چیلر های پرتابل سرعت متغیر

چیلر پرتابل یک سیستم پکیج جای گرفته در یک کابینت چرخدار است که شامل یک مخزن و سیستم پمپاژ یکپارچه بوده و از تبرید جهت خنک کردن یک مدار آب برای فرآیند های صنعتی که گرما تولید می کنند استفاده می کند.دفع این گرما موجب بالا رفتن بازدهی فرآیند و افزایش منافع کارخانه می شود.سرمایش موثر با استفاده از چیلر های پرتابل یکی از ارکان مهم صنایع فرآیندی از قبیل قالب ریزی تزریقی به شمار می رود.

به طور سنتی، یک چیلر پرتابل از کمپرسوری بهره می برد که با سرعت پیوسته کار می کند.این نوع کمپرسور تحت عنوان کمپرسور سرعت ثابت شناخته می شود؛ صرف نظر از تقاضاهایی که توسط بار فرآیند بر آن وارد می شود، سرعت آن یکسان باقی می ماند.

سیستم های چیلر سرعت ثابت از یک طرح بای پس گاز داغ جهت حفظ تقاضای وارده بر کمپرسور بهره می برند.این طرح از نوسانات گسترده در دمای سیال خنک کننده تحویلی به فرآیند اجتناب می کند.بای پس گاز داغ شامل یک شیر الکترونیکی است که بر روی خط مبرد پر فشار پایین دست کمپرسور قرار می گیرد.کنترل کننده چیلر که معمولأ یک ریزپردازنده است دمای آب برگشتی از فرایند را قرائت می کند.کنترل کننده، شیر را بر حسب نیاز فعال می سازد و اجازه می دهد تا بخشی از گاز داغ مبرد مستقمیأ به خط مبرد کم فشار بالادست اواپراتور مجددأ وارد شده یا بای پس شود.اواپراتور، مبدل حرارتی است که گرما را از آب فرآیند به مدار مبرد منتقل می کند.وارد شدن مبرد داغ پر فشار به سمت کم فشار یک بار کاذب بر سیستم ایجاد می کند.این به کمپرسور اجازه می دهد تا به عملکرد با سرعت با 100 درصد ادامه داده و دمای پایدار آب فرآیند را حفظ کند.

به عنوان مثال، یک سیستم بای پس گاز داغ که به 75 درصد ظرفیت کمپرسور در یک چیلر 10 تنی محدود می شود، دمای پایدار آب را تا بار گرمای 5/2 تن فراهم می کند.وقتی بار گرما به زیر حد 5/2 تن افت می کند، کمپرسور مجبور می شود به عنوان آخرین وسیله کنترل دمای خود و حفاظت در برابر انجماد، به طور سیکلی روشن و خاموش شود.عملکرد سیکلی که تحت عنوان سیکل کوتاه شناخته می شود تأثیر مخربی بر عمر مفید یک موتور دارد.یک تایمر ضد سیکل کوتاه بکار گرفته می شود تا از کمپرسور در برابر خرابی زودرس حفاظت کند.

یک سیستم بای پس گاز داغ سنتی در ترکیب با یک بار گرمای فرآیندی بسیار متغیر منجر به نوسانات سریع دمای تحویلی به فرآیند خواهد شد.بسیاری از کاربردهای سرمایش فرآیندی نیازمند دماهای پایدار سیال خنک کننده ورودی هستند،اجتناب ازین نوسانات برای خروجی با ثبات از فرآیند و حذف ضایعات ضروری است.

¢یک جایگزین برای چیلر های سرعت ثابت با بای پس گاز داغ

چیلر های سرعت متغیر جایگزینی را برای کاربردهای سرمایش فرآیندی ارائه می دهند.این چیلرها از کمپرسور های سرعت متغیر در ترکیب با PLC بهره می برند.این کنترل کننده بطور پیوسته بار گرما پایش کرده و سرعت کمپرسور را برای حداکثر راندمان و کنترل تنظیم می کند.تنظیم سرعت نیاز به بای پس گاز داغ را حذف می کند.این چیلر ها تضمین می کنند که کار انجام شده دقیقأ از انرژی مورد نیاز تبعیت می کند که این امر، اتلاف انرژی را بطور موثر از بین می برد.تحقیقات صورت گرفته توسط یک تولید کننده نشان داده است که یک کاهش 20 درصدی در سرعت موتور می تواند به 51 درصد صرفه جویی انرژی منجر شود.

