معرفی
وقتی از سرمایش یک ساختمان بزرگ صحبت میشود، معمولاً تصور میشود که «هوا» مستقیماً توسط دستگاه سرمایشی خنک میشود، درست مثل کولر گازی خانگی.
متن مقاله
**چیلر چگونه آب را سرد میکند و آب سرد چگونه باعث سرمایش ساختمان میشود؟
*مقدمه
وقتی از سرمایش یک ساختمان بزرگ صحبت میشود، معمولاً تصور میشود که «هوا» مستقیماً توسط دستگاه سرمایشی خنک میشود، درست مثل کولر گازی خانگی. اما در سیستم چیلر، ماجرا کمی متفاوت است: این آب است که ابتدا خنک میشود (در واقع گرما از آب گرفته میشود) و سپس همین آب، واسطهای برای انتقال سرمایش به هوای داخل فضاهای مختلف ساختمان میشود. درک این فرآیند، یکی از کلیدهای شناخت نحوه عملکرد چیلرها و دلیل استفاده از آنها در ساختمانهای بزرگ است.
در این مقاله، دو بخش اصلی این فرآیند را بهطور جداگانه بررسی میکنیم: نخست اینکه چیلر دقیقاً چگونه آب را خنک میکند و دوم اینکه همین آب سرد، چگونه مسیر خود را در ساختمان طی میکند و در نهایت باعث کاهش دمای هوای اتاقها میشود.
**چرا اصلاً باید آب را واسطه قرار داد؟
پیش از پرداختن به جزئیات فنی، بهتر است به این سؤال پاسخ دهیم که چرا در ساختمانهای بزرگ، بهجای خنک کردن مستقیم هوا، ابتدا آب خنک میشود و بعد این آب، هوا را خنک میکند. دلیل اصلی، ویژگیهای حرارتی آب و امکان انتقال آن از طریق لولهکشی است. آب میتواند مقدار قابلتوجهی گرما را در حجم نسبتاً کمی جذب کند و این گرما را از طریق لولهها به فواصل مختلف منتقل کند.
این ویژگی باعث میشود بتوان با یک منبع سرمایش مرکزی، یعنی دستگاه چیلر، آب سرد را به دهها یا حتی صدها نقطه مختلف یک ساختمان بزرگ فرستاد، بدون اینکه لازم باشد در هر نقطه یک دستگاه سرمایشی مستقل نصب شود.
اگر بخواهیم هوا را مستقیماً و از یک نقطه مرکزی به فواصل طولانی منتقل کنیم، به کانالهای بزرگتری نیاز خواهیم داشت که فضای بیشتری اشغال میکنند و برای جابهجایی هوا نیز به انرژی نیاز دارند. در مقابل، آب را میتوان از طریق شبکهای از لولهها به بخشهای مختلف ساختمان منتقل کرد. به همین دلیل، در چیلر، آب نقش یک ناقل حرارتی را ایفا میکند که سرمایش را از دستگاه چیلر به تجهیزات سرمایشی داخل ساختمان میرساند.
**بخش اول: چیلر چطور آب را خنک میکند؟
برای درک این بخش، باید یک اصل فیزیکی ساده را در نظر بگیریم: وقتی یک ماده از حالت مایع به گاز تبدیل میشود، برای انجام این تغییر حالت به گرما نیاز دارد و این گرما را از محیط اطراف خود میگیرد. نتیجه این فرآیند، کاهش انرژی حرارتی محیط اطراف است. در چیلر، از مادهای به نام «مبرد» استفاده میشود که میتواند در شرایط مناسب بین حالت مایع و گاز تغییر حالت دهد.
فرآیند خنک کردن آب در قطعهای به نام اواپراتور اتفاق میافتد. آب گرمشده از مدار ساختمان وارد این قطعه میشود و در تماس مستقیم با مبرد قرار نمیگیرد؛ بلکه گرما از طریق سطوح لولهها یا صفحات فلزی بین آب و مبرد منتقل میشود. مبرد که در شرایط مناسب دمای پایینتری نسبت به آب دارد، گرمای آب را جذب میکند و در نتیجه تبخیر میشود. آب نیز با از دست دادن گرما، دمایش کاهش پیدا میکند. بنابراین وقتی میگوییم «آب سرد شده»، منظور این است که گرما از آب گرفته شده است، نه اینکه چیزی به نام سرما به آن اضافه شده باشد.
