نحوه ی محاسبه ی ظرفیت حرارتی چیلر

در طراحی و یا خرید دستگاه چیلر، بدون توجه به نوع آن که تراکمی باشد و یا جذبی، لازم است که ظرفیت چیلر محاسبه شده و مورد لحاظ قرار بگیرد. اگر قصد خرید چیلرهای موجود در بازار را داشته باشید هم احتمالاً دیده اید که در مشخصات چیلر عددی به نام ظرفیت چیلر نیز به چشم می خورد. واحد ظرفیت چیلر معمولاً بر حسب تن تبرید و یا BTU/hr (بی تی یو بر ساعت) ذکر می شود. همچنین ممکن است بر اساس واحدهای متریک نیز ظرفیت چیلر محاسبه شود؛ که در این صورت واحد آن Kj/Kg.K (کیلوژول بر کیلوگرم. کلوین) خواهد بود. در این مقاله قصد داریم دربارۀ نحوه محاسبه ظرفیت چیلر صحبت کنیم و اهمیت آن را در انتخاب یک چیلر مناسب شرح دهیم و فرمول آن را برای شما توضیح دهیم.

آشنایی با چیلرها

چیلر یک دستگاه صنعتی و یا خانگی است که ساختمان آن بر اساس یک سیکل تبرید تراکمی طراحی می شود. به طوری که سیال مبرد در داخل چیلر به جریان افتاده، خنک می شود. حال از این سیال خنک شده می توان برای خنک سازی مکان دیگری استفاده کرد. برای مثال می توان برای پایین آوردن دمای خانه از یک چیلر تراکمی خانگی استفاده کرد. در این چیلرها اغلب آب وظیفۀ خنک کردن محیط را بر عهده دارد. آب در خطوط لولۀ چیلر به جریان افتاده، طبق اصل سیکل های تبریدی خنک می شود. حال چرخش آب در لایۀ بیرونی چیلر باعث می شود که بین بدنۀ چیلر و محیط اطراف تبادل حرارت صورت بگیرد؛ که نتیجۀ این تبادل حرارتی نیز خنک شدن محیط اطراف است.

از چیلرها همچنین در محیط های صنعتی و گاه در طراحی سردخانه های نیز استفاده می شود. چیلرها در دو نوع چیلر های جذبی و چیلر های تراکمی ساخته می شوند. تفاوت چیلرهای تراکمی با چیلرهای جذبی این است که در نوع تراکمی از کمپرسور برای فشرده سازی گاز مبرد استفاده می شود. ولی ساختمان چیلرهای جذبی بر اساس تکنولوژی جذب کننده ها و مبدل های حرارتی طراحی می گردد.

اهمیت ظرفیت اسمی چیلر

برای طراحی چیلرها، چه از نوع تراکمی باشد و چه از نوع جذبی، عددی لحاظ می شود که به آن ظرفیت اسمی چیلر می گویند. این عدد بر  اساس استانداردهای تعیین شده محاسبه شده و در تمام دنیا می تواند مورد استناد قرار بگیرد. ظرفیت چیلر بر مبنای یک استاندارد جهانی تعریف می شود. برای مثال AHRI یکی از استانداردهایی است که ظرفیت چیلر بر اساس آن مشخص می گردد. نکته اینجاست که ظرفیت اسمی عددی است که در شرایط استاندارد مشخص می شود و تنها به ساختمان دستگاه و نوع طراحی آن ارتباط دارد. این درحالی است که گاه از چیلرها در محیط های غیرمتعارف و متفاوت استفاده می شود. در این صورت طبیعاً ظرفیت اسمی چیلر را نمی توان همان ظرفیت واقعی چیلر دانست؛ زیرا دمای محیط، میزان رطوبت آن و میزان دسترسی چیلر به جریان هوای موجود از جمله مواردی است که روی این عدد تأثیر می گذارد. ولی با همۀ این احوال ظرفیت اسمی چیلر فرمول یا عددی است که برای خرید و یا طراحی چیلر باید به آن توجه داشت. چیلر انتخابی باید ظرفیت بالایی داشته باشد و بتواند از پس خنک سازی محیط در نظر گرفته بر بیاید. در ادامه نحوه محاسبه ظرفیت اسمی چیلر را به کمک یک مثال شرح خواهیم داد.

