تاسیسات سرمایشی — معرفی انواع، اجزا و عملکرد | ساده و رایگان

۵۰۰۶ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۱۷ اردیبهشت ۱۴۰۲
زمان مطالعه: ۱۹ دقیقه
تاسیسات سرمایشی — معرفی انواع، اجزا و عملکرد | ساده و رایگان

تاسیسات سرمایشی یا تاسیسات تهویه مطبوع، مجموعه‌ای از سیستم‌ها و تجهیزات مورد استفاده برای جذب حرارت، کنترل رطوبت، کاهش دما و به طور کلی، بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان هستند. این تاسیسات از مهم‌ترین و پرکاربردترین تاسیسات مکانیکی ساختمان به شمار می‌روند. از متداول‌ترین و شناخته‌شده‌ترین تاسیسات سرمایشی می‌توان به کولر آبی، کولر گازی و چیلرها اشاره کرد. هر یک از این تجهیزات دارای اجزای مختلفی هستند که بر اساس اصول مختص به خود، شرایط مطلوب را برای آسایش افراد حاضر در ساختمان و عملکرد مناسب تجهیزات موجود در آن فراهم می‌کنند. در این مقاله، به معرفی انواع، اجزا و سیستم‌های تاسیسات سرمایشی ساختمان می‌پردازیم.

997696

تاسیسات ساختمان چیست؟

تاسیسات ساختمان، مجموعه‌ای از سیستم‌ها و تجهیزاتی هستند که به منظور بهبود عملکرد ساختمان و تامین خدمات رفاهی مورد نیاز افراد حاضر در آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها به دو نوع الکتریکی و مکانیکی تقسیم می‌شوند. تاسیسات الکتریکی، وظیفه توزیع برق توسط شبکه‌ای از کابل‌ها و تاسیسات مکانیکی، وظیفه تامین خدماتی نظیر لوله‌کشی ساختمان، تامین حرارت، تهویه مطبوع، آسانسور، اطفا حریق و غیره را بر عهده دارند.

تاسیسات مکانیکی ساختمان مسکونی
تاسیسات مکانیکی ساختمان مسکونی

تاسیسات سرمایشی و گرمایشی چیست ؟

سیستم «گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع» (Heating, Ventilating and Air Conditioning) یا به اختصار «اچ وی اس سی» (HVAC)، از مهم‌ترین تاسیسات مکانیکی ساختمان است که به منظور ایجاد محیطی با دما و هوای مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • تاسیسات گرمایشی: تجهیزاتی نظیر دیگ بخار (بویلر)، کوره، پمپ حرارتی و غیره که برای گرم کردن آب، بخار یا هوا به کار برده می‌شوند.
  • تاسیسات تهویه: سیستم‌هایی که از روش‌های طبیعی، مکانیکی یا ترکیبی از این دو روش به منظور تغییر یا جابجایی هوا در تمام فضاهای ساختمان جهت کنترل دما، خروج ترکیبی از رطوبت، بو، دود، گرما، غبار، باکتری یا کربن دی اکسید و جایگزینی آن با اکسیژن استفاده می‌کنند.
  • تاسیسات سرمایشی: تجهیزاتی که برای سرمایش یا کنترل رطوبت کل یا بخشی از ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نمونه‌ای از تاسیسات HVAC مورد استفاده در یک ساختمان چند طبقه (بویلر، چیلر و برج خنک کننده)
نمونه‌ای از تاسیسات HVAC مورد استفاده در یک ساختمان چند طبقه (بویلر، چیلر و برج خنک کننده)

تاسیسات سرمایشی چیست ؟

تاسیسات تهویه مطبوع یا تاسیسات سرمایشی، دستگاه یا مجموعه‌ای از دستگاه‌های مورد استفاده برای خارج کردن حرارت، کنترل رطوبت و بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان هستند. چیلر، کولر آبی، کولر گازی، هواساز و فن کویل از شناخته‌شده‌ترین مثال‌های تاسیسات سرمایشی ساختمان به شمار می‌روند. این تاسیسات، نقش مهمی را در تامین محیط مناسب برای افراد ساکن یا مقیم در ساختمان و عملکرد بهتر دیگر تاسیسات مکانیکی و الکتریکی ایفا می‌کنند. تاسیسات سرمایشی تجهیزات و سیستم‌های مختلفی دارند که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت.

دستگاه داخلی کولر گازی (از متداول‌ترین تاسیسات سرمایشی مورد استفاده در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری)
واحد داخلی کولر گازی (از متداول‌ترین تاسیسات سرمایشی مورد استفاده در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری)

انواع تاسیسات سرمایشی کدام هستند؟

تاسیسات سرمایشی به دو نوع سیستم‌های مبتنی بر سیکل تبرید و سیستم‌های مبتنی بر تهویه تقسیم می‌شوند. در سرمایش مبنی بر تهویه، کنترل حرارت و بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان با صرف کمترین انرژی ممکن یا حتی بدون صرف انرژی (مانند ساختمان انرژی صفر) توسط روش‌های طبیعی، مکانیکی یا ترکیبی از این دو روش انجام می‌گیرد. این سیستم‌ها بر روی طراحی ویژه ساختمان و بهره‌مندی از عوامل طبیعی (باد، رطوبت، حرارت زیر زمین، تابش) یا مصنوعی (فن) تمرکز می‌کنند. سیستم‌های مبتنی بر سیکل تبرید، از تجهیزاتی بهره می‌برند که با جریان ماده مبرد، باعث جذب حرارت محیط و کاهش دما می‌شوند.

