معرفی چیلرهای بدون روغن و بررسی توجیه اقتصادی آن‌ها برای کاربری اداری در شهر تهران

معرفی چیلرهای بدون روغن و بررسی توجیه اقتصادی آن‌ها برای کاربری اداری در شهر تهران

 

 


چکيده

ایجاد شرایط آسایش از طریق فرآیندهای تهویه مطبوع به یکی از ملزومات دهه‌های اخیر در بیش‌تر ساختمان‌ها و فضاهای مختلف تبدیل شده است. سهم بالای مصرف انرژی در این بخش و اهمیت آن باعث شده تا در کنار تحقیقات بسیار توسط محققان در این بخش، کمپانی‌های مطرح نیز با صرف هزینه‌های زیاد اقدام به ارائه‌ی محصولات مدرن و جدید با بازدهی بالا نمایند. چیلرهای بدون روغن یکی از محصولات جدید و پربازدهی هستند که توانسته‌اند مزیت‌های زیادی را به مشتریان خود ارائه دهند. در این تحقیق ضمن معرفی و ارائه‌ی ویژگی‌های چیلرهای بدون روغن، با توجه به اهمیت توجیه اقتصادی در انتخاب تجهیزات مختلف برای استفاده در بخش تهویه مطبوع مقایسه‌ای بین چیلرهای بدون روغن و اسکرو برای یک پروژه نمونه با کاربری اداری در تهران انجام شده است. برای افزایش دقت نتایج علاوه بر استفاده از شرایط کارکرد واقعی چیلرها از یک برند خاص برای دو چیلر مورد مقایسه استفاده شده است. چیلرهای بدون روغن علاوه بر مزایای زیادی که در زمینه‌ی آسایش بالاتر و سرویس نگهداری راحت‌تر ارائه می‌دهند بازدهی بالاتری نیز دارند به‌طوری که نتایج نشان دهند‌ این چیلرها باعث کاهش 22 درصدی هزینه‌های برق مصرفی در مقایسه با چیلرهای اسکرو خواهند شد.

کلمات کليدی: چیلر بدون روغن، چیلر مفناطیسی، تهویه مطبوع، توجیه اقتصادی

مقدمه

تغییر شرایط محیطی و ایجاد آسایش در محل زندگی از دیرباز در بین جوامع بشری رایج بوده و همواره انسان‌ها در تلاش بوده‌اند تا با ایجاد تغییراتی بتوانند آسایش بیش‌تری برای خود به ارمغان بیاورند. تهویه مطبوع در ساختمان‌ها به‌عنوان یکی از مهم‌ترین تغییرات بشر برای ایجاد آسایش بیش‌تر در زندگی شناخته شده و همواره در دهه‌های گذشته با گسترش و پیشرفت‌های چشم­گیر همراه بوده است. سیستم‌های تهویه مطبوع در ساختمان‌ها در دهه‌های اخیر با توجه به گسترش زیاد، همواره سهم قابل توجهی در مصرف انرژی داشته و به‌عنوان یک عامل با پتانسیل بالا در کاهش مصرف انرژی مطرح بوده است به‌همین دلیل یکی از موضوعات مورد علاقه‌ی محققان فعال در زمینه‌ی انرژی نیز بوده است.

در بخش تهویه مطبوع چیلرها با سهم 30-40% از مصرف کل انرژی همواره جز مهمی به‌حساب آمده‌اند [1]. اهمیت چیلرها در تهویه مطبوع و افزایش استفاده از  آن‌ها (شکل 1) از یک طرف و مشکلات زیست محیطی و انرژی از طرف دیگر باعث شده تا محققان زیادی به این موضوع علاقه‌مند شده و تحقیقات زیادی را در جنبه‌های مختلف مرتبط با آن انجام دهند [2-6]. در‌ضمن اهمیت موضوع و بازار گسترده چیلر کمپانی‌های فعال در زمینه‌ی تهویه مطبوع را واداشته تا با سرمایه‌گذاری‌های زیاد در پی تولید و ارائه‌ی محصولاتی جدید با بازدهی و امکانات بالاتر باشند.

شكل1: ميانگين رشد فروش سالانه چیلرها در دنیا از سال 2013 تا 2018[7]

 

یکی از محصولات جدیدی که در یکی دو دهه‌ی اخیر به‌طور تجاری وارد بازار شده و توانسته در مدت کوتاهی جایگاه مناسبی را برای خود در بازار تهویه مطبوع باز کنند، چیلرهای بدون روغن یا مغناطیسی هستند[1]. در این چیلرها از کمپرسورهای خاصی به اسم کمپرسور بدون روغن یا مغناطیسی استفاده می‌شود که در آن‌ها شفت در حالت عملکرد با کمک یاتاقان‌های مغناطیسی معلق بوده و هیچ تماس فلز به فلزی در آن‌ها برقرار نمی‌شود. این چیلرهای به‌واسطه‌ی استفاده از کمپرسورهای بدون روغن مزایای زیادی از جمله موارد زیر ارائه می‌دهند[8].

