تفاوت چیلر هوا خنک و آب خنک، در نوع کندانسور استفاده شده در مدار سیکل تبرید تراکمی آن هاست. مقایسه چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک از نظر ساختار، فنی، راندمان یا ضریب عملکرد و چگونگی کاربرد هر کدام از آن ها در پروژه های مختلف، همیشه مورد توجه خریدارن چیلر بوده است.

چیلر تراکمی معمولا با توجه به نوع کندانسور (آب خنک و یا هوا خنک) و همچنین نوع کمپرسور آن دسته بندی می‌شود. تهویه دماوند با بیش از ۳۵ سال تجربه در ساخت چیلر های تراکمی یکی از پیشروان این صنعت در ایران می‌باشد که همچنان بسیاری از تولیدات سال های دور این شرکت (ابتدای دهه هفتاد شمسی) تا به امروز در حال کار هستند.

این مقاله به منظور مقایسه چیلر های تراکمی با دو نوع کندانسور آب خنک و هوا خنک تنظیم شده است. همچنین این مورد بررسی می ­گردد که به چه دلایلی در دو دهه اخیر، بازار مصرف کننده در دنیا و خصوصاً ایران از چیلر آب خنک به هوا خنک تغییر جهت داده است. کندانسور در سیستم های تهویه مطبوع یا برودتی، همان بخشی است که انررژی گرمایی، یعنی بار حرارتی طرح، به علاوه انرژی ناشی از کارکرد کمپرسور به شکل گرما را، به محیط بیرون دفع می­کند. این دفع انرژی به وسیله هوا و یا آب انجام می ­شود. عبارت کندانسور آب خنک و یا هواخنک نیز به همین منظور استفاده می شود.

پیش از مقایسه پارامترهای هر دو نوع چیلر، ابتدا نگاهی داشته باشیم به ساختار فنی هر کدام از آن ها. اما در جدول زیر به طور کلی می توانید تفاوت پارامترهای مختلف در چیلر هوا خنک و آب خنک را مشاهده کنید:

چیلر تراکمی آب خنک

کندانسور آب خنک در واقع یک مبدل حرارتی پوسته و لوله( Shell & Tube ) است که گاز مبرد که فشار و دمای بالایی دارد در قسمت Shell و آب برج خنک کننده در داخل لوله مسی­ ها قرار جریان می­ یابد.

چیلر تراکمی با کندانسور آب خنک را از ۵ جهت زیر مورد بررسی قرار می­ دهیم:

• هزینه چیلر آب خنک به تنهایی و نهایتاً سیستم سرمایشی
• نگهداری
• راندمان کارکرد چیلر
• آب مصرفی برج خنک کننده
• راهکارهای موجود برای مسئله کمبود آب
   

هزینه و قیمت چیلر آب خنک

 در نگاه اول، چیلر با کندانسور آب خنک نسبت به نوع دیگر هزینه و قیمت ارزان تری دارد. اما برای اینکه سیستم سرمایشی با کندانسور آب خنک بتواند به وظیفه خود عمل کند، نیاز به برج خنک کننده و طبیعتاً سیستم کنترل برج و پمپ های آب چرخشی نیز دارد.

معمولا در زمان مقایسه دو نوع چیلر، به هزینه های تامین دیگر تجهیزات یاد شده سیستم، توجه نمی­شود و یا خیلی ناچیز در نظر گرفته می­شود. با این حال، چیلرهای آب خنک، با وجود اینکه هزینه راه اندازی کمتری دارند، معمولاً هزینه های عملیاتی بلند مدت بیشتری دارند.

نگهداری از چیلرهای آبی

 به طور کلی هزینه های نگهداری یک چیلر با کندانسور آب خنک به مراتب بالاتر از چیلر با کندانسور هوا خنک است. بخش اعظم این هزینه مواردی است که به نگهداری برج خنک کننده و رسوب زدایی کندانسور بر می ­گردد.