تهویه مطبوع طبیعی با استفاده از طراحی خاص ساختمان و بهره‌گیری از جریان باد
تهویه مطبوع طبیعی با استفاده از طراحی خاص ساختمان و بهره‌گیری از جریان باد

اجزای تاسیسات سرمایشی چه هستند؟

اغلب تاسیسات سرمایشی از اجزایی نظیر کمپرسور، کندانسور، اواپراتور، دمنده، فن و یا هواساز، ترموستات، فیلتر و وسیله انبساطی (مانند شیر اختناق) تشکیل می‌شوند. هر یک از این اجزا به منظور اجرای بخشی از فرآیندهای سیکل تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نمونه‌ای از یک سیستم متداول در تاسیسات سرمایشی
نمونه‌ای از یک سیستم متداول در تاسیسات سرمایشی

عملکرد اجزای تاسیسات سرمایشی به صورت زیر است:

  • متراکم کننده یا «کمپرسور» (Compressor): افزایش فشار، افزایش دما و انتقال مبرد به کندانسور (گاز داغ)
  • «فن» (Fan) و «هواساز» (Air Handler): کاهش دمای مبرد و تامین نیروی مکانیکی مورد نیاز برای تنظیم و گردش هوا در سیستم
  • چگالنده یا «کندانسور» (Condenser): تبدیل گاز به مایع و هدایت مبرد با فشار بالا به سمت فیلتر یا شیر انبساط (مایع گرم)
  • تصفیه کننده یا «فیلتر» (Filter): جلوگیری از ورود ذرات اضافی و رطوبت
  • شیر اختناق یا «شیر انبساط» (Expansion Valve): کاهش فشار، کاهش دما، تبدیل مبرد به مایع دو فازی و انتقال آن به اواپراتور
  • تبخیر کننده یا «اواپراتور» (Evaporator): تبدیل مبرد به گاز سرد و هدایت آن به کمپرسور برای تکرار چرخه تبرید
  • «دمنده» (Blower): هدایت هوای خنک به فضای داخل ساختمان

کندانسور و اواپراتور با عنوان کویل‌های مبدل حرارتی نیز شناخته می‌شوند. تغییر حالت مبرد از گاز به مایع یا برعکس توسط این کویل‌ها صورت می‌گیرد. علاوه بر این اجزا، پمپ‌های مخصوص نیز برای به حرکت در آوردن مبرد درون سیستم به کار می‌روند.

تاسیسات سرمایشی چگونه کار می کنند ؟

تاسیسات سرمایشی با بهره‌گیری از اصول ترمودینامیک (رفتار فازی سیالات) در سیستم‌های تبرید کار می‌کنند. از سیستم‌های تبرید متداول برای تهویه مطبوع ساختمان می‌توان به تبرید تراکمی (کولر گازی، چیلر)، تبرید جذبی (چیلر) و تبرید تبخیری (کولر آبی) اشاره کرد.

به دلیل کاربرد گسترده سیستم‌های تبرید تراکمی، در این بخش، به معرفی اصول کاری این سیستم‌ها می‌پردازیم. در طول مقاله نیز، سیستم‌های دیگر را مورد بررسی قرار می‌دهیم. سیستم‌های تبرید تراکمی از چهار جز اصلی کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و شیر انبساطی تشکیل می‌شوند.

سیکل تبرید تراکمی
سیکل تبرید تراکمی

مراحل سیکل تبرید به صورت زیر هستند:

  1. ورود مبرد (معمولا گاز فرون) به درون کمپرسور و افزایش فشار و دمای آن طی فرآیندهای تراکمی
  2. ورود گاز پر فشار و داغ به درون کویل‌های کندانسور و تبدیل آن به مایع طی فرآیند کاهش دما در فشار ثابت
  3. ورود مایع فشرده با دمای معمولی به درون شیر انبساطی، کاهش فشار، کاهش دما و تبدیل شدن آن به مخلوط دوفازی (گاز و مایع) طی یک فرآیند آنتالپی ثابت
  4. ورود مبرد دو فازی با فشار و دمای پایین به درون اواپراتور، جذب حرارت محیط (سرمایش)، تبدیل شدن به گاز و بازگشت به مرحله اول

نکته: با عوض کردن محل کمپرسور و کندانسور، عملکرد تاسیسات از سرمایش به گرمایش تغییر می‌کند.

کاربرد تاسیسات سرمایشی چیست؟

تاسیسات سرمایشی در نگهداری مواد غذایی، تهویه مطبوع، صنایع شیمیایی و بسیاری از صنایع دیگر کاربرد دارند. از کاربردهای مختلف سیستم‌های سرمایشی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • نگهداری مواد غذایی
    • نگهداری مواد غذایی نظیر سبزیجات، لبنیات و میوه‌ها در سردخانه
    • منجمد کردن مواد غذایی نظیر گوشت
  • تهویه مطبوع
    • ساختمان‌های مسکونی، تجاری و اداری
    • بیمارستان‌ها
    • مجتمع‌های صنعتی
  • صنایع شمیایی
    • جداسازی گازها
    • تقطیر گازها
    • رطوبت‌گیری از هوا
    • جامدسازی ماده از محلول
    • فرآیندهای سردسازی
  • کاربردهای دیگر
تاسیسات سرمایشی از اهمیت بالایی در فرآیند فرآوری مواد غذایی برخوردار هستند.
تاسیسات سرمایشی از اهمیت بالایی در فرآیند فرآوری مواد غذایی برخوردار هستند.

انواع تجهیزات سرمایشی ساختمان کدام هستند؟

تاسیسات سرمایشی مورد استفاده برای تهویه مطبوع و تنطیم دمای داخل ساختمان انواع مختلفی دارند که از متداول‌ترین آن‌ها می‌توان به کولر آبی، کولر گازی، چیلر، هواساز و فن کویل اشاره کرد. در ادامه به معرفی این تجهیزات، اجزا، نحوه عملکرد و ویژگی‌های آن‌ها می‌پردازیم.

