مقدمه
چیلر اسکرو یکی از انواع پیشرفته و کارآمد سیستم‌های سرمایشی است که از کمپرسور مارپیچی برای فشرده‌سازی مبرد استفاده می‌کند. این نوع چیلر به دلیل ویژگی‌های خاص خود، در بسیاری از صنایع و پروژه‌های تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجا که انتخاب نوع کمپرسور تأثیر زیادی بر عملکرد و هزینه‌های عملیاتی سیستم‌های سرمایشی دارد، در این مقاله به بررسی عملکرد چیلر اسکرو، مزایای آن نسبت به دیگر انواع چیلرها، و کاربردهای مختلف آن پرداخته می‌شود.
چیلر اسکرو چیست و چه برتری‌هایی نسبت به دیگر انواع چیلر دارد؟
نام‌گذاری چیلر اسکرو از نوع کمپرسور آن، یعنی کمپرسور مارپیچی یا اسکرو (Screw)، برگرفته شده است. این نوع چیلر به دلیل ساختار خاص کمپرسور خود، کارایی بالایی در سیستم‌های سرمایشی ارائه می‌دهد.
عملکرد چیلر اسکرو
چیلر اسکرو بر اساس سیکل تبرید تراکمی عمل می‌کند. در این فرایند، کمپرسور اسکرو مبرد را به حالت گاز متراکم می‌کند و آن را به بخش‌های دیگر سیستم شامل کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور ارسال می‌کند. این فرآیند به‌صورت مداوم ادامه دارد تا سیال واسط مانند آب، خنک شود و برای کاربردهای مختلف صنعتی یا تهویه مطبوع مورد استفاده قرار گیرد.
مزایای چیلر اسکرو نسبت به سایر چیلرها
1. کارایی در ظرفیت‌های بالا : چیلر اسکرو گزینه‌ای مناسب برای تناژهای بالاست، جایی که چیلرهای اسکرال یا پیستونی کارایی مشابهی ندارند.
2. صدای کمتر و عملکرد پایدارتر : کمپرسور اسکرو به دلیل ساختار مارپیچی خود، ارتعاش و صدای کمتری تولید می‌کند.
3. راندمان بالا در بارهای مختلف : این نوع کمپرسور، حتی در حالت نیمه‌بار، راندمان مناسبی را ارائه می‌دهد.
4. طول عمر بیشتر قطعات : به دلیل طراحی مدرن کمپرسور اسکرو، استهلاک آن نسبت به کمپرسورهای پیستونی یا سایر مدل‌ها کمتر است.
5. نگهداری و تعمیر آسان‌تر : چیلرهای اسکرو به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که نگهداری و سرویس آنها ساده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
ساختار و عملکرد چیلر اسکرو آب‌خنک با کندانسور شل‌اند‌تیوب
چیلر اسکرو آب‌خنک به‌طور معمول در سیستم‌های سرمایشی صنعتی و تهویه مطبوع استفاده می‌شود و دارای اجزای کلیدی زیر است :
1. کمپرسور اسکرو
در این نوع چیلر، کمپرسورهای اسکرو وظیفه فشرده‌سازی مبرد را برعهده دارند. گاز مبرد پس از فشرده‌سازی، از طریق لوله‌های مسی به سمت کندانسور هدایت می‌شود.
2. کندانسور آب‌خنک (شل‌اند‌تیوب)
کندانسورهای چیلرهای اسکرو می‌توانند از نوع آب‌خنک یا هوا‌خنک باشند. در مدل آب‌خنک که معمولاً از نوع شل‌اند‌تیوب است، مبرد با عبور از لوله‌ها حرارت خود را به آب اطراف لوله‌ها منتقل می‌کند و از فاز گازی به فاز مایع تبدیل می‌شود.
3. شیر انبساط
پس از خروج از کندانسور، مبرد وارد شیر انبساط شده و فشار آن کاهش می‌یابد، که این کاهش فشار باعث آماده شدن مبرد برای فرآیند جذب حرارت در مرحله بعد می‌شود.