محاسبه ظرفیت چیلر

معمولاً در مجامع علمی و فروشگاه های دستگاه های صنعتی از همین اسم ظرفیت چیلر برای معرفی دستگاه استفاده می شود؛ در صورتی که هم فروشنده ها و هم خریداران می دانند که این دو در حقیقت یکسان هستند. در ماحسبۀ ظرفیت چیلر نیازی نیست از کاربردهای آن و یا نوع آن اطلاعی داشته باشید. تعیین ظرفیت چیلر به کمک سه متغیر کلی انجام می گیرد :

• عامل نخست : دمای آب ورودی به ساختمان چیلر
• عامل دوم : دمای آب خروجی از ساختمان چیلر و دمای مورد نیاز
• عامل سوم : شدت جریان آب در ساختمان چیلر

در محاسبۀ ظرفیت چیلر بیشتر مواقع از سیستم متریک استفاده نشده و از سیستم امریکایی بهره گرفته می شود. برای مثال تفاوت دمای آب باید بر حس درجۀ فارنهایت بیان شود و شدت جریان آب نیز اغلب بر حسب گالن بر دقیقه محاسبه می گردد. فرمول کلی تعیین و محاسبه ظرفیت چیلر به قرار زیر است:

• در فرمول فوق Q نشان دهندۀ ظرفیت چیلر است.
• Cp ظرفیت گرمایی ویژه آب است؛ که در سیستم امریکایی واحد آن Btu/lb.F است.
• P نیز چگالی آب است که در واحد امریکایی 33 بوده و واحد آن پوند بر گالن (lb/gallon) است.
• V نیز دبی حجمی آب چیلر است و در سیستم امریکایی بر حسب گالن بر ساعت تعریف می‌شود.
• dT نیز که اختلاف دمای آب یا سیال در زمان ورود و خروج از سیکل چیلر است.

مثالی برای شرح چگونگی و نحوه محاسبه ظرفیت چیلر

طبق فرمول بالا مشخص است که محاسبه ظرفیت چیلر خیلی کار سختی نیست و تنها باید با جایگزاری چند عدد آن را انجام داد. تنها نکتۀ این محاسبات دقت در واحدهای هر متغیر است؛ که در بالا شرح داده شد. حال فرض کنید می خواهید ظرفیت چیلری را محاسبه کنید که شدت جریان آب در آن چهل گالن بر دقیقه بوده و دمای ورود و خروج آن نیز هفتاد و پنجاه و هشت درجه فارنهایت است.

محاسبات در چند مرحله پیگیری می شود. در ابتدا اختلاف درجه حرارت را محاسبه می کنیم؛ که در این مثال مساوی است با دوازده درجه فارنهایت. دیگر اعداد مورد نیاز نیز که مشخص است. پس فرمول محاسبه ظرفیت چیلر بدین شکل است :

Q=1*8.33*60*40*12=239904 Btu/hr

حال اگر بخواهید ظرفیت چیلر را بر حسب تن تبرید نیز به دست بیاورید، کافی است عدد به دست آمده را به عدد 12000 تقسیم کنید. که حاصل در مثال فوق 19/9 تن تبرید خواهد بود.

نکته : در تعیین سایز چیلرها علاوه بر در نظر گرفتن ظرفیت چیلر، حدود بیست درصد نیز اورسایز (Over Size) در نظر گرفته می شود. پس عدد بالا را بایستی در 1/2 نیز ضرب کرد؛ که عدد 23/9 به دست خواهد آمد.

فرمول محاسبه ظرفیت چیلر بر اساس سیستم متریک

اگر بخواهید ظرفیت چیلر را بر اساس سیستم متداول متریک انجام دهید و از اعداد عجیب و غریب استفاده نکنید، لازم است تمام موارد بالا را به دقت تبدیل نمایید؛ برای مثال تفاوت دمای ورود و خروج آب معمولاً بر حسب کلوین (K) محاسبه می شود و چگالی آب نیز بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب بیان می شود. ظرفیت گرمایی ویژه آب نیز بایستی بر حسب کیلوژول بر کیلوگرم کلوین بیان شود. (Kj/Kg.K) اگر از واحدهای گفته شده استفاده کنید، ظرفیت چیلر نیز بر حسب کیلووات محاسبه خواهد شد.

البته می توانید پس از انجام محاسبات نیز این تبدیلات را به کار ببرید؛ برای مثال جهت تبدیل کیلووات به بی تی یو بر ساعت، می توانید آن را در عدد 3412 ضرب کنید.

جمع بندی

ظرفیت چیلر از جمله اعدادی است که برای طراحی و انتخاب چیلرهای جذبی و یا تراکمی بایستی به آن ها استناد کرد. برای یافتن نحوه محاسبه ظرفیت چیلر نیاز به اطلاعاتی مثل تفاوت دمای ورود و خروج آب و شدت جریان سیال خواهیم داشت. این محاسبات اغلب بر اساس سیستم امریکایی بیان می شود. در صنایع گاهی از تن تبرید برای بیان ظرفیت چیلر کمک گرفته می شود که به راحتی پس از مشخص کردن ظرفیت چیلر می توانید آن را به تن تبرید تبدیل کنید. نکتۀ مهم در تعیین ظرفیت چیلر این است که، این ظرفیت تنها ظرفیت اسمی چیلر است. ظرفیتی که در شرایط استاندارد تعیین می شود و برای خرید و فروش و طراحی مورد استفاده قرار می گیرد. این در حالی است که ظرفیت واقعی چیلر در شرایط عملی و با توجه به دمای محیط و دیگر عوامل محیطی باید تعیین شود؛ که می تواند بالاتر و یا پایین تر از ظرفیت اسمی دستگاه باشد.