کولر آبی چیست ؟

«کولر آبی» (Swamp Cooler) یا «کولر تبخیری» (Evaporative Cooler)، یکی از تاسیسات سرمایشی متداول است که اغلب در نواحی گرم و خشک (با رطوبت پایین) مورد استفاده قرار می‌گیرد. کولر آبی بر اساس سیستم‌های سرمایش تبخیری به انواع مستقیم، غیر مستقیم و دو مرحله ای تقسیم می‌شود. توان هوادهی این کولرها بین 3000 تا 25000 متر مکعب بر دقیقه است. با توجه شرایط اقلیمی، ظرفیت کولر آبی در هر ساعت استفاده مداوم کاهش می‌یابد.

نمونه‌ای از یک کولر آبی معمولی و متداول در تاسیسات سرمایشی ساختمان
نمونه‌ای از یک کولر آبی معمولی و متداول در تاسیسات سرمایشی ساختمان

اجزای کولر آبی چه هستند؟

کولرهای آبی از اجزایی نظیر موتور، دمنده، یاتاقان، پمپ آب، لوله تخلیه/سرریز، شیر شناور (فلوتر)، واسطه تبخیر (پوشال) و لوله توزیع تشکیل می‌شود. تصویر زیر، بخش‌های مختلف کولر آبی را نمایش می‌دهد.

اجزای کولر آبی مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان
اجزای کولر آبی مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان

بخش‌های نمایش داده شده در تصویر بالا عبارت هستند از:

  1. موتور
  2. پولی موتور
  3. تسمه پروانه
  4. پولی‌های دمنده
  5. یاتاقان، طوقه و شفت
  6. سه راهی لوله
  7. محفظه
  8. کیت آند (محافظ محفظه و قطعات کولر در برابر زنگ‌زدگی و تخریب)
  9. لوله‌های تخلیه و سر ریز
  10. سبد پمپ و فیلتر
  11. رسوب گیر آب و فیلتر هوا
  12. شیر شناور
  13. پوشال یا پد واسطه تبخیری
  14. پمپ
  15. صفحه تقسیم
  16. لوله‌های توزیع آب
  17. لوله ورود آب

کولرهای آبی دارای انواع مختلف با ابعاد و قطعات متنوع هستند. به همین دلیل، امکان دارد برخی از موارد بالا در بعضی از انواع کولرهای آبی وجود نداشته یا قطعات متفاوتی در ساختار این کولرها تعبیه شده باشند.

کولر آبی چگونه کار می کند ؟

طرز کار کولر آبی بسیار ساده است. این کولر از اصول تبرید تبخیری بهره می‌برد. به این ترتیب، آب با ورود به درون محفظه کولر و جذب توسط پوشال، با هوای خارج از محفظه برخورد کرده و شروع به تبخیر می‌کند. تبخیر، یک واکنش فیزیکی گرماگیر است که با جذب حرارت، دمای سیستم (آب) را افزایش و دمای محیط (هوای محفظه کولر) را کاهش می‌دهد. موتور کولر، پره‌ها را به حرکت در می‌آورد و هوای خنک را از طریق شبکه تاسیسات سرمایشی به درون ساختمان منتقل می‌کند. آب سطح خارجی پوشال بخار شده و آب جدید دوباره به درون پوشال جذب می‌شود. تاز زمانی که محفظه کولر دارای آب کافی باشد، فرآیند خنک‌سازی ادامه می‌یابد. تصویر زیر، فرآیند تبرید تبخیری در کولرهای آبی را به خوبی نمایش می‌دهد.

نحوه عملکرد کولر آبی
نحوه عملکرد کولر آبی

سیستم تبرید تبخیری دارای انواع مستقیم، غیر مستقیم و دو مرحله‌ای است:

  • سرمایش تبخیری مستقیم: ساده‌ترین و محبوب‌ترین روش سرمایش تبخیری است که هوای خنک در اطراف آب در حال تبخیر را توسط فن به محیط مورد نظر انتقال می‌دهد. خیس کردن سطح پوست و قرارگیری در مقابل باد، مثال ساده‌ای از سرمایش تبخیری مستقیم است.
  • سرمایش تبخیری غیر مستقیم: سیستمی که به سرمایش تبخیری مستقیم شباهت دارد. با این تفاوت که در سیستم غیر مستقیم، فرآیند سرمایش با دمیدن هوای گرم خارجی به درون مبدل حرارتی (معمولا مجموعه‌ای از لوله‌ها)، تبخیر آب، خنک شدن سطح لوله‌های مبدل، مکش هوای گرم به درون لوله‌ها، خنک شدن هوا و دمیدن آن به درون کانال تهویه انجام می‌گیرد.
  • سرمایش تبخیری دو مرحله ای: پیشرفته‌ترین سیستم سرمایش تبخیری به حساب می‌آید که از ترکیب سیستم‌های مستقیم و غیر مستقیم ایجاد می‌شود. کولرهای آبی، مثال خوبی از سرمایش تبخیری دو مرحله‌ای هستند.

مزایا و معایب کولر آبی چه هستند؟

کولرهای آبی از ارزان‌ترین تاسیسات سرمایشی موجود هستند که در تهویه و خنک کردن هوای ساختمان‌های مسکونی، ساختمان‌های اداری، آشپزخانه‌های تجاری، کارخانه‌های بزرگ، انبارهای بزرگ، مراکز فروشگاهی، مجموعه‌های ورزشی سرپوشیده، گلخانه‌ها، رستوران‌ها، هتل‌ها و فضاهای زیرزمینی کاربرد دارند. هزینه پایین نصب، فضای اشغال‌شده کم، بازدهی قابل قبول، این نوع کولر را به گزینه مناسبی برای کاربردهای مذکور تبدیل می‌کند.

