محاسبه ی ظرفیت چیلرهای تراکمی و جذبی، در 5 قدم

ظرفیت چیلر تراکمی و یا جذبی مورد نیاز برای یک پروژه صنعتی یا تهویه مطبوع یک ساختمان (سرانگشتی یا دقیق)، به کمک فرمول­ ها و نرم ­افزارهایی که وجود دارند محاسبه و تعیین می­ شود.

در این متن، ابتدا نحوه ­محاسبه و تعیین ظرفیت چیلر­تراکمی و جذبی برای کاربردهای صنعتی با ۵ قدم ساده آموزش داده شده و سپس روش­های سرانگشتی و دقیق تعیین ظرفیت چیلرهای تهویه ­مطبوع تشریح شده­ است.

در این مقاله می‌خوانیم؛
۱ . تعیین ظرفیت برودتی چیلر جهت کاربرد صنعتی

یک مثال برای محاسبه ظرفیت چیلر

۱ . ۱ . انجام ۵ قدم ساده برای تعیین ظرفیت چیلر بر اساس واحد انگلیسی

۱ . ۲ . تعیین ظرفیت چیلر براساس واحد متریک با ۵  ساده

محاسبات چیلر­های ساختمان (کاربرد­های تهویه مطبوع)

۲ . ۲ . محاسبات دقیق برای محاسبه ظرفیت سرمایشی چیلر

 

۱ . تعیین ظرفیت برودتی چیلر جهت کاربرد صنعتی

نوع کاربرد چیلر در محاسبه ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی، اهمیتی ندارد، بلکه برای تعیین ظرفیت برودتی و سایزینگ مناسب چیلر یک فرمول ساده وجود دارد. قبل از اینکه بخواهیم ظرفیت چیلر را تعیین کنیم اطلاعات سه متغیر زیر مورد ­نیاز است:

۱ . دمای آب ورودی به چیلر

۲ . دمای آب مورد نیاز و خروجی از چیلر

۳ . شدت جریان آب

همانطور که پیش ­از این گفته شد، این روش اغلب برای کاربرد های صنعتی چیلر مورد استفاده قرار می­گیرد اما برای کاربرد های تهویه مطبوع نیز می توان از آن بهره برد.

یک مثال برای محاسبه ظرفیت چیلر

بعنوان مثال ظرفیت چیلر مورد نیاز برای خنک کاری آب با شدت جریان ۴۰ گالن بر دقیقه (GPM – Gallon Per Minute) که باید از دمای ۷۰ درجه فارنهایت (۲۱٫۱ درجه سانتی گراد) به دمای ۵۸ درجه فارنهایت (۱۴٫۴ درجه سانتی گراد) برسد را محاسبه می­کنیم.

در این مثال تراکمی یا جذبی بودن چیلر تفاوتی ندارد بلکه فقط دمای آب­ ورودی و آب­ مورد نیاز و دبی آن اهمیت دارد که با ۵ قدم ساده ظرفیت آن را بدست می­ آوریم.

برای آشنایی بیشتر در مورد چیلرها توصیه میکنیم مقاله چیلرهای تراکمی را مطالعه کنید، مدت زمان مورد نیاز برای خواندن این مقاله حداکثر 6 دقیقه میباشد.

۱ . ۱ . انجام ۵ قدم ساده برای تعیین ظرفیت چیلر بر اساس واحد انگلیسی

۱ . محاسبه اختلاف درجه حرارت

که در مثال فوق اختلاف درجه حرارت ۱۲ درجه فارنهایت می­ باشد.

۲  . محاسبه ظرفیت برودتی چیلر بر حسب Btu/hr

برای محاسبه ظرفیت برودتی چیلر که نرخ انتقال را نشان می­دهد از فرمول زیر استفاده می ­شود:

Q=Cp×p×V×dT

Q = 1 × ۸٫۳۳ × ۶۰ × ۴۰ ×۱۲

عدد ۱ ظرفیت گرمایی ویژه آب Cp برحسب  Btu/lb.F می ­باشد.

عدد ۸٫۳۳ چگالی آب p برحسب پوند بر­گالن  lb/gallonمی ­باشد.

عدد ۶۰ برای تبدیل گالن بر دقیقه به گالن بر­ ساعت استفاده شده­ است.

عدد ۴۰ شدت جریان حجمی آب بر­حسب  gallon/min است.

