چیلر توربوکور، نوعی از چیلر تراکمی است که به کمپرسورهای بدون روغن (Oil-free) مجهز است. از طرفی چیلر اسکرو هم نوعی از چیلر تراکمی است که مجهز به کمپرسورهای اسکرو هست. سوال بسیاری از مشتریان این است که چیلر توربوکور و چیلر اسکرو چه تفاوتی با هم دارند؟ مزایا و معایب هر کدام از این چیلرها چیست؟

کمپرسور Oil Free که می توان گفت بیش از یک دهه قبل با نام تجاری ®Turbocor توسط شرکت دانفوس Danfoss® به بازار جهانی عرضه شد، در ابتدا سر و صدای بسیاری به پا کرد، که به درستی هم شایسته این حجم از توجه بود. به این دلیل که پیشرفت بسیار ارزشمندی، نه تنها در عرصه تهویه مطبوع، بلکه به طور کلی در صنعت موتور های الکتریکی حاصل شد.

در این گزارش که توسط تیم مهندسی شرکت تهویه دماوند تنظیم شده است، سعی بر مقایسه چیلر با هر دو کمپرسور بدون روغن، اصطلاحاً Oil-Free و همچنین کمپرسورهای اسکرو Screw است. در این مقایسه هر دو سیستم با یک شرایط یکسان از نظر تکنولوژی ساخت سنجیده می‌شوند.

به طور مثال با توجه به اینکه کمپرسور های Oil-Free از نوع سانتریفیوژ هستند و همواره باید با اواپراتور های فلادد یا فلودد (Flooded) به کار گرفته شوند، بدین جهت، چیلر توربوکور یا Oil-Free را باید با چیلر اسکرو، با همین نوع اواپراتور مقایسه کنیم. این موضوع در ارتباط با نوع کندانسور (هوا خنک و یا آب خنک) نیز صدق می‌کند.

در این مقاله پس از توضیحی مختصر در ارتباط با کمپرسور سانتریفیوژ و توربوکور یا Oil Free، به مقایسه راندمان این چیلر با چیلر اسکرو آب خنک با اواپراتور فلودد پرداخته می‌شود. پس از آن محدودیت نصب دستگاه در شرایط جغرافیایی متفاوت، هزینه ابتدایی و نسبت قیمت تمام شده و سپس هزینه نگهداری و تعمیرات مورد بررسی قرار می‌گیرد.

کمپرسور توربوکور یا بدون روغن

برای اینکه بتوان چیلر توربوکور را به خوبی درک کرد، در ابتدا باید کمی در ارتباط با نحوه کارکرد این کمپرسور توضیح داد. قبل از هر چیز باید گفت که کمپرسور Oil-Free از نوع سانتریفیوژ بوده و در زیر شاخه کمپرسور های دینامیکی قرار می‌گیرد و کمپرسور های اسکرو از نوع جابجایی مثبت (Positive Displacement) است. کارکرد کمپرسور های سانتریفیوژ بر اساس معادله برنولی است. به طور خلاصه با افزایش سرعت، فشار کاهش می یابد و بالعکس.

در کمپرسور سانتریفیوژ این عمل توسط پره ها انجام می‌شود، به این شکل که پره های سانتریفیوژ با سرعت دورانی 35,000 تا 45,000 دور بر دقیقه می‌چرخد و مبرد را با سرعت زیاد وارد Volute می‌کند. این قطعه نوعی مارپیچ است که نسبت سطح مقطع به طول آن افزایشی است و نتیجتاً سرعت مبرد کم شده و فشار آن زیاد می‌شود.

دلیل Oil-Free بودن این کمپرسور در ابتدا به دینامیکی بودن بر می‌گردد و پس از آن به تکنولوژی فوق العاده پیشرفته و پیچیده به کار رفته در یاتاقان ها (Bearing). این یاتاقان ها از نوع مغناطیسی بوده و به آنها Magnetic Bearing گفته می‌شود.