در طرح چیلر سرعت متغیر، برق ورودی به یک محرک کنترل اینورتر متصل می شود که با استفاده از مدولاسیون فرکانس، خروجی توان موتور کمپرسور را تنظیم می کندمحرک کنترل اینورتر با بالا یا پایین بردن سرعت کمپرسور، آن را دقیقأ با تقاضای بار سیستم منطبق می شازد.اجزای الکترونیکی پیشرفته بکار رفته در محرک کنترل اینورتر سطوح بیشتری از حفاظت کمپرسور را فراهم می کنند که فراتر از سطوح حفاظت یافت شده در سیستم های سرعت ثابت است.الگوریتم های حفاظتی فعال موجب بهبود اتکاپذیری و محافظت کمپرسور و کنترل اینورتر می شوند.جنبه های کلیدی حفاظت عبارتند از : حفاظت قفل روتور، حفاظت و تصحیح فاز، تشخیص حداکثر جریان (برق)عملیاتی، حفاظت دمای خط دهش و کنترل ضد سیکل کوتاه.

صرفه جویی انرژی یکی از برجسته ترین منافع چیلرهای طراحی شده با کمپرسور های سرعت متغیر است.اما فناوری سرعت متغیر منافعی فراتر از صرفه جویی انرژی ارائه می دهد؛ مهم ترین آن ها کنترل راه اندازی نرم است که دو منفعت جانبی فراهم می کند: اولأ، هزینه های دیماند اوج را بطور موثر حذف می کند و ثانیأ، تنش مکانیکی بر کلیه اجزای سیستم را کاهش می دهد و عمر مفید آن ها را طولانی می سازد.

¢صرفه جویی انرژی

در مقایسه با یک چیلر با کمپرسور سرعت ثابت، یک کمپرسور سرعت متغیر می تواند صرفه جویی های توان را در بارهای جزئی فراهم کند.به عنوان مثال، کارایی یک کمپرسور سرعت ثابت را در برابر کمپرسور سرعت متغیر در یک چیلر 10 تنی مقایسه کنید(شکل 1)

 

 

.در بار 30% کمپرسور سرعت متغیر 24 درصد توان بار کامل را مصرف می کند؛ اما کمپرسور سرعت ثابت 85 درصد توان بار کامل را به مصرف می رساند.استفاده از یک کمپرسور سرعت متغیر در این بار، صرفه جویی انرژی بیش از 50 درصد را فراهم می کند.

در مثال دوم، کارایی یک کمپرسور سرعت ثابت را در برابر یک کمپرسور سرعت متغیر در یک چیلر 20 تنی مقایسه کنید.در این حالت، یک چیلر پرتابل با دو کمپرسور 10 تنی صرفه جویی ها را در دامنه وسیع تری ایجاد می کند.این طرح خاص چیلر، یک کمپرسور سرعت متغیر 10 تنی را با یک کمپرسور سرعت ثابت 10 تنی ترکیب می کند تا صرفه جویی های انرژی را فراهم سازد.این چیلر به طور موثر بار ها را از 3 تا 20 تن تأمین کرده و صرفه جویی های انرژی را مخصوصأ در دامنه 3 تا 8 تن و دامنه 13 تا 16 تن ارائه می دهد.توجه کنید که صرفه جویی های انرژی  در دامنه میانه بار چندان چشمگیر نیستند چرا که در این دامنه هر یک از کمپرسور ها –ثابت یا متغیر- نزدیک به ظرفیت کامل 10 تنی خود کار می کند.منحنی برای چیلر سرعت ثابت 20 تنی کمی تفاوت دارد(شکل 2)

 

 

این چیلر دارای دو کمپرسور 10 تنی است بطوری که می تواند با فقط یک کمپرسور (نصف توان، بیشتر یا کمتر)کار کند تا اینکه لازم شود کمپرسور دوم را بکار گیرد.بدیهی است هنوز صرفه جویی های انرژی قابل توجهی وجود دارند که محقق شوند.

¢نتیجه گیری

صرفه جویی های انرژی حاصل از کمپرسور های سرعت متغیر امکان استهلاک سریع سرمایه گذاری را مخصوصأ تحت شرایط کم باری و بار جزئی فراهم می سازد.(جداول 1 و 2)

 

 

منافع بکارگیری فناوری سرعت متغیر باید دقیقأ مورد بررسی قرار گیرند.منافع کلیدی که این فناوری ارائه می دهد عبارتند از : پایدار سازی فرایند، حفظ سرمایه گذاری تجهیزات و صرفه جویی در هزینه های برق.

برگرفته از مجله صنعت تأسیسات

مأخذ : Process Heating, Oct.2017

ترجمه : دکتر سید علی اکبر طباطبایی