آشنایی با چیلر و عملکرد آن در تاسیسات مکانیکی ساختمان

چیلر یکی از مهم ترین بخش های تاسیسات مکانیکی ساختمان به شمار می رود و استفاده از آن به علت مزیت های غیر قابل انکاری که دارد روز به روز در حال افزایش است. در این نوشته از مهندس یار قصد داریم در ابتدا نگاهی داشته باشیم به اصلی ترین موضوعات مهم و مورد بررسی در طراحی تاسیسات ساختمان و پس از آن مقداری در مورد چیلر ها و نقشه آن ها در این سیستم صحبت کنیم.

تاسیسات ساختمان

سیستم های تاسیسات ساختمان از جمله مهم ترین قسمت های طراحی بهینه ساختمان ها هستند. این سیستم ها شامل قسمت های مختلفی مانند سیستم های سرمایشی و گرمایشی، سیستم تهویه مطبوع، سیستم های آبرسانی و گازرسانی ساختمان و سیستم فاضلاب هستند. طراحی بهینه و ارائه نقشه های مناسب از لوله کشی و اتاق های ساختمان می تواند کمک زیادی به بهبود عملکرد تاسیسات ساختمان کند. تجهیزات مورد استفاده در تاسیسات ساختمان به دو دسته الکتریکی و مکانیکی تقسیم می شوند.

امروزه با پیشرفت تکنولوژی بسیاری از تجهیزات ساختمان ها به صورت الکتریکی و کامپیوتری عمل کرده و به راحتی قابل کنترل هستند. این سیستم ها باید توسط متخصصین فنی و مهندسین کاربلد نصب شوند تا در بلند مدت دچار مشکل نشوند. استفاده از متریال با کیفیت می تواند از جمله عوامل دیگر در افزایش عمر سیستم های تاسیسات ساختمان باشد. در این مقاله در مورد طراحی بهینه تاسیسات ساختمانی صحبت می شود.

طرح و نقشه تاسیسات ساختمان

طرح نقشه تاسیسات ساختمان اصلی ترین و مهم ترین مرحله در شروع نصب تاسیسات می باشد. این نقشه توسط طراحان و مهندسان متخصص طراحی شده و در آن تمامی جزئیات طراحی مانند جایگاه نصب و نحوه اتصال سیستم ها تعیین شده است. ضریب حرارتی دیوار ها، سقف و کف ساختمان از جمله مواردی که معمولاً در طراحی تاسیسات ساختمان ها ارائه می شود. علاوه بر این موارد ظرفیت سرمایشی و گرمایشی مورد نیاز و همچنین منابع تامین آب و گاز مورد نیاز ساختمان تعیین می شود.

در طی این طرح پمپ و تجهیزات توربوماشینی و لوله های مورد نیاز برای سیستم تاسیسات تعیین می شود. علاوه بر انتخاب تجهیزات مناسب با توجه به ابعاد ساختمان، محل قرار گیری هر کدام از این تجهیزات نیز مشخص می شود. محل نصب هر کدام از این سیستم های می تواند تاثیر زیادی در عملکرد بهینه تاسیسات ساختمان بگذارد. در نقشه تاسیسات ساختمان نحوه اجرا و مراحل اجرا به صورت دقیق تعیین می شود. به عنوان مثال در برخی از ساختمان ها معمولا در ابتدا سیستم آبرسانی و گازرسانی نصب شده و سپس سایر سیستم ها با توجه به جایگاه نصب سیستم آبرسانی و گازرسانی  تعیین می شوند.

در همین رابطه بخوانید: فیلم آموزشی نقشه کشی تاسیسات مکانیکی ساختمان

تاسیسات سرمایش و گرمایش ساختمان

یکی از سیستم های مهم در زمینه تاسیسات ساختمان، سیستم های سرمایشی و گرمایشی می باشد. این سیستم ها به صورت مستقیم نیاز به منابع آب و گاز دارند که باید در هنگام طراحی نقشه ساختمان ها به آن توجه کرد. محل قرارگیری لوله های آب و منابع تامین الکتریسیته از جمله پیش نیاز های نصب سیستم های سرمایشی و گرمایشی است. با توجه به نوع ساختمان و متراژ آن، مهندس باید بهترین سیستم سرمایشی و گرمایشی را برای ساختمان انتخاب کند تا علاوه بر به صرفه بودن، توانایی کنترل دمای ساختمان را در تابستان و زمستان داشته باشد.

