چیلر (Chiller) به ماشینی اطلاق می شود که از طریق یک سیکل ترمودینامیکی (تراکمی بخار یا جذبی)، گرما را از جریان سیال مشخصی (مبرد) دفع می­ کند. سپس این جریان بواسطه گردش درون یک مبدل حرارتی، جهت خنک کاری آب مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع چیلر گرما را از محیطی گرفته و به محیط دیگری منتقل می کند. پس می توان چیلر را نوعی پمپ انرژی قلمداد کرد که محصول خروجی آن آب سرد است.

کاربرد چیلر

چیلرها از مهمترین تجهیزات سرمایشی و تولید برودت در ساختمان ها و کارخانه های صنعتی به حساب می آیند. از آب سردِ تولیدی در چیلر می توان به کمک فن کویل ها و یا هواسازها، فضای داخلی هر ساختمانی را خنک کرد و یا از آن در ماشین آلات صنعتی و انواع فرایندهای تولید که به خنک کاری نیاز دارند، استفاده نمود.

بنابراین چیلرها به لحاظ نوع کاربرد، در دو دستۀ تهویه مطبوع و برودت صنعتی تعریف می ­شوند:

"تولید آب گرم در چیلرهای جذبی دو اثره، براحتی و با کیفیت مطلوب امکان پذیر است. چنانکه می توانند مثلِ یک دیگ آبگرم عمل کرده و آب گرم مورد نیاز جهت مصرف و یا گرمایش را تأمین کنند. در چیلرهای تراکمی نیز می توان با معکوس کردن سیکل برودتی (به شیوۀ هیت پمپ) آب گرم تولید نمود."

کاربرد چیلر در تهویه مطبوع

چیلر یکی از مصادیقِ سیستم تهویه مطبوع آبی به شمار می رود. چنانکه آب سرد خروجی از چیلر با گردش درون مبدل­ های حرارتی هوایی (کویل) مانند فن کویل، کویل هواساز و اِیر کولر، جریان هوای خنک مورد نیاز جهت سرمایش فضاهای مسکونی، اداری، تجاری، صنعتی و … را فراهم می کند. این چنین، دمای آب ورودی به کویل با دریافت گرما از هوای فضای مورد نظر، افزایش پیدا کرده و برای سرد شدن تا دمای استاندارد تهویه (7 درجۀ سانتی گراد) مجدداً به چیلر باز می گردد.

می توان گفت هوای سرد خروجی از فن کویل، هواساز و یا اِیر کولر که با آب سرد چیلر تغذیه می شوند، نسبت به کولر آبی و کولر گازی (یا سایر سیستم های DX مثل داکت اسپلیت و VRF) هوای مطبوع تری است. چراکه بر خلاف کولر آبی رطوبت زیادی ندارد؛ در نتیجه قادر است گرمای نهان موجود در فضا را نیز بخوبی جذب کند. از طرفی بر خلاف کولر گازی، داکت اسپلیت و یا VRF هوای خشکی را تولید نمی کند که خصوصاً در مناطقی با اقلیم خشک، اساساٌ هوای مناسبی نخواهد بود. بنابراین، چیلر می تواند شرایط متعادل تری را ایجاد کند.

کاربرد چیلر در برودت صنعتی

آب سرد تولیدیِ چیلر، در بسیاری از فرایندهای صنعتی که نیاز به فرآیند سرمایش (Cooling process) دارند از جمله خنک­ کاری مکانیزم ها و ماشین آلات خطوط تولید، در گسترۀ وسیعی از صنایع مختلف استفاده می شود. نمونه ای از این صنایع عبارتند از: پلاستیک، تزریق و ریخته­گری، فلزکاری، جوشکاری، ماشین­ ابزار، پتروشیمی، داروسازی، بهداشت و درمان، تولید و نگهداری مواد غذایی، پرورش ماهی، کاغذ و سیمان، راهسازی و …

چیلر اساساً برای تولید آب سرد بکار می رود، اما در یک رِنج دماییِ مشخص. چنانکه اگر دمای آب مورد نیاز بیشتر از دمای مرطوب محیط باشد، می بایست از برج خنک کننده و اگر بیشتر از دمای خشک محیط باشد، بایستی از درای کولر برای کاهش دمای جریان آب مورد نظر استفاده کرد؛ چراکه اولاً قیمت و مصرف برقِ چیلر در مقایسه با سیستم های مذکور بیشتر بوده و ثانیاً محدودۀ کاری کمپرسور (Envelope) اجازه نمی دهد که هر دمایی را بتوان به کمک چیلر به دست آورد. لذا، از چیلر برای تولید آب سرد از 40- تا 3 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب محیط استفاده می شود و برای این رِنج دمایی، کمپرسورها و مبردهای مخصوصی تعریف می شوند.

