ظرفیت اسمی و واقعی چیلر چیست؟ تفاوت و روش محاسبه

انتخاب ظرفیت مناسب چیلر یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی سیستم تهویه مطبوع ساختمان است. اگر ظرفیت چیلر کمتر از نیاز واقعی پروژه انتخاب شود، دستگاه در روزهای گرم نمی‌تواند بار سرمایشی ساختمان را به‌طور کامل تأمین کند. از طرف دیگر، انتخاب چیلر بسیار بزرگ‌تر از نیاز پروژه نیز می‌تواند هزینه اولیه را افزایش دهد و در بعضی سیستم‌ها باعث عملکرد نامناسب در بارهای جزئی شود. یکی از موضوعاتی که هنگام بررسی کاتالوگ چیلرها ممکن است باعث سردرگمی شود، تفاوت میان ظرفیت اسمی چیلر و ظرفیت واقعی چیلر است. عددی که در کاتالوگ یک دستگاه مشاهده می‌کنیم الزاماً همان ظرفیتی نیست که چیلر در محل پروژه و در شرایط طراحی ساختمان در اختیار ما قرار می‌دهد. برای انتخاب صحیح دستگاه باید شرایطی مانند دمای هوای محیط، دمای آب سرد، دبی آب، ارتفاع محل نصب، نوع سیال مدار و مشخصات واقعی پروژه در نظر گرفته شوند. در ادامه تفاوت ظرفیت اسمی و واقعی چیلر و مهم‌ترین عوامل مؤثر بر آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

ظرفیت اسمی چیلر چیست؟

ظرفیت اسمی چیلر یا Rated/Nominal Capacity ظرفیتی است که سازنده تحت شرایط مشخص و استاندارد آزمایش یا محاسبه کرده و در کاتالوگ فنی دستگاه اعلام می‌کند. اهمیت این شرایط مرجع در این است که امکان مقایسه عملکرد مدل‌های مختلف را فراهم می‌کند. اگر هر کارخانه ظرفیت محصولات خود را در دماها و شرایط متفاوت اعلام کند، مقایسه دو چیلر عملاً قابل اعتماد نخواهد بود. برای نمونه، یکی از شرایط رایج ارزیابی چیلرهای هواخنک آسایشی به‌صورت زیر بیان می‌شود:

• دمای هوای ورودی کندانسور: 35°C
• دمای آب ورودی اواپراتور: 12°C
• دمای آب خروجی اواپراتور: 7°C

در سیستم Eurovent این شرایط با عبارت A35/W12-7 نشان داده می‌شود. بسیاری از محصولات فعلی Daikin نیز ظرفیت سرمایشی خود را در شرایط آب ۱۲ به ۷ درجه سانتی‌گراد و دمای محیط ۳۵ درجه اعلام می‌کنند. بنابراین عدد ظرفیت موجود در کاتالوگ را باید همیشه همراه با شرایط اندازه‌گیری آن بررسی کرد.

ظرفیت واقعی چیلر چیست؟

منظور از ظرفیت واقعی چیلر، ظرفیت قابل دستیابی دستگاه در شرایط واقعی یا طراحی پروژه است. برای مثال ممکن است یک چیلر در کاتالوگ ظرفیت مشخصی در دمای محیط ۳۵ درجه سانتی‌گراد داشته باشد، اما قرار باشد همان دستگاه در شهری نصب شود که دمای طراحی تابستان آن به بیش از ۴۰ درجه می‌رسد. در این شرایط، ظرفیت و راندمان دستگاه می‌تواند با مقدار درج‌شده در شرایط مرجع متفاوت باشد. البته لازم نیست برای فهمیدن ظرفیت واقعی حتماً ابتدا دستگاه نصب شود. شرکت‌های سازنده معمولاً جداول عملکرد، ضرایب تصحیح یا نرم‌افزارهای انتخاب دستگاه ارائه می‌کنند که با وارد کردن شرایط واقعی پروژه می‌توان ظرفیت قابل دسترس را پیش از خرید محاسبه کرد. به همین دلیل هنگام انتخاب ظرفیت چیلر نباید تنها به عدد بزرگ درج‌شده در صفحه اول کاتالوگ توجه کرد.