کولرهای آبی فقط برای شرایط اقلیمی گرم و خشک مناسب هستند. در صورت وجود رطوبت بالا، عملکرد کولرهای آبی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. کنترل دما در این کولرها بر خلاف کولرهای گازی بسیار پایین و مصرف آب آن‌ها بالا است. فیلترهای مورد استفاده نیز قادر به جذب بسیاری از آلاینده‌های هوایی نیستند. به طور کلی، استفاده از این کولرها برای افراد دارای آسم یا دیگر بیماری‌های تنفسی توصیه نمی‌شود.

اسپلیت یا کولر گازی چیست ؟

کولر گازی یا «تهویه کننده هوای اسپلیت» (Split Air Conditioner)، یکی از محبوب‌ترین دستگاه‌های مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی و گرمایشی ساختمان است. عنوان «Split»، به جدا بودن واحدهای مختلف این سیستم اشاره دارد. از انواع کولرهای گازی می‌توان به سیستم اسپلیت مرکزی، بدون داکت هوا (مینی اسپلیت)، پنجره‌ای، قابل حمل و هیبریدی اشاره کرد. ظرفیت کولرهای گازی بدون داکت (رایج‌ترین نوع کولرهای گازی مورد استفاده در ساختمان‌ها)، معمولا بین 0.5 تا 2 تن تبرید است. به این ترتیب، انواع مختلف این کولرها می‌توانند فضاهایی با مساحت 14 تا 140 متر مربع را به خوبی خنک کنند. به طور کلی، ظرفیت کولرهای گازی با توان کمپرسور آن‌ها نمایش داده می‌شود.

واحدهای داخلی، خارجی و کنترل کولر گازی
واحدهای داخلی، خارجی و کنترل کولر گازی

اجزای کولر گازی کدام هستند؟

کولر گازی دارای دو واحد مجزا است که یکی از آن‌ها در فضای نیازمند تهویه و دیگری در فضای آزاد نصب می‌شود. از اجزای اصلی واحد داخلی می‌توان به فیلتر هوا، دمنده و اواپراتور (تبخیر کننده) اشاره کرد. کمپرسور، فن و کندانسور نیز از مهم‌ترین بخش‌های واحد خارجی هستند. تصویر زیر، قطعات واحد داخلی کولر گازی را نمایش می‌دهد.

اجزای واحد داخلی کولر گازی مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان
اجزای واحد داخلی کولر گازی مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان

بخش‌های علامت‌گذاری شده در تصویر بالا عبارت هستند:

  1. پایه (قاب کف)
  2. محور فن جریان متقاطع
  3. فن جریان متقاطع یا فن لوله ای
  4. صفحه ضد لغزندگی فن جریان متقاطع
  5. هیتر برقی
  6. مجموعه اواپراتور
  7. سنسور تشخیص دمای اتاق
  8. بادگیر
  9. مجرای خروج هوا
  10. کاور پیچ‌ها
  11. قاب میانی
  12. شبکه فیلتر
  13. صفحه پوششی (قاب بالایی)
  14. استپ موتور
  15. محافظ کناری
  16. صفحه
  17. محفظه موتور
  18. صفحه موتور
  19. موتور
  20. صفحه جعبه الکتریکی
  21. پوشش جعبه الکتریکی
  22. صفحه کنترل جعبه الکتریکی
  23. جعبه الکتریکی
  24. صفحه پرس لوله

بخش‌های مختلف واحد خارجی کولر گازی نیز در تصویر زیر آورده شده‌اند.

اجزای واحد خارجی کولر گازی مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان
اجزای واحد خارجی کولر گازی مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان

بخش‌های نمایش داده شده در تصویر بالا عبارت هستند از:

  1. جلو پنجره روبه‌رویی
  2. گیره جلو پنجره روبه‌رویی
  3. محل قرارگیری جلو پجره روبه‌رویی
  4. دستگیره کوچک کناری
  5. پره فن
  6. موتور
  7. تکیه‌گاه موتور
  8. قاب کف کولر
  9. کمپرسور
  10. صفحه جداکننده
  11. کندانسور
  12. قاب بالایی
  13. شبکه پشتی
  14. برد الکتریکی
  15. دستگیره بزرگ
  16. قاب کناری
  17. شیر فشار پایین
  18. شیر فشار بالا
  19. پنل نصب شیر

اجزای واحدهای کولر گازی به نوع آن‌ها بستگی دارد. تصاویر نمایش داده شده در این بخش، اجزای متداول‌ترین نوع این کولرها را ارائه می‌کنند.

کولر گازی چگونه کار می کند ؟

طرز کار کولر گازی، ترکیبی از سیکل تبرید تراکمی با هواساز ساده است. در این فرآیند، گاز فرون به عنوان مبرد، وارد کمپرسور در واحد بیرونی کولر گازی می‌شود و تحت فشار بالا قرار می‌گیرد. بالا رفتن فشار، دمای گاز را افزایش می‌دهد و آن را در حین حرکت به حالت مایع در می‌آورد. مایع به دست آمده از درون کویل‌های کندانسور عبور می‌کند تا به شیر انبساطی برسد. عبور ماده مبرد از شیر انبساطی، کاهش سریع فشار و تبدیل دوباره آن به حالت گاز را به همراه دارد. این فرآیند، باعث آزاد شدن مقدار قابل توجهی از حرارت و کاهش بسیار زیاد دمای سیستم می‌شود.

پیکربندی کولر گازی با یک واحد خارجی و دو واحد داخلی برای تهویه مطبوع بخش‌های مختلف ساختمان
پیکربندی کولر گازی با یک واحد خارجی و دو واحد داخلی برای تهویه مطبوع بخش‌های مختلف ساختمان

گاز برای تکرار این چرخه به سمت کمپرسور باز می‌گردد. واحد داخلی کولر گازی، هوای اتاق را به درون خود می‌کشد و آن را به منظور کاهش دما از درون کویل‌های اواپراتور عبور می‌دهد. سپس، هوای خنک شده را توسط فن‌ها به دورن اتاق می‌دمد. این فرآیند تا رسیدن دمای هوای اتاق به میزان تنظیم شده توسط ترموستات ادامه می‌یابد. با رسیدن به دمای مورد نظر، تجهیزات به طور خودکار متوقف می‌شوند.

