در دنیای امروزی که از انرژی آگاه است، سیستم‌های دفع گرما کارآمد نقشی حیاتی در حفظ دمای بهینه برای کاربردهای مختلف صنعتی و تجاری ایفا می‌کنند. با طیف گسترده ای از پیکربندی های سیستم موجود، انتخاب مناسب برای نیازهای شما می تواند یک کار دلهره آور باشد. این راهنمای جامع به پنج پیکربندی کلیدی سیستم دفع گرما می پردازد و به شما امکان می دهد تصمیمات آگاهانه بگیرید و عملکرد زیرساخت خنک کننده خود را افزایش دهید.
ما نکات و نکات پیکربندی زیر را بررسی خواهیم کرد: سیستم خنک کننده مستقیم با هوا، سیستم خنک کننده مستقیم آب با برج خنک کننده، سیستم خنک کننده آب غیرمستقیم با برج خنک کننده، سیستم خنک کننده مستقیم با آب دریا، و سیستم خنک کننده آب دریا غیر مستقیم با گرما مبدل. با درک اصول، مزایا و محدودیت‌های هر پیکربندی، برای انتخاب و اجرای مؤثرترین راه‌حل دفع حرارت برای نیازهای خاص خود، مجهزتر خواهید بود. پس بیایید به دنیای سیستم های دفع گرما شیرجه بزنیم و رازهای بهینه سازی عملکرد آنها را کشف کنیم.
پدیده های دفع گرما
مبرد داخل چیلر گرما می دهد که سپس به یک محیط خنک کننده خارجی منتقل می شود و به مکانی می برد که می توان آن را به طور ایمن دفع کرد - این می تواند هوای بیرون باشد، یا اگر خوش شانس است، رودخانه، دریاچه یا دریا باشد. ! چیلر هوا خنک از هوا استفاده می کند در حالی که چیلر آب خنک از آب به عنوان وسیله خنک کننده استفاده می کند.
تجهیزات اصلی یک کارخانه آب سرد مرکزی
اگر از هوا به عنوان منبع خنک کننده مستقیم استفاده نمی شود، باید از یک دستگاه انتقال حرارت، مانند برج خنک کننده یا رادیاتور، برای دفع گرما به جو استفاده شود. علاوه بر این، اگر منبع آب مستقیماً به کندانسورهای چیلر تغذیه نمی شود، باید از مبدل حرارتی برای انتقال گرما به آب استفاده شود.
سیستم خنک کننده مستقیم هوا
سیستم خنک کننده مستقیم هوا، سیستم خنک کننده ای است که برای دفع گرما نیازی به خنک کننده ندارد. این نوع سیستم خنک‌کننده نسبت به سیستم‌های خنک‌کننده سنتی آب کارآمدتر است، زیرا نیازی به اجزای اضافه‌شده مانند پمپ، رادیاتور و مخزن خنک‌کننده ندارد. این سیستم با استفاده از یک فن برای گردش هوا بر روی منبع گرما و دفع گرما از سیستم کار می کند. سیستم‌های خنک‌کننده مستقیم هوا را می‌توان برای کاربردهای مختلفی از جمله الکترونیک خنک‌کننده، تهویه مطبوع و حتی خنک‌کردن فضای داخلی خودرو استفاده کرد. این نوع سیستم خنک کننده به دلیل کارایی بالاتر و عدم نیاز به استفاده از قطعات اضافی، اغلب بر سیستم های خنک کننده با آب ترجیح داده می شود.
ساده ترین راه برای دفع گرمای کندانسور استفاده از هوا برای خنک کردن کندانسور است که در مورد چیلرهای هوا خنک استفاده می شود. یک چیلر هوا خنک مجهز به کویل های لوله پره ای به عنوان کندانسور و فن هایی است که هوای بیرون را می کشد تا از میان شکاف های بین پره های کویل کندانسور جریان یابد تا مبرد وارد شده از طریق لوله ها خنک شود. کندانسور و فن ها و همچنین کمپرسور، اواپراتور، دستگاه انبساط، پانل کنترل و سایر لوازم جانبی معمولاً در یک واحد پکیج مونتاژ می شوند که پس از ثابت شدن در محل و با اتصال لوله های آب سرد و منبع برق قابل استفاده است. چیلرهای هوا خنک معمولاً در فضای باز نصب می شوند، اما در صورت نیاز، ممکن است در داخل خانه با اگزوز مجرای نصب شوند.
