مینی چیلر یا چیلر آپارتمانی یا همان چیلر خانگی همانطور که از نام آن مشخص است، یک چیلر با ظرفیت کم با ظرفیت محدود برای استفاده در واحد های مسکونی و آپارتمانی و گاها در سیکل های صنعتی می باشد. مینی چیلر در دسته چیلرهای تراکمی دارد و عموماً به صورت هواخنک طراحی و تولید می شود. به صورت کلی، دارای پمپ و منبع انبساط به صورت کارخانه ای است و لذا راه اندازی آن بسیار ساده و سریع است. در مقاله انواع چیلر با ۱۳ نوع چیلر و راهنمای خرید چیلر از الیماکول آشنا شدیم. در این مقاله به راهکار تهویه مطبوع ساختمان های مسکونی با دستگاه مینی چیلر یا چیلر خانگی بیشتر آشنا خواهیم شد.

مینی چیلر چگونه کار می کند؟

انواع چیلر تراکمی از جمله مینی چیلر آپارتمانی بر اساس سیکل تبرید تراکمی بخار یا سیکل معکوس چرخه کارنو عمل می کنند. بخار مبرد کم فشار که از سمت اواپراتور توسط کمپرسور مکیده می شود، توسط کمپرسور متراکم شده و دما و فشار آن افزایش می یابد. گاز پرفشار خروجی از کمپرسور وارد کویل کندانسور مینی چیلر آپارتمانی شده و از طریق فن کندانسور، هوا بر روی کویل کندانسور جاری می شود و تبادل حرارت بین گاز پرفشار و هوای بیرون اتفاق می افتد و دمای گاز افت کرده و به مایع پرفشار تبدیل می شود.

مایع خروجی از کندانسور، وارد شیر انبساط شده و با فرآیند اختناق و شکستن فشار که اتفاق می افتد، به مخلوط مایع-گاز با دمای پایین تبدیل می شود و وارد اواپراتور می شود. مایع مبرد با دمای بسیار کم، از آب در گردش در اواپراتور حرارت را جذب کرده، تبخیر می شود و به گاز کم فشار تبدیل می شود و توسط کمپرسور مکیده می شود. این سیکل عملکرد، دائما تکرار می شود و مینی چیلر در یک سیکل عملکرد پیوسته، آب را متناوبا خنک می سازد.

اجزای تشکیل دهنده مینی چیلر

مینی چیلر آپارتمانی داری ۴ بخش اصلی در سیکل تبرید خود است. این چهار بخش به شرح ذیل می باشد:

• کمپرسور (Compressor)

• کندانسور (Condenser)

• شیر انبساط (Expansion valve)

• اواپراتور (Evaporator)

این چهار بخش، هر کدام وظیفه ای مهم در سیکل تبرید دارند که در ادامه به صورت مبسوط بررسی می‌شود:

کمپرسور مینی چیلر

کمپرسور مینی چیلر قلب سیکل تبرید است و وظیفه مکش گاز کم فشار از اواپراتور و افزایش فشار آن تا ۴ الی ۵ برابر فشار ورودی را بر عهده دارد. با افزایش فشار، دمای گاز نیز افزایش می یابد. کمپرسورها بر اساس کاربری و ظرفیت سیستم تبرید انتخاب می شود و انتخاب صحیح کمپرسور تاثیر به سزایی در راندمان نهایی دستگاه مینی چیلر آپارتمانی دارد.

عموماً در مینی چیلر از کمپرسورهای اسکرال بسته یا Hermetic Scroll Compressor استفاده می شود. البته در بعضی از کاربردها مربوط به مناطق گرمسیر یا مدل های صنعتی مینی چیلر، از کمپرسور بسته یا نیمه بسته پیستونی Reciprocating نیز استفاده می شود.

کندانسور مینی چیلر

کندانسورهای مینی چیلر آپارتمانی از نوع هوا خنک هستند. علت این انتخاب، سادگی بهره برداری، نگهداری مینی چیلر و کاهش نیاز به خدمات سرویس کار مینی چیلر است. با توجه به اینکه در کندانسور هوا خنک، فن آکسیال کندانسور گرمای مبرد پرفشار گازی را به هوای بیرون منتقل می کند، می بایست در محیط آزاد نصب گردد. بهترین فضای نصب برای مینی چیلر های آپارتمانی الیماکول، فضای پشت بام است که در زمان سرویس و نگهداری، کمترین مزاحمت برای اهالی خانه را به همراه دارد.

کندانسور مینی چیلر ها از دو بخش کویل کندانسور و فن آکسیال تشکیل شده است. کویل کندانسور در دو نوع کلی در کشور رایج است:

کویل فین و تیوب یا Fin-Plate-Tube که ساختار کلی این کویلها، از فین آلومینیومی پانچ شده به همراه لوله های مسی اکسپند شده در داخل فین آلومینیومی تشکیل شده است. فین های آلومینیومی، در سه نوع ساده، فین گلد و فین بلو در بازار موجود است.

کویل میکرو چنل یا Microchannel Coil جزو انواع جدید و پیشرفته کویلهای کندانسور است که ساختاری شبیه به رادیاتور ماشین دارد. این کویل از کانال های آلومینیومی به همراه فین آلومینیومی نوع مواج تشکیل شده است که به دلیل ساختار خاص این کویل، راندمان بالاتری در مقایسه با کویل فین پلیت تیوب دارد. اما به دلیل مشکلات ناشی از تعمیرات و نگهداری، به صورت گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرد.

شیر انبساط مینی چیلر

این قطعه در سیکل تبرید تراکمی بخار مینی چیلر، دو وظیفه بر عهده دارد، اولین وظیفه شیر انبساط مینی چیلر کاهش فشار و دمای مبرد مایع پرفشار و دومی وظیفه آن، کنترل دبی مبرد ورودی به اواپراتور است. شیر های انبساط عموماً براساس میزان سوپرهیت اندازه گیری شده در خروجی اواپراتور، عمل می کنند و به گونه ای طراحی و تنظیم میشوند که تا حد امکان از ورود مایع مبرد به کمپرسور جلوگیری نمایند.

به صورت کلی، دو نوع شیر انبساط وجود دارد: شیر انبساط الکترونیکی و شیر انبساط ترموستاتیکی یا مکانیکی. شیر انبساط مکانیکی با استفاده از بالب یا حباب دمای خروجی از اواپراتور را اندازهگیری می کند و پس از تبدیل آن به فشار، دیافراگم شیر را جابجا می کند و میزان جریان مبرد عبوری را کنترل می کند.

شیر انبساط الکترونیکی: نوع دیگری از شیرهای انبساط که با اندازه گیری دما توسط سنسور فشار PT۱۰۰ و فشار مبرد خروجی از اواپراتور از طریق ترانسمیتر فشار ولتاژی، مسیر عبور جریان مبرد را با فرمان به یک استپر موتور داخل شیر انبساط کنترل می کند. دقت کنترل جریان مبرد در شیر انبساط الکترونیکی از شیر انبساط ترموستاتیکی بسیار بالاتر است. البته لازم به ذکر است که قیمت شیر انبساط الکترونیکی نیز از قیمت شیر انبساط ترموستاتیکی به مراتب بالاتر است.

اواپراتور مینی چیلر

نوعی مبدل حرارتی است که آب چیلد مورد نیاز فن کویل ها یا هواساز را با جذب حرارت از آب برگشتی توسط مبرد خنک تامین می کند. بطوریکه آب گرم ورودی به اواپراتور که از سمت فن کویل یا هواساز برگشته است، در اثر انتقال حرارت با مخلوط مبرد سرد ورودی به اواپراتور، خنک می کند. اواپراتورهای چیلر خانگی در دو نوع پوسته لوله و صفحه ای نصب و راه اندازی می گردد. در مبدل های حرارتی پوسته لوله، تعدادی لوله مسی بسته به ظرفیت سرمایشی اواپراتور، در داخل یک لوله فولادی قطور قرار می گیرد و مبرد در داخل لوله های مسی جریان دارد و آب درون لوله فولادی که مشهور به پوسته است جریان دارد. در اثر تماس آب با سطح لوله های مسی، آب خنک می شود.

مبدل حرارتی صفحه از تعدادی صفحات نازک فلزی عموماً از جنس استنلس استیل جهت انتقال حرارت بین دو جریان سرد و گرم که در طرفیت صفحات جریان دارد، تشکیل شده است. صفحاتی با سطوح صاف و یا موج دار که ضمن ایجاد کانال های انتقال جریان های مبرد و آب، آن ها را از هم جدا می کنند.

مزیت عمده اواپراتور صفحه ای در این است که جریان های آب و مبرد مایع را در معرض سطح بیشتری برای تبادل حرارتی قرار می دهد؛ لذا برای تولید دبی یکسانی از جریان آب، ابعاد اواپراتور صفحه ای به مراتب کوچکتر از ابعاد یک اواپراتور پوسته و لوله با ظرفیت مشابه خواهد بود.

کاربرد مینی چیلر یا چیلر خانگی

در پروژه های تهویه مطبوع، از مینی چیلر تراکمی آپارتمانی یا همان چیلر خانگی همانطور که از نامش مشخص است، برای تامین آب چیلد واحد های آپارتمانی و مسکونی استفاده می شود. در کنار مینی چیلر از ترمینال هایی به نام فن کویل استفاده می شود که در اتاق ها و سالن های مختلف یک واحد مسکونی یا اداری تعبیه می گردند استفاده می شود به گونه ای که آب چیلد تولیدی مینی چیلر از درون لوله های مسی فن کویل عبور می کند و هوای خنک را برای تامین دمای آسایشی فضای واحد مسکونی تامین می کند. پس از جذب حرارت هوای اتاق، آب درون لوله های فن کویل گرم می شود و مجددا به سمت چیلر برگشت داده می شود تا دمای آن به دمای مورد نیاز کاهش داده شود .

اثر اقلیم بر مینی چیلر

به صورت کلی، شرایط اقلیمی و آب و هوایی محل نصب سیستم تهویه مطبوع، می تواند در انتخاب نوع سیستم های سرمایشی و گرمایشی به شدت موثر باشد. بعنوان مثال سیستم های سرمایش تبخیری مانند کولر آبی، زنت و ایرواشر بیشتر در مناطقی با آب و هوای خشک مانند یزد کارایی مناسب خواهند داشت. در شهرهایی که شرایط آب و هوایی شرجی و مرطوب داشته باشند یا با مشکلات کم آبی مواجه هستند، این سیستم ها قابل استفاده نیستند. لذا مینی چیلر در مناطق مرطوب و مناطق کم آب و خشک، به عنوان یک راهکار مدرن، قابل استفاده خواهد بود.

در صورت استفاده از مینی چیلر در پروژه های صنعتی و یا در مناطق گرمسیر مانند اهواز، کمپرسورهای پیستونی بسته یا نیمه بسته، عموماً انتخاب منطقی تری است؛ بدین علت که بر خلاف کمپرسورهای در محیط های گرمسیر که منجر به فشار بیشتر کندانسور می شود، عمر و دوام بیشتری دارند.

تفاوت مینی چیلر آپارتمانی و مینی چیلر صنعتی

در مینی چیلر های آپارتمانی، شرایط کاربری و نگهداری از قبل مشخص است و تنها می بایست اثرات اقلیم را در طراحی کندانسور لحاظ نمود. اما در مینی چیلرهای صنعتی، کاربری پروژه در طراحی و آپشن های دستگاه به شدت موثر است. به عنوان مثال در بعضی کاربردها مانند خنک کاری قالب های تزریق پلاستیک، آب چیلد با دمای حدود ۱۵ الی ۲۰ درجه سانتیگراد لازم است. یا در مراکز داده، آب با دمای ۱۰ درجه سانتیگراد مورد نیاز است. همچنین در انواعی از چیلرهای صنعتی مانند مینی چیلر دستگاه برش لیزر، می بایست دمای آب چیلد با توجه به دمای محیط بیرون، متغیر باشد. لذا، طراحی و تولید مینی چیلر بر اساس کاربری پروژه و اقلیم محل نصب تفاوت خواهد کرد. همچنین گاها در پروژه هایی نیاز است که مینی چیلر صنعتی از راه دور مانیتور شود که نیازمند کنترلرهای خاص و تحت شبکه جهت مانیتورینگ از راه دور می باشد.

موقعیت نصب مینی چیلر در ساختمان

در واحد ها و آپارتمان های مسکونی، عموماً تلاش می شود مینی چیلر را در تراس یا بالکن نصب کنند تا طول لوله کشی آب چیلد فن کویل ها به حداقل برسد و کمترین افت فشار بر روی پمپ اعمال شود. اما با توجه به اینکه در شهرها عموماً آپارتمان ها با حداکثر متراژ ساخته می شوند، بالکن اغلب آپارتمان های فعلی فضای کوچکی دارند، و لذا فضای بالکن و تراس جهت نصب مینی چیلر آپارتمانی جوابگو نیست. در چنین شرایطی دستگاه مینی چیلر آپارتمانی بر روی پشت بام نصب می شود و لوله های رفت و برگشت آب چیلد از طریق رایزرها به فن کویل های واحد مسکونی منتقل می شود.

نصب در بالکن و تراس، مشکلات دیگری نیز با خود به همراه دارد. سر و صدای کمپرسور دستگاه مینی چیلر آپارتمانی، می تواند صدای آزاردهنده ای برای ساکنین باشد. همچنین گاها تامین برق سه فاز در بالکن نیز دشوار است. از طرف دیگر، با توجه به اینکه مینی چیلرها، هوا خنک هستند، می بایست در بالکن به گونه ای نصب گردند که هوای بیرون را به راحتی بر روی کویل حرکت داده و هوای گرم خروجی از کندانسور با هوای مکش کویل، تداخل نداشته باشد.

در کل تامین فضای نصب مینی چیلر یکی از چالش های این سیستم تهویه مطبوع در آپارتمان ها و ساختمان های مسکونی است و این مسئله یکی از دلایلی است که در ساختمان های بزرگ، استفاده از چیلر مرکزی ترجیح داده می شود.

تفاوت چیلر و مینی چیلر

یکی از سؤالات متداول در بین مشتریان و سازندگان واحد های مسکونی در زمان خرید دستگاه مینی چیلر این است که چه تفاوتی بین چیلر و مینی چیلر وجود دارد؟ تفاوت های بین مینی چیلر و چیلر در کاربرد و شرایط نصب است. به عنوان نمونه، مینی چیلرها تا ظرفیت ۱۰ تن تبرید تولید می شوند که برای یک واحد مسکونی با حداکثر ۳۰۰ متر مربع، راهگشاست. اما چیلر های تراکمی را تا ظرفیت های ۸۰۰ تن تبرید نیز می توان طراحی و تولید نمود. از طرفی، شرایط نصب تعداد بسیار زیادی مینی چیلر، منجر به تخصیص فضای زیادی از پشت بام می شود. همچنین حجم کابل کشی، هزینه های لوله کشی و خرید پمپ و منبع انبساط به صورت جداگانه به ازای هر دستگاه، در نهایت هزینه کل پروژه را به شدت افزایش می دهد. این در شرایطی است که یک چیلر اسکرال یا اسکرو، می تواند به راحتی کل یک ساختمان را به تنهایی پوشش دهد.

مینی چیلر مدولار یا ماژولار

استفاده از مینی چیلرها برای ساختمان های بزرگ با تعداد واحدهای زیاد، به لحاظ هزینه های سرمایه گذاری اولیه شامل تامین و تامین فضای کافی برای جانمایی مینی چیلرها، انتخاب چندان مناسبی نخواهد بود. از طرف دیگر، به کارگیری چیلر مرکزی مقرون به صرفه است و فضای کمتری اشغال می کند که از این نظر برای کارفرمایان و سازندگان پروژه های مسکونی اهمیت ویژه ای دارد؛ اما در صورت خرابی دستگاه چیلر، کل سیستم سرمایش ساختمان قطع می شود و موجب اعتراض ساکنین خواهد شد.

برای رفع این مساله مهندسین الیماکول، سیستم های تهویه مطبوع مدولار را به عنوان چیلر مرکزی پیشنهاد می کنند. این سیستم ها در واقع بدین صورت است که چندین دستگاه مینی چیلر با ظرفیت مثلا ۱۰ تن تبرید، با کمک یک کنترلر به عنوان Master، برحسب نیاز سرمایشی روشن و خاموش میشوند. مهمترین ویژگی این مینی چیلرها اینست که این مینی چیلرها، مصرف برق بهینه تری دارند و در صورت خرابی، بخشی از سیستم سرمایش از دست خواهد رفت و سایر مینی چیلرها، در مدار سرویس دهی باقی خواهند ماند. در نهایت سطح اشغال کاهش می یابد و امنیت سیستم تهویه مطبوع افزایش خواهد یافت.

در نهایت، بایستی توجه داشت که چیلرها در بیشتر ساعات کاری خود با ظرفیتی کمتر از ۵۰ درصد ظرفیت کل کار می کنند و آب چیلر تولید می کنند و مهمترین قطعه ای از چیلر که در سیستم تولید برودت صدا ایجاد می کند، کمپرسور است. بنابراین با مدولار طراحی کردن سیستم چیلر یا مینی چیلرهای یک ساختمان، در بیشتر ساعات کمتر از نصف کمپرسورها روشن بوده و تاثیر قابل توجهی بر کاهش سطح صدای تولیدی در حال کار دستگاه چیلر مدولار خواهد داشت.