 کندانسور آب خنک به این دلیل که، آب چرخشی داخل آن درجه حرارت بالایی دارد، نرخ رسوب گزاری بیشتری نیز در آن وجود دارد. در صورتی که رسوب زدایی به درستی و طبق یک برنامه زمانی مناسب و با توجه به اندازه گیری فشار های سیستم انجام نگیرد، تاثیر بسیار زیادی بر روی عملکرد و خصوصاً راندمان و یا بهره وری سیستم می ­گذارد. (در ادامه و در بخش راندمان کارکرد چیلر به این مورد پرداخته می­ شود.)

 در این بخش منظور از هزینه نگهداری صرفاً شامل رسوب زدایی کندانسور و عملیات نگهداری برج می ­شود. رسوب زدایی معمولاً به دو روش شیمیایی و مکانیکی انجام می­شود. متاسفانه در ایران روش اول بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. چراکه شست و شوی شیمیایی (معمولاً با اسید) ، از نظر مهندسان بسیار روش غیر اصولی در صنعت تاسیسات می باشد.

هر بار استفاده از این روش باعث این می­ شود که بخشی از ضخامت مس کاسته و بعد از چندین سال و پس از خورده شدن مس و ترکیب شدن دو سیال آب و مبرد، عملاً هزینه بسیار زیادی به مصرف کننده تحمیل شود. این هزینه شامل کمپرسور، کندانسور و معمولاً شیر انبساط می ­شود.

 روش دوم که شست و شوی مکانیکی است. این روش بسیار مورد استفاده در سطح دنیا است. در این روش با استفاده از یک بُرُس چرخان به همراه فشار آب بالا، اقدام به تمیز کردن رسوب لوله می­شود. به این صورت که تک تک لوله ها باید به صورت مکانیکی تمیز شوند. این روش بهترین کار برای رسوب زدایی کندانسور های آب خنک است، اما چون نیروی کار و زمان زیادی می­برد، طبیعتاً هزینه بالایی نیز دارد.

از طرفی با توجه به کیفیت بسیار پایین آب در اقصی نقاط ایران و TDS بالای آن که نشانی از درجه سختی آب می­باشد، این زمان رسوب گیری به دفعات بیشتری انجام می­شود

مقایسه راندمان کارکرد چیلرهای هوا خنک و آب خنک

 ضریب بهره وری(Coefficient Of Performance) و یا به طور کلی راندمان چیلر های آب خنک با انواع کمپرسور­ها، نسبت به نوع هوا خنک خود بالاتر است. اما چندین مسئله حائز اهمیت وجود دارد. اول اینکه اندازه گیری راندمان بالاتر چیلر آب خنک معمولاً به زمانی بر می ­گردد که سیستم آب خنک دارای کندانسور رسوب نگرفته و برج خنک کننده تمیزی هست. دوم اینکه حین اندازه گیری راندمان چیلر آب خنک، مصرف برق پمپ های برج خنک کننده در نظر گرفته نمی شود.

 به طور کلی چون در سیستم آب خنک دمای کندانس و طبع آن فشار کندانس در شرایط طراحی پایین تر است، سیستم دارای COP بالاتری است. این مسئله برای زمانی است که کندانسور تمیز و رسوب نگرفته باشد.

بسیاری از چیلر های آب خنکی که رسوب گیری نشده اند و همچنان در حال کار هستند، فشار کندانس بسیار بالایی دارند. حتی بالاتر از یک چیلر هوا خنک. این به این معنی است که نه تنها راندمان چیلر آب خنک در این شرایط کاری دیگر بالا نیست، بلکه دیگر توان برودتی مورد نیاز سیستم را هم ندارد. به منظور همیشه باید با سنجش مرتب فشار کندانس نسبت به زمان رسوب زدایی اقدام کرد.

مصرف آب چیلرهای آب خنک

 به طور کلی در سطح دنیا اقبال چیلر های آب خنک روندی نزولی داشته (به خاطر دلایلی که به برخی از آنها در بالا اشاره شد). اما در ایران، تغییر جهت از چیلر آب خنک به هوا خنک بسیار سریع تر انجام پذیرفته است و آن هم فقط به دلیل کمبود آب است.