عدد ۱۲ نشانگر اختلاف دمای ورودی و خروجی dT بر­حسب درجه فارنهایت می ­باشد.

در این مثال مقدار بار برودتی چیلر Q برابر با ۲۳۹۹۰۴ Btu/hr می ­شود.

۳ . محاسبه ظرفیت چیلر تراکمی یا جذبی بر­حسب تن تبرید

برای محاسبه ظرفیت چیلر تراکمی یا جذبی بر­حسب تن تبرید مقدار عددی Btu/hr  را بر عدد ۱۲۰۰۰ تقسیم می­ کنیم که حاصل می­ شود ۱۹٫۹ تن تبرید.

۴ . در نظر گرفتن اورسایز (Oversize) چیلر به­مقدار ۲۰ درصد

مقدار اورسایز چیلر باتوجه به کاربری های مختلف آن ممکن است که کمتر یا بیشتر از ۲۰­درصد در­نظر گرفته شود که در این مثال سایز چیلر مورد نیاز ۱۹٫۹×۱٫۲=۲۳٫۹ برابر ۲۳٫۹ می­ شود. (سایز اسمی)

۵ . سایز اسمی نزدیک به استاندارد

سایز اسمی چیلری که برای ساخت در­نظر گرفته می ­شود به صورت رند ۲۵ تن­ تبرید است.

نکته بسیار مهم این است که در سومین قدم از این ۵ قدم ساده، ظرفیت واقعی چیلر مورد نیاز بدست آمد و با توجه به این موضوع که چیلرها در کارخانه با یک استاندارد خاص طراحی و تولید می­ شوند که به ظرفیت آنها در کارخانه و در آن شرایط خاص، ظرفیت اسمی گفته می ­شود.

در قدم چهارم اورسایز درنظر گرفته شد که این اورسایز همان ظرفیت اسمی است.

یعنی چیلری که در شرایط استاندارد کارخانه حدودا ۲۵ تن­ تبرید ظرفیت دارد، وقتی در شرایط محیطی محل نصب قرار می ­گیرد (با توجه به پارامترهای مختلف مانند دمای محیط یا ارتفاع از سطح دریا و …) معمولا با افت ظرفیت همراه می ­شود و به همین علت باید برای آن اورسایز درنظر گرفته شود تا برای مثال این چیلر ۲۵ تن­ تبرید بتواند در عمل ۲۰ تن­ تبرید سرما ایجاد کند.

اگر ظرفیت اسمی برابر ظرفیت واقعی (بعنوان مثال همان ۲۰ تن تبرید) درنظر گرفته شود و اورسایز درنظر گرفته نشود، این چیلر در محل نصب می ­تواند حداثر حدود ۱۶ تن ­تبرید سرما ایجاد کند و سیستم با اختلال مواجه می ­گردد.

۱ . ۲ . تعیین ظرفیت چیلر براساس واحد متریک با ۵  ساده

در برخی موارد این امکان وجود دارد که تعیین ظرفیت چیلر براساس واحد متریک صورت بگیرد که در­این صورت باید اختلاف دما برحسب درجه سانتی­گراد (یا درجه کلوین)، شدت جریان حجمی آب برحسب متر مکعب بر­ثانیه، چگالی آب برحسب kg/m³ و ظرفیت گرمایی ویژه آب برحسب Kj/Kg.k  بیان شود تا بتوان ظرفیت برودتی چیلر را طبق فرمول زیر برحسب کیلووات به دست آورد.

نکته اینکه در اینجا هم ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی با همان ۵ قدم ساده محاسبه شده و فقط واحدها برحسب استاندارد متریک می­باشد.

Q = Cp×p×V×dT

Q = 4.18×۱۰۰۰×۴۰×۰٫۰۰۰۰۶۳×۶٫۷=۷۰٫۵۷

جهت تبدیل کیلووات به Btu/hr باید آن را در عدد ۳۴۱۲ ضرب کنیم که در این مثال برابر ۷۰٫۵۷×۳۴۱۲=۲۳۹۹۰۰ می­شود.

عدد ۴٫۱۸ ظرفیت گرمایی ویژه آب است.

عدد ۱۰۰۰ چگالی آب بر­حسب کیلوگرم بر­مترمکعب است.

عدد ۴۰ شدت جریان حجمی آب و هر گالن بر­دقیقه برابر ۰٫۰۰۰۰۶۳ متر مکعب برثانیه است.

