تعیین ظرفیت برودتی چیلر

تعیین ظرفیت برودتی چیلر:
برای محاسبه ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی، اهمیتی ندارد که چیلر در چه نوع کاربری استفاده می شود. بلکه یک فرمول ساده برای تعیین ظرفیت برودتی چیلر و سایزینگ مناسب آن وجود دارد. قبل از شروع تعیین ظرفیت چیلر باید اطلاعات سه متغیر وجود داشته باشد.

• دمای آب ورودی به چیلر.
• دمای آب مورد نیاز و خروجی از چیلر.
• شدت جریان آب.

یک مثال برای محاسبه ظرفیت چیلر:
برای مثال ما محاسبات ظرفیت چیلر مورد نیاز برای خنک کاری آب با شدت جریان 40 گالن بر دقیقه (GPM - Gallon Per Minute) که باید از دمای 70 درجه فارنهایت (21٫1 درجه سانتی گراد) به دمای 58 درجه فارنهایت (14٫4 درجه سانتی گراد) برسد را انجام می دهیم.

انجام 5 گام ساده برای تعیین ظرفیت چیلر بر اساس واحد انگلیسی:

محاسبه اختلاف درجه حرارت:
که در این مثال اختلاف درجه حرارت 12 درجه فارنهایت است.

محاسبه ظرفیت برودتی چیلر بر حسب Btu/hr:
برای محاسبه ظرفیت برودتی چیلر که بیانگر نرخ انتقال حرارت است از فرمول زیر استفاده می شود.

• Q=Cp×p×V×dT
• Q=1×8٫33×60×40×12
• عدد 1 ظرفیت گرمایی ویژه آب Cp بر حسب Btu/lb.F
• عدد 8٫33 به عنوان چگالی آب p بر حسب پوند بر گالن lb/gallon
• عدد 60 برای تبدیل گالن بر دقیقه به گالن بر ساعت
• عدد 40 شدت جریان حجمی آب بر حسب gallon/min
• عدد 12 اختلاف دمای ورودی و خروجی dT بر حسب درجه فارنهایت
• در این مثال مقدار بار برودتی چیلر Q برابر 239904 Btu/hr می شود.

محاسبه ظرفیت چیلر تراکمی یا جذبی بر حسب تن تبرید:
با تقسیم مقدار عددی Btu/hr بر عدد 12000 ظرفیت برودتی چیلر بر حسب تن تبرید به دست می آید که در این مثال برابر 19٫9 تن تبرید می شود.

در نظر گرفتن اورسایز (Oversize) چیلر به مقدار 20 درصد:
با توجه به کاربری های مختلف ممکن است مقدار اورسایز کمتر یا بیشتر از 20 درصد در نظر گرفته شود که در این مثال سایز چیلر مورد نیاز 19٫9×1٫2=23٫9 برابر 23٫9 می شود.

سایز واقعی نزدیک به استاندارد:
سایز واقعی چیلری که برای ساخت در نظر گرفته می شود به صورت رند 25 تن تبرید است.

تعیین ظرفیت چیلر بر اساس واحد متریک:
ممکن است تعیین ظرفیت چیلر بر اساس واحد متریک صورت بگیرد که در این صورت باید اختلاف دما بر حسب درجه سانتی گراد (یا درجه کلوین)، شدت جریان حجمی آب بر حسب متر مکعب بر ثانیه، چگالی آب بر حسب kg/m3 و ظرفیت گرمایی ویژه آب بر حسب Kj/Kg.K بیان شود تا ظرفیت برودتی چیلر طبق فرمول زیر بر حسب کیلووات به دست آید.

• Q=Cp×p×V×dT.
• Q=4.18×1000×40×0٫000063×6٫7=70٫57.

برای تبدیل کیلووات به Btu/hr آن را در عدد 3412 ضرب می کنیم که در این مثال برابر 70٫57×3412=239900 می شود.

• 4٫18 ظرفیت گرمایی ویژه آب است.
• عدد 1000 چگالی آب بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب است.
• عدد 40 شدت جریان حجمی آب و هر گالن بر دقیقه برابر 0٫000063 متر مکعب بر ثانیه است.
• 6٫7 اختلاف درجه حرارت بر حسب درجه سانتی گراد (یا درجه کلوین) است.

نکته اینکه این روش محاسبه ظرفیت چیلر معمولا برای چیلرهای صنعتی (چیلرهایی که به عنوان دستگاه خنک کننده فرآیندها و دستگاه های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند) کاربرد دارد و چنانچه بخواهیم ظرفیت چیلر را برای ساختمانی خاص محاسبه کنیم بایستی که از روش های دیگر بهره ببریم.