تفاوت ظرفیت اسمی و واقعی چیلر چیست؟

تفاوت اصلی این دو مفهوم در شرایط عملکرد است. ظرفیت اسمی، عملکرد دستگاه را در شرایط مرجع مشخص می‌کند؛ اما ظرفیت واقعی نشان می‌دهد همان دستگاه در شرایط موردنیاز پروژه چه میزان سرمایش می‌تواند تولید کند. فرض کنید یک چیلر در شرایط A35/W12-7 ظرفیت نامی مشخصی دارد. اگر دستگاه در محیطی با دمای بالاتر، ارتفاع بیشتر یا سیال حاوی درصد قابل توجهی گلیکول کار کند، مقدار ظرفیت قابل دستیابی ممکن است کاهش پیدا کند. به همین دلیل ممکن است دو پروژه با بار سرمایشی مشابه، الزاماً به یک مدل چیلر یکسان نیاز نداشته باشند.

عوامل مؤثر بر ظرفیت واقعی چیلر

دمای هوای محیط

در چیلر تراکمی هواخنک دایکین، دمای هوای عبوری از کندانسور یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر ظرفیت و راندمان دستگاه است. با افزایش دمای هوای محیط، دفع حرارت از کندانسور دشوارتر می‌شود و معمولاً فشار و دمای کندانسینگ افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه عملکرد واقعی دستگاه نسبت به شرایط استاندارد تغییر خواهد کرد. به همین علت چیلری که قرار است در یک منطقه بسیار گرم نصب شود باید براساس دمای طراحی همان منطقه انتخاب شود، نه صرفاً ظرفیت اعلام‌شده در دمای ۳۵ درجه. برعکس، در دمای محیط پایین‌تر، شرایط دفع حرارت برای کندانسور هواخنک مناسب‌تر می‌شود؛ هرچند محدوده عملکرد مجاز هر دستگاه باید همچنان مطابق اطلاعات سازنده رعایت شود.

دمای آب ورودی و خروجی اواپراتور

دمای آب سرد نیز تأثیر مستقیمی بر عملکرد چیلر دارد. شرایط رایج سیستم‌های تهویه مطبوع معمولاً آب ورودی ۱۲ و آب خروجی ۷ درجه سانتی‌گراد است، اما همه پروژه‌ها الزاماً با این شرایط طراحی نمی‌شوند. اگر پروژه به آب خروجی سردتری نیاز داشته باشد، کمپرسور باید در نسبت فشار سخت‌تری کار کند و معمولاً ظرفیت و راندمان دستگاه نسبت به شرایط استاندارد تغییر می‌کند. همچنین دبی آب و اختلاف دمای ورودی و خروجی باید در محاسبات لحاظ شوند. از سمت آب می‌توان ظرفیت انتقال حرارت را به‌صورت کلی با رابطه زیر بررسی کرد:

Q = ṁ × Cp × ΔT

که در آن:

• Q ظرفیت سرمایشی است.
• ṁ دبی جرمی آب است.
• Cp گرمای ویژه سیال است.
• ΔT اختلاف دمای آب ورودی و خروجی است.

برای آب، محاسبات مهندسی را می‌توان براساس همین رابطه و دبی واقعی مدار انجام داد.

ارتفاع محل نصب از سطح دریا

ارتفاع از سطح دریا خصوصاً در چیلرهای هواخنک اهمیت دارد. با افزایش ارتفاع، چگالی هوا کاهش پیدا می‌کند و عملکرد فن و انتقال حرارت در کویل کندانسور تحت تأثیر قرار می‌گیرد. در نتیجه ممکن است ظرفیت واقعی دستگاه نسبت به شرایط سطح دریا کاهش یابد. شرکت‌های سازنده معمولاً برای ارتفاع‌های مختلف ضرایب تصحیح یا نرم‌افزار انتخاب ارائه می‌کنند. حتی در برخی راهنماهای فنی چیلر، عملکرد مرجع در سطح دریا اعلام شده و برای ارتفاع بالاتر استفاده از Altitude Correction Factor توصیه شده است.بنابراین در شهرهای مرتفع، انتخاب دستگاه بدون بررسی اثر ارتفاع می‌تواند منجر به انتخاب نامناسب ظرفیت شود.

تأثیر گلیکول بر ظرفیت چیلر

در بعضی پروژه‌ها به دلیل خطر یخ‌زدگی مدار آب، از محلول آب و گلیکول استفاده می‌شود. گلیکول خواص حرارتی و ویسکوزیته متفاوتی نسبت به آب خالص دارد؛ بنابراین اضافه شدن آن می‌تواند ظرفیت انتقال حرارت، دبی موردنیاز و افت فشار مدار را تغییر دهد. این اثر صرفاً تئوری نیست. برای مثال در جداول رسمی Carrier، با افزایش درصد گلیکول ضرایب تصحیح ظرفیت، دبی و افت فشار تغییر می‌کنند؛ در یکی از نمونه‌ها با افزایش غلظت گلیکول، ضریب ظرفیت به کمتر از ۱ کاهش و ضریب افت فشار افزایش پیدا می‌کند. بنابراین اگر سیستم با گلیکول کار می‌کند، ظرفیت چیلر و پمپ‌ها باید براساس درصد واقعی محلول انتخاب شوند. این‌که بدون محاسبه صرفاً چیلر بزرگ‌تری انتخاب کنیم روش دقیقی نیست؛ استفاده از جداول و نرم‌افزار انتخاب سازنده روش صحیح‌تری است.