عدد ۶٫۷ اختلاف درجه حرارت برحسب درجه سانتی­گراد (یا درجه کلوین) می ­باشد.

نکته­ای که وجود دارد این است که این روش محاسبه ظرفیت معمولا در چیلر های صنعتی ( چیلر هایی که به عنوان دستگاه خنک­کننده فرآیندها و دستگاه ­های صنعتی مورد استفاده قرار می ­گیرند ) کاربرد دارد و هنگامی­ که بخواهیم ظرفیت چیلر را برای یک ساختمان خاص محاسبه کنیم می ­بایست از روش­های دیگر استفاده کنیم.

 

برای آشنایی بیشتر در مورد چیلرها توصیه میکنیم مقاله چیلر تراکمی را مطالعه کنید، مدت زمان مورد نیاز برای خواندن این مقاله حداکثر 5 دقیقه میباشد.

 

 محاسبات چیلر­های ساختمان (کاربرد­های تهویه مطبوع)

در مواقعی که ما چیلری در­اختیار داشته­ باشیم با اندازه گیری دمای آب ورودی و خروجی و دبی آن می ­توانیم با استفاده از فرمول بالا ظرفیت دستگاه را محاسبه کنیم ولی هنگامی که می ­خواهیم ظرفیت حدودی یا سرانگشتی و دقیق ظرفیت سرمایشی یک چیلر برای یک ساختمان با انواع کاربری ­ها را محاسبه کنیم به فرمول­ها و روش­های دیگری نیاز داریم که در ادامه آن­ها را شرح می­دهیم.

همانطور که توضیح داده شد محاسبه و تعیین ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی با ۵­ قدم ساده در اکثر مواقع برای کاربردهای صنعتی یا مواقعی که چیلری را در­اختیار داریم و قصد محاسبه ظرفیت آن را داریم استفاده می­ شود ولی برای کاربردهای تهویه مطبوع معمولا یکی از ۲ روش زیر مورد استفاده قرار می­ گیرد.

۲ . ۱ . محاسبات سر­انگشتی ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی

در برخی مواقع برای برآورد اولیه و حدودی چیلر مورد نیاز برای یک ساختمان خاص و در یک منطقه آب و هوایی خاص فرمول ­هایی مورد نیاز است که به کمک آن­ها بتوانیم خیلی سریع این عمل را انجام دهیم و از نظر قیمت و ویژگی­های اولیه مورد نیاز برای انتخاب سیستم تهویه تصمیم­گیری کنیم.

برای محاسبه سر­انگشتی و تخمین اولیه چیلر مورد­نیاز کافی است که مساحت مفید ساختمان (مساحت قسمت­هایی که قرار است تهویه شود) را در ضریب شهر (مطابق جدول زیر) ضرب کنیم تا ظرفیت برودتی چیلر بر حسب BTU/h (بی تی یو بر­ساعت) بدست آید و در­نهایت با تقسیم این عدد بر عدد ۱۲۰۰۰ ظرفیت برحسب تن­ تبرید مشخص می ­شود. تراکمی یا جذبی بودن چیلر در این حالت اهمیتی ندارد و فقط محاسبه ظرفیت مهم است.

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

برای تخمین ضریب شهر، ما انواع ساختمان­ها را به ۳ دسته اداری، تجاری و مسکونی تقسیم ­بندی می­ کنیم. بدیهی است که در یک ساختمان اداری نسبت به یک ساختمان مسکونی همواره افراد بیشتری حضور دارند و معمولا تعدادی کامپیوتر نیز در حال تولید حرارت هستند و یا بعنوان مثال معمولا ارتفاع سقف یک ساختمان تجاری نسبت به ساختمان مسکونی بلندتر بوده و رفت و آمد افراد نیز بیشتر است.

ضمنا شرایط آب و هوایی شهر های مختلف کشورمان نیز نسبت به یکدیگر بسیار متفاوت بوده و در نتیجه دستگاه­های سرمایشی توان­ های واقعی متفاوتی خواهند داشت.

بنابراین هنگام محاسبه سرانگشتی ظرفیت چیلر ابتدا نوع کاربری آن را مشخص نموده و سپس شرایط آب و هوایی محل نصب را بصورت حدودی تعیین می­کنیم و با استفاده از جدول زیر بصورت حدودی ضریب شهر مورد نظر را استخراج کرده و در فرمول بالا جای­گذاری می­کنیم.

