‌کننده به جذب کننده منتقل می‌شود و دوباره این چرخه تکرار می‌شود. در نهایت، همانند چیلر تراکمی مایع (آب) خنک شده به فن کویل ها و هواسازها فرستاده خواهد شد.
مزایای چیلر تراکمی نسبت به چیلر جذبی:
– نوع تراکمی با توجه به ماده مبرد و داشتن کمپرسور، در ظرفیت‌های برابر از چیلر جذبی کم‌حجم‌ترند. در واقع، از لحاظ وزنی و حجمی چیلر تراکمی آب خنک نسبت به چیلر جذبی فضای کمتری در موتورخانه اشغال می کند و از لحاظ حجمی و وزنی در حدود نصف چیلر مشابه جذبی وزن و حجم دارند.
– ضریب عملکرد بالاتر نسبت به چیلر جذبی مشابه
– مصرف انرژی اولیه کمتر
– مصرف آب کمتر
– اثرات به مراتب کمتر زیست محیطی نسبت چیلر جذبی
– پیک زدایی مصرف برق در ساعات اوج بار با استفاده از سامانه کنترلر سرمایش تراکمی
– ظرفیت پائین تر برج های خنک کننده و سیستم پمپاژ به برج ها.
مزایای چیلر جذبی نسبت به چیلر تراکمی:
– صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی (چیلرهای جذبی از گاز طبیعی، گازوئیل یا گرمای تلف شده به عنوان منبع اصلی انرژی استفاده می کنند و مصرف برق آن ها بسیار ناچیز است)
– صرفه جویی در هزینه اولیه مورد نیاز برای دیگ ها و بهبود راندمان دیگ ها در تابستان
– کاسته شدن صدا و ارتعاشات (منبع اصلی تولید کننده صدا و ارتعاش در چیلرهای تراکمی، کمپرسور است. چیلرهای جذبی فاقد کمپرسور بوده و تنها منبع مولد صدا و ارتعاش در آن ها پمپ های کوچکی هستند که برای به گردش درآوردن مبرد و محلول لیتیم برماید کاربرد دارند.)
مینی چیلر
این دستگاه ها چیلرهای کوچکی هستند که برای استفاده در فضاهایی که نیاز به سرمایش و گرمایش مستقل دارند، تعبیه شده اند. با استفاده از این دستگاه ها مشکلات مربوط به موتورخانه مرکزی حذف خواهد شد. عموما مینی چیلرها از کندانسورهای هوا خنک بهره می برند.
از مزایای مینی چیلر می توان به موارد زیر اشاره نمود:
– از سیستم های مستقل تهویه آپارتمانی
– دارای تنوع ظرفیت در تناژ برودتی
– قابل نصب در تراس و یا پشت بام
– دارای کمپرسور اسکرال هرمتیک
– صدا حجم و وزن کم
– دارای ضریب عملکرد بالا
– قابل ارائه بصورت سرد یا سرد و گرم
– قابل اتصال به سیستم های گرمایی
از معایب مینی چیلر میتوان به عدم حضور نیروی کافی برای تعمیر و نگه داری در منطقه اشاره کرد.
برای داشتن بهترین انتخاب از بین سیستم های نامبرده، باید عوامل متعددی را مد نظر قرارداد که از مهم ترین آن ها استفاده بهینه با صرف کم ترین انرژی است.
منبع: شماره پنجم فصلنامه با پیام دانش اوز
با سلام خدمت مدیریت سایت
بنده مهندس میکانیک سیستمهای سرمایشی و تهویه مطبوع میباشم
در صورت امکان مایل به همکاری و نشستی با مهندس ارش فقیهی هستم