سیستم خنک کننده مستقیم آب با برج خنک کننده
سیستم خنک کننده مستقیم آب با برج خنک کننده یک سیستم خنک کننده موثر برای کاربردهای صنعتی است. از یک سیستم حلقه بسته برای انتقال گرمای تولید شده توسط ماشین آلات به برج خنک کننده استفاده می کند. سپس آب توسط فرآیند تبادل حرارتی خنک می شود و برای استفاده مجدد به ماشین آلات بازگردانده می شود. این سیستم به دلیل بهره وری انرژی شناخته شده است و اغلب در کاربردهایی که به مقادیر زیادی خنک کننده نیاز است، مانند نیروگاه ها، کارخانه های شیمیایی و سایر فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. علاوه بر این، برج خنک کننده راه کارآمدتری برای دفع گرما ارائه می دهد و آن را به گزینه ای ایده آل برای بسیاری از صنایع تبدیل می کند.
برج های خنک کننده تجهیزات انتقال حرارتی هستند که اجازه می دهند گرمای کندانسور چیلرهای آب خنک شده به اتمسفر دفع شود. تجزیه و تحلیل دقیق در مورد اصل عملکرد و فرآیند برج های خنک کننده بعداً در این فصل ارائه خواهد شد. در استفاده از این روش دفع حرارت، پمپ‌های آب برای گردش آب کندانسور بین چیلرها و برج‌های خنک‌کننده نصب می‌شوند. تامین آب برای جبران تلفات آب در این فرآیند مورد نیاز است و تصفیه آب برای کنترل کیفیت آب و جلوگیری از شیوع بیماری لژیونر مورد نیاز است. یک سیستم کنترل دمای حد پایین معمولاً برای جلوگیری از کاهش دمای آب کندانسور ورودی به چیلر به زیر حد پایین (~16 درجه سانتیگراد) نصب می شود که ممکن است در زمستان اتفاق بیفتد و باعث عملکرد ناپایدار چیلر شود.
سیستم آب خنک غیر مستقیم با برج خنک کننده
یک سیستم آب خنک غیر مستقیم با برج خنک کننده یک راه کارآمد برای خنک کردن ساختمان یا تاسیسات صنعتی است. این سیستم شامل یک برج خنک کننده است که با تبخیر آب و انتشار گرما در جو کار می کند. سپس آب هنگام عبور از برج خنک می شود و سپس به داخل ساختمان یا تأسیسات پمپ می شود تا هوای خنک فراهم شود. این نوع سیستم برای تاسیسات صنعتی بزرگتر و پیچیده‌تر ایده‌آل است و به راحتی می‌تواند برای هر اندازه یا شکل ساختمانی سازگار شود. همچنین یک راه مقرون به صرفه برای خنک نگه داشتن ساختمان یا تأسیسات است و از نظر انرژی کارآمد است و برای کسانی که به دنبال کاهش هزینه های انرژی خود هستند، گزینه ای عالی است.
مدار آب کندانسور در سیستم دفع حرارت فوق الذکر ممکن است به دو قسمت تقسیم شود که به صورت حرارتی توسط یک مبدل حرارتی در بین آنها به هم متصل می شوند. این طرح ممکن است زمانی استفاده شود که از آب دریا در مدار از طریق برج خنک کننده و آب شیرین در مدار از طریق چیلر استفاده شود، تا کندانسور چیلر را از خوردگی و اثرات فرسایشی آب دریا محافظت کند. پمپ ها در هر مدار آب برای انتقال گرما مورد نیاز هستند.
سیستم مستقیم خنک کننده با آب دریا
سیستم های خنک کننده مستقیم با آب دریا از محیط طبیعی برای خنک کردن و متراکم کردن بخار نیروگاه استفاده می کنند. این فرآیند نسبت به سیستم های خنک کننده سنتی کارآمدتر و سازگار با محیط زیست است. با استفاده از خواص طبیعی اقیانوس برای انتقال گرما از نیروگاه، سیستم‌های خنک‌کننده مستقیم آب دریا مصرف انرژی را کاهش می‌دهند، انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش می‌دهند و به تعمیر و نگهداری کمتری نسبت به سایر سیستم‌های خنک‌کننده نیاز دارند. علاوه بر این، این سیستم مقرون به صرفه است، زیرا برای کار کردن به انرژی زیادی نیاز ندارد و به منابع اضافی برای خنک کردن نیاز ندارد. به طور کلی، سیستم های خنک کننده مستقیم با آب دریا یک جایگزین موثر و پایدار برای سیستم های خنک کننده سنتی هستند.