4. اواپراتور
اواپراتور وظیفه سردسازی آب را برعهده دارد. در این بخش، مبرد حرارت آب را جذب کرده و خود به فاز گازی تبدیل می‌شود. آب سرد شده در اواپراتور، برای استفاده در سیستم سرمایشی به مدار مصرف ارسال می‌شود.
این سیکل تبرید تراکمی در چیلر اسکرو به صورت پیوسته تکرار می‌شود و سیستم به طور مداوم سرمایش مورد نیاز را تأمین می‌کند.
مقایسه ساختار چیلر تراکمی اسکرو با سایر چیلرهای تراکمی
چیلرهای تراکمی از نظر ساختار کلی، عملکرد یکسانی دارند و تفاوت اصلی آنها در نوع کمپرسور به‌کاررفته در سیستم است. کمپرسور، قلب اصلی چیلر محسوب می‌شود و نوع آن تأثیر قابل توجهی بر ویژگی‌ها، راندمان و کاربری چیلر دارد.
برای مقایسه چیلر اسکرو با دیگر انواع چیلرهای تراکمی (مانند اسکرال، پیستونی و سانتریفیوژ)، باید ویژگی‌ها و عملکرد کمپرسور آنها بررسی شود :
1. کمپرسور اسکرو
o دارای دو روتور مارپیچی متقابل که مبرد را با حرکت چرخشی فشرده می‌کنند.
o مناسب برای ظرفیت‌های متوسط و بزرگ.
o صدای کمتر و راندمان بالاتر نسبت به پیستونی، به‌ویژه در حالت بار متغیر.
2. کمپرسور اسکرال
o دارای دو حلزون که یکی ثابت و دیگری متحرک است.
o مناسب برای ظرفیت‌های کم و متوسط.
o صدای بسیار کم و لرزش ناچیز، اما مناسب‌تر برای کاربری‌های کوچک.
3. کمپرسور پیستونی
o از نوع رفت و برگشتی، مشابه موتورهای احتراقی.
o مناسب برای ظرفیت‌های پایین و متوسط.
o راندمان کمتر و صدای بیشتر نسبت به اسکرو و اسکرال.
4. کمپرسور سانتریفیوژ
o بر مبنای نیروی گریز از مرکز برای فشرده‌سازی مبرد عمل می‌کند.
o مناسب برای ظرفیت‌های بسیار بالا.
o راندمان بالا در ظرفیت‌های زیاد اما کمتر مناسب برای بارهای متغیر.
چیلر اسکرو به‌دلیل تعادل مناسب میان ظرفیت، راندمان، صدای کم و قابلیت عملکرد پایدار در بارهای متغیر، گزینه‌ای محبوب برای کاربری‌های صنعتی و تجاری است. این ویژگی‌ها، آن را به انتخابی ایده‌آل برای کاربردهایی تبدیل می‌کند که نیاز به ظرفیت متوسط و بزرگ دارند.
شرکت‌های بیتزر (Bitzer) آلمان و هنبل (Hanbell) تایوان به‌عنوان دو برند برجسته در زمینه طراحی و تولید کمپرسورهای اسکرو، جایگاه ویژه‌ای در صنعت تهویه مطبوع و برودتی دارند.
1. بیتزر (Bitzer) :
o به‌عنوان یکی از پیشروترین تولیدکنندگان کمپرسورهای اسکرو در جهان شناخته می‌شود.
o محصولات این شرکت با تکنولوژی پیشرفته، دوام بالا و راندمان انرژی بسیار خوب ارائه می‌شوند.
o بیتزر با تمرکز بر کیفیت و پایداری، توانسته است در پروژه‌های صنعتی و تجاری بزرگ جایگاه ممتازی پیدا کند.