برای مثال در مبدل حرارتی شکل زیر مشاهده می کنید که به چه شکل آب سرد چیلر برای خنک کاری اسید سولفوریک یک کارخانه مورد استفاده قرار می گیرد.

محاسبات چیلر برای ساختمان:
فرمول بالا زمانی صدق می کند که ما چیلری در اختیار داشته باشیم و با اندازه گیری دمای آب ورود و خروج و دبی آن بتوانیم ظرفیت دستگاه را محاسبه کنیم ولی برای برآورد حدودی و دقیق ظرفیت سرمایشی یک چیلر برای یک ساختمان با انواع کاربری ها نیاز به فرمول ها و روش های دیگری است که در ادامه آن را تشریح می کنیم.

محاسبات سرانگشتی ظرفیت چیلر:
گاهی برای برآورد اولیه و حدودی چیلر مورد نیاز برای یک ساختمان خاص و در یک منطقه آب و هوایی خاص به فرمول هایی نیاز داریم که به کمک آنها بتوانیم خیلی سریع این کار را انجام دهیم و از نظر قیمت و ویژگی های اولیه مورد نیاز برای انتخاب سیستم تهویه تصمیم بگیریم.

برای محاسبه سرانگشتی و تخمین اولیه چیلر مورد نیاز کافی است که مساحت مفید ساختمان (مساحت مفید قسمت هایی که قرار است تهویه شود) را در ضریب شهر (مطابق جدول زیر) ضرب می کنیم تا ظرفیت سرمایشی چیلر بر حسب BTU/h (بی تی یو بر ساعت) به دست آید و در نهایت با تقسیم این عدد بر عدد 12000 ظرفیت بر حسب تن تبرید به دست می آید.

مساحت مفید (با کم کردن مساحت اشغال شده توسط دیوارها، حمام، سرویس بهداشتی و …) * ضریب شهر = ظرفیت سرمایشی مورد نیاز بر حسب BTU/h

برای تخمین ضریب شهر، ما انواع ساختمان ها را به 3 دسته مسکونی، اداری و تجاری تقسیم بندی می کنیم.

طبیعی است که مثلا در یک ساختمان اداری همواره افرادی حضور دارند و معمولا تعدادی کامپیوتر نیز در حال تولید حرارت است و یا برای مثال در یک ساختمان تجاری معمولا ارتفاع سقف نسبت به ساختمان مسکونی بیشتر بوده و رفت و آمد افراد نیز زیادتر است.

در ضمن شرایط آب و هوایی شهرهای مختلف در کشورمان نسبت به یکدیگر بسیار متغیر بوده و دستگاه های سرمایشی توان های واقعی متفاوتی خواهند داشت.

بنابرین برای محاسبه سرانگشتی ظرفیت چیلر اول نوع کاربری آن را مشخص می کنیم و سپس شرایط آب و هوایی محل نصب را به صورت حدودی تعیین می کنیم و با استفاده از جدول زیر به صورت حدودی ضریب شهر مورد نظر را استخراج می کنیم و در فرمول بالا قرار می دهیم.

• آب و هوای معتدل مثل تهران و کرج.
• آب و هوای گرم مثل قم و یزد.
• و آب و هوای خیلی گرم مثل اهواز.

برای مثال اگر مساحت مفید (بعد از کسر کردن پرتی ها، مساحت سرویس بهداشتی و …) ساختمانی مسکونی در شهر تهران 600 متر مربع باشد و ضریب شهر تهران برای پروژه های مسکونی را 400 در نظر بگیریم، ظرفیت چیلر مورد نیاز طبق فرمول زیر برابر 240,000 بی تی یو بر ساعت به دست می آید که با تقسیم آن بر عدد 12000 ظرفیت معادل 20 تن تبرید خواهد بود.

• 600*400=240000 BTU/h

محاسبات دقیق برای محاسبه ظرفیت سرمایشی چیلر:
همانطور که گفتیم با روش قبلی نمی توان به طور دقیق ظرفیت سرمایشی چیلر برای یک ساختمان را محاسبه کرد و برای محاسبه دقیق از نرم افزارهایی مثل نرم افزار Carrier HAP استفاده می شود که در آن پارامترهای مهم اثرگذار بر اتلافات حرارتی از جمله مساحت، دمای داخل، دمای خارج، تعداد افراد، میزان روشنایی، میزان حرارت تولیدی توسط دستگاه های ایجاد کننده حرارت، جنس جداره ها، سقف، کف و … را وارد کرده و ظرفیت مورد نیاز را به طور دقیق محاسبه می کنیم.