تجهیزات موتورخانه سرمایشی

تجهیزات موتورخانه سرمایشی شامل چه مواردی است؟ چیلر چیست و چه وظیفه ای به عهده دارد؟ وظیفه پمپ در سیستم‌های مدار باز و مدار بسته سیکل سرمایش چیست؟ به چه منظور از برج خنک کن استفاده می‌شود؟ در صورت عدم استفاده از سختی‌گیر، چه مشکلاتی ممکن است برای سیکل سرمایش به وجود آید؟ 

در نوشته انواع موتورخانه به بررسی انواع موتورخانه از حیث کارکرد و سیال عامل پرداختیم و دریافتیم که موتورخانه‌ها از حیث کارکرد می‌توانند تک فصل یا دو فصل باشند. یعنی می‌توانند تنها سرمایشی یا گرمایشی و یا توامان سرمایشی- گرمایشی باشند. در نوشته تجهیزات موتورخانه گرمایشی با تجهیزات رایج در موتورخانه‌های گرمایشی از قبیل انواع بویلر، مشعل، پمپ و غیره آشنا شدیم.
به منظور تکمیل موضوع تجهیزات موتورخانه در نوشته حاضر، به معرفی انواع تجهیزات موجود در موتورخانه‌های سرمایشی می‌پردازیم.

تجهیزات موتورخانه سرمایشی ساختمان

موتورخانه سرمایشی ساختمان را می‌توان به عنوان یک مرکز تولید، پمپاژ و کنترل برای سیستم‌های سرمایشی در نظر گرفت و تجهیزات موجود در آن را نیز به همین ترتیب دسته بندی نمود. 

تجهیزات تولیدکننده آب سرد کننده سیکل سرمایش

همچنانکه پیشتر در نوشته مربوط به انواع موتورخانه ذکر شد، سیستم‌های سرمایش می‌توانند از نوع مستقیم و یا غیرمستقیم باشند. در سیستم‌های سرمایش مستقیم، گاز مبرد مستقیما در فضای تهویه شونده با هوای محیط تبادل حرارت می‌نماید و باعث سرد شدن محیط می‌شود که مهم‌ترین سیستم سرمایش مرکزی مستقیم VRF می‌باشد.
در سیستم‌های سرمایش غیرمستقیم گاز مبرد به روش مستقیم اقدام به تبادل حرارت با هوای اطراف نمی‌نماید. در واقع سرمای تولید شده، به یک سیال واسط (عموما آب) منتقل می‌شود و آب سرد شده اقدام به تبادل حرارت با هوای محیط تهویه شونده (سردشونده) می‌کند. رایج‌ترین سیستم سرمایش مرکزی غیرمستقیم، چیلر می‌باشد.

• چیلر

چیلر یکی از اساسی‌ترین تجهیزات موتورخانه‌های سرمایشی است که از طریق یک سیکل ترمودینامیکی (سیکل تبرید تراکمی یا جذبی) سرما تولید می‌کند. در واقع طی یک فرآیند چند مرحله‌ای، گرما از یک سیال که مبرد نامیده می‌شود، گرفته شده و به هوای محیط اطراف داده می‌شود. مبردی که اکنون سرد شده است، به داخل یک مبدل حرارتی جریان می‌یابد و با آب تبادل حرارتی می‌نماید. بواسطه این تبادل حرارتی، مبرد گرمای آب را جذب می‌نماید و در واقع آب سرد می‌شود. از آب سرد شده در این فرآیند انتقال حرارت در چیلر برای خنک کاری و سرمایش فضاهای تهویه شونده استفاده می‌شود. همچنین مبردی که گرمای آب را جذب نموده است به منظور ادامه پیدا کردن سیکل مجددا طی یک سری فرآیند به حالت اولیه خود برمیگردد و بدین صورت سیکل تبرید تداوم می‌یابد.
همچنانکه در شکل زیر نیز مشهود است، چیلر را می‌توان دستگاهی در نظر گرفت که وظیفه آن تولید آب سرد (محدوده دمای 5-10درجه سانتیگراد در صنعت تهویه) می‌باشد که چیلر می‌تواند این کار را از طریق سیکل تبرید تراکمی و یا جذبی انجام دهد. بسته به اینکه کدامیک از دو سیکل تراکمی یا جذبی به منظور تولید آب سرد مورد استفاده قرار گیرند، سیکل تولید سرما می‌تواند اجزای مختلفی داشته باشند.
اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و شیر انبساط اجزای اصلی سیکل تبرید تراکمی و اواپراتور، جذب کننده، پمپ، ژنراتور، کندانسور و شیر انبساط اجزای اصلی سیکل تبرید جذبی می‌باشند.