2. هنبل (Hanbell) :
o از جمله شرکت‌های معتبر آسیایی است که با طراحی و تولید کمپرسورهای اسکرو با کیفیت بالا توانسته است در سطح جهانی رقابت کند.
o هنبل کمپرسورهایی با قابلیت اطمینان و راندمان بالا ارائه می‌دهد که برای کاربردهای متنوعی مناسب هستند.
o این برند به‌دلیل ارائه محصولات مقرون‌به‌صرفه با کیفیت قابل‌قبول، به‌خصوص در بازارهای در حال توسعه، شناخته می‌شود.
کمپرسورهای اسکرو تولید شده توسط این دو شرکت به دلیل کیفیت بالا، کارایی مناسب و دوام، در سیستم‌های چیلر و دیگر تجهیزات برودتی به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب بین این برندها بستگی به نیاز پروژه، بودجه و الزامات فنی دارد.
ویژگی‌های کمپرسور اسکرو یا مارپیچی
1. ساختار دوار روتورها :
o کمپرسورهای اسکرو شامل دو روتور دوار هستند که یکی به وسیله یک نیروی محرکه مانند الکتروموتور به گردش درمی‌آید.
o فشرده‌سازی مبرد در فضای بین این دو روتور اتفاق می‌افتد.
2. سیستم روغن‌کاری پیچیده :
o این کمپرسورها به یک سیستم روغن‌کاری پیشرفته مجهز هستند که نقش مهمی در عملکرد و دوام قطعات ایفا می‌کند.
o کاهش یا نقص در روغن می‌تواند به تدریج باعث آسیب به قطعات داخلی و یاتاقان‌ها شود. به همین دلیل، بررسی و نگهداری منظم روغن بر اساس دستورالعمل سازنده ضروری است.
3. جابجایی مثبت :
o کمپرسورهای اسکرو مشابه با کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی یا پیستونی از نوع جابجایی مثبت هستند.
o در دو نوع طراحی می‌شوند: تک مارپیچ و جفت مارپیچ.
o از نظر روغن‌کاری، در دو دسته روغن آزاد (Oil-Free) و روغن تزریقی (Oil-Injected) قرار می‌گیرند.
4. راندمان بالا در مدل‌های جفت مارپیچ :
o کمپرسورهای جفت مارپیچ با تزریق روغن، به‌ویژه در حالت‌های بار متوسط، راندمان بسیار بالایی دارند.
o این کمپرسورها قادر به کار در نسبت تراکم‌های بالا (تا ۳۰:۱) هستند و ظرفیت عملکرد آنها به‌راحتی متناسب با نیاز قابل تنظیم است.
o کنترل ظرفیت با استفاده از یک دریچه لغزنده انجام می‌شود که نسبت تراکم را تغییر داده و باعث می‌شود کمپرسور همواره در حالت بهینه کار کند.
5. ظرفیت بالا :
o معمولاً کمپرسورهای اسکرو در ظرفیت‌های بالای ۲۰ تن تبرید استفاده می‌شوند، که آنها را به گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای صنعتی و تجاری بزرگ تبدیل می‌کند.
این ویژگی‌ها کمپرسورهای اسکرو را به یکی از بهترین گزینه‌ها برای سیستم‌های برودتی با نیازهای متغیر و ظرفیت بالا تبدیل کرده است.
مزایای کمپرسور اسکرو در مقایسه با سایر کمپرسورها
1. کاهش صدا و ارتعاش :
o به دلیل طراحی ویژه و فاصله بهینه بین دو روتور، کمپرسور اسکرو صدا و لرزش کمتری نسبت به کمپرسورهای سیلندر پیستونی ایجاد می‌کند.
2. جریان گاز پایدار و یکنواخت :
o شدت جریان مبرد در کمپرسور اسکرو کاملاً آرام و بدون نوسان است، که این ویژگی ضربه‌ها و صداهای اضافی را حذف می‌کند.