 

آب و هوا/نوع کاربری	مسکونی	اداری	تجاری
معتدل	400 تا 500	500 تا 600	600 تا 800
گرم	500 تا 600	600 تا 700	700 تا 900
خیلی گرم	600 تا 700	700 تا 800	800 تا 1000

شهرهای با آب و هوای معتدل مانند کرج و تهران

شهرهای با آب و هوای گرم مانند قم و یزد

و شهرهای با آب و هوای خیلی گرم مانند اهواز

 

به عنوان مثال اگر مساحت مفید ( پس از کسر­نمودن پرتی­ ها، مساحت سرویس بهداشتی و …) یک ساختمان مسکونی در شهر تهران ۶۰۰ متر مربع باشد و ضریب این شهر برای پروژه­های مسکونی را ۴۰۰ در نظر بگیریم، ظرفیت چیلر مورد­نیاز طبق فرمول زیر برابر می­شود با ۲۴۰,۰۰۰ بی تی یو بر ساعت که با تقسیم این عدد بر عدد ۱۲۰۰۰ ظرفیت چیلر معادل ۲۰ تن ­تبرید خواهد بود.

۶۰۰*۴۰۰=۲۴۰۰۰۰  BTU/h

نکته حائز اهمیت این ­است که همان طور که قبلا هم بیان شد، ظرفیتی که محاسبه شد همان ظرفیت واقعی چیلر است که ساختمان به آن نیاز دارد و باید ظرفیت اسمی آن با درنظر گرفتن چند درصد اورسایز نیز مورد محاسبه قرار گیرد. پس از آن که ظرفیت چیلر تراکمی یا جذبی مورد­نیاز محاسبه و تعیین گردید ( یا با روش ۵ قدم ساده که در ابتدا گفته ­شد و یا با روش سر­انگشتی و … ) بایستی با­توجه به شرایط آب و هوایی و سایر پارامتر ها ( به عنوان مثال نوع مبرد به­کار رفته در چیلر ) مقدار اسمی آن نیز تعیین گردد تا چیلر براساس آن ساخته شود.

برای آشنایی بیشتر در مورد چیلرها توصیه میکنیم مقاله چیلر تراکمی آب خنک را مطالعه کنید، مدت زمان مورد نیاز برای خواندن این مقاله حداکثر 6 دقیقه میباشد.

۲ . ۲ . محاسبات دقیق برای محاسبه ظرفیت سرمایشی چیلر

همانطور که گفته شد با شیوه قبلی نمی­توان بطور دقیق ظرفیت سرمایشی چیلر برای یک ساختمان را محاسبه نمود و برای این کار نرم­افزارهایی مثل نرم افزار Carrier HAP مورد استفاده قرار می ­گیرد که در آن پارامترهای مهم و اثر گذار بر اتلافات حرارتی مانند مساحت، دمای داخل، دمای خارج، میزان روشنایی، میزان حرارت تولیدی توسط دستگاه­های ایجاد­کننده حرارت، تعداد افراد، جنس جداره­ها، سقف­ها، کف و … را وارد نموده و ظرفیت مورد­نیاز را بطور دقیق محاسبه می ­نماییم.

آیا افزودن ضد ­یخ ( گلیکول ) به آب باعث کاهش ظرفیت چیلر می­ گردد؟

بله، افزودن گلیکول ( ماده­ای برای جلوگیری از یخ زدن آب در مدار چیلر ) باعث کاهش ظرفیت چیلر می­گردد که بصورت سر­انگشتی به این صورت محاسبه می ­شود که اگر ۱۰­درصد از محلول آب و گلیکول را ماده گلیکول تشکیل دهد، حدودا ۱­درصد از ظرفیت سرمایشی چیلر کاهش می­ی ابد.

آیا روش محاسبه سر­­انگشتی و دقیق ظرفیت چیلرهای تراکمی و جذبی با یکدیگر متفاوت است؟

خیر، با یکدیگر تفاوتی ندارند. هر دو سیستم یک وظیفه برعهده داشته و تنها مکانیزم آن­ها با یکدیگر متفاوت است و همانطور که در فرمول ­های ارائه شده مشاهده می ­نمایید، محاسبه ظرفیت چیلر موردنیاز مستقل از نوع آن می ­باشد.