مینی چیلر یا چیلر کوچک ( Mini Chiller ) همانطور که از نامش پیداست ، چیلری کوچک با ظرفیت محدود (معمولا” کمتر از 10 تن تبرید ) می باشد . دستگاهی برای تولید آب سرد که اصلی ترین استفاده آن سرمایش ساختمان های مسکونی است . مینی چیلر در دسته چیلر های تراکمی قرار می گیرد که به واسطه اهمیت راه اندازی و بهره بردای آسان از سیستم های HVAC، کندانسور مینی چیلرها به شکل هوا خنک طراحی و تولید می شود .
به مانند تمامی چیلرهای تراکمی،اساس کار این چیلرهای کوچک ، سیکل تبرید تراکمی بخار( کارنو ) می باشد. به این ترتیب که بخارمبرد به وسیله کمپرسور متراکم شده و فشار و دمای آن افزایش می یابد . سپس گرمای مبرد از طریق کندانسور به هوای محیط دفع شده تا تبدیل به مایع شود . مایع خروجی از کندانسور، با عبور از شیر انبساط ، افت فشار زیادی پیدا می کند .چنانکه مقداری از مایع مبرد تبخیر شده و باعث کاهش بیشتر دمای مبرد خواهد شد .این گونه مبرد سرد ورودی به اواپراتور، جریان آب عبوری از آن را خنک کرده و پس از تبخیر، مجددا” به کمپرسور بازمی گردد .
این دستگاه از چهار موئلفه اصلی تشکیل می شود :
به منظور درک بهتر ساختار و عملکرد این نوع از چیلر های کوچک ، در ادامه به طور مجزا هر یک از اجزاء این سیستم را برسی می کنیم :
مکانیزمی است که به کمک آن می توان انرژی لازم برای حرکت مبرد در مسیر سیکل تبرید را تامین کرد . انواع مختلفی از کمپرسورها با تکنولوژی های متفاوت وجود دارند . اما به علت ظرفیت پایین مینی چیلرها ، معمولا” از کمپرسورهای نوع روتاری و اسکرال استفاده می شود . البته، بعضا” در پروژه های صنعتی با نیاز برودتی محدود ، در صورت بکارگیری چیلر کوچک ، از کمپرسورهای پیستونی نیز استفاده می شود .
امروزه با توجه به اهمیت بالای بهینه سازی مصرف انرژی ، استفاده از کمپرسورهای اینورتردار ، بیش از گذشته مورد توجه قرارگرفته است . خصوصا” در مینی چیلرها که امکان استفاده از تعداد زیادی کمپرسور (جهت کنترل ظرفیت مرحله ای ) وجود ندارد. بعلاوه ، وجود اینورتر باعث کاهش تعداد دفعات خاموش و روشن شدن کمپرسور شده و طول عمر آن را افزایش می دهد .
از آن جا که عمده ترین مصرف مینی چیلرها ، ساختمان های مسکونی می باشد ، بهره برداری آسان از آن ها اهمیت ویژه ای پیدا می کند . لذا با توجه به سادگی فرآیند سرویس و نگهداری چیلرهای هوا خنک ، کندانسور مورد استفاده در این سیستم ها، غالبا” از نوع کندانسور هوایی ( هوا خنک ) است .کندانسوری شامل کویل هوا خنک و فن محوری که گرمای بخار داغ خروجی از کمپرسور را به هوای محیط دفع می کند . بنابراین ، بایستی حتما” مینی چیلر در فضای آزاد بیرون از ساختمان قرار بگیرد .
در کندانسور هوایی این نوع چیلرهای کوچک ، می توان از دو نوع کویل هوا خنک استفاده نمود :
ساختار این کویل ها از تعدادی لوله مسی و فین آلومینیومی ( جهت افزایش سطح انتقال حرارت ) تشکیل شده است .
نوع پیشرفته ای از کویل های کندانسور، با ساختاری مشابه کویل های Fin & Tube که شامل تعدادی کانال آلومینیومی بسیار کوچک ( Micro Channel ) و فین های آلومینیومی فشرده می باشند .
بواسطه فضای محدود اغلب ساختمان های مسکونی ، تولید مینی چیلری با ابعاد کوچک ، از جمله فاکتورهای مهم ساخت آن به شمار می رود . استفاده از کویل های Micro Channel به کوچک شدن ابعاد مینی چیلر کمک می کند ؛ چرا که در مقایسه با کویل های Fin & Tube نزدیک به 23% ابعاد کوچکتری دارند .
