بخش سوم :
جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش بعدی و قبلی را مطالعه کنید.
مقدمه
در عصری که بحران‌های جهانی انرژی و تهدیدات زیست‌محیطی به شکل بی‌سابقه‌ای در کانون توجه جوامع و سیاست‌گذاران قرار گرفته‌اند، بهره‌برداری از تکنولوژی‌هایی که توانایی بازیافت و بازگرداندن انرژی‌های اتلاف‌شده را دارند، به ضرورتی راهبردی تبدیل شده است. یکی از ظرفیت‌های پنهان و کمتر استفاده‌شده در سامانه‌های تهویه مطبوع و سرمایشی نظیر چیلرها، گرمایی است که به‌صورت ناخواسته از سیکل تبرید خارج می‌شود. در حالی‌که در بسیاری از پروژه‌ها، این گرما به‌سادگی به محیط دفع می‌گردد، می‌توان از آن به‌عنوان منبع انرژی ثانویه در تولید آب گرم مصرفی یا پیش‌گرمایش سامانه‌های گرمایشی استفاده کرد؛ راه‌حلی هوشمند که هم در راستای بهینه‌سازی مصرف انرژی عمل می‌کند و هم به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی می‌انجامد.
استفاده از فناوری بازیابی حرارت در چیلرهای هواخنک، به‌ویژه در ساختمان‌هایی که نیاز هم‌زمان به سرمایش و گرمایش دارند، نشان‌دهنده‌ی درک عمیق‌تری از مفاهیم طراحی انرژی‌محور است. این سیستم‌ها نه‌تنها قادرند بازدهی حرارتی فراتر از ۱۰۰ درصد را به‌صورت ترکیبی از سرمایش و گرمایش ارائه دهند، بلکه نقش مهمی در تحقق اهداف پایداری، کاهش هزینه‌های عملیاتی و بهبود عملکرد کلی تأسیسات ایفا می‌کنند. بررسی علمی و فنی این فناوری و نحوه‌ی به‌کارگیری آن در پروژه‌های مختلف، راهگشای توسعه‌ی سامانه‌های آینده‌نگر و تطبیق‌پذیر با نیازهای متغیر بهره‌برداران خواهد بود.
مفهوم بازیابی حرارت و نقش آن در بهره‌وری سیستم‌های چیلر
در شرایط فعلی که هزینه‌های انرژی روندی صعودی به خود گرفته‌اند و هم‌زمان با آن دغدغه‌های زیست‌محیطی و ضرورت بهینه‌سازی مصرف منابع بیش از پیش مطرح شده‌اند، استفاده هوشمندانه از انرژی‌های تلف‌شونده اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است. در بسیاری از ساختمان‌های مسکونی، اداری یا صنعتی، سامانه‌هایی نظیر چیلر یا هواساز وظیفه خنک‌سازی محیط را بر عهده دارند. این تجهیزات، گرچه رفاه حرارتی کاربران را فراهم می‌کنند، اما در این فرایند، بخش چشمگیری از انرژی مصرفی خود را به‌صورت گرمای دفع‌شده به محیط بیرونی از دست می‌دهند.
در واقع، گرمایی که این دستگاه‌ها به بیرون انتقال می‌دهند، حامل پتانسیل حرارتی مهمی است که اغلب نادیده گرفته می‌شود. بازیابی این حرارت که تحت عنوان "Heat Recovery" شناخته می‌شود به معنی بازگرداندن بخشی از این انرژی هدررفته به چرخه مصرف است. این گرما می‌تواند مجدداً مورد استفاده قرار گیرد، مثلاً برای گرم کردن آب مصرفی، پیش‌گرمایش سیستم‌های گرمایشی یا حتی کمک به فرایندهای صنعتی که نیازمند دمای پایین هستند. از آنجا که استفاده از این انرژی بازیافتی باعث کاهش تقاضا برای سوخت‌های فسیلی می‌شود، سیستم‌های بازیابی حرارت نه‌تنها مصرف انرژی را بهینه می‌کنند، بلکه ردپای کربنی تأسیسات را نیز کاهش می‌دهند. به این ترتیب، بهره‌گیری از تکنولوژی بازیابی حرارت در چیلرها، یک راهکار مؤثر و آینده‌نگرانه برای رسیدن به اهداف پایداری و کاهش هزینه‌های انرژی به‌شمار می‌آید.