  1. جهت تکنولوژی خاص مورد استفاده در کمپرسورها این چیلرها بازدهی بسیار بالاتری مخصوصا در بارهای جزیی ارائه می‌دهند به‌طوری که در شرایط کارکرد 20% ظرفیت، بازدهی آن‌ها دو برابر بهترین چیلرهای مرسوم است. در کنار بازدهی بالاتر نباید از زمان پاسخ سریع و در نتیجه آسایش بالاتر در این چیلرها نیز غافل شد.
  2. نیاز به پست برق کوچک‌تر و حذف مشکلات عدیده‌ی مربوط به پست برق با توجه به آمپر راه‌اندازی بسیار پایین‌تر در‌ مقایسه با چیلرهای مرسوم (حدود 5 آمپر در برابر 500 آمپر)
  3.  بالانس اتوماتیک و کاملا پیشرفته
  4. همان‌طور که در شکل 2 نشان داده شده است ابعاد و وزن‌ کمپرسورهای بدون روغن و در‌نتیجه چیلر ساخته شده با آن پایین‌تر از چیلرهای مرسوم است[9،10].

شکل 2: مقایسه­ کمپرسور بدون روغن و اسکروی با ظرفیت برابر از نظر وزن و ابعاد

  1. صدای کارکرد پایین‌تر در مقایسه با چیلرهای مرسوم.
  1. مزایای مربوط به عدم وجود تماس مکانیکی در کمپرسور بدون روغن شامل موارد زیر[9،10]:
  • کاهش چشم ­گیر استهلاک و حذف تلفات تماسی
  • حذف لایه‌ی روغن بر روی سطوح انتقال حرارت و عدم نیاز به تعویض روغن
  • عدم نیاز به هیتر و جداکننده‌ی روغن[2]
  • عدم نیاز به پمپ، شیر، فیلتر و کاهنده‌ی فشار روغن
  • کاهش احتمال نشت مبرد، کاهش نیاز به سرویس و نگهداری و افزایش قابلیت اطمینان به‌دلیل کاهش تجهیزات در مدار چیلر. در شکل 3 و 4 به ترتیب می‌توان تفاوت تجهیزات مورد نیاز در چیلرهای بدون روغن و چیلرهای اسکرو را دید.

شکل 3: شماتیک مدار چیلر بدون روغن

شکل 4: شماتیک مدار چیلر اسکرو

با توجه به مزایای زیادی که چیلرهای بدون روغن (توربوکر) ارائه می‌دهند توانسته‌اند به‌خوبی جایگاه مناسبی در دنیا برای خود به‌دست بیاورند. در بیش‌تر تحقیقاتی که در دنیا انجام شده است اقتصادی بودن استفاده از چیلرهای توربوکر تائید شده است[11-13]. در شکل 5 یک چیلر بدون روغن هواخنک تولید شده توسط کمپانی ژئوکلیما ارائه شده است.

شکل 5: چیلر بدون روغن هواخنک کمپانی ژئوکلیما مدل TMA

 

محاسبه توجیه اقتصادی

با توجه به این‌که توجیه اقتصادی همواره در تمام پروژه‌ها اهمیت بالایی دارد، در این کار به مقایسه‌ی چیلرهای بدون روغن با چیلرهای اسکرو با شرایط کارکرد واقعی برای یک پروژه‌ی اداری در تهران با بار تقریبی 400 تن تبرید (1400 کیلووات) پرداخته شده است. همان‌طور که در قسمت قبل گفته شد برای افزایش اعتبار گزارش از روند کارکرد واقعی چیلر در این گزارش به‌صورت 4 ساعت کم بار با 25% ظرفیت، 6 ساعت میان بار با 50% ظرفیت و 2 ساعت پربار با 100% استفاده شده است.

برای این‌که مقایسه معتبرتر باشد هر دو چیلر مورد بررسی از یک نوع برند انتخاب شده‌اند تا سطح تکنولوژی برابری داشته باشند. معمولا کمپانی‌های تولید کننده طیف خاصی از چیلرها را تولید می‌کنند و معدود کمپانی‌هایی هستند که در هر دو نوع چیلرهای بدون روغن و چیلرها مرسوم محصولاتی با کیفیت و مطمئن ارائه دهند. با توجه به اعتبار کمپانی ژئوکلیما در تولید چیلرهای بدون روغن و چیلرهای مرسوم، داشتن استاندارد معتبر AHRI و ارائه‌ی مشخصات کامل و عملی چیلرها در بارهای مختلف و امکان انتخاب نوع چیلر از طریق وب سایت انتخاب چیلر پیشرفته[3] [14] از این برند در محاسبات استفاده شده است. برای محاسبه‌ی هزینه‌ی برق مصرفی از دو مدل چیلر اسکرو GHA B3210A AC-34 و چیلر بدون روغن TMA 3B1200A AC-34 ژئوکلیما که مشخصات آن‌ها در دو جدول 1 و جدول 2 ارائه گردیده، استفاده شده است.

جدول 1: مشخصات چیلر