به علت عمومیت و در دسترس بودن مطالب و همچنین به علت جلوگیری از طولانی شدن مطالب، اجزای مختلف سیکل تبرید جذبی و تراکمی در این نوشته مورد بررسی و توضیح قرار نمی‌گیرد. خوانندگان محترم می‌توانند در صورت صلاحدید به مراجعی نظیر کتاب “علم ترمودینامیک، رهیافتی در مهندسی نوشته یونس ای سنجل” و یا سایر مراجع معتبر علم ترمودینامیک مراجعه نمایند. البته با یک جستجوی ساده در اینترنت نیز می‌توان به نقش هر یک از این اجزا در سیکل تبرید پی برد اما در صورت نیاز به کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می‌توانید از طریق راه‌های ارتباطی، با تیم مهندسی مجموعه پولونی نیز در ارتباط باشید.
با توجه به اینکه هدف این بحث موتورخانه های سرمایشی و جانمایی تجهیزات آنهاست، لازم است به یکی از تجهیزاتی که نقشی اساسی در جانمایی چیلر در موتورخانه دارد، اشاره شود که این تجهیز کندانسور می‌باشد.
♦ کندانسور
همچنانکه ذکر شد، چیلر وظیفه گرفتن گرفتن گرمای (سرد نمودن) آب در گردش سیستم سرمایشی را به عهده دارد. گرمای گرفته شده در سیکل سرمایش باید به طریقی دفع شود تا سیکل بتواند تداوم یابد.
طبق قانون دوم ترمودینامیک به بیان کلازیوس، نمی‌توان وسیله‌ای ساخت که در یک سیکل بسته عمل کند و تنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سرد به جسم گرم‌ باشد. در واقع، بیان می‌کند که نمی‌توان یخچال یا کولر گازی ساخت که بدون مصرف برق (وجود کمپرسور) عمل کند و گرما را از محیط سرد به محیط گرم انتقال دهد. حال گرمای گرفته شده از سیال عامل (آب) باید به طریقی از سیکل تبرید خارج گردد که این فرآیند توسط تجهیزی به نام کندانسور انجام می‌شود. در واقع در کندانسور، گرمای آب که در اواپراتور به مبرد منتقل شد و در کمپرسور فشار آن افزایش یافت، از آن گرفته شده و این گرما به محیط اطراف منتقل می‌شود.
بسته به نحوه تبادل حرارت با محیط اطراف، کندانسورها می‌توانند به دو دسته اصلی و یک دسته فرعی طبقه‌بندی شوند:
– کندانسور هوایی (Air-cooled condenser): کندانسور هوایی یا هوا خنک در واقع نوعی مبدل حرارتی است که در آن گرمای مبرد، به هوای محیط اطراف کندانسور منتقل می‌شود.
در واقع، این کندانسورها از طریق افزایش سطح تبادل حرارتی و همچنین افزایش سرعت گذر هوا از روی سطح تبادل حرارتی کندانسور توسط فن، دمای سیال درون کندانسور (مبرد) کاهش یافته و این حرارت به هوای گذرنده از روی مبدل کندانسور منتقل می‌شود. به علت اینکه در این سیستم از آب برای دفع حرارت استفاده نمی‌شود، به آن سرمایش خشک dry cooling می‌گویند.
 – کندانسور آبی (Water-cooled Condenser): کندانسور آبی یا آب خنک در واقع نوعی مبدل حرارتی است که در آن گرمای مبرد، به یک سیال واسط (آب خنک کننده) که آن را احاطه کرده است، منتقل می‌شود. بواسطه این انتقال حرارت، مبرد سرد و آب خنک کننده اطراف آن، گرم می‌شود. حال آب خنک کننده سیستم که اکنون گرم شده است، به منظور دفع حرارت به فضای خارج از کندانسور انتقال می‌یابد. آب خنک کننده کندانسور می تواند از رودخانه، چاه عمیق و یا برج خنک کن و غیره تامین شود.

– کندانسور تبخیری (Evaporative Condenser): ترکیبی از کندانسورهای آبی و هوایی است و به آن برج خنک کن مداربسته نیز گفته می‌شود.

شایان ذکر است بسته به نوع کندانسور مورد استفاده در سیکل سرمایش، جانمایی آن در موتورخانه می‌تواند متفاوت باشد. بدین معنا که کندانسور هوایی حتما باید در هوای آزاد قرار گیرد اما کندانسور آبی می‌تواند در داخل محیط موتورخانه جانمایی شود و سپس آب خنک کننده توسط تجهیزات انتقالی به برج خنک کن که این تجهیز نیز باید در هوای آزاد قرار گیرد، منتقل گردد.