نوع مبرد

نوع مبرد یکی از پارامترهای طراحی سیکل تبرید است و خواص ترمودینامیکی آن بر طراحی کمپرسور، مبدل‌ها و شرایط کاری دستگاه تأثیر می‌گذارد. اما یک نکته مهم این است که نباید از این موضوع نتیجه گرفت مثلاً «چیلر R22 را همیشه باید با یک ضریب بزرگ‌تر انتخاب کرد» یا «R410A همیشه ظرفیت بیشتری دارد». ظرفیت واقعی نتیجه طراحی کل دستگاه است، نه فقط نوع مبرد. برای مثال در بازار امروز چیلرهایی با مبردهای R410A، R32، R134a و مبردهای نسل جدید وجود دارند و ظرفیت هر دستگاه براساس طراحی همان محصول و شرایط عملکرد آن تعیین می‌شود. Eurovent نیز مدل‌هایی با مبردهای متفاوت را براساس عملکرد واقعی و شرایط آزمون مشخص گواهی می‌کند. بنابراین هنگام انتخاب چیلر بهتر است به Performance Data خود مدل دستگاه مراجعه شود، نه اینکه ظرفیت براساس نوع مبرد به‌صورت دستی اصلاح شود.

دبی آب و افت فشار اواپراتور

یکی دیگر از پارامترهایی که در انتخاب دستگاه باید بررسی شود دبی آب سرد است. چیلر باید در محدوده حداقل و حداکثر دبی تعریف‌شده توسط سازنده کار کند. همچنین پمپ باید توانایی تأمین دبی موردنیاز را با در نظر گرفتن افت فشار اواپراتور، لوله‌ها، شیرآلات و سایر تجهیزات مدار داشته باشد. اگر دبی آب خارج از محدوده طراحی دستگاه باشد، عملکرد اواپراتور و کنترل دستگاه می‌تواند دچار مشکل شود. به همین دلیل انتخاب ظرفیت چیلر و طراحی شبکه هیدرونیک باید هم‌زمان انجام شوند.

روش صحیح محاسبه ظرفیت چیلر

برای انتخاب چیلر نباید از یک ضریب ثابت مانند:

ظرفیت واقعی × یک عدد مشخص = ظرفیت اسمی

استفاده کرد. چنین روشی برای طراحی دقیق قابل اعتماد نیست. فرایند اصولی را می‌توان در چند مرحله خلاصه کرد:

1. محاسبه بار سرمایشی ساختمان

ابتدا باید بار سرمایشی پروژه محاسبه شود. این محاسبه به عواملی مانند:

• مساحت و کاربری ساختمان
• شرایط آب‌وهوایی شهر
• جهت و سطح پنجره‌ها
• تعداد افراد
• روشنایی
• تجهیزات داخلی
• هوای تازه و نفوذ هوا
• مصالح و عایق ساختمان

وابسته است.

2. مشخص کردن شرایط طراحی آب

باید دمای آب رفت و برگشت، دبی موردنیاز و در صورت استفاده، درصد گلیکول مشخص شود.

3. تعیین شرایط محیطی محل نصب

دمای طراحی تابستان و ارتفاع محل پروژه برای چیلرهای هواخنک اهمیت ویژه‌ای دارد.

4. انتخاب مدل با Performance Data سازنده

در نهایت باید دستگاهی انتخاب شود که در همان شرایط پروژه ظرفیت موردنیاز ساختمان را تأمین کند.

نرم‌افزارهای انتخاب سازندگان دقیقاً با همین هدف طراحی شده‌اند و می‌توانند ظرفیت، توان مصرفی، راندمان، دبی و سایر پارامترهای دستگاه را در شرایط پروژه محاسبه کنند.

ظرفیت چیلر برحسب تن تبرید

ظرفیت چیلر ممکن است در کاتالوگ‌ها با واحد kW سرمایشی یا تن تبرید (TR) بیان شود. رابطه تقریبی بین این دو واحد:

1 TR ≈ 3.517 kW

بنابراین یک چیلر با ظرفیت سرمایشی 351.7 کیلووات تقریباً معادل 100 تن تبرید است. البته تن تبرید دستگاه نباید با توان برق مصرفی آن اشتباه گرفته شود. ظرفیت سرمایشی نشان‌دهنده میزان سرمایشی است که دستگاه تأمین می‌کند، در حالی که توان ورودی برق پارامتر دیگری است.