این تغییر به قدری بوده است که به گزارش واحد فروش تهویه دماوند که از شرکت های قدیمی این صنعت در ایران است، در سال ۱۴۰۰ تنها ۵% از چیلرهای تولیدی داری کندانسور آب خنک بوده اند. در صورتی که در سالهای نه چندان دور دهه هشتاد شمسی، این نسبت بین ۶۰ تا ۷۰ درصد بوده است.

به منظور درک بیشتر مصرف آب و در واقع هدر رفتن آن، آب مصرفی برای یک چیلر آب خنک به ظرفیت واقعی ۲۲۵ تن تبرید را بررسی می­کنیم:

مقدار دبی آب کندانسور برای چیلر ۲۲۵ تن تبریدی برابر ۶۷۵ گالن بر دقیقه است. از این مقدار ۳% به دلایل زیر به هدر می­رود:

• ۱% برای تبخیر از برج خنک کننده
• 1% برای پاشش آب اطراف برج خنک کننده (اصطلاحاً Splash)
• 1% برای آب Makeup جهت جلوگیری از افزایش مداوم سختی آب
   

مجموعاً ۳% از ۶۷۵ گالن بر دقیقه هدر می­گردد. این مقدار معادل ۲۰ الی ۲۵ گالن بر دقیقه و یا ۴/۶ متر مکعب بر ساعت می باشد. اگر چیلر برای ۱۲ساعت روشن باشد این مقدار مصرف به بیش از ۵۵ متر مکعب آب فقط برای یک دستگاه ۲۲۵ تن تبریدی می­رسد.

 طبیعی است که با شرایط اقلیمی کشوری مثل ایران، مصرف کنندگان با سرعت بیشتری به سمت سیستم های هوا خنک رفته اند. این نگرش صرفا به چیلر و سیکل تراکمی معطوف نمی­شود بلکه شامل مصرف کنندگان سیستم های تبخیری مانند کولر های آبی نیز شده است.

راهکارهای کاهش مصرف آب در چیلر آب خنک

در بعضی موارد برای جبران کمبود آب، به استفاده از آب خاکستری (Grey Water) روی آورده می­ شود. استفاده از آب خاکستری که در واقع از تصفیه فاضلاب تولید شده از فعالیت های خانگی مانند شستشو، ظرفشویی و حمام است. می توان آن را برای کاربردهای غیر قابل آشامیدنی مانند آبیاری، شستشوی توالت و همچنین آب چرخشی برج خنک کننده استفاده کرد. با این حال، برخی معایب استفاده از آب خاکستری برای برج خنک کننده و سیستم چیلر خنک کننده وجود دارد:

1. خوردگی: آب خاکستری شامل سطح بالایی از نمک ها است که می تواند باعث خوردگی در اجزای سیستم برج خنک کننده و چیلر شود.
2. رسوب گزاری: آب خاکستری همچنین شامل سطح بالایی از یون های کلسیم و منیزیم است که می تواند باعث تشکیل رسوب در اجزای سیستم برج خنک کننده و چیلر شود.
3. رویش میکروب: آب خاکستری ممکن است حاوی باکتری ها، ویروس ها و سایر موجودات قابل رشد باشد که ممکن است در اجزای سیستم برج خنک کننده و چیلر رشد کند.
4. تعمیر و نگهداری: استفاده از آب خاکستری برای سیستم های برج خنک کننده و چیلر نیاز به نگهداری اضافه دارد تا از خوردگی، تراکم و رشد میکروب جلوگیری شود.

 این موارد با سیستم پایش آب گردشی و بررسی مداوم شرایط کاری برج خنک کننده قابل پیشگیری می­ باشد.  برای استفاده از آب خاکستری هزینه ابتدایی قابل توجه ­ای مورد نیاز است. از سیستم تاسیسات و تصفیه آب تا پایش رسوب زدایی آب خاکستری؛ البته همین موضوع باعث افزایش بیشتر هزینه نگهداری نیز می­ گردد.