شفت مرکزی که پره ها (Impeller) بر روی آن نصب شده است از جنس آهن ربا بسیار قدرتمند بوده و از داخل 2 عدد یاتاقان مغناطیسی شعاعی رد شده است. در انتهای این شفت یک عدد یاتاقان محوری نیز قرار دارد. مجموعاً هر کمپرسور Oil-Free دارای 3 عدد یاتاقان مغناطیسی می‌باشد. در داخل این یاتاقان ها چندین سنسور مجاورت سنج و سنسور مغناطیسی وجود دارد. سنسور های مجاورت سنج به تناوب بسیار بالایی در هر ثانیه فاصله شفت را از مرکز یاتاقان اندازه می‌گیرد و توسط سنسورهای مغناطیسی این فاصله را تنظیم می‌کند.

به عبارت دیگر مثلاً در طراحی کمپرسور های Oil-Free شرکت York قسمتی از شفت مرکزی که قطب N دارد از داخل یاتاقان مغناطیسی رد شده است که قطب S دارد و همواره شفت را توسط نیروی جاذبه مغناطیسی به طرف خود می‌کشد. حسگرهای مغناطیسی مقدار این بار مغناطیسی را همواره می‌سنجند و به کمک سنسورهای مجاورتی، این شفت را در مرکز نگه می‌دارند. بعضی از سازنده‌های دیگر از نیروی دافعه برای اینکار استفاده می‌کنند که هیچ تفاوتی نیز با نوع دیگر ندارد و فقط مسئله طراحی است. این موضوع سبب می‌شود که یاتاقان ها با شفت مرکزی هیچ تماس فیزیکی نداشته باشند و نهایتاً نیاز به روغن جهت روانکاری بر طرف شود.

همانطور که در تصویر می‌توان روی یاتاقان ها دید، هر یاتاقان دارای چند Port جهت کالیبراسیون حسگرهای مجاورت سنج و مغناطیس دارد که برای کارکرد چیلر Oil-Free می‌بایست به طور تناوبی توسط اتصال به کامپیوتر و نرم افزار شرکت سازنده کمپرسور کالیبره شوند.

این توضیحی ساده از نحوه کارکرد کمپرسور بود. اما پیچیدگی این کمپرسور به دیگر اجزای آن نیز هم است. قطعات و دستگاههایی مثل Rectifier که وظیفه تبدیل برق AC به DC را دارد، Inverter که با توجه به تغییرات بار سرمایشی سرعت دوران شفت مرکزی را تغییر می‌دهد، تنظیمات IGBT و غیره.

مقایسه راندمان چیلر اسکرو و چیلر توربوکور

در تمامی مقایسه هایی که توسط شرکت های سازنده چیلرهای Oil-Free بین این نوع چیلر و چیلر با کمپرسور اسکرو شده است، مقداری رویکرد جانبدارانه دیده می‌شود. در این امر که راندمان چیلر های Oil-Free نسبت به انواع دیگر چیلر بالاتر است هیچ جای تردیدی نیست. اما در ارتباط با مقدار آن و نحوه مقایسه آن چندین مورد وجود دارد.

اما زمان مقایسه راندمان چیلر Oil-Free با چیلر اسکرو، همواره با چیلر اسکرو با اواپراتور DX مقایسه می‌شود. این در صورتی است که سالهاست شرکت هایی مانند Carrier و York چیلر های اسکرو خود را با اواپراتور Flooded عرضه می‌کنند.

نتیجه: اگر یک چیلر آب خنک سانتریفیوژ Oil-Free را با یک چیلر آب خنک اسکرو با اواپراتور Flooded و کنترل ظرفیت به وسیله Inverter مقایسه شود، اختلاف راندمان آن بسیار ناچیز خواهد شد.

نتیجه گیری نهایی در مورد چیلر توربوکور یا Oil-Free

با وجود پیشرفت تکنولوژی در کمپرسور Oil-Free و ضریب بهره وری بالاتر نسبت به کمپرسور اسکرو، پیچیدگی ساخت، قیمت اولیه خرید و هزینه نگهداری بالا، این تصور به وجود می‌آید که آینده متعلق به این تکنولوژی نیست و صنعت به سمت راهکارهای ساده‌تر حرکت خواهد کرد.