برای یک ساختمان در نزدیکی بندر، ممکن است یک ایستگاه پمپاژ ساخته شود تا آب دریا را برای خنک کردن کندانسور بکشد. آب دریا که توسط پمپ های آب دریا کشیده می شود ممکن است مستقیماً از طریق کندانسورهای چیلر تغذیه شود و آب دریا مصرف شده برای دفع به بندر پمپاژ می شود. برای کنترل کیفیت آب و جلوگیری از رشد میکروارگانیسم‌ها، تجهیزات فیلتراسیون و دوز شیمیایی/بیوساید مورد نیاز است.
سیستم خنک کننده غیر مستقیم آب دریا با مبدل حرارتی
سیستم خنک کننده غیر مستقیم آب دریا با مبدل حرارتی یک سیستم خنک کننده کارآمد و سازگار با محیط زیست است که از آب دریا برای خنک کردن و انتقال گرما استفاده می کند. این سیستم با پمپاژ آب دریا از اقیانوس به یک مبدل حرارتی کار می کند، جایی که گرما از آب دریا به یک حلقه آب شیرین منتقل می شود. این حلقه آب شیرین سپس از طریق یک برج خنک کننده به گردش در می آید که به دفع گرما کمک می کند و سپس به مبدل حرارتی بازگردانده می شود تا خنک شود. سپس آب سرد شده دریا را می توان به اقیانوس بازگرداند. این سیستم به دلیل کارایی بالا، مقرون به صرفه بودن و حداقل تاثیر زیست محیطی آن به طور فزاینده ای محبوب می شود.
برای محافظت از کندانسورهای چیلر، مدار آب کندانسور در سیستم فوق الذکر ممکن است به دو قسمت تقسیم شود که به صورت حرارتی توسط مبدل های حرارتی بین آنها متصل می شوند. این اجازه می دهد تا آب شیرین در مدار از طریق چیلر استفاده شود، اگرچه یک گروه دیگر از پمپ ها مورد نیاز است.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
Indirect Water-Cooled heat rejection systems use a heat exchanger to transfer heat from the chiller to the cooling water, whereas Direct Water-Cooled systems circulate cooling water directly through the chiller. Indirect systems provide better protection against corrosion and fouling, and allow for more flexibility in terms of water quality and temperature. However, they may require additional pumps and piping, increasing their complexity and cost.
Seawater-Cooled heat rejection systems can provide significant energy savings and reduced water consumption in coastal applications. Seawater is a free and abundant resource, eliminating the need for cooling towers or condenser water treatment. However, seawater corrosion and fouling must be carefully managed through material selection and regular maintenance. Additionally, seawater intake and discharge regulations must be complied with to minimize environmental impacts.
To determine the most suitable heat rejection system configuration, consider factors such as heat rejection requirements, available water resources, ambient temperatures, and local regulations. Evaluate the pros and cons of each configuration, including upfront costs, operating expenses, maintenance requirements, and environmental impacts. It may be beneficial to consult with a qualified HVAC engineer or conduct a detailed feasibility study to ensure the selected configuration meets your specific needs and constraints.
Common design considerations for chiller heat rejection systems include chiller sizing, piping layout, and pump selection. It is essential to ensure that the chiller is properly sized for the application, and that the piping layout is optimized for minimal pressure drop and maximum heat transfer. Pump selection should be based on factors such as flow rate, pressure, and efficiency. Additionally, consideration should be given to noise levels, vibration, and accessibility for maintenance.
To optimize the performance of an existing heat rejection system, consider implementing measures such as regular cleaning and maintenance, optimizing chiller setpoints and control sequences, and upgrading to more efficient components. Analyze system data and trends to identify opportunities for improvement, and consider conducting an energy audit or retro-commissioning study to identify potential energy savings. Additionally, consider implementing water-saving measures, such as using grey water or rainwater for cooling, to reduce the system’s environmental impact.