مزایا و معایب کولر گازی چه هستند؟

کولر گازی از تاسیسات سرمایشی محبوبی به شمار می‌رود که از مزایای متعددی بهره می‌برد. انواع مختلف، انعطاف‌پذیری بالا، کنترل میزان کاهش دما، تنظیم رطوبت هوا، نگهداری آسان، فضای اشغالی کم، ظاهر جذاب، صدای بسیار پایین در داخل اتاق و بهره‌وری بالا از مزایایی هستند که باعث برتری این دستگاه‌ها نسبت به دیگر سیستم‌های سرمایشی می‌شوند. از محدودیت‌های کولر گازی می‌توان به هزینه بالا نسبت به کولرهای آبی، نیاز به نصب توسط کارشناس، رعایت حداقل فاصله بین واحدها و صدای بلند در فضای بیرونی اشاره کرد.

چیلر چیست ؟

سردکن یا «چیلر» (Chiller)، یکی دیگر از دستگاه‌های مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی است که به منظور تهویه مطبوع ساختمان‌ها و خنک کردن قطعات، ماشین آلات، آب تاسیسات بهداشتی، قالب های صنعتی، غذا و نوشیدنی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه‌ها طی سیکل تبرید، ماده مبرد را به منظور کاهش دمای محیط یا قطعات از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر منتقل می‌کند. آب، به عنوان متداول‌ترین ماده مبرد یا عامل کاهش دما در چیلرها شناخته می‌شود. البته در صورت نیاز به کاهش بیشتر دما می‌توان از مبردهای دیگری نظیر لیتیوم بروماید، آمونیاک یا اتیلن گلیکول استفاده کرد. محدوده ظرفیت چیلرهای مختلف بین 500 تا 9000 تن تبرید قرار دارد. چیلرهای مورد استفاده در ساختمان‌ها معمولا در بازه پایینی این محدوده قرار می‌گیرند.

نمونه‌ای از یک چیلر هوا خنک مورد استفاده برای تاسیسات سرمایشی یک ساختمان تجاری متوسط
نمونه‌ای از یک چیلر هوا خنک مورد استفاده برای تاسیسات سرمایشی یک ساختمان تجاری متوسط

چیلرها بر اساس مکانیزیم تبرید به دو گروه اصلی چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی تقسیم می‌شوند. هر یک از این دو گروه دارای انواع مختلفی هستند که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:

  • انواع چیلر جذبی
    • بر اساس تعداد چرخه تغلیظ: یک اثره، دو اثره یا سه اثره (مقیاس آزمایشگاهی)
    • بر اساس مبرد و جاذب: مبرد آب و جاذب لیتیم بروماید یا مبرد آمونیاک و جاذب آب
    • بر اساس منبع حرارتی ژنراتور: آب گرم/داغ، بخار، گاز داغ یا شعله مستقیم
  • انواع چیلر تراکمی
    • بر اساس ظرفیت و نوع کمپرسور: پیستونی، روتاری، اسکرال، اسکرو و سانتریفیوژ
    • بر اساس نوع کندانسور: هوا خنک و آب خنک

اجزای چیلر کدام هستند؟

چیلرها از چهار بخش اصلی کمپرسور، اواپراتور، کندانسور و شیر انبساط تشکیل می‌شوند. تصویر زیر، بخش‌های مختلف چیلر تراکمی آب خنک را نمایش می‌دهد.

اجزای چیلر تراکمی آب خنک
اجزای چیلر تراکمی آب خنک
  1. کمپرسور
  2. کندانسور
  3. مخزن مبرد
  4. فیلتر خشک
  5. شیر برقی (شیر سلونوئید)
  6. شیر انبساطی (شیر کاهنده)
  7. انشعاب گاز داغ
  8. اواپراتور
  9. مخزن آب
  10. پمپ
  11. انشعاب آب
  12. گیج فشار بالا
  13. کلید تغییر وضعیت فشار بالا
  14. گیج فشار پایین
  15. کلید تغییر وضعیت فشار پایین
  16. کلید تغییر وضعیت جریان
  17. سنسور دما
  18. آب جبرانی

علاوه بر موارد بالا، امکان استفاده از اجزای دیگر برای کاربری‌ها و ظرفیت‌های مختلف نیز وجود دارد. به عنوان مثال، در سیکل تبرید چیلر می‌توان از برج خنک کن یا «برج خنک کننده» (Cooling Tower) برای کاهش دمای مبرد در مرحله کندانسور استفاده کرد. برج‌های خنک‌کننده در چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی آب خنک کاربرد دارند. این تجهیزات بر اساس معیارهای مختلف به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

  • شکل: مکعبی یا استوانه‌ای
  • جنس بدنه: فلزی یا فایبرگلاس
  • جهت جریان هوا: متقاطع یا مخالف
  • نوع تماس آب و هوا: مدار باز (تماس مسنقیم آب و هوا) یا مدار بسته

چیلر چگونه کار می کند ؟

چیلرها بر اساس یکی از سیستم‌های تبرید تراکمی یا تبرید جذبی کار می‌کنند. در بخش‌های قبلی، سیکل تبرید تراکمی را توضیح دادیم. سیستم تبرید جذبی از خاصیت جذب لیتیوم بروماید و آب کمک می‌گیرد. این سیستم از چهار بخش اصلی شامل مخزن جذب، ژنراتور، کندانسور و اواپراتور تشکیل می‌شود.