اهمیت استراتژیک بازیابی حرارت در ساختمان‌ها
در دنیای امروز که بحران‌های انرژی و آلودگی‌های محیطی هم‌زمان جوامع را به چالش کشیده‌اند، استفاده هوشمندانه از انرژی بیش از هر زمان دیگری معنا پیدا کرده است. یکی از واقعیت‌های کمتر دیده‌شده در ساختار انرژی کشورهایی همچون ایالات متحده، سهم عظیم ساختمان‌ها در مصرف انرژی است. بر اساس داده‌های منتشرشده، نزدیک به ۴۰ درصد کل انرژی اولیه در این کشور توسط ساختمان‌ها بلعیده می‌شود، که این رقم به‌تنهایی هشداردهنده است.
در نگاه دقیق‌تر به ساختمان‌های تجاری، نکته‌ای کلیدی خودنمایی می‌کند: نزدیک به نیمی از انرژی مصرف‌شده در این ساختمان‌ها صرف گرمایش فضا و تولید آب گرم می‌شود. این بدان معناست که گرمای مصرفی در این بخش‌ها منبعی نهفته از هزینه‌های بالای انرژی است که می‌تواند به کمک فناوری‌های مدرن بازیابی شود.
در این میان، سیستم‌های چیلر هواخنک با قابلیت Heat Recovery، راهکاری کاملاً کاربردی و قابل اجرا برای این مسئله ارائه می‌دهند. با تجهیز این چیلرها به مکانیزم بازیابی حرارت، می‌توان بخش قابل توجهی از گرمایی که پیش‌تر به راحتی به فضای بیرونی دفع می‌شد را مجدداً وارد چرخه مصرف کرد. این گرمای بازیافتی می‌تواند برای تولید آب گرم مصرفی، پیش‌گرمایش سامانه‌های گرمایشی، یا حتی تغذیه سیستم‌های گرمایش از کف به کار گرفته شود.
نکته قابل توجه آن است که تأثیر این فرایند بسته به نوع ساختمان، شرایط اقلیمی و نوع بار مصرفی متفاوت خواهد بود، اما در اغلب موارد صرفه‌جویی قابل‌توجهی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های عملیاتی به دنبال خواهد داشت. بازیابی حرارت، نه‌تنها یک گزینه صرفاً فنی، بلکه یک ضرورت استراتژیک برای آینده پایدار ساختمان‌ها به‌شمار می‌رود.
نوآوری در تولید آب گرم با بهره‌گیری از گرمای هدررفته
برای دهه‌ها، مفهوم تولید آب گرم تقریباً بدون تغییر باقی مانده بود؛ سوزاندن سوخت‌های فسیلی در زیر مخازن فلزی پر از آب، رایج‌ترین شیوه بود. پس از آن، آبگرمکن‌های برقی با المنت‌هایی که در آب غوطه‌ور می‌شدند، گزینه‌ای مدرن‌تر شدند. اگرچه این سیستم‌ها بازده نسبتاً بالایی دارند تا حدود ۹۰ درصد در دیگ‌های چگالشی و ۱۰۰ درصد در انواع الکتریکی اما همچنان در چارچوب عملکردی محدود فعالیت می‌کنند. با این حال، پیشرفت‌های فناورانه راهی فراتر را پیشنهاد می‌دهند: تولید آب گرم با بازدهی فراتر از ۱۰۰ درصد، یعنی فراتر از آنچه تاکنون ممکن تصور می‌شد.
انرژی پنهان در دل گرمای تلف‌شده
بازیابی گرما راهکاری است که با گرفتن حرارت دفع‌شده از دستگاه‌هایی نظیر چیلرها و تبدیل آن به انرژی مفید، نقطه عطفی در بهینه‌سازی مصرف انرژی ایجاد می‌کند. در چیلرهای هواخنک، گرمای تولیدشده در مرحله تقطیر به‌طور معمول به محیط رها می‌شود. اما در صورت تجهیز این سامانه‌ها به مبدل‌های مناسب برای جذب این گرمای خروجی، می‌توان از این انرژی جهت گرم کردن آب استفاده کرد. چنین روشی نه‌تنها باعث بازیابی انرژی ازدست‌رفته می‌شود، بلکه بازدهی کلی سیستم را نیز به‌شکل محسوسی افزایش می‌دهد.
بیش از ۱۰۰ درصد راندمان؛ افسانه یا واقعیت؟
برخلاف تولید گرما از احتراق یا المنت‌های برقی، گرمای حاصل از کندانسور نه تولید، بلکه جذب می‌شود آن‌هم از فرآیندی که در حال رخ دادن است. این موضوع به این معناست که انرژی جدیدی مصرف نمی‌شود، بلکه گرمایی که پیش‌تر به بیرون رانده می‌شد، اکنون به کار گرفته می‌شود. زمانی که این بازیابی حرارت با سرمایش حاصل از اواپراتور ترکیب می‌شود، سیستم در مجموع به راندمانی بسیار فراتر از روش‌های سنتی دست می‌یابد. برای مثال، چیلرهای هواخنک با بازیابی گرما قادرند به ضریب عملکرد (COP) نزدیک به ۵.۶ برسند یعنی بیش از پنج برابر انرژی گرمایی مفید در ازای هر واحد انرژی الکتریکی مصرف‌شده.