مکانیزمی جهت کنترل دما و مقدار جریان مبرد ورودی به اواپراتور ، که نقش اصلی را در تعیین دمای آب خروجی از اواپراتور ایفا می کند . ضمن آن که بوسیله شیر انبساط ، میزان سوپرهیت ایجاد شده در خروجی اواپراتور تنظیم شده تا از ورود مایع مبرد به کمپرسور جلوگیری شود .
بواسطه ظرفیت محدود مینی چیلرها و نیاز کمتر به کنترل دقیق جریان مبرد ، معمولا” از شیر های انبساط مکانیکی در آن ها استفاده می شود . مگر در شرایطی که کمپرسورهای اینورتردار بکار گرفته شود .
نوعی مبدل حرارتی که آب سرد مورد نیاز فن کویل ها یا هر مصرف کننده دیگری ، توسط آن تامین می شود . بطوریکه آب گرم ورودی به اواپراتور در اثر انتقال حرارت با مبرد سرد ورودی ، خنک می شود . عمدتا” از دو نوع مبدل می توان به عنوان اواپرانور استفاده نمود .
یکی از رایج ترین انواع مبدل که از تعدادی لوله درون پوسته ای استوانه ای تشکیل شده است . در اواپراتور پوسته و لوله ( از نوع Dry Expansion ) جریان مبرد از درون لوله ها و جریان آب از درون پوسته ( بیرون لوله ها ) عبور می کند .
گرما از طریق دیواره لوله ها ، بین دو سیال منتقل شده و به این ترتیب دمای آب کاهش می یابد .
نوع دیگری از مبدل که در آن از صفحات نازک فلزی جهت انتقال حرارت بین دو جریان سرد و گرم استفاده می شود . صفحاتی با سطوح صاف و یا موج دار که ضمن ایجاد کانال هایی برای جریان های سیال ، آن ها را از هم جدا می کنند . مزیت عمده اواپراتور صفحه ای این است که جریان های آب و مبرد را در معرض سطح بزرگتری برای تبادل گرما قرار می دهد ؛ در نتیجه برای تولید حجم یکسانی از آب سرد ، اندازه یک اواپراتور صفحه ای به مراتب کوچکتر از اندازه یک اواپراتور پوسته و لوله خواهد بود .
با توجه به اهمیت ساخت مینی چیلرها در ابعاد کوچک ، استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای به عنوان اواپراتور ، بخصوص در مینی چیلرهای کم ظرفیت ، بیشتر مورد توجه تولید کننده ها قرار می گیرد .
غالبا” استفاده از مینی چیلر در مصارف تهویه مطبوع تعریف می شود ؛ چرا که الزامات و ظرفیت مورد نظر اکثر پروژه های صنعتی ، معمولا” متناسب با کارایی این نوع چیلر نمی باشد .
در پروژه های تهویه مطبوع ، معمولا” بکارگیری مینی چیلر برای ساختمان های مسکونی (بخصوص با تعداد واحد های پایین ) مرسوم می باشد . هر چند که در ساختمان های اداری و تجاری نیز در شرایطی امکان استفاده از این نوع چیلر وجود دارد . در کنار مینی چیلر از ترمینال یونیت هایی به نام فن کویل استفاده می شود که در فضاهای مختلف هر واحد از ساختمان تعبیه می گردند . آب سرد تولیدی مینی چیلر از درون لوله های فن کویل عبورکرده و هوای خنک مورد نیاز جهت سرمایش را تامین می کند . سپس بعد از جذب گرمای هوا ، آب گرم شده به آن بازگشته و مجددا” تا دمای استاندارد تهویه ( 7 دجه سانتی گراد ) سرد می شود .
زمانی که آب سرد تولیدی از مینی چیلر وارد فن کویل ها می شود ، فرایند سرمایش اتفاق می افتد . اما برای ایجاد گرماش در فصول سرد سال ، می بایست متعاقبا” جریان آب گرم را به سمت فن کویل ها هدایت نمود. اگر مینی چیلر به صورت هیت پمپ طراحی و تولید گردد ، قادر خواهد بود آب گرم مورد نیاز جهت گرمایش را نیز تامین کند . اما از یک سو به دلیل اقلیم سرد اغلب شهر های ایران ، مکانیزم هیت پمپ نمی تواند آب گرم چندان مناسبی تولید کند و از سوی دیگر تولید آب گرم توسط این چیلر کوچک ، همراه با مصرف برق خواهد بود ؛ بنابراین بهتر است آب گرم فن کویل ها از طریق پکیج یا دیگ آب گرم در موتور خانه تولید شود .