برای درک نحوه عملکرد سیستم چیلرهای جذبی، اصول زیر را در نظر بگیرید:

  • با رسیدن آب به نقطه جوش، حالت آن از مایع به گاز (بخار) تغییر می‌کند. دمای جوش آب در فشارهای مختلف، متفاوت است. افزایش فشار، باعث افزایش دمای جوش و کاهش فشار، باعث کاهش دمای جوش می‌شود.
  • با تغییر فشار درون چیلر جذبی، آب و لیتیوم بروماید به راحتی بین حالت مایع و گاز تغییر فاز می‌دهند. لیتیوم بروماید، نمکی در حالت مایع است که با اسپری کردن، به بخار آب جذب و با آن ترکیب می‌شود. وجود این نمک، فشار مورد نیاز برای بخار شدن آب را کاهش می‌دهد.
  • افزایش دمای ترکیب آب و لیتیوم بروماید، جدا شدن این دو ماده از یکدیگر را در پی دارد. این جدایش با بخار شدن آب و ته نشین شدن لیتیوم بروماید صورت می‌گیرد.
سیکل تبرید جذبی
سیکل تبرید جذبی

تصویر بالا، اجزای اصلی چیلرهای جذبی را نمایش می‌دهد. با بهره‌گیری از اصول معرفی شده، سیکل تبرید جذبی به صورت زیر خواهد بود:

  1. ترکیب حدود 50 درصد لیتیوم بروماید و 40 درصد آب در محفظه جذب
  2. هدایت محلول از محظه جذب و مبدل حرارتی به ژنراتور توسط پمپ
  3. جمع شدن محلول به درون مخزن ژنراتور
  4. افزایش حرارت لوله‌های درون مخزن ژنراتور توسط منبع حرارتی (آب داغ یا بخار آب)
  5. جدایش آب و لیتیوم بروماید به دلیل افزایش حرارت
  6. بخار شدن آب و حرکت آن به سمت کندانسور
  7. ته نشین شدن لیتیوم بروماید مایع در کف مخزن ژنراتور و حرکت به سمت محفظه جذب برای تکرار فرآیند انحلال
  8. تبدیل بخار آب به مخلوط دوفازی در کندانسور
  9. جذب حرارت مخلوط دوفازی توسط لوله‌های متصل به برج خنک‌کننده یا هر منبع خنک‌کننده دیگر و تبدیل شدن مخلوط به مایع
  10. حرکت آب به سمت اواپراتور و کاهش شدید فشار و دمای آن در این مسیر توسط شیر انبساط
  11. عبور آب خنک از اواپراتور و جذب حرارت محیط (گرم شدن مجدد آب و سرد شدن محیط)
  12. بازگشت آب به محفظه جذب و تکرار فرآیندهای بالا

مزایا و معایب چیلر چه هستند؟

چیلرها تاسیسات سرمایشی نسبتا بزرگی هستند که هر یک از انوع آن‌ها از مزایای مختلفی بهره می‌برند. از این‌رو، برای درک بهتر مزایا و معایب چیلرها باید عملکرد انواع مختلف آن‌ها را مورد بررسی قرار داد.

  • چیلرهای جذبی
    • مزایا: مصرف پایین برق، طول عمر زیاد، صدا و لرزش پایین، گزینه‌های متعدد تامین انرژی (ژنراتورهای دیزلی، آب گرم، دود ناشی از سوختن، بخار و ترکیبی از این موارد)
    • معایب: هزینه اولیه زیاد، خورندگی لیتیوم بروماید، ابعاد بزرگ، وزن بالا، فشار عملیاتی پایین، ضریب عملکرد نسبتا پایین، نیاز به برج خنک کننده بزرگ
  • چیلرهای تراکمی
    • مزایا: ابعاد نسبتا کوچک، حجم پایین مبرد در حال چرخش (هزینه اجرایی نسبتا پایین)، ضریب عمرکد بالا، کنترل آسان دمای اواپراتور، انتقال حرارات بالا، کوچک بودن ابعاد اواپراتور
    • معایب: هزینه اولیه زیاد، مبرد گران، اثرات مخرب زیست محیطی و نیاز به کنترل برای جلوگیری از نشت مبرد

البته موارد اشاره شده در بالا برای زیرمجموعه‌های هر یک از انواع چلیرها متفاوت است. به عنوان مثال، چیلرهای آب خنک معمولا طول عمر بیشتر و عملکرد بهتری نسبت به چیلرهای هوا خنک دارند. در مجموع، چلیرها به عنوان یکی از پرکاربردترین تاسیسات سرمایشی از اهمیت بالایی در حوزه مهندسی مکانیک و تاسیسات برخوردار هستند.

هواساز چیست ؟

«هواساز» (Air Handler)، یکی از مهم‌ترین بخش‌های تاسیسات سرمایشی و به طور کلی سیستم‌های حراتی و برودتی است که به منظور تنظیم بارهای حرارتی/برودتی، تمیزی هوا، رطوبت و دیگر پارامترهای موثر بر تهیه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تجهیزات معمولا به عنوان یکی از اجزای سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی در کنار دیگر تجهیزات به کار برده می‌شود. البته امکان استفاده از هواساز به عنوان سیستم تهویه مجزا نیز وجود دارد.

نمونه‌ای از یک هواساز مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان (از نوع روف‌تاپ پکیج)
نمونه‌ای از یک هواساز مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان (از نوع روف‌تاپ پکیج)

معیارهای مختلفی برای تقسیم‌بندی انواع هواساز وجود دارد. بر اساس این معیار می‌توان هواسازها را به انواع زیر تقسیم کرد:

  • کاربری: معمولی، هایژنیک (بهداشتی)
  • محل نصب: سقفی و روفتاپ پکیج
  • کنترل جریان هوا: هوا با حجم ثابت (CAV) یا هوا با حجم متغیر (VAV)
  • محدوده کنترل تهویه: یک ناحیه‌ای یا چند ناحیه‌ای
  • محل قرارگیری فن: پیش از کویل یا کنار کویل
  • جهت خروجی جریان هوا: جلو، بالا یا پایین
  • پیکربندی: افقی یا عمودی

اجزای هواساز چه هستند؟

هواسازها معمولا از داکت‌های ورود و خروج هوا، دمنده، لرزه‌گیر، کویل‌های مبدل حرارتی، فیلتر و محفظه اختلاط تشکیل می‌شوند. تصویر زیر، برخی از بخش‌های یک واحد هواساز در تاسیسات سرمایشی را نمایش می‌دهد.