اسپیلت، کولر آبی، چیلر و کولر گازی از جمله وسایل سرمایشی هستند که با توجه به نیاز ساختمان و همچنین به صرفه بودن استفاده از آن ها در ساختمان ها نصب می شوند. برای طراحی سیستم های گرمایشی نیز باید همانند سیستم های سرمایشی از یک طرح بهینه استفاده کرد. هزینه های نصب و نگه داری، میزان آلودگی محیط زیستی و بازده حرارتی سیستم از جمله نکاتی است که باید در هنگام انتخاب سیستم گرمایشی در نظر گرفت. رادیاتور، بویلر، هیتر و پکیج از جمله گزینه های مناسب برای سیستم گرمایشی ساختمان هستند.

انتقال گرما و سرما در ساختمان

برای انتقال گرما و سرما از محل نصب سیستم گرمایشی یا سرمایشی به داخل ساختمان باید از لوله های عایق و با کیفیت مناسب استفاده کرد. با توجه به اینکه این لوله ها در طول سال در معرض هوای گرم و سرد هستند باید دارای جنس مناسب بوده تا به صورت بهینه هوای گرم یا سرد را منتقل کنند. سیستم لوله کشی تاسیسات ساختمان باید طوری باشد تا هوای گرم یا سرد را سریع و با کمترین اتلاف انرژی منتقل کرده و همچنین در مکان هایی جاسازی شود تا فضای مفید ساختمان را اشغال نکند.

در استفاده از بویلرها برای سیستم های گرمایشی باید از سوخت هایی استفاده کرد تا علاوه بر بازدهی بالای گرمایی دارای پسماند های آلاینده کمتری باشد. همچنین جنس و ابعاد دودکش مورد نظر نیز باید با توجه به متراژ ساختمان تعیین شود. توجه کنید که انتخاب نادرست سیستم های گرمایشی و سرمایشی موجب اتلاف شدید انرژی می شود و هزینه های هنگفت اقتصادی بر دوش شما می گذارد.

معرفی تجهیزات تاسیسات ساختمان

تاسیسات ساختمان ها معمولا از یکسری تجهیزات معروف و یکسان تشکیل می شوند که در این قسمت تعدادی از آن ها را معرفی می کنیم.

همچنین به شما توصیه می کنیم: آموزش طراحی و محاسبات تاسیسات مکانیکی ساختمان

رادیاتور:

رادیاتور ها وسایلی مناسب برای توزیع گرما در فضای ساختمان های مسکونی و اداری هستند. نحوه عملکرد این تجهیزات به این صورت است که بخار گرم از طرف موتور خانه وارد رادیاتور شده و بر اثر عبور از صفحات مختلف رادیاتور و برخورد هوای اتاق به این صفحات موجب گرم شدن هوای کلی ساختمان می شود. بخار آب سرد شده پس از گرم کردن آن هوا وارد لوله خروجی شده تا دوباره به موتورخانه برگشته و گرم شود. رادیاتور ها متناسب با جنسشان دارای مدل های مختلفی از جمله رادیاتور آلمینیومی، فولادی، برقی و پنلی هستند.

مبدل حرارتی:

مبدل های حرارتی یکی دیگر از تجهیزات کاربردی در سیستم های تاسیسات ساختمان ها هستند. این تجهیزات معمولا از دو جریان با دماهای مختلف تشکیل شده که متناسب با نیاز سیستم انتقال حرارت بین این دو لوله انجام می شود. مبدل های حرارتی به چند دسته مبدل حرارتی پوسته و لوله، مبدل حرارتی صفحه ای و مبدل حرارتی پره ای تقسیم می شوند.

پمپ:

یکی دیگر از قطعات پر کاربرد در سیستم های آبرسانی، پمپ است. پمپ ها معمولا وظیفه تغییر هد آب را بر عهده دارند تا طبقات بالایی ساختمان ها نیز از منبع آب بهره ببرند. پمپ ها معمولا متناسب با نیاز ساختمان در جنس، ابعاد، نحوه استقرار و دبی های مختلف نصب می شوند.