• برج خنک کننده

همچنانکه اشاره شد کندانسورهای آبی از طریق آب، گرمای مبرد را جذب می‌کنند و باعث تقطیر مبرد می‌شوند. حال نیاز هست تا به طریقی گرمای جذب شده توسط آب خنک کننده از سیکل سرمایش خارج شود تا آب مجددا سرد شود و قابلیت استفاده مجدد در کندانسور آبی را بدست آورد. وظیفه دفع حرارت از آب خنک کننده سیستم و کاهش دمای آن به عهده برج خنک کننده است.
برج خنک کننده تجهیزی است که گرمایی را که باید از سیکل سرمایش دفع شود (گرمایی که در کندانسور سیکل سرمایشی توسط آب خنک کننده جذب شده است) به هوای محیط انتقال می‌دهد. برج خنک کننده به روش‌های مختلفی دمای آب خنک کننده را کاهش می‌دهد که این روش‌‌ها عبارتند از:
– فرآیند تبخیر آب (سیکل مدار باز) که به تجهیزی که از این فرآیند استفاده می‌کند، برج خنک کننده تر (Cooling Tower) می‌گویند.
– فرآیند سرمایش خشک (سیکل مدار بسته) که به تجهیزی که از این فرآیند استفاده می‌کند، برج خنک کننده خشک یا درای کولر (Dry Cooler) می‌گویند.
در شکل زیر تفاوت سیکل کارکرد این دو نوع برج خنک کننده مشهود است.

مکانیزم عملکرد برج خنک کننده تر که در اصطلاح رایج به آن برج خنک‌کن می‌گویند به این صورت است که آب گرم شده در کندانسور، در برج خنک‌کن بوسیله نازل‌های برج به قطرات ریز تبدیل شده و بر روی پکینگ پاشیده می‌شود. این عمل موجب افزایش سطح تماس و افزایش میزان تبخیر قطرات آب می‌گردد. فن تعبیه شده در برج خنک کننده، هوا را از اطراف دستگاه به سمت بالا و در خلاف جهت حرکت آب هدایت می‌کند. طی این فرآیند، آب گرمای خود را به هوا می‌دهد و هوای خنک و خشک ورودی به هوای گرم و مرطوب تبدیل شده که این هوای گرم از بالای برج خنک‌کن به محیط اطراف تخلیه می‌شود. آب گرم ورودی به کندانسور، طی این فرآیند خنک شده و بخشی از جرم خود را بواسطه تبخیر و ترکیب با هوای مجاور از دست می‌‌دهد. سپس آب خنک شده در حوضچه (تشتک) پایین برج جمع شده و مجددا به سمت کندانسور، جهت تبادل حرارت با مبرد گرم هدایت می‌شود.

تجهیزات انتقال دهنده آب سرد کننده به ساختمان

• پمپ

همچنانکه پیشتر در نوشته تجهیزات موتورخانه گرمایشی نیز ذکر شد، وظیفه پمپ این است که دبی مشخصی از سیال را با فشاری معین به نقطه‌ای مشخص انتقال دهد. پمپ در توزیع و انتقال آب سرد سیستم‌های سرمایشی نقش اساسی داشته و جزء جدایی ناپذیر تجهیزات موتورخانه‌های سرمایشی نیز می‌باشد که به دو دسته پمپ‌های مدار بسته و مدار باز در موتورخانه وجود دارند.
♦ پمپ سیستم مدار بسته
پمپ‌های مربوط به سیستم‌های مدار بسته در سیستم سرمایش به منظور به حرکت در آوردن آب سرد در سیکل سرمایش و رساندن آن به پایانه‌های حرارتی نظیر فن کویل، هواساز و غیره به منظور تبادل حرارت با هوای محیط و بازگرداندن آن به محل تولید حرارت (چیلر) مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین در مدارهای اولیه – ثانویه که موضوعی مفصل بوده و در نوشته‌ای مجزا به آن پرداخته خواهد شد، هم در مدار اولیه و هم در مدار ثانویه، از این نوع پمپ‌های مدار بسته یا سیرکولاسیون استفاده می‌شود.

♦ پمپ سیستم مدار باز
در صورتیکه کندانسور، آبی بوده و نیاز به استفاده از برج خنک کننده تر باشد، از این نوع پمپ‌های مدار باز برای پمپاژ آب موجود در مخزن (تشتک) مستقر در پایین برج خنک کننده و رساندن آن به نازل‌های قرار گرفته در بالای برج خنک کننده با فشار مشخص استفاده می‌شود.