 مسئله دیگری که باید به آن توجه شود این است که آیا سیستم تولید آب خاکستری ظرفیت تولید مقدار آب مصرفی مورد نیاز برج خنک کننده را دارد یا خیر؟. برای مثال بالا، ۵۵ متر مکعب آب خاکستری در روز باید تولید شود.

در بهترین حالت و طبق گزارش دانشگاه ایالتی آریزونا، تنها ۶۵% فاضلاب قابلیت تبدیل شدن به آب خاکستری را دارد. این یعنی برای ۵۵ متر مکعب در روز، باید حداقل ۸۵ متر مکعب فاضلاب تصفیه شود. سوال اینجاست که آیا محل کاربری سیستم چیلر، تا این مقدار فاضلاب دارد؟.

علاوه بر مواردی که بالا ذکر شد به دلیل پاشش آب از داخل برج خنک کننده به بیرون (Splash) و همینطور ذات غیر بهداشتی آب خاکستری، برج خنک کننده باید در فاصله مشخص و در یک مکان کم تردد نصب گردد که این یک محدودیت نصب می ­باشد. به دلایل گفته شده، معمولاً از آب خاکستری در برج های خنک کننده در محیط های کاملاً صنعتی با سیستم های نگهداری بسیار گران قیمت استفاده می ­گردد.

کندانسور هوا خنک در واقع یک مبدل Fin &Tube است که گاز مبرد که فشار و دمای بالایی دارد در قسمت Tube و داخل لوله مسی و بر روی فین ها هوای محیط جریان می­ یابد.

چیلر تراکمی با کندانسور هوا خنک را از ۴ جهت زیر مورد بررسی قرار می­دهیم:

• هزینه چیلر هوا خنک به تنهایی و نهایتاً سیستم سرمایشی
• نگهداری
• راندمان کارکرد چیلر
• برق مصرفی کندانسور هوا خنک
   

هزینه و قیمت چیلرهای هوا خنک

 هزینه ابتدایی چیلر هوا خنک بالاتر از چیلر های آب خنک است. بیشتر این اختلاف هزینه بیشتر به مقدار قابل توجه مس و آلومینیومی که در کویل های کندانسور استفاده می­شود بر می­ گردد. همینطور معمولاً برای یک تناژ واقعی مشخص، کمپرسور بزرگتری نیاز است.

به طور کلی، چیلرهای هوا خنک در نگاه اول گران تر به نظر می­ رسند، اما با در نظر گرفتن هزینه های نگهداری و اجرایی بسیار پایین تری که دارند، پس از مدت زمان نه چندان بلندی به نقطه سر به سر می­ رسند.

نگهداری از چیلر هوایی

 یکی از مهمترین برتری های چیلر های هوا خنک نسبت به نوع دیگر، هزینه نگهداری بسیار پایینتر آن است. بیشترین هزینه نگهداری چیلر های هوا خنک معمولاً به بازرسی های دوره ای بر می­گردد. این هزینه در مقایسه با مواردی که برای چیلر های آب خنک قید شد به مراتب پایین تر است. به طور مثال بحث رسوب زدایی که در مورد چیلر های آب خنک مطرح شد، در این نوع سیستم وجود ندارد و فقط با تمیز کردن و شستن راحت کویل ها در ابتدای فصل سرمایشی، می­توان سیستم را به شرایط ایده آل باز گردانید.

راندمان کارکرد چیلرهای هوا خنک

به دلیل اینکه دما و به طبع آن فشار کندانس در سیستم هوا خنک نسبت به آب خنک بالاتر است، در ابتدا راندمان کمتری دارد. اما با در نظر گرفتن عدم وجود بحث رسوب در سیستم کندانس، و همچنین یکپارچه بودم کلی سیستم این اختلاف به حداقل می­رسد.