3. کنترل دقیق ظرفیت :
o امکان تنظیم ظرفیت از ۱۰ تا ۱۰۰ درصد به صورت پیوسته، این کمپرسورها را برای کاربردهایی با نیازهای متغیر بهینه می‌سازد.
4. طول عمر بالا و قابلیت اطمینان :
o به دلیل سادگی ساختار و کم بودن اجزای متحرک، این کمپرسورها دوام بیشتری دارند و کمتر دچار خرابی می‌شوند.
5. دمای تخلیه پایین :
o مبرد خروجی از کمپرسور اسکرو دمای کمتری دارد، که این ویژگی به بهبود راندمان سیستم و کاهش استهلاک کمک می‌کند.
6. بازده حجمی بالا :
o به دلیل طراحی پیشرفته، کمپرسور اسکرو بازده حجمی بالاتری نسبت به سایر انواع کمپرسورها ارائه می‌دهد.
7. ابعاد کوچک‌تر :
o نسبت به کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی با ظرفیت مشابه، اسکرو ابعاد و وزن کمتری دارد و فضای کمتری اشغال می‌کند.
8. مقاومت در برابر برگشت مایع :
o این کمپرسورها در صورت بازگشت مایع به داخل سیستم، دچار آسیب نمی‌شوند، که این ویژگی از خرابی‌های احتمالی جلوگیری می‌کند.
9. تعمیرات آسان و کم‌هزینه :
o به دلیل تعداد کم قطعات لغزنده و ساختار ساده، تعمیر و نگهداری کمپرسور اسکرو ساده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر از سایر انواع کمپرسورها است.
این ویژگی‌ها باعث شده‌اند کمپرسورهای اسکرو به یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها در سیستم‌های برودتی و تهویه مطبوع تبدیل شوند.
مهمترین مزایای چیلر تراکمی اسکرو عبارتند از :
1. ابعاد جمع‌وجور و وزن کم :
o طراحی فشرده و وزن کمتر این چیلرها در مقایسه با سایر انواع، نصب و جابه‌جایی آنها را آسان‌تر کرده و نیاز به فضای کمتری برای استقرار دارد.
2. عملکرد آرام و بی‌صدا :
o به دلیل طراحی کمپرسور اسکرو و ساختار بهینه، این چیلرها با حداقل لرزش و صدا کار می‌کنند، که آنها را برای محیط‌های حساس به صدا گزینه‌ای ایده‌آل می‌سازد.
3. راندمان بالا در تمام شرایط کاری :
o چیلر اسکرو هم در حالت تمام بار (Full Load) و هم در حالت کم بار (Part Load) راندمان بالایی ارائه می‌دهد، بر خلاف چیلرهای سانتریفیوژ که عمدتاً در حالت تمام بار بهینه عمل می‌کنند. این ویژگی موجب کاهش مصرف انرژی و بهره‌وری بیشتر در طول زمان می‌شود.
این مزایا باعث می‌شوند چیلرهای اسکرو در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تجاری مورد توجه قرار گیرند و جایگزینی مناسب برای سیستم‌های پرمصرف‌تر و حجیم‌تر باشند.
4. کنترل پیوسته و دقیق ظرفیت :
o کمپرسورهای اسکرو برخلاف انواع دیگر که کنترل ظرفیت آنها به صورت پله‌ای است، امکان تنظیم ظرفیت را به شکل پیوسته فراهم می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود چیلر اسکرو بتواند بین 25 تا 100 درصد ظرفیت کل خود (برای چیلرهای تک‌کمپرسوره) یا 12.5 تا 100 درصد ظرفیت (برای چیلرهای دو کمپرسوره) به دقت تنظیم شود.
o مزیت اصلی این سیستم کنترل پیوسته، هماهنگی بی‌وقفه بین نیاز برودتی مصرف‌کننده و عملکرد چیلر است. دمای آب چیلد (آب سرد خروجی) به شکل دقیق و بدون نوسان حفظ می‌شود، که تأثیر مستقیمی بر عملکرد پایدار سیستم و صرفه‌جویی انرژی دارد.
