انتخاب بین یخچال‌های سردکننده هوا و آب

تفاوت های اصلی بین تبریدکننده‌های آبی و تهویه‌ای

1. مکانیسم‌های تبرید: انتقال گرما با آب نسبت به هوا

چیلرهای خنک‌کننده با هوا و آب بر اساس اصول مختلف انتقال حرارت به‌ویژه همرفت و هدایت عمل می‌کنند تا دما را در کارخانه‌ها و تأسیسات کنترل کنند. در مدل‌های خنک‌کننده با هوا، گرما با کمک هوا و از طریق فن‌های بزرگ و سیم‌پیچ‌های کندانسوری که از دستگاه بیرون زده است، دفع می‌شود. چیلرهای خنک‌کننده با آب روش کاملاً متفاوتی را در پیش می‌گیرند و از آب به‌عنوان راه اصلی انتقال گرما استفاده می‌کنند. آب این کار را بهتر انجام می‌دهد چون می‌تواند مقدار بیشتری انرژی گرمایی را قبل از اینکه خود داغ شود، تحمل کند. به همین دلیل سیستم‌های مبتنی بر آب گرما را سریع‌تر از سیستم‌های خنک‌کننده با هوا دفع می‌کنند. تحقیقات نیز این موضوع را تأیید می‌کنند که انتقال و جذب گرما توسط آب در مقایسه با هوا بسیار بالاتر است و همین موضوع است که اکثر عملیات‌های صنعتی بزرگ، زمانی که مقیاس اهمیت دارد، به سیستم خنک‌کننده آبی روی می‌آورند. نکته دیگری که باید به آن اشاره کرد شرایط اقلیمی و دمای محیطی است که در این میان نقش بسزایی دارد. سیستم‌های خنک‌کننده با آب در هر شرایطی، چه هوای بسیار سرد باشد و چه بسیار گرم، پایداری بیشتری دارند چون آب دمای خود را در طول روز بهتر از هوا حفظ می‌کند.

2. اجزای سیستم و نیازمندی‌های زیرساخت

دستگاه‌های خنک‌کننده هوایی چندین قطعه کلیدی مانند فن‌ها، تبخیرکننده‌ها و کندانسورها دارند که همه با هم کار می‌کنند تا گرما را دفع کنند. چیزی که این واحدها را بسیار کاربردی می‌کند این است که به تجهیزات اضافی زیادی اطراف خود نیاز ندارند و این امر در مکان‌هایی که فضا محدود است یا دسترسی به آب مناسب نیست بسیار مفید است. دستگاه‌های خنک‌کننده با آب داستان متفاوتی دارند. این دستگاه‌ها نیازمند تجهیزات اضافی زیادی مانند برج‌های خنک‌کننده، پمپ‌ها و سیستم‌های مختلف تصفیه آب هستند تا بتوانند به خوبی کار کنند. نگهداری از تمام این تجهیزات به دانش تخصصی در مورد نحوه مدیریت تصفیه آب نیاز دارد تا مشکلاتی مانند رسوب و خوردگی ایجاد نشود. یکی دیگر از مزایای بزرگ سیستم‌های هوایی این است که فضای کمتری را اشغال می‌کنند چون نیازی به برج‌های خنک‌کننده حجیم ندارند. این موضوع در شهرها بسیار مهم است که هر فوت مربع از فضا اهمیت دارد و هیچ‌کس نمی‌خواهد نصب‌های پیچیده روند کسب‌وکار را مختل کنند.

3. تأثیرات زیست‌محیطی و مصرف منابع

چیلرهای خنک‌کننده با هوا معمولاً مصرف آب کمتری نسبت به چیلرهای خنک‌کننده با آب دارند که این امر آنها را برای استفاده در مناطقی که آب کمیاب است، مناسب‌تر می‌کند. با این حال معایبی نیز دارند؟ آنها از نظر مصرف انرژی به اندازه چیلرهای خنک‌کننده با آب کارآمد نیستند و در بلندمدت صرفه‌جویی در هزینه‌های برق را فراهم می‌کنند. سیستم‌های خنک‌کننده با آب از نظر کارایی انرژی پیشرو هستند اما به تأمین مداوم آب نیاز دارند. این موضوع در مناطق خشک‌سالی مشکلاتی ایجاد می‌کند که در آنها حفظ آب اهمیت زیادی دارد. برخی تحقیقات نشان می‌دهند که چیلرهای خنک‌کننده با آب در طول عمر خود انتشارات کمتری دارند، به‌ویژه در دوره‌های اوج مصرف. با این حال، شرکت‌هایی که از این سیستم‌ها استفاده می‌کنند اغلب با مشکلاتی از نظر مقررات محلی در مورد مصرف آب و دفع فاضلاب مواجه می‌شوند. برای کسب‌وکارهایی که قصد انتخاب بین این گزینه‌ها را دارند، بررسی مقررات منطقه‌ای ضروری است، به‌ویژه در شرایطی که امروزه اقدامات سبز در بخش تولیدی اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است.

توضیحات مکانیسم عملیاتی

۱. چگونگی دفع حرارت توسط شیبدارهای هوایی

دستگاه‌های خنک‌کننده هوایی با استفاده از هوای اطراف خود گرما را دفع می‌کنند، که این کار عمدتاً از طریق چیزی به نام کندانسور انجام می‌شود. در داخل دستگاه خنک‌کننده، مادهٔ خنک‌کننده گرما را جذب می‌کند، سپس آن را به سیم‌پیچ کندانسور منتقل می‌کند و فن‌ها هوای معمولی را از روی این سیم‌پیچ می‌رانند تا گرما بتواند فرار کند و مادهٔ خنک‌کننده دوباره خنک شود. انواع مختلفی از دستگاه‌های خنک‌کننده وجود دارد، اما دو نوع رایج آن دستگاه‌های پیستونی (Reciprocating) و مارپیچی (Screw) هستند. دستگاه‌های خنک‌کنندهٔ پیستونی معمولاً زمانی که زیاد کار نمی‌کنند به خوبی کارایی دارند، در حالی که دستگاه‌های مارپیچی بهتر می‌توانند در شرایطی که به طور مداوم کار می‌کنند عمل کنند، به خصوص در سیستم‌های بزرگ‌تر. برخی تحقیقات به بررسی نحوهٔ عملکرد این طراحی‌های مختلف پرداخته‌اند و دریافته‌اند که کارایی واقعاً به دمای بیرون و فصل سال بستگی دارد. آب و هوای گرم می‌تواند باعث کاهش اثربخشی دستگاه‌های خنک‌کنندهٔ هوایی شود، چون اختلاف دمای بین هوا و مادهٔ خنک‌کننده کمتر می‌شود، که به معنی کار نکردن خوب آن‌هاست.

2. حلقه کنده‌گرمکن سیستم چیلر تهویه مایع و برج‌های تهویه

سیستم‌های خنک‌کننده با آب کار خود را از طریق عبور آب از حلقه‌های کندانسور که اضافه گرما را دفع می‌کنند، انجام می‌دهند. برج‌های خنک‌کننده قسمت‌های ضروری این سیستم هستند، چون با اجازه دادن به بخشی از آب تا تبخیر شود، به خنک کردن مجدد آب کمک می‌کنند. این فرآیند دمای آب را قبل از بازگرداندن آن به سیستم پایین می‌آورد. شیوه ساخت این برج‌ها تأثیر زیادی روی عملکرد آن‌ها دارد. طراحی‌ها و مواد مختلف بهره‌وری و قابلیت اطمینان کل سیستم را در طول زمان تحت تأثیر قرار می‌دهند. بیشتر اپراتورها می‌دانند که برج‌های خنک‌کننده از چند راه همزمان از دست دادن آب دارند: تبخیر به صورت طبیعی اتفاق می‌افتد، مقداری از آب توسط باد پراکنده می‌شود و همچنین فرآیندی به نام تخلیه دوره‌ای (Blowdown) وجود دارد که در آن باید آب به طور متناوب تخلیه شود. تمام این اتلاف‌ها با هم جمع می‌شوند و تأثیر زیادی روی هزینه‌های عملیاتی می‌گذارند. به همین دلیل، تصفیه مناسب آب اهمیت زیادی برای ادامه روند بدون وقفه دارد، چرا که می‌تواند از تشکیل رسوب روی تجهیزات جلوگیری کند و اطمینان حاصل کند که چیلرها مدت زمان بیشتری کار کنند و به طور غیرمنتظره خراب نشوند.

3. کارایی در شرایط آب و هوای مختلف

سطح بهره‌وری بین چیلرهای خنک‌کننده با هوا و آب واقعاً به محل نصب آنها بستگی دارد، بنابراین طراحان باید در تصمیم‌گیری عوامل اقلیمی را در نظر بگیرند. مدل‌های خنک‌کننده با آب تمایل دارند در مناطق گرم‌تر بهتر کار کنند، زیرا آب به مراتب بهتر از هوا گرما را جذب می‌کند. به اعداد مربوط به نسبت بهره‌وری انرژی (EER) و ضریب عملکرد (COP) در مناطق گرم نگاه کنید، و متوجه خواهید شد که سیستم‌های خنک‌کننده با آب همواره عملکرد بهتری دارند. واحدهای خنک‌کننده با هوا در شرایط گرمای شدید با چالش مواجه می‌شوند. وقتی دمای بیرون خیلی به دمای داخل خطوط مبرد نزدیک می‌شود، عملکرد شروع به کاهش می‌کند. محیط‌های مرطوب داستان دیگری است. چیلرهای خنک‌کننده با آب حتی در شرایطی که رطوبت هوا بالاست به خوبی کار می‌کنند، زیرا تبادل گرمایی پایدار باقی می‌ماند. برخی گزارش‌های صنعتی اشاره می‌کنند که در مناطق سردسیر، سیستم‌های خنک‌کننده با هوا نتایج بهتری می‌دهند، زیرا احتمال مشکلات انجماد در خطوط آب کمتر است. تمام این تفاوت‌های منطقه‌ای دلیل بر این است که مدیران تاسیسات باید رویکرد خنک‌کننده خود را با توجه به الگوهای آب‌وهوایی محلی تنظیم کنند تا بتوانند حداکثر بهره‌وری را از چیلرهای خود بگیرند.

نکات کلیدی برای انتخاب

1. کارایی انرژی و هزینه‌های عملیاتی

هنگام بررسی دستگاه‌های خنک‌کننده، کارایی انرژی اهمیت زیادی دارد، چون به طور مستقیم بر هزینه‌های روزانه بهره‌برداری از آن‌ها تأثیر می‌گذارد. مدل‌های خنک‌کننده با هوا معمولاً برق بیشتری نسبت به مدل‌های خنک‌کننده با آب مصرف می‌کنند و این امر در بلندمدت منجر به هزینه‌های بیشتری می‌شود. سیستم‌های خنک‌کننده با آب از دیدگاه ترمودینامیکی بهتر عمل می‌کنند، چون از آب برای انتقال گرما استفاده می‌کنند که نیاز به انرژی الکتریکی را کاهش می‌دهد. با این حال، نحوه محاسبه هزینه برق توسط شرکت‌های تأمین‌کننده، موضوع را پیچیده‌تر می‌کند. اگر نرخ‌های برق افزایش یابند، سیستم‌های خنک‌کننده با هوا به سرعت هزینه‌های بیشتری را برای کسب‌وکارها به همراه می‌آورند. بررسی موارد واقعی نشان می‌دهد که دستگاه‌های خنک‌کننده با آب در مقایسه با نسخه‌های خنک‌کننده با هوا در طول سال‌ها هزینه بهره‌برداری کمتری دارند. وزارت انرژی اخیراً در حال تشویق استانداردهای بالاتر از کارایی است، به خصوص برای دستگاه‌های خنک‌کننده تجاری، بنابراین شرکت‌ها امروزه باید واقعاً در مورد استفاده از فناوری‌های سبز فکر کنند. علاوه بر این، مزایای مالی واقعی نیز وجود دارند. برنامه‌هایی مانند Energy Star، با ارائه تخفیف‌ها و انگیزه‌های دیگر، به کاهش بخشی از هزینه‌های اولیه سرمایه‌گذاری در هنگام تغییر به تجهیزات کارآمدتر کمک می‌کنند.

2. نیازهای فضایی و پیچیدگی نصب

در انتخاب بین سیستم‌های مختلف چیلر، نیازهای فضایی و پیچیدگی نصب نقش مهمی در تصمیم‌گیری ایفا می‌کنند. چیلرهای خنک‌کننده با هوا فضای قابل توجهی را اشغال می‌کنند، چون به جریان مناسب هوا در اطراف خود نیاز دارند. مدل‌های خنک‌کننده با آب معمولاً در فضاهای کوچک‌تری جا می‌شوند اما ممکن است قطعات اضافی مثل برج‌های خنک‌کننده را نیز که باید نصب شوند شامل شوند. نصب این سیستم‌ها ساده نیست. چیلرهای خنک‌کننده با آب کار زیادی در زمینه لوله‌کشی را می‌طلبد و ممکن است نیازمند دریافت مجوزهای خاص برای استفاده از آب باشند. محل قرارگیری هم برای عملکرد بهتر سیستم اهمیت دارد. یک سیستم خنک‌کننده با هوا را در محیطی با تهویه ضعیف یا در شرایط آب و هوایی بسیار گرم قرار دهید و به خوبی کار نخواهد کرد. از نظر ما در عمل، سیستم‌های خنک‌کننده با آب پس از راه‌اندازی به خوبی کار می‌کنند، اما شروع کار با آنها دشوار است. بیشتر افرادی که این سیستم‌ها را نصب می‌کنند می‌گویند واحدهای خنک‌کننده با هوا سریع‌تر نصب می‌شوند و نیازی به متخصصان خاصی که در مورد نصب سیستم‌های خنک‌کننده با آب مطرح می‌شوند، ندارند.

3. دسترسی به آب نسبت به سیستم‌های وابسته به هوا

مقدار آب موجود در منطقه نقش مهمی در تصمیم‌گیری برای استفاده از چیلرهای خنک‌کننده با آب یا مدل‌های هوایی دارد، به‌ویژه در مناطقی که ترس از کم‌آبی وجود دارد. سیستم‌های خنک‌کننده با آب در مناطقی که آب کم است به خوبی کار نمی‌کنند، چون هیچ‌کس نمی‌خواهد منابع گران‌بها را صرف چیزی کند که آب را زیاد مصرف می‌کند. این سیستم‌ها به اندازه‌ای آب زیادی مصرف می‌کنند که شرکت‌ها باید قبل از تصمیم‌گیری نهایی به خوبی گزینه‌های خود را بررسی کنند. سیستم‌های خنک‌کننده هوایی این مشکل را کاملاً از بین می‌برند، چون بدون استفاده از آب کار می‌کنند و این انتخاب را برای مناطقی که با کمبود آب مواجه هستند، هوشمندانه‌تر می‌کند. بررسی صرفه‌های واقعی آب اغلب خنک‌کننده‌های هوایی را بهتر جلوه دهد، به‌ویژه اگر به صرفه‌جویی در طول سال‌ها فکر کنیم و نه فقط در کوتاه‌مدت. بهبودهای اخیر نشان می‌دهند که چیلرهای خنک‌کننده هوایی هم بهتر شده‌اند، مانند استفاده از کمپرسورهای با سرعت متغیر که باعث کاهش هزینه‌های برقی می‌شوند و در عین حال عملیات را خنک نگه می‌دارند. هر کسی که مسئول تصمیم‌گیری درباره تجهیزات است، باید قبل از انتخاب چیلرها ابتدا منابع آب محلی را بررسی کند. این موضوع فقط مربوط به سبز بودن نیست، بلکه مربوط به رعایت مقررات و جلوگیری از مشکلات آینده است وقتی که آب کمتر از این هم فراهم شود.