اجزای تشکیل دهنده هواساز
اجزای تشکیل دهنده هواساز
  1. داکت ورود هوا
  2. دمنده یا فن: حرکت هوا در سیستم به صورت دهشی یا مکشی
  3. لزره‌گیر: جلوگیری از حرکت‌های اضافی هواساز و آلودگی‌های هوایی (غبار) یا صوتی ناشی از آن‌ها
  4. کویل‌های گرمایشی و یا سرمایشی: تغییر دما و طروبت هوای ورودی با توجه به محل تهویه
  5. فیلتر: گرفتن غبار و آلودگی‌های موجود در هوا با استفاده از اجزای قابل شستشوی فلزی، کیسه‌ای، کربن اکتیو و غیره
  6. محفظه اختلاط: ترکیب هوای بیرون و داخل هواساز برای دستیابی به دمای دلخواه

اجزای هواساز درون بدنه‌ای از از جنس ورق فولاد گالوانیزه با عایق حرارتی و صوتی قرار داده می‌شوند. علاوه بر موارد بالا، امکان به کارگیری اجزای زیر در هواساز وجود دارد:

  • دمپر: تنظیم کننده دبی هوای ورودی به هواساز
  • رطوبت زن: تامین رطوبت سیستم با استفاده از مکانیزم‌های مختلفی نظیر روش تبخیری، آلتراسونیک، اسپری و رسانشی (مانند پوشال کولر آبی)
  • کنترلر: تنظیم و مدیریت تمام ویژگی‌های مرتبط با هوا نظیر نرخ جریان هوا، دمای هوای ورودی، دمای هوای مخلوط شده، رطوبت و کیفیت کلی هوا
  • دستگاه بازیابی حرارت: ذخیره انرژی و افزایش ظرفیت هواساز توسط جانمایی مبدل حرارتی بین هوای وروی و خروجی

علاوه بر موارد بالا، هواسازهای از اجزای دیگری نظیر کنترلر، ترموستات، شیرهای برقی محفظه اختلاط و غیره نیز تشکیل می‌شوند. در مجموع، هر یک از اجزای هواساز بر روی عملکرد بهینه سیستم سرمایشی تاثیرگذار هستند.

هواساز چگونه کار می کند ؟

هواساز طی فرآیند مکش، فیلتر، تنظیم دما و افزایش رطوبت هوای آزاد و دهش آن به کانال تهویه کار می‌کند. تصویر زیر، نمای کلی سیستم تهویه ساختمان به وسیله هواساز را نمایش می‌دهد.

سیکل گردش هوا در هواساز
سیکل گردش هوا در هواساز

مزایا و معایب هواساز چه هستند؟

از اصلی‌ترین مزایای هواساز می‌توان به کیفیت بالای هوای داخل ساختمان علاوه بر تامین سرمایش یا گرمایش مورد نیاز اشاره کرد. این تاسیسات سرمایشی و گرمایشی، امکان تنظیم رطوبت محیط را نیز فراهم می‌کند. سرمایش آسان طبقات بالایی ساختمان‌های بلند، کاهش انرژی مصرفی، بازدهی بالا و کاربری‌های متنوع از دیگر مزایای هواسازها به شمار می‌روند. البته این تجهیزات نیاز به طراحی دقیق تعداد، ابعاد و محل نصب برای کاربری‌های مخصوص دارند. عدم اجرای مناسب هواساز، علاوه بر افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، مشکلاتی نظیر نشت هوا، بر هم خوردن تعادل بارهای حرارتی و آلودگی‌های صوتی را به همراه خواهد داشت.

یک از مهارت‌های ضروری در طراحی تاسیسات سرمایشی و گرمایشی ساختمان، محاسبه بارهای حرارتی و برودتی توسط نرم افزارهای تخصصی است. نرم افزار Carrier HAP، به عنوان یک ابزار کامپیوتری معتبر در این زمینه شناخته می‌شود که نتایج حاصل از آن مورد تایید چک لیست سازمان نظام مهندسی ساختمان قرار دارد. فرادرس، یک فیلم آموزشی جامع و کاربردی، مبانی به کارگیری نرم افزار کریر برای محاسبه بارهای حرارتی و برودتی را تشریح کرده است.

فن کویل چیست ؟

«فن کویل» (Fan Coil)، یکی از تاسیسات سرمایشی پرکاربرد در تهویه مطبوع ساختمان‌های مسکونی، اداری، رستوران‌ها و دیگر فضای کوچک است. بر خلاف هواسازها، فن کویل‌ها را می‌توان به صورت مجزا و برای تهویه مطبوع فضاهای کوچک با شرایط محیطی مرطوب مورد استفاده قرار داد. فن کویل‌ها به انواع زمینی - سقفی، سقفی توکار، کاست یک طرفه، کاست چهار طرفه و کانالی تقسیم می‌شوند. از بین این موارد، فن کویل‌های زمینی - سقفی و سقفی توکار کاربرد بیشتری بنسبت به انواع دیگر فن کویل دارند.

عملکرد فن کویل
اتاقی که سیستم فن کویل سقفی توکار در آن اجرا شده است.

اجزای فن کویل چه هستند؟

فن کویل، دستگاه ساده‌ای است که از دو بخش اصلی دمنده (همان فن) و کویل (شبکه مبدل حرارتی) تشکیل می‌شود. فن‌ها نیز تصویر زیر، بخش‌های مختلف یک فن کویل را نمایش می‌دهد.