به طور کلی ، شرایط اقلیمی و جغرافیایی محل پروژه، می تواند در انتخاب نوع سیستم های سرمایشی و گرمایشی تاثیرگزار باشد . بعنوان مثال سیستم های سرمایش تبخیری مانند زنت ، ایر واشر و کولر آبی بیشتر در مناطقی با آب و هوای معتدل مانند تهران و قزوین کارایی خواهند داشت ، نه شهر هایی که هوای شرجی داشته یا با کمبود آب مواجه هستند . اما مینی چیلر در تمامی شرایط اقلیمی، از جمله هوای گرم و خشک یاحتی مرطوب قابلیت استفاده خواهد داشت .
در صورت استفاده از مینی چیلر در پروژه های صنعتی، کمپرسورهای نوع پیستونی ، اغلب انتخاب مناسب تری هستند ؛ چرا که بر خلاف کمپرسورهای روتاری و اسکرال ، قابلیت تعمیر داشته و اصطلاحا” یکبار مصرف نیستند . بعلاوه، این نوع کمپرسورها را در شرایط کاری متنوع تری می توان به کار برد .
ابتدا لازم است تعریفی از مینی چیلر آپارتمانی داشته باشیم . از آن جا که این مدل از چیلر های کوچک ظرفیت محدودی دارند ، عمده کاربرد آن ها در واحد های مسکونی است از جمله آپارتمان ها ، ملک های شخصی ، ویلا و ….از همین رو در بازار سیستم های برودتی و تهویه مطبوع با واژه هایی از قبیل چیلر خانگی یا مینی چیلر آپارتمانی شناخته می شوند . در حالی که ممکن است همین چیلر کم ظرفیت برای سرماش یک واحد تجاری یا اداری نیز استفاده شود . لذا، اساسا” در فرایند تولید مینی چیلر، تنها این شرایط کاری دستگاه است که تعیین کننده خواهد بود . به این معنا که استفاده از دستگاه برای مصارف تهویه مطبوع است یا کاربرد صنعتی دارد . در غیر این صورت، تفاوت کاربری پروژه فقط در محاسبه ظرفیت برودتی دستگاه موثر خواهد بود .
در ساختمان ها و آپارتمان های مسکونی ، معمولا” سعی می شود مینی چیلر را در تراس یا بالکن نصب کنند تا طول لوله کشی فن کویل ها به حداقل برسد ، اما با توجه به این که رشد جمعیت در شهرها افزایش یافته و اغلب آپارتمان های فعلی فضای کوچکی دارند ، غالبا” فضای بالکن جوابگوی نصب این چیلر کوچک نمی باشد . در چنین مواردی دستگاه بر روی پشت بام ساختمان نصب می شود . از طرفی به دلیل این که اغلب مینی چیلر ها هوا خنک هستند و به حریمی جهت عبور جریان هوای کافی نیاز دارند ، نصب آن در اکثر تراس ها با مشکل مواجه می شود ، مگر این که فضای کافی وجود داشته باشد . ضمنا” صدای دستگاهی که در تراس ساختمان قرار گرفته می تواند برای ساکنین آزاردهنده باشد . در کل فضای نصب این نوع چیلر یکی از چالش های این سیستم در منازل و ساختمان های مسکونی است و این مسئله یکی ازدلایلی است که باعث شده است در ساختمان های بزرگ ، استفاده از چیلر مرکزی به مراتب رایج تر باشد .
چه تفاوتی بین چیلر و مینی چیلر وجود دارد در واقع تفاوت خاصی به لحاظ ساختار دستگاه وجود ندارد و فقط مینی چیلرها با ظرفیت برودتی پایین تر( تا کمتر از 10 تن تبرید ) تعریف می شوند . می توان گفت تفاوت اصلی آن جاست که در صورت استفاده از چیلر کوچک در یک پروژه مسکونی ، هر واحد به یک دستگاه جداگانه مجهز بوده که به یونیت های داخلی یا همان فن کویل ها متصل می شود . اما در صورت استفاده از یک چیلر مرکزی ، تمامی واحدها توسط یک چیلر تغذیه شده و تمامی فن کویل های ساختمان نیز به همین یک چیلر متصل می شوند که به لحاظ اقتصادی و هزینه برق مصرفی می تواند انتخاب مناسب تری باشد . ( ضمن آن که به کمک سیستمی بنام energy meter امکان کنترل مصرف برق هر واحد به طور مجزا وجود خواهد داشت ) .