نسل آینده چیلرهای سانتریفوژ

مهندسین مشاور و مالکین ساختمان‌ها در ایالات متحده شاهد ظهور چیلرهای سانتریفوژ جدیدی هستند که برای مبردهای نسل آینده بهینه‌‌سازی شده و برای کاربردهای امروزی مزایایی واقعی ارایه می‌دهند.

در مقایسه با مبردهای HFC، مبردهای نسل آینده که شامل هیدرو فلورو اُلفین‌ها (HFO) و مخلوط‌های آن‌ها هستند؛ «پتانسیل تخریب لایه ازن» (ODP) ندارند و دارای «پتانسیل گرمای زمین» (GWP) بسیار کمتر در حد ۱ هستند. این خبر خوبی برای تصمیم‌گیران راهبردی است که می‌خواهند یک چیلر سازگار با محیط زیست انتخاب کنند. هنگام انتخاب مبردهای نسل آینده برای چیلرها، چندین فاکتور نقش مهمی ایفا می‌کنند:

• اشتعال‌پذیری

تنها تعدادی از مبردهای نسل آینده برای چیلرهای سانتریفوژ تحت عنوان غیرقابل اشتعال رده‌بندی می‌شوند. یک چالش واقعی برای مالیکن ساختمان‌ها و پیمانکاران این است که معمولاً اشتعال‌پذیری را برای مبردهای فعلی در نظر نمی‌گیرند. خوشبختانه، چند مبرد کم فشار و فشار متوسط نسل آینده دارای رده‌های غیرقابل اشتعال هستند.

• سمیت

تقریباً تمامی مبردهای نسل آینده دارای رده سمیت پایین A مشابه مبرد فعلی HFCR-134a هستند. البته یک مبرد جایگزین تحت عنوان R-514a وجود دارد که دارای رده سمیت B است چرا که سطح سمیت متوسط مشابه HCFC R-123 بروز می‌دهد.

• هزینه مبرد

تولید مبردهای نسل آینده پرهزینه‌تر از مبردهای فعلی تمام می‌شود. اما اگر چیلر برای ارایه صرفه‌جویی‌های انرژی و عملیاتی بهینه‌سازی شده باشد، این هزینه اضافی مساله‌ساز نیست و سریعاً مستهلک می‌شود.

 بهینه سازی چیلر

بهینه‌سازی چیلر سانتریفوژ برای مبردهای نسل آینده مستلزم آن است که تیم طراحی چیلر هر جزء چیلر را مورد بازنگری قرار دهند. برای تیم طراحی شرکت Johnson Controls، هدف بهینه‌سازی یک چیلر برای مبرد R-1233zd (E) بود که یک مبرد کم فشار با رده اشتعال‌پذیری و GWP برابر ۱ است.

تیم یک رویکرد همه جانبه به طراحی سیستم اتخاذ کرد تا هر جزء چیلر را در ارتباط با مشخصه‌های عملکردی این مبرد نسل آینده بهینه‌سازی کند. نتیجه این طراحی عبارت است از چیلر سانتریفوژ یاتاقان مغناطیسی YORK YZ؛ یک چیلر آب خنک تک مرحله‌ای با کمپرسور سرعت متغیر که توسط یک موتور القایی بسته با استفاده از یاتاقان‌های مغناطیسی فعال کار می‌کند.

فناوری پیشرفته یاتاقان مغناطیسی یک مجموعه متحرک را به‌صورت معلق در یک میدان مغناطیسی در می‌آورد که نیازی به روانکاری ندارد. این فناوری نسبت به خط محرک‌های سنتی روانکاری شونده با روغن یا مبرد، ۸۰ درصد قطعات متحرک کمتری نیاز دارد.

برای ارایه صرفه‌جویی‌های انرژی قابل توجه و کاهش هزینه‌های عملیاتی با مبرد R-1233zd(E)، چیلر YORK YZ از شرایط خارج طرح که چیلرها ۹۹ درصد اوقات را در آن می‌گذرانند بهره‌برداری می‌کند. هوشمندی به کار رفته در خط محرک، عملرد پایدار را در طول یک دامنه عملیاتی بسیار وسیع امکان‌پذیر می‌سازد.