• کلکتورها و شیرهای توزیع کننده

همچنانکه پیشتر در نوشته مربوط به تجهیزات موتورخانه گرمایشی نیز ذکر شد، کلکتور لوله قطوری است در حکم یک مخزن کوچک و زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که چندین ورودی یا خروجی به / از یک تجهیز نظیر پمپ و بویلر وارد / خارج می‌شود.در واقع نقش کلکتور عبارتست از ایجاد جریان مناسب و درست در هریک از مسیرهای توزیع آب در شبکه لوله کشی. شایان ذکر است که کلکتورها این کار را به کمک تغییر در افت فشار شبکه با استفاده از شیرهای قطع/ وصل و همچنین تنظیم کننده دبی انجام می‌دهند.
نکته حائز اهمیت در خصوص این تجهیزات اینکه در موتورخانه‌های دو فصل یعنی موتورخانه‌های گرمایشی – سرمایشی از کلکتورها و شیرهای مربوطه به منظور تغییر فصل موتورخانه استفاده می‌شود. یعنی با باز کردن تعدادی شیر و بستن تعدادی دیگر و خاموش / روشن نمودن چیلر/ دیگ، می‌توان موتورخانه را از حالت سرمایشی (تابستانی) به حالت گرمایشی (زمستانی) و بالعکس درآورد. یعنی اگر در طراحی، برای سیستم تهویه مطبوع تنها یک برای مدار سرمایش – گرمایش در نظر گرفته شده باشد (روش رایج طراحی در پروژه‌های مسکونی و اداری) با تغییر وضعیت شیرها بر روی کلکتورها می‌توان تعیین کرد که آب سرد (از چیلر) در این مدار جریان یابد و اقدام به سرد نمودن فضای تهویه شونده نماید و یا آب گرم (از بویلر) در این مدار جریان یابد و اقدام به گرم نمودن فضا نماید که به این پروسه، به اصطلاح تابستانی- زمستانی کردن موتورخانه گفته می‌شود.   

سایر تجهیزات موتورخانه سرمایشی

• سختی گیر

یکی دیگر از تجهیزات موتورخانه سرمایشی سختی گیر است که کارکرد آن در نوشته مربوط به تجهیزات مدار گرمایشی ذکر و به انواع آن پرداخته شد.
نکته شایان ذکر همچنانکه پیشتر نیز ذکر شد، در اکثر پروژه‌های مسکونی و اداری، سیکل سرمایش مدار یکسانی با سیکل گرمایش دارد و با تغییر فصل و تغییر وضعیت چند شیر بر روی کلکتور سیکل از حالت سرمایشی به گرمایشی و بالعکس تبدیل می‌شود. در واقع آب به عنوان سیال عامل در مدار وجود دارد و با تغییر مسیر تعیین می‌کنیم که این آب به سمت بویلر برود و گرم شود یا به سمت چیلر برود و سرد شود و سپس به سمت پایانه‌های حرارتی ساختمان فرستاده شود. بنابراین سختی‌گیر مورد استفاده در سیکل گرمایش، برای سیکل سرمایش نیز استفاده می‌شود. چراکه در حقیقت یک سیال در کل سیستم هیدرونیک جریان دارد.
حال در صورتیکه طراحی و اجرا به گونه‌ای باشد که مدار گرمایش و سرمایش مجزا باشد و در واقع لوله کشی و تجهیزات مجزایی داشته باشد، نیاز هست تا برای سیکل سرمایش نیز سختی‌گیر مناسب در نظر گرفته شود. مطلب مهم دیگر که عموما در پروژه‌ها مورد غفلت قرار می‌گیرد این است که در صورتیکه در پروژه از برج خنک کننده استفاده می‌شود، باید برای برج خنک کننده نیز سختی گیر درنظر گرفت. چراکه برج خنک کننده (تر) بر مبنای تبخیر آب کار می‌کند و درصورتیکه املاح آن پیش از استفاده تا حدی استاندارد گرفته نشود، پکینگ‌های موجود در ساختمان برج خنک کننده توسط این رسوبات مسدود شده و عملکرد برج خنک کننده کاهش خواهد یافت که باعث کاهش کارایی و همچنین کاهش عمر مفید برج خنک کننده شده و هزینه نگهداری برج را افزایش می‌دهد. این کاهش کارایی بر عملکرد کندانسور چیلر نیز تاثیر داشته و علاوه بر کاهش کارایی، حتی می‌تواند باعث اشکال در عملکرد فنی چیلر نیز شود.

تهیه توسط تیم مهندسی پولونی