بهینه‌سازی دوگانه؛ هم سرمایش، هم گرمایش
هدف نهایی از پیاده‌سازی مکانیزم بازیابی حرارت، ایجاد توازن دقیق میان نیازهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان است. این توازن، زمانی به بهترین شکل حاصل می‌شود که گرمای قابل بازیافت از چیلر، به جای تلف شدن، صرف تأمین آب گرم مصرفی شود. چنین سیستمی نه‌فقط بهره‌وری را به سقف می‌رساند، بلکه کاهش چشم‌گیر در هزینه‌های انرژی را نیز به دنبال دارد آن هم بدون افزایش مصرف اولیه.
چیلر هواخنک مجهز به سیستم بازیابی حرارت؛ دو عملکرد در یک دستگاه
چیلرهای هواخنک به‌طور سنتی برای تولید آب سرد و دفع گرمای ناشی از فرآیند تبرید به محیط طراحی شده‌اند. این گرمای دفع‌شده که معمولاً از طریق کندانسورهای هواخنک به فضای آزاد منتقل می‌شود، منبع بالقوه‌ای از انرژی است که در اغلب موارد بلااستفاده باقی می‌ماند. حال تصور کنید که همین چیلر بتواند علاوه‌بر تأمین آب سرد، از این انرژی هدررفته برای گرم کردن آب نیز استفاده کند بدون اینکه به منابع اضافی متکی باشد.
مکانیسم عملکرد در حالت سرمایش معمولی
در شرایط کاری متداول، چیلر هواخنک تنها مسئول تأمین آب سرد با دمای ثابت و کنترل‌شده است. در این حالت، تمام گرمای ناشی از سیکل تبرید مستقیماً توسط کندانسور هواخنک به بیرون دفع می‌شود. عملکرد سیستم کاملاً مشابه یک چیلر کلاسیک است که صرفاً سرمایش انجام می‌دهد و هیچ‌گونه بازیافت گرمایی در آن اتفاق نمی‌افتد.
تغییر حالت به بازیابی گرما؛ هم‌زمانی نیاز به آب گرم و سرد
زمانی که هم تقاضا برای آب سرد و هم برای آب گرم در سیستم وجود دارد، چیلر وارد حالت بازیابی حرارت می‌شود. در این وضعیت، چیلر همچنان اولویت خود را بر تأمین آب سرد خروجی با دمای مشخص حفظ می‌کند، اما هم‌زمان بخش قابل توجهی از گرمای ناشی از فرآیند تبرید را برای تولید آب گرم مورد استفاده قرار می‌دهد. این گرمای بازیافتی که پیش‌تر هدر می‌رفت، اکنون به عنوان محصول جانبی ارزشمندی وارد چرخه گرمایش می‌شود.
کنترل هوشمند مدارها برای تولید گرمای دقیق
برای تولید آب گرم، سیستم به‌طور مداوم دمای ورودی آب گرم را با نقطه تنظیم دمای دلخواه (setpoint) مقایسه می‌کند. در صورتی که دمای ورودی کمتر از مقدار تعیین‌شده باشد، یک یا چند مدار از مدارهای مبرد به‌صورت خودکار به حالت بازیابی گرما تغییر وضعیت می‌دهند. این تغییر وضعیت باعث هدایت گاز داغ به یک کندانسور آب‌خنک داخلی می‌شود که وظیفه انتقال گرما به آب مصرفی را برعهده دارد.
انعطاف‌پذیری عملکرد؛ بازگشت به حالت اولیه پس از اشباع نیاز گرمایی
با رسیدن دمای آب گرم به نقطه تنظیم‌شده، سیستم دوباره به عملکرد اولیه خود، یعنی حالت سرمایش صرف، بازمی‌گردد و تنها از کندانسور هواخنک برای دفع گرما استفاده می‌کند. فرآیند بازیابی گرما فقط زمانی فعال می‌شود که به گرمایش نیز نیاز باشد. به‌این‌ترتیب، چیلر هواخنک بازیابی حرارت، عملکردی تطبیقی دارد و می‌تواند به‌صورت هوشمند میان دو حالت سرمایش محض و سرمایش همراه با گرمایش سوئیچ کند.
بهره‌برداری هدفمند از گرمای تلف‌شده؛ گامی مؤثر در بهینه‌سازی انرژی
با بهره‌گیری از سیستم بازیابی گرما در چیلرهای هواخنک، نه‌تنها راندمان کلی دستگاه افزایش می‌یابد، بلکه نیاز به منابع جداگانه برای گرمایش آب نیز به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. این فناوری ترکیبی به‌ویژه در ساختمان‌هایی با نیاز هم‌زمان به سرمایش و گرمایش، مانند بیمارستان‌ها، هتل‌ها و مراکز چندمنظوره، می‌تواند نقش کلیدی در کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی ایفا کند.