دیگ بخار:

دیگ های بخار معمولا برای ایجاد گرمایش مورد نیاز ساختمان ها نصب می شوند. در این دیگ ها احتراق با سوخت مورد نظر انجام شده و این حرارت با آب عبوری از لوله ها برخورد می کند تا بخار آب داغ را برای لوله های رادیاتور ارسال کند. دیگ بخار دارای دو مدل چدنی و فولادی است که هر کدام کاربری خاصی دارند.

چیلر جذبی و چیلر تراکمی

یکی از تجهیزات بسیار مهم در تاسیسات ساختمان ها، چیلر است. چیلر ها وظیفه سردسازی محیط ساختمان ها را بر عهده دارند. چیلر ها از تجهیزات توربوماشینی مختلفی تشکیل می شوند که هر کدام از آن ها دارای وظیفه ای مجزا هستند. هوای اضافی تولید شده توسط دستگاه های هواساز، از روی کویل اواپراتور عبور کرده و از طریق فن تعبیه شده در مسیر هوا به داخل ساختمان ارسال می شود. چیلرها معمولا از مبردهایی برای سردسازی هوا استفاده می کنند.

سیستم تهویه مطبوع و سرمایش ساختمان اکثراً دارای یک سیستم مرکزی هستند. در سیستم مرکزی داده هایی در زمینه دمای مناسب داخل ساختمان که توسط ساکنین تعیین می شود، وجود دارد. پس از اندازه گیری دمای داخل ساختمان و ارسال آن به سیستم مرکزی، این سیستم براساس اختلاف دمایی که بین دمای مناسب و دمای اندازه گیری شده وجود دارد، تصمیم به ارسال هوای سرد یا گرم به ساختمان می کند. هوای سرد توسط سیکل تبرید و توسط دستگاه چیلر تولید می شود که در ادامه بیشتر در مورد آن صحبت می شود.

انواع چیلر

همانطور که گفته شد سرمایش سیستم های تهویه مطبوع با استفاده از چیلرها و سایر تجهیزات مرتبط می باشد. چیلرها با توجه به سیکل تبرید، دارای دو دسته سیکل تراکمی و جذبی هستند. همچنین این تجهیزات براساس نوع سیال مبرد به سه دسته هوا خنک، آب خنک و تبخیری تقسیم می شوند. آخرین دسته بندی چیلرها مربوط به ظرفیت خنک سازی آن ها است. چیلرها متناسب با توان خنک سازی به دسته های صنعتی، مسکونی و تجاری تقسیم می شوند.

در سیستم های آب خنک، تنها از سیال آب برای ارسال هوای خنک یا سرد استفاده می شود. در فصول گرم سال برای خنک کردن هوا از چیلر استفاده می شود. در چیلر هوا در معرض آب خنکی که ار سیکل چیلر ایجاد می شود، عبور می کند. بدین صورت سیستم تهویه مطبوع در فصول گرم و سرد سال عمل می کند.

در سیستم های تبخیری از تبخیر سیال آب در سیکل تبرید برای خنک سازی استفاده می شود. هوای گرم در معرض سیال قرار گرفته با توجه به نیاز ساختمان با دبی بالا یا پایین به داخل ساختمان ارسال می شود.

در سیستم های هوا خنک تنها از سیال هوا برای سرد کردن هوای ساختمان استفاده می شود. در این مدل از چیلرها نیز همانند سیستم آب خنک از چیلر استفاده می شود اما با این تفاوت که هوای سرد شده در مخزنی با هوای اضافی در موتور خانه ترکیب شده و سپس با استفاده از فن ها تعبیه شده به داخل ساختمان ارسال می شود. برای تولید هوای لازم از سیستم های هواساز استفاده می شود تا هوای مورد نیاز را ایجاد کرده و از طریق کانال های مورد نظر به داخل ساختمان ارسال کند.