تفاوت با کنترل پله‌ای :
• در سیستم‌های کنترل پله‌ای، مانند چیلرهایی با کمپرسورهای دور ثابت، تغییر بار برودتی منجر به عملکرد نامتناسب کمپرسورها می‌شود. برای مثال، اگر بار برودتی موردنیاز از 100 درصد به 87 درصد برسد:
o کمپرسورهای دور ثابت تنها در پله‌های 75 درصد یا 100 درصد کار می‌کنند. این امر باعث نوسان دمای آب خروجی می‌شود، زیرا سیستم به‌طور متناوب بین این دو ظرفیت جابه‌جا می‌شود.
پیامدهای سیستم پله‌ای :
1. عدم انطباق دقیق با نیاز بار برودتی : چیلر دائماً یا با ظرفیت کمتر یا بیشتر از نیاز واقعی کار می‌کند.
2. نوسان دمای آب این نوسان می‌تواند عملکرد سیستم‌های متصل به چیلر را مختل کرده و بهره‌وری را کاهش دهد.
3. مصرف انرژی بیشتر : روشن و خاموش شدن مداوم کمپرسورها باعث هدررفت انرژی می‌شود.
سیستم کنترل ظرفیت پیوسته کمپرسور اسکرو، یکی از مزایای کلیدی این نوع چیلر است که باعث افزایش راندمان انرژی، پایداری دمای آب خروجی، و کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود. به همین دلیل، چیلرهای اسکرو گزینه‌ای برتر برای کاربردهای حساس و مصرف انرژی بهینه محسوب می‌شوند.
به چه دلیلی در تمامی چیلرهای تراکمی از کمپرسور اسکرو استفاده نمی‌شود؟
در انتخاب نوع کمپرسور برای چیلرها، عوامل متعددی تأثیرگذار هستند و کمپرسورهای اسکرو نیز خود به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که هرکدام برای شرایط محیطی خاص طراحی شده‌اند. مهمترین عواملی که در انتخاب کمپرسور تأثیر دارند عبارتند از :
1. ظرفیت و نیاز به مدارهای متعدد :
کمپرسورهای اسکرو معمولاً برای ظرفیت‌های بالاتر از 100 تن تبرید مناسب هستند و برای چیلرهایی با ظرفیت‌های کمتر از این میزان، استفاده از کمپرسورهای دیگر مانند اسکرال توصیه می‌شود. در چیلرهای بزرگتر (مثلاً بالای 100 تن تبرید) امکان استفاده از چندین مدار تبرید وجود دارد که از این جهت استفاده از کمپرسورهای اسکرو منطقی‌تر است.
2. قیمت و هزینه‌های اولیه :
کمپرسورهای اسکرو به دلیل تکنولوژی پیچیده‌تر و کیفیت بالای ساخت، معمولاً قیمت بالاتری نسبت به دیگر انواع کمپرسورها (مانند اسکرال) دارند. به همین دلیل، برای پروژه‌هایی که نیاز به کاهش هزینه اولیه دارند، ممکن است کمپرسورهای ارزان‌تر ترجیح داده شوند.
3. نیاز به خدمات پس از فروش :
کمپرسورهای اسکرو معمولاً توسط شرکت‌های معتبری مانند هنبل و بیتزر ارائه می‌شوند. دسترسی به خدمات پس از فروش مناسب و تأمین قطعات یدکی این کمپرسورها در مناطق مختلف می‌تواند یکی از عوامل تأثیرگذار در انتخاب آنها باشد. کمپرسورهای اسکرو به دلیل پیچیدگی‌های خاص خود نیاز به خدمات نگهداری و پشتیبانی دقیقی دارند.
4. نوع پروژه و ویژگی‌های خاص آن :
انتخاب کمپرسور باید بر اساس ویژگی‌ها و نیازهای خاص هر پروژه صورت پذیرد. برای پروژه‌هایی که نیاز به عملکرد دقیق و کنترل ظرفیت پیوسته دارند، کمپرسور اسکرو می‌تواند گزینه مناسبی باشد، اما در مواردی که ظرفیت پایین‌تر یا هزینه‌های کمتر مدنظر باشد، ممکن است از کمپرسورهای دیگر مانند اسکرال استفاده شود.
5. کاربرد در شرایط محیطی خاص :
کمپرسورهای اسکرو برای برخی شرایط خاص مانند دماهای بالا یا شرایط کاری سنگین مناسب‌تر هستند، اما برای دیگر شرایط ممکن است کمپرسورهای دیگری مانند پیستونی یا اسکرال عملکرد بهتری داشته باشند.
در نهایت، انتخاب کمپرسور مناسب باید با توجه به نوع پروژه و ویژگی‌های خاص آن توسط مهندسان متخصص انجام شود تا به بهترین عملکرد و اقتصادی‌ترین گزینه برسیم.
چیلر تراکمی اسکرو در خنک‌کاری ماشین‌آلات صنعتی
یکی از کاربردهای مهم چیلر تراکمی اسکرو، استفاده در خنک‌کاری ماشین‌آلات صنعتی است. این چیلرها به دلیل توانایی در کنترل دقیق دما و تأمین سرمایش متناسب با نیاز، گزینه مناسبی برای این نوع کاربردها هستند.
استفاده از چیلر اسکرو در صنعت چیلرسازی ایران
در صنعت چیلرسازی ایران، معمولاً برای تناژهای بالاتر از 50 تن تبرید یا بالاتر از 100 تن تبرید از چیلرهای اسکرو استفاده می‌شود. این چیلرها در این تناژها به دلیل عملکرد بهینه و راندمان بالا، برای تأمین سرمایش در پروژه‌های صنعتی و تجاری با نیاز به ظرفیت بالا مناسب هستند.
مهمترین مشکل استفاده از کمپرسورهای اسکرو در چیلرها
مهمترین مشکل استفاده از کمپرسورهای اسکرو در چیلرها، قیمت بالاتر آنها نسبت به چیلرهای رفت و برگشتی و سانتریفیوژ است. این امر ممکن است هزینه اولیه خرید و نصب را افزایش دهد. اما باید توجه داشت که سایر کمپرسورها نیز معایب خود را دارند. به عنوان مثال، چیلرهای سانتریفیوژ در حالت کم بار دارای راندمان پایین‌تری هستند، که می‌تواند عملکرد آنها را در برخی شرایط محدود کند.
مبردهای استفاده شده در چیلرهای اسکرو
در چیلرهای اسکرو، معمولاً از مبردهای R-410 و R-134a استفاده می‌شود. این مبردها به دلیل ویژگی‌های حرارتی و عملکردی مطلوب، برای چیلرهای اسکرو مناسب هستند.
نتیجه‌گیری
چیلر اسکرو به دلیل راندمان بالا، عملکرد پایدار در بارهای متغیر، و عمر طولانی قطعات، گزینه‌ای ایده‌آل برای پروژه‌های صنعتی و تجاری با نیاز به ظرفیت بالا و کنترل دقیق دما محسوب می‌شود. در مقایسه با دیگر انواع چیلرهای تراکمی، این چیلرها از نظر صدای کمتر، عملکرد بهینه در شرایط مختلف، و نگهداری آسان‌تر مزایای قابل توجهی دارند. با این حال، هزینه‌های اولیه بالاتر ممکن است یکی از محدودیت‌های استفاده از این سیستم‌ها باشد. در نهایت، چیلر اسکرو با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد خود، به یکی از محبوب‌ترین انتخاب‌ها در صنعت تهویه مطبوع و برودتی تبدیل شده است.