مبردی که حالا به گاز تبدیل شده، برای اینکه بتواند گرمای جذبشده را دفع کند، وارد کمپرسور میشود. کمپرسور گاز مبرد را فشرده میکند و در نتیجه، فشار و دمای آن افزایش مییابد. افزایش دمای مبرد باعث میشود بتواند گرمای جذبشده را در مرحله بعد به محیط بیرون منتقل کند.
گاز داغ و پرفشار خروجی از کمپرسور وارد کندانسور میشود. در این بخش، مبرد گرمای خود را به هوا یا آب خنککننده منتقل میکند و با از دست دادن گرما، دوباره به مایع تبدیل میشود. مبرد همچنان در فشار بالایی قرار دارد.
در مرحله بعد، مایع پرفشار از شیر انبساط عبور میکند. با عبور مبرد از این بخش، فشار آن کاهش پیدا میکند و شرایط آن برای ورود دوباره به اواپراتور آماده میشود. مبرد در اواپراتور دوباره گرمای آب را جذب میکند و این چرخه از نو ادامه پیدا میکند.
این چهار مرحله، یعنی تبخیر، تراکم، میعان و انبساط، بهصورت پیوسته در حال انجام هستند و همین چرخه باعث میشود چیلر بتواند بهطور مداوم دمای آب مدار را کاهش دهد و آن را برای استفاده در سیستم سرمایش ساختمان آماده کند.
**بخش دوم: آب سرد چطور مسیرش را در ساختمان طی میکند؟
حالا که آب در اواپراتور خنک شده است، باید این آب به فضاهای مختلف ساختمان منتقل شود. این وظیفه بر عهده پمپهای آب سرد است. پمپ، آب خروجی از اواپراتور را وارد شبکهای از لولهکشی میکند که به طبقات و بخشهای مختلف ساختمان میرسد.
این شبکه معمولاً از مسیرهایی مانند سقف کاذب، شفتهای تأسیساتی یا مسیرهای اختصاصی تأسیسات عبور میکند. در انتهای این مسیر، تجهیزاتی مانند فنکویل و هواساز قرار دارند.
این تجهیزات معمولاً دارای یک کویل حرارتی و یک فن هستند. آب سرد از داخل کویل عبور میکند و فن، هوای فضای موردنظر را از روی سطح کویل عبور میدهد. در این فرآیند، گرمای هوای اتاق به آب منتقل میشود و دمای هوا کاهش پیدا میکند. سپس هوای خنکشده توسط فن دوباره وارد فضای اتاق میشود.
در اینجا نیز در واقع «سرما» به هوا اضافه نمیشود؛ بلکه گرمای هوا گرفته میشود و به آب منتقل میگردد.
در همین حین، آبی که گرمای اتاق را دریافت کرده، دیگر به اندازه قبل خنک نیست. این آب گرمتر از طریق مسیر برگشت لولهکشی دوباره به سمت اواپراتور بازمیگردد تا گرمای آن گرفته شود و برای یک چرخه دیگر آماده شود.
این فرآیند برای تمام فضاهای ساختمان بهصورت همزمان و پیوسته انجام میشود. در همان لحظهای که آب یک بخش در حال برگشت به موتورخانه است، آب بخش دیگری از اواپراتور خارج شده و در مسیر رفت به سمت طبقات قرار دارد.
**چرا دمای هر اتاق را میتوان جداگانه تنظیم کرد؟
سؤالی که معمولاً پیش میآید این است: اگر همه فضاها از یک منبع مشترک آب سرد تغذیه میشوند، چگونه میتوان دمای هر اتاق را مستقل از سایر فضاها تنظیم کرد؟
پاسخ در طراحی فنکویلها و تجهیزات کنترلی آنهاست. هر فنکویل معمولاً مجهز به یک شیر کنترل است که میزان عبور آب از داخل کویل را تنظیم میکند. وقتی دمای یک اتاق به سطح موردنظر میرسد، شیر میتواند جریان آب را کاهش دهد یا موقتاً قطع کند. زمانی که دمای اتاق دوباره افزایش پیدا کند، شیر باز میشود و جریان آب سرد افزایش مییابد.