انواع چیلر

چیلر به طور کلی بر اساس نوع سیکل کاری که فرآیند تبرید یا سرمایش را انجام میدهد، به دو دسته کلی تقسیم می شود:

1. چیلر تراکمی
2. چیلر جذبی

برای شناخت بهتر چیلرها و درک صحیح عملکرد و کاربرد هر کدام از آن ها، در ادامه اساس کار هریک را به طور جداگانه بررسی می کنیم.

چیلر تراکمی بخار

اساس کار چیلر تراکمی بخار، گردش جریان سیالی به نام مبرد در سیکل تبرید تراکمی بخار (کارنو) بوده و بر پایه چهار مؤلفه اصلی شامل: کمپرسور (Compressor) کندانسور (Condenser) شیر انبساط (Expansion valve) و اواپراتور (Evaporator) شکل می گیرد. بطوریکه بخار مبرد توسط کمپرسور متراکم شده و پس از افزایش تؤامان فشار و دما، جهت دفع حرارت وارد کندانسور می گردد. این چنین دمای آن کاهش یافته و با از دست دادن حرارت بیشتر به مایع تبدیل می شود. سپس از شیر انبساط عبور کرده و با افت فشار ناگهانی ایجادشده، مقدار کمی از آن تبخیر می گردد.

در نتیجه مخلوط مایع و بخار حاصل با دمایی پایین ­تر وارد اواپراتور شده و با جذب گرمای آب یا هوا، کاملاً تبخیر می شود. به این ترتیب بعد از تکمیل فرایند سرمایش در اواپراتور، بخار مبرد به کمپرسور باز می گردد.

انواع چیلر تراکمی

1. انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کمپرسور:

بسته به معیارهای متعددی از جمله: ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه، نوع مبرد مصرفی، کاربری پروژه و … کمپرسور مناسب برای چیلر انتخاب می شود که انواع آن عبارتند از:

کمپرسور روتاری

کمپرسور اسکرال

کمپرسور پیستونی

کمپرسور اسکرو

کمپرسور سانتریفیوژ

2. انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کندانسور:

با توجه به ظرفیت برودتی مورد نیاز، شرایط اقلیمی محل پروژه، هزینه های مصرف انرژی و سرویس و نگهداری دستگاه و عواملی دیگر، چگونگی فرایند دفع حرارت در کندانسور پیش بینی می گردد که انواع آن عبارتند از:

چیلر تراکمی آب خنک (Water cooled)

در چیلرهای تراکمی آب خنک، کندانسور (مبدل پوسته و لوله) از طریق تبادل انرژی با آب، خنک می شود. بطوریکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد پوسته کندانسور شده و جریان آبی با دمای مناسب (تولیدشده توسط برج خنک­ کننده) از درون لوله ها عبور داده می شود.

چیلر تراکمی تبخیری (Evaporatively):

 در چیلرهای تراکمی تبخیری، کندانسور (کویل) از طریق فرایند سرمایش تبخیری، خنک می شود. بطوریکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد لوله های کویل کندانسور می شود و آب توسط نازل هایی روی لوله ها پاشیده شده و بواسطه دریافت انرژی گرمایی تبخیر می گردد.

چیلر تراکمی هوا خنک (Air cooled)

در چیلرهای تراکمی هوا خنک، کندانسور (کویل فین گذاری شده) از طریق تبادل انرژی با هوا، خنک می شود. بطوریکه مبرد داغ خروجی از کمپرسور، وارد لوله های فین دار کویل کندانسور شده و هوای محیط توسط فن های دمنده یا مکنده تعبیه شده، از روی لوله ها عبور داده می شود.

"چیلرهای تراکمی هوا خنک را می توان به دو شکل یکپارچه (Packaged) و دو پارچه (Split) طراحی و تولید نمود. چنانکه در نوع دو پارچه، کندانسور چیلر در یک یونیت جداگانه ساخته می شود. در حالی که در نوع یکپارچه، تمامی متعلقات چیلر درون یک یونیت تعبیه شده اند."