معرفی تجهیزات چیلر

چیلرها با توجه به سیکل تراکمی آن ها از تجهیزات مکانیکی مختلفی تشکیل شده است. چیلرهای جذبی از یک سیکل متشکل از کندانسور، اواپراتور، ابزوربر و ژنراتور تشکیل شده است. در کنار تجهیزات گفته یک مبرد و سیال ثانویه هم به عنوان نیروی محرکه در این چرخه حرکت می کند. تجهیزات اشاره شده دارای مدل های مختلفی هستند که با توجه به نوع کاربری آن ها می توان از هر کدام از این مدل ها استفاده کرد.

چیلر تراکمی با توجه به اینکه دارای سیکل متفاوتی نسبت به چیلر جذبی است، دارای تجهیزات مختلفی است. چیلر تراکمی از کندانسور، اواپراتور، شیر انبساط و کمپرسور تشکیل شده است. قسمت اواپراتور که اصلی ترین قسمت خنکسازی سیکل تبرید چیلر تراکمی است از یک مبدل پوسته و لوله تشکیل شده است که معمولا مبرد در پوسته و آب در لوله ها در جریان است. مبدل ها همچنین در کندانسور سیکل چیلر تراکمی نیز مورد استفاده قرار می گیرند که وظیفه تقطیر سیال را بر عهده دارند.

یکی از تجهیزات کاربردی سیکل های تبرید و در مجموع تهویه مطبوع، رطوبت گیر است. پدیده رطوبت گیری هوا براساس یک اصل فیزیکی به نام نقطه شبنم هوا انجام می شود. زمانی که دمای هوا به دمای کمتر از نقطه شبنم برسد قطرات ریز آب به از مولکول های هوا جدا شده و با قرار دادن یک کویل سرد شده می توان این قطرات را از هوای خنک جدا کرد.

پس گذر هوا از روی اواپراتور وظیفه انتقال هوا به داخل ساختمان بر عهده فن ها است. فن ها هوا را از کانال های هوا عبور داده و آن را به سمت اتاق ها ارسال می کنند. فن ها به دو دسته محوری و گریز از مرکز تقسیم می شوند. با توجه به ابعاد و متراژ ساختمان ها اندازه این فن ها نیز متغیر است.

همچنین ببینید: آموزش کامل و کاربردی طراحی صنعتی در Solidworks

طرز کار چیلر

چیلرها معمولاً با دو سیکل تراکمی یا جذبی هوای داخل ساختمان را خنک می کنند. در چیلرهای جذبی معمولا از یک مبرد که معمولاً آب است، استفاده می شود. بر اثر تبخیر این مایع، گازهای حاصل از تبخیر منتشر شده و توسط ماده جاذب جذب می شوند. لیتیوم بروماید یا آمونیاک به عنوان ماده جاذب که سیال ثانویه استفاده می شود. چیلر های جذبی که از سیال ثانویه لیتیوم بروماید استفاده می کنند، کاربری بیشتری نسبت به سایر مدل ها دارد. سیکل تبرید چیلر جذبی معمولا با استفاده از یک منبع گرم صورت می گیرد که این منبع گرم می تواند آب گرم، آب داغ، بخار و شعله مستقیم باشد.

از جمله مدل های دیگر چیلرها، چیلر تراکمی است. سیکل تبرید تراکمی به این صورت است که برای تولید مایع خنک ابتدا باید گاز مبرد توسط کمپرسور متراکم شده و سپس وارد کندانسور شده تا توسط سیال خنک تقطیر شود. پس از تقطیر، مایع وارد شیر انبساط شده و پس از آن به سمت اواپراتور هدایت می شود. در قسمت اواپراتور افت فشار موجب تبخیر مایع می شود و موجب خنک سازی فضای اطراف اواپراتور می شود. در واقع هوا به صورت مستقیم یا غیر مستقیم از اواپراتور عبور می کند تا دمای مناسب برای ورود به ساختمان را پیدا کند.

چیلرهای تراکمی نیز با توجه به سیستم تولید توان خود به چند دسته تقسیم می شوند که از جمله آن ها می توان به چیلر تراکمی رفت و برگشتی، اسکرو، سانتریفیوژ، کنترل کننده های فشار، کنترل فشار بالا و پایین و اسکرال اشاره کرد.