فن کویل
اجزای فن کویل

فن کویل چگونه کار می کند ؟

طرز کار فن کویل‌ها بسیار ساده است. کویل‌های مبدل حرارتی این دستگاه‌ها معمولا با اتصال به منبع آب سرد مانند چیلرهای آب، سرمایش مورد نیاز سیستم را تامین می‌کنند. فن‌های مکشی هوای داخل اتاق را به درون فن کویل می‌کشند. فن‌های دهشی نیز این هوا را به منظور خنک‌سازی از روی کویل‌ها عبور می‌دهند و توسط خروجی‌های تعبیه شده، هوای سرد را به درون اتاق هدایت می‌کنند.

نحوه عملکرد فن کویل
نحوه عملکرد فن کویل

مزایا و معایب فن کویل چه هستند؟

فن کویل‌ها از تاسیسات سرمایشی مناسب برای ساختمان‌های مسکونی و اداری با فضای کوچک تا متوسط هستند. سرمایش یا گرمایش سریع محیط و از بین بردن همزمان رطوبت، از مزایای اصلی این تجهیزات به شمار می‌روند. در صورت استفاده از منبع تغذیه الکتریکی، مصرف انرژی فن کویل بسیار پایین خواهد بود. علاوه بر این موارد، فن کویل‌ها از هزینه نصب پایین و نیاز به نیروی کار کم بهره می‌برند. البته تولید صدای بالا، ظاهر غیر جذاب و اشغال فضای داخلی و خارجی ساختمان از معایب اصلی این تاسیسات سرمایشی به شمار می‌رود. به علاوه، بیشتر برای نواحی گرم و مرطوب مناسب است و استفاده از سرمایش خشک (بدون رطوبت) آن‌ها می‌تواند برای سلامتی افراد زیان‌آور باشد.

فیلم آموزش سیستم های تبرید در تاسیسات سرمایشی

فیلم آموزش سیستم های تبرید

تاسیسات سرمایشی از اصلی‌ترین تاسیسات مکانیکی مورد استفاده در انواع ساختمان‌ها و صنایع مختلف هستند. تهویه مطبوع و بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان توسط سیستم‌های تبرید صورت می‌گیرد. آشنایی با اجزای این سیستم‌ها و اصول عملکرد آن‌ها، اهمیت بالایی در مهندسی مکانیک و شیمی دارد. از این‌رو، فرادرس، یک فیلم آموزشی جامع را به مدت 4 ساعت و 41 دقیقه تهیه کرده است که در قالب 10 درس به آموزش متداول‌ترین سیستم های تبرید و سردخانه ای مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی می‌پردازد. سرفصل‌های این فیلم آموزشی عبارت هستند از:

  1. مقدمه‌ای بر تبرید و مفاهیم آن
  2. سیستم های تبرید هوایی
  3. سیستم های تبرید تراکمی
  4. سیستم های تبرید چند مرحله ای
  5. سیستم های تبرید جذبی
  6. محاسبه بار برودتی سردخانه
  7. مبردها
  8. کمپرسورها
  9. اواپراتورها و کندانسورها
  10. وسایل انبساطی

سیستم VRF چیست ؟

سیستم تهویه مطبوع حجم متغیر، «جریان مبرد متغیر» (Variable Refrigerant Flow) یا به اختصار VRF، یکی از سیستم‌های مدرن تبرید تراکمی است که مانند کولرهای گازی بدون داکت از مبرد برای سرمایش و گرمایش محیط استفاده می‌کند. مبردهای سیستم VRF توسط یک یا چند واحد کندانسور (خارجی یا داخلی و هوا خنک یا آب خنک) کنترل شده و بین واحدهای خارج و داخل جابجا می‌شوند. سیستم‌های تهویه مطبوع حجم متغیر برخلاف سیستم‌های مورد استفاده در چیلرها، امکان تغییر میزان سرمایش را فراهم می‌کنند.

واحدهای داخلی و خارجی سیستم VRF
واحدهای داخلی و خارجی سیستم VRF

سیستم‌های VRF دارای سه نوع سرمایشی، پمپ حرارتی و گرمایشی هستند. تمام این سیستم‌ها می‌توانند به عنوان تاسیسات سرمایشی ساختمان مورد استفاده قرار بگیرند. البته نوع گرمایشی سیستم VRF، قادر به تامین همزمان گرمایش و سرمایش در بخش‌های مختلف ساختمان است. سیستم‌های جریان مبرد متغیر امروزی می‌توانند هر واحد خارجی تاسیسات سرمایشی را به حدود 64 واحد داخلی متصل کنند. عملکرد سیستم VRF بر مبنای سیکل تبرید تراکمی است. به این ترتیب، این سیستم از چهار بخش اصلی کمپرسور، کندانسور، شیر انبساطی و اواپراتور تشکیل می‌شود.

نمونه‌ای از پیکربندی سیستم VRF
نمونه‌ای از پیکربندی سیستم VRF

سیستم‌های VRF از جدیدترین سیستم‌های مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی ساختمان به شمار می‌رود که به دلیل مزایای متعدد، با استقبال زیادی مواجه شده است. آشنایی با اصول طراحی و اجرای این سیستم‌ها می‌تواند فرصت‌های شغلی مناسبی را پیش روی مهندسان مکانیک، برق، تاسیسات و عمران قرار دهد.

علاوه بر سیستم‌های معرفی شده، سیستم‌های دیگری نیز وجود دارند که به منظور تهویه مطبوع ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای آشنایی بیشتر با این سیستم‌ها، مطالعه مطلب «تهویه مطبوع چیست؟ — به زبان ساده» را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

بر اساس رای ۱۴ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
EnergyDialMFGDrEnergySaverSmartClimaNewAirUBCoolTrusteyManTheEngineeringMindsetWikipediaIMITWikipedia
نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *