محاسبه ظرفیت چیلر

محاسبه و تعیین ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی با ۵ گام ساده

برای محاسبه ظرفیت چیلر تراکمی و یا جذبی مورد نیاز برای یک پروژه صنعتی یا پروژه تهویه مطبوع یک ساختمان چه به صورت سرانگشتی و چه به صورت دقیق ، فرمول ها و نرم افزارهایی وجود دارد که به کمک آنها می توان آن را محاسبه و تعیین کرد. ما در این متن آموزشی ابتدا نحوه محاسبه و تعیین ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی برای کاربردهای صنعتی را با ۵ گام ساده آموزش می دهیم و سپس با روش های سرانگشتی و دقیق برای تعیین ظرفیت چیلرهای تهویه مطبوع آشنا می شویم.

۱ . تعیین ظرفیت برودتی چیلر برای کاربردهای صنعتی

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.

۱ . دمای آب ورودی به چیلر

۲ . دمای آب مورد نیاز و خروجی از چیلر

۳ . شدت جریان آب

(البته همانطور که گفتیم این روش بیشتر برای کاربردهای صنعتی چیلر استفاده می شود ولی برای کاربردهای تهویه مطبوع هم می توان از آن بهره برد. به طوری که با داشتن دبی آب در گردش درون فن کویل ها و هواسازها نیز می توان با این روش ، ظرفیت مورد نیاز را محاسبه نمود.)

یک مثال برای محاسبه ظرفیت چیلر

برای مثال ما محاسبات 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 انجام می دهیم. در اینجا تفاوتی ندارد که چیلر تراکمی باشد و یا جذبی بلکه فقط دمای آب ورودی و آب مورد نیاز و دبی آن مهم است که با ۵ گام ساده می توان ظرفیت آن را محاسبه کرد.

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

۱ . محاسبه اختلاف درجه حرارت

که در این مثال اختلاف درجه حرارت ۱۲ درجه فارنهایت است.

۲  . 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=1×۸٫۳۳×۶۰×۴۰×۱۲

عدد ۱ ظرفیت گرمایی ویژه آب Cp بر حسب Btu/lb.F

عدد ۸٫۳۳ به عنوان چگالی آب p بر حسب پوند بر گالن lb/gallon

عدد ۶۰ برای تبدیل گالن بر دقیقه به گالن بر ساعت

عدد ۴۰ شدت جریان حجمی آب بر حسب gallon/min

عدد ۱۲ اختلاف دمای ورودی و خروجی dT بر حسب درجه فارنهایت

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

۳ . محاسبه ظرفیت چیلر تراکمی یا جذبی بر حسب تن تبرید

با تقسیم مقدار عددی Btu/hr بر عدد ۱۲۰۰۰ ظرفیت برودتی چیلر بر حسب تن تبرید به دست می آید که در این مثال برابر ۱۹٫۹ تن تبرید می شود.

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

با توجه به کاربری های مختلف ممکن است مقدار اورسایز کمتر یا بیشتر از ۲۰ درصد در نظر 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 در نظر گرفته می شود به صورت رند ۲۵ تن تبرید است.

نکته بسیار مهم اینکه در گام سوم از این ۵ گام ساده ، ظرفیت واقعی چیلر مورد نیاز بدست آمد و در گام چهارم علت در نظر گرفتن اورسایز این بود 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. این اورسایز همان ظرفیت اسمی است. یعنی چیلری که در کارخانه و در آن شرایط استاندارد حدودا ۲۵ تن تبرید ظرفیت دارد، در عمل وقتی در شرایط محیطی محل نصب (با توجه به پارامترهای مختلف مثل دمای گرم محیط یا ارتفاع از سطح دریا و …) قرار می گیرد معمولا دچار افت ظرفیت می شود و به همین خاطر باید برای آن اورسایز در نظر گرفته شود تا برای مثال این چیلر ۲۵ تن تبرید بتواند در عمل ۲۰ تن تبرید برودت ایجاد کند. اگر اورسایز در نظر گرفته نشود و ظرفیت اسمی برابر واقعی (برای مثال همان ۲۰ تن تبرید) در نظر گرفته شود، این چیلر در محل نصب حداکثر می تواند حدودا ۱۶ تن تبرید برودت ایجاد کند و سیستم دچار اختلال می شود. حال برای اینکه بدانید چه پارامترهایی بر آن اثر گذار است و چطور این مقدار اورسایز بدست می آید پیشنهاد می کنیم که مقاله ظرفیت اسمی و واقعی چیلر را مطالعه بفرمایید. برای مثال در شکل زیر چیلر ۴۸ تن تبرید را مشاهده می کنید که در شرایط استاندارد کارخانه ما ۴۸ تن تبرید برودت ایجاد می کند (اسمی) و در محل نصب و در شرایط عملی ۴۰ تن برودت (واقعی) ایجاد می کند. نکته بسیار مهم اینکه محاسبه ظرفیت چیلر باید به صورت واقعی انجام و سپس حتما برای آن اورسایز در نظر گرفته شود.

۱ . ۲ . تعیین ظرفیت چیلر بر اساس واحد متریک با ۵ گام ساده

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. نکته اینکه در اینجام هم محاسبه و تعیین ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی با همان ۵ گام ساده انجام شده و فقط واحدها بر حسب استاندارد متریک است.

Q=Cp×p×V×dT

Q=4.18×۱۰۰۰×۴۰×۰٫۰۰۰۰۶۳×۶٫۷=۷۰٫۵۷

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

۴٫۱۸ ظرفیت گرمایی ویژه آب است.

عدد ۱۰۰۰ چگالی آب بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب است.

عدد ۴۰ شدت جریان حجمی آب و هر گالن بر دقیقه برابر ۰٫۰۰۰۰۶۳ متر مکعب بر ثانیه است.

۶٫۷ 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. البته در مواردی هم که دبی آب در گردش در فن کویل ها و هواسازهای ساختمانی را داشته باشیم هم می توان با این فرمول مقدار ظرفیت چیلر مورد نیاز را برآورد نمود.

محاسبات چیلر برای ساختمان (کاربردهای تهویه مطبوع)

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 یا سرانگشتی 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. همانطور که توضیح دادیم محاسبه و تعیین ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی با ۵ گام ساده در اکثر مواقع برای کاربردهای صنعتی یا مواقعی که چیلری را در اختیار داریم و قصد محاسبه ظرفیت آن را داریم استفاده می شود ولی برای کاربردهای تهویه مطبوع معمولا از یکی از ۲ روش زیر استفاده می شود.

۲ . ۱ . محاسبات سرانگشتی ظرفیت چیلر تراکمی و جذبی

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) بدست آید و در نهایت با تقسیم این عدد بر عدد ۱۲۰۰۰ ظرفیت بر حسب تن تبرید به دست می آید. نکته اینکه اهمیتی ندارد که چیلر از نوع تراکمی یا جذبی باشد و تنها محاسبه ظرفیت مهم است.

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 ۳ 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 ۶۰۰ متر مربع باشد و ضریب شهر تهران برای پروژه های مسکونی را ۴۰۰ در نظر بگیریم، ظرفیت چیلر مورد نیاز طبق فرمول زیر برابر ۲۴۰,۰۰۰ بی تی یو بر ساعت به دست می آید که با تقسیم آن بر عدد ۱۲۰۰۰ ظرفیت معادل ۲۰ تن تبرید خواهد بود.

۶۰۰*۴۰۰=۲۴۰۰۰۰ BTU/h

نکته مهم اینکه همانطور که قبلا هم بیان کردیم این ظرفیتی که محاسبه شد همان ظرفیت واقعی است که ساختمان بدان نیاز دارد و با در نظر گرفتن چند درصد Oversize باید ظرفیت اسمی هم محاسبه گردد. پس از آنکه ظرفیت چیلر تراکمی یا جذبی مورد نیاز محاسبه و تعیین شد (چه با ۵ گام ساده ای که در ابتدا گفتیم یا با این روش سرانگشتی و …) باید با توجه به شرایط آب و هوایی و دیگر پارامترها (برای مثال نوع مبرد به کار رفته در چیلر) مقدار اسمی آن نیز تعیین گردد تا چیلر بر اساس آن ساخته شود.

۲ . ۲ . 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.

توصیه ما این است که برای آشنایی با ساختار، اجزای تشکیل دهنده، طرز کار و مزایای چیلرهای تراکمی هوا خنک متن صفحه چیلر هوایی و چیلرهای تراکمی آب خنک متن صفحه چیلر آبی را مطالعه بفرمایید.

مطالعه بیشتر درباره نحوه انتخاب چیلر مناسب از روی کاتالوگ در صفحه ⇐ کاتالوگ چیلر

مطالعه بیشتر ⇐ نحوه محاسبه تن تبرید