کمپرسور می‌تواند دمای دمای آب ورودی به کندانسور ECWT پایین F40 (C5/4) را در مقایسه با حد F65 (C18) در چیلرهای سنتی روانکاری شونده با روغن، در دست بگیرد. کنترل کاملاً مدولیتینگ می‌تواند ظرفیت را از ۱۰۰ درصد به ۱۰ درصد بار طرح تنظیم کند، در حالی که دمای آب سرد خروجی (LCWT) را از F38 (C5/3) F70 (C21) تامین می‌کند.

فناوری کمپرسور و کنترل اجرا شده در چیلر YORK YZ به گونه‌ای است که چیلر می‌تواند حتی وقتی دمای آب ورودی به کندانسور کمتر از دمای آب سرد خروجی است، کار کند. این قابلیت که تحت عنوان «عملکرد معکوس» شناخته می‌شود، نیاز به اکونومایزر سمت آب را حذف می‌کند که این موجب ساده‌سازی سیستم و صرفه‌جویی پول درخصوص اجزاء لوله‌کشی، کنترل‌ها و نگهداری مربوط به اکونومایزر می‌شود.

پایداری فراهم شده توسط کنترل پیشرفته کمپرسور نیاز به اصلاح راهبردهای کنترل ساختمان جهت جلوگیری از افت و خیز که چیلرهای سانتریفوژ سنتی را در شرایط حاد تحت تاثیر قرار می‌دهد، حذف می‌کند.

به علت اینکه هر جزء در چیلر YZ جهت تامین وسیع‌ترین دامنه عملیاتی ممکن انتخاب می‌شود، چیلر می‌تواند به تغییرات در بار ساختمان در سراسر سال پاسخ دهد و همیشه با بالاترین راندمان ممکن کار کند.

در مقایسه با چیلرهای یاتاقان روغنی سرعت ثابت سنتی، YZ یاتاقان روغنی سرعت ثابت سنتی،  YZ به طور بالقوه تا ۳۵ درصد صرفه‌جویی انرژی سالانه فراهم می‌کند. علاوه بر این، طرح خاص اوپراتور به کار رفته در این چیلر تحت عنوان falling film evaporator اندازه پوسته اوپراتور را تا ۲۰ درصد و شارژ مبرد را تا ۶۰ درصد کاهش می‌دهد.

 بررسی یک نمونه واقعی

برای شرکت Johnson Controls واقع در Glendale WI، یک چیلر YORK YZ انتخاب شد که تقریبا یک سال است که کار می‌کند. سرمایش آسایشی با راندمان فوق‌العاده بالا برای این ساختمان بسیار حیاتی است.

در این ساختمان با زیربنای ۳۸۵۰۰۰ فوت مربع که ۱۵۰۰ متخصص در آن کار می‌کنند، یک چیلر YORK YZ با ظرفیت اسمی ۳۵۰ تن سرمایش آسایشی را برای محیط‌های اداری و آزمایشگاهی فراهم می‌کند. شرایط محیطی، خاص حوالی Milwaukee است که عبارتند از:

شرایط طرح – روز با دمای خشک F86 (C30)، دمای مرطوب F72 (C22) و نقطه شبنم F72 (C22). نقاط تنظیم دمای داخل نیز عبارتند از F70 (C21) در زمستان و F74 (C23) در تابستان. YORK YZ از این شرایط بهره‌برداری کرده و با دمای آب ورودی به کندانسور F68 (C20) و دمای آب سرد خروجی F58 (C14)، فقط ۲۳۶% کیلووات بر تن مصرف می‌کند که ۶۰ درصد کیلووات بر تن بار کامل است.

این سطح از کارایی، تعهد شرکت را به برتری در سه مقوله اقتصادی، اجتماعی و تاثیر زیست‌محیطی تقویت می‌کند.

این همچنین گواه آن است که چیلرهای سانتریفوژ نسل آینده بهبودهای قابل توجهی در هزینه‌های انرژی، عملیاتی و نگهداری ارایه خواهند داد.

ترجمه: دکتر سید علی‌اکبر طباطبایی