در نظر گرفتن کاربری در طراحی کندانسور بازیابی گرما
یکی از قابلیت‌های برجسته در سیستم‌های چیلر با بازیابی حرارت، امکان انتقال کامل گرمای دفع‌شده از کندانسور به مدار آب گرم ساختمان است. این فرآیند، زمانی که شرایط عملکرد پایدار و جریان مداوم آب گرم برقرار باشد، می‌تواند دمای آب خروجی را تا حدود 131 درجه فارنهایت (معادل 55 درجه سانتی‌گراد) افزایش دهد. محدوده کاری این سیستم برای دمای آب خروجی، بین 68 تا 131 درجه فارنهایت در نظر گرفته می‌شود که امکان انطباق با بسیاری از نیازهای گرمایشی در تاسیسات را فراهم می‌آورد.
اهمیت مدیریت فشار در سیکل تبرید
از آنجا که کندانسور بازیابی گرما، نقشی معادل با کندانس کردن گاز مبرد ایفا می‌کند، دمای آب ورودی به این بخش نقش تعیین‌کننده‌ای در فشار سیستم تبرید دارد. زمانی که این دما در بازه 59 تا 104 درجه فارنهایت قرار گیرد، کنترل دقیق فشار سیکل به‌منظور پایداری عملکرد چیلر ضروری می‌شود. در چنین شرایطی، استفاده از شیر سه‌طرفۀ کنترلی که به‌صورت خودکار دبی و دمای آب را تنظیم کند، اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.
نقش استراتژیک محل نصب شیر کنترل
برای اطمینان از عملکرد بهینه سیستم، محل نصب شیر کنترل باید با دقت انتخاب شود. هر چه فاصله بین شیر سه‌طرفه و ورودی چیلر کمتر باشد، واکنش سیستم به تغییرات حرارتی سریع‌تر خواهد بود. این چیدمان باعث می‌شود تا تنظیمات فشار در سیکل تبرید بدون تأخیر انجام شده و نوسانات غیرضروری کاهش یابد.
وابستگی دمای خروجی به پارامترهای کلیدی
دمای نهایی آب گرم خروجی از سیستم به سه عامل اصلی بستگی دارد :
1. دمای ورودی آب گرم به کندانسور
2. نرخ جریان آب در مدار گرمایش
3. ظرفیت عملیاتی لحظه‌ای چیلر
ترکیب صحیح این متغیرها و طراحی دقیق کنترلرها، منجر به دستیابی به بازده بالای حرارتی، افزایش عمر مفید سیستم و کاهش مصرف انرژی خواهد شد.
نتیجه‌گیری
در نهایت، آنچه مفهوم بازیابی حرارت را از یک ایده ساده به ابزاری قدرتمند برای تحول در صنعت تاسیسات تبدیل می‌کند، توانایی آن در ترکیب بهره‌وری انرژی با کاهش هزینه‌های مستقیم و غیرمستقیم بهره‌برداری است. چیلرهای هواخنک مجهز به بازیافت حرارت، با فراهم آوردن امکان تولید هم‌زمان آب سرد و گرم، به‌ویژه در ساختمان‌هایی با بار حرارتی متنوع، به نقطه تلاقی اثربخشی اقتصادی، عملکرد محیط‌زیستی و کارایی عملیاتی تبدیل شده‌اند. این سیستم‌ها نه تنها ظرفیت بلااستفاده گرمای خروجی را به فرصتی قابل بهره‌برداری بدل می‌کنند، بلکه با افزایش انعطاف‌پذیری در تأمین نیازهای حرارتی، به بهینه‌سازی طراحی کلی سیستم کمک می‌کنند.
تحقق راندمان‌هایی فراتر از ۵ در ضریب عملکرد (COP) تنها نشانگر توان فنی این فناوری نیست، بلکه بازتابی از درک جدیدی از انرژی است: اینکه گرما را نه به‌عنوان پسماند، بلکه به‌عنوان منبعی ارزشمند تلقی کنیم. بدیهی است که حرکت به سوی چنین سامانه‌هایی، نیازمند بازنگری در دیدگاه‌های سنتی طراحی و پیاده‌سازی سامانه‌های گرمایشی و سرمایشی خواهد بود. در مسیر توسعه پایدار و بهره‌برداری هوشمندانه از منابع، چیلرهای بازیافت‌گرما نه‌تنها یک انتخاب، بلکه ضرورتی آینده‌نگرانه‌اند.