آیا ظرفیت اسمی همیشه بیشتر از ظرفیت واقعی است؟

خیر. این یکی از اشتباهات رایج در مورد ظرفیت اسمی و واقعی چیلر است. اگر شرایط پروژه سخت‌تر از شرایط مرجع باشد، مثلاً دمای محیط بالاتر باشد، ممکن است ظرفیت قابل دستیابی کمتر از عدد اسمی شود. اما اگر شرایط کاری دستگاه مطلوب‌تر از شرایط Rating باشد، ظرفیت قابل دسترس در برخی نقاط عملکرد می‌تواند با مقدار نامی متفاوت و حتی بالاتر باشد. به همین دلیل رابطه ثابتی وجود ندارد که همیشه:

ظرفیت واقعی < ظرفیت اسمی

باشد. باید Performance Map همان دستگاه بررسی شود.

استاندارد ظرفیت اسمی چیلر چگونه تعیین می‌شود؟

یکی از استانداردهای شناخته‌شده در صنعت چیلر ANSI/AHRI 550/590 است که برای ارزیابی عملکرد چیلرها شرایط Rating مشخصی تعریف می‌کند. در این استاندارد، Published Rating به عملکرد اعلام‌شده سازنده در شرایط مشخص اشاره دارد. در اروپا نیز سیستم‌های ارزیابی Eurovent و استانداردهای مرتبط مانند EN 14511 برای مقایسه عملکرد تجهیزات استفاده می‌شوند. نکته مهم این است که برخلاف متن قدیمی این مقاله، نمی‌توان گفت «استاندارد اروپا برای چیلر هواخنک ۲۵ درجه است». در Eurovent، یکی از شرایط رایج برای چیلر آسایشی هواخنک A35/W12-7 است؛ یعنی دمای هوای ۳۵ درجه و آب ۱۲ به ۷ درجه. بنابراین هنگام مقایسه دو چیلر باید حتماً بررسی کرد که ظرفیت هر دو در شرایط Rating مشابه اعلام شده باشد.

هنگام خرید چیلر فقط ظرفیت اسمی را مقایسه نکنید

ممکن است دو دستگاه در کاتالوگ هر دو «100 تن» معرفی شوند، اما در شرایط واقعی پروژه ظرفیت، راندمان و توان مصرفی متفاوتی داشته باشند. در مقایسه چیلرها بهتر است علاوه بر ظرفیت به موارد زیر نیز توجه شود:

• ظرفیت در دمای طراحی پروژه
• توان مصرفی
• EER یا راندمان در بار کامل
• راندمان در بار جزئی
• محدوده عملکرد دستگاه
• نوع و تعداد کمپرسورها
• دمای آب موردنیاز
• سطح صدا
• افت فشار اواپراتور
• قابلیت کنترل ظرفیت
• خدمات و تأمین قطعات

اگر علاقه‌مندید مصرف انرژی دستگاه را نیز بهتر بررسی کنید، مطالعه مقاله روش افزایش راندمان چیلر می‌تواند مفید باشد.

جمع‌بندی

ظرفیت اسمی چیلر عددی است که در شرایط Rating مشخص اندازه‌گیری یا اعلام می‌شود و برای مقایسه مدل‌ها بسیار مفید است. اما ظرفیت واقعی چیلر به شرایط طراحی و عملکرد پروژه وابسته است. دمای محیط، دمای آب سرد، دبی، ارتفاع از سطح دریا، وجود گلیکول و مشخصات دستگاه همگی می‌توانند عملکرد واقعی چیلر را تغییر دهند. به همین دلیل انتخاب چیلر صرفاً براساس عدد ظرفیت درج‌شده در کاتالوگ روش درستی نیست. ابتدا بار سرمایشی ساختمان باید محاسبه شود و سپس دستگاه در شرایط واقعی پروژه با استفاده از Performance Data یا نرم‌افزار انتخاب سازنده بررسی شود. برای بررسی ظرفیت و انتخاب چیلر تراکمی دایکین متناسب با شرایط پروژه نیز می‌توانید مشخصات ساختمان و شرایط طراحی را در اختیار کارشناسان جهان تهویه ریما قرار دهید تا انتخاب دستگاه براساس ظرفیت موردنیاز و شرایط واقعی کارکرد انجام شود.