این مکانیزم امکان کنترل نسبتاً مستقل دمای هر فضا را فراهم میکند، بدون اینکه لازم باشد برای هر اتاق یک دستگاه چیلر جداگانه نصب شود. در ساختمانهای مجهزتر، تجهیزات کنترلی میتوانند به سیستم مدیریت هوشمند ساختمان متصل شوند تا تنظیم دما بر اساس برنامه زمانی یا شرایط استفاده از فضا بهصورت خودکار انجام شود.
**چرا این روش برای ساختمانهای بزرگ مناسب است؟
یکی از دلایلی که استفاده از آب برای انتقال گرما در ساختمانهای بزرگ رایج است، ظرفیت حرارتی بالای آب است. آب میتواند مقدار قابلتوجهی انرژی حرارتی را با تغییر نسبتاً کمی در دمای خود جابهجا کند. به همین دلیل میتوان با یک شبکه لولهکشی، انرژی حرارتی را از فضاهای مختلف به محل مرکزی سیستم منتقل کرد.
در مقابل، اگر قرار باشد مقدار زیادی انرژی حرارتی مستقیماً با هوا جابهجا شود، به حجم بیشتری از جریان هوا و در نتیجه کانالها و تجهیزات انتقال هوای بزرگتری نیاز خواهد بود.
به همین دلیل، در ساختمانهای بزرگ و چندطبقه، استفاده از آب بهعنوان واسطه انتقال حرارت میتواند طراحی و توزیع سرمایش را مناسبتر کند.
**نقش پمپها در تداوم این چرخه
برای اینکه آب بتواند مسیر رفتوبرگشت بین موتورخانه و فضاهای مختلف ساختمان را بهطور مداوم طی کند، به پمپهای مناسب نیاز است. این پمپها باید بتوانند فشار کافی برای غلبه بر افت فشار موجود در لولهها، تجهیزات و مسیرهای مختلف را فراهم کنند.
اگر پمپ بهدرستی انتخاب یا سیستم لولهکشی بهدرستی طراحی نشده باشد، ممکن است میزان جریان آب در برخی بخشها کافی نباشد و در نتیجه سرمایش آن قسمتها کاهش پیدا کند. به همین دلیل، انتخاب پمپ و طراحی صحیح شبکه آب سرد، بخش مهمی از عملکرد مناسب سیستم سرمایش ساختمان است.
**آنچه در نهایت اتفاق میافتد
اگر بخواهیم کل این فرآیند را در یک مسیر واحد خلاصه کنیم، آب گرمشدهای که از فضاهای مختلف ساختمان بازگشته است، وارد اواپراتور چیلر میشود. مبرد در اواپراتور گرمای آب را جذب میکند و به این ترتیب، دمای آب کاهش پیدا میکند.
مبرد پس از جذب گرما وارد کمپرسور میشود، سپس در کندانسور گرمای خود را به بیرون از سیستم منتقل میکند و پس از عبور از شیر انبساط، دوباره برای جذب گرمای آب آماده میشود.
در همین زمان، آب خنکشده توسط پمپ به سمت فنکویلها و هواسازهای سراسر ساختمان فرستاده میشود. در آنجا گرمای هوای اتاق به آب منتقل میشود و دمای هوا کاهش پیدا میکند. آب که حالا گرمتر شده، دوباره از طریق مسیر برگشت به سمت اواپراتور حرکت میکند تا این چرخه از نو تکرار شود.
**جمعبندی
سرمایش ساختمانهای بزرگ توسط چیلر را میتوان به دو فرآیند مرتبط تقسیم کرد. ابتدا آب در اواپراتور چیلر خنک میشود؛ یعنی گرمای آن توسط مبرد گرفته میشود. سپس این آب از طریق شبکه لولهکشی به فنکویلها و هواسازهای مختلف ساختمان میرسد و در آنجا گرمای هوای داخل فضا را دریافت میکند.
در واقع، آب در این سیستم نقش یک واسطه حرارتی را دارد که گرما را بین فضای ساختمان و دستگاه چیلر جابهجا میکند. آب پس از دریافت گرمای محیط به چیلر بازمیگردد، دوباره خنک میشود و این چرخه بهصورت مداوم ادامه پیدا میکند.درک همین مسیر ساده، یعنی گرفتن گرما از آب، انتقال آن به بیرون و سپس گرفتن گرمای هوا توسط آب خنکشده، اساس فهم نحوه عملکرد سیستمهای چیلر و سرمایش آبی ساختمان است.
اینستاگرام
واتساپ