 در کارکرد و چیلر هوا خنک هیچ قسمت مجزای دیگری وجود ندارد. (بر خلاف سیستم آب خنک که دارای برج کننده و موتور فن­های آن و همینطور پمپ است). همین ویژگی باعث راه اندازی بسیار ساده تر و هزینه عملکردی بسیار پایین تر چیلر های هوا خنک شده است. برای راه اندازی چیلر هوا خنک فقط کافی است اتصالات اواپراتور و پمپ آن متصل شود. بر خلاف سیستم آب خنک که علاوه بر اواپراتور مسائل مربوط به برج و سختی گیر . غیره وجود دارد.

برق مصرفی کندانسور چیلر هوا خنک

برای مقایسه بهتر باید برق مصرفی فن ها با مجموع برق مصرفی پمپ آب برج خنک کننده و موتور فن برج مقایسه کرد. با این حال در مجموع فن کندانسور در حالت بار کامل بیشتر است. ولی در زمان خنک تر شدن درجه هوا حین شب،از تعداد فن های روشن کاسته شده و یا اینورتر سرعت چرخش فن ها و نهایتاً مصرف برق را کاهش می‌دهد. البته همین موضوع هم باعث این می‌شود که چیلر هوا خنک در دمای پایین عملکرد بهتری داشته باشد.

نکته: تمامی موارد برقی که در این گزارش در مورد چیلر قید گردیده است، مربوط به چیلر با اواپراتور DX است. در گزارش مقایسه چیلرها با اواپراتور DX و Flooded (فلادد) به طور کامل در مورد راندمان، مصرف برق و مقایسه قبض اداره برق توضیح داده شده است.

نتیجه گیری

 با در نظر گرفته شدن تمامی موارد ذکر شده می‌توان به طور خلاصه این گزارش را نتیجه گیری کرد:

تفاوت بین چیلر با کندانسور آب خنک و چیلر با کندانسور هوا خنک

چیلرهای آب خنک و هوا خنک هر دو برای حذف حرارت اضافی از محیط طرح یا فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند، اما در بسیاری از جهات با یکدیگر متفاوت هستند. تصمیم در مورد اینکه کدام نوع چیلر بهترین گزینه برای انتخاب است، بستگی به چندین عامل دارد. مهمترین عوامل بر می‌گردد به شرایط اقلیمی، در دسترس بودن آب مورد نیاز برج خنک کننده و همینطور کیفیت و درجه سختی آب. موارد دیگری مانند قابلیت نگهداری استاندارد هم باید مد نظر گرفته شود.

هزینه ها

هزینه خرید، نصب و نگهداری چیلرهای آب خنک و هوا خنک نیز متفاوت است. به طور کلی، چیلرهای هوا خنک در نگاه اول گران تر به نظر می رسند. با این حال، چیلرهای آب خنک، با وجود اینکه هزینه راه اندازی کمتری دارند، معمولاً هزینه های عملیاتی بلند مدت بیشتری دارند.

مزایای کندانسور هوا خنک نسبت به کندانسور آب خنک

کمترین هزینه نگهداری: چیلرهای هوا خنک نسبت به چیلرهای آب خنک هزینه نگهداری کمتری دارند.
طراحی و نصب ساده تر: سیستم چیلر هوا خنک به صورت یکپارچه عرضه می‌شود و جز اتصال لوله های اواپراتور به سیستمی ثاتویه دیگری مثل برج خنک کننده نیازی ندارد.
عملکرد بهتر در دمای پایین: چیلر هوا خنک در دمای پایین عملکرد بهتری دارد.
صرفه جویی در مصرف آب: چیلر هوا خنک مستقل از مصرف آب است و طبیعتاً ایراداتی که ناشی از مصرف آب و کیفیت آن است، روی چیلر هوا خنک تاثیری ندارد.
هزینه کمتر در هر تن: چیلرهای هوا خنک به طور قابل توجهی کمتر در هر تن هزینه دارند، زیرا برای ساخت و عملکرد نیاز به تجهیزات کمتری دارند و نیاز به تجهیزات پشتیبان و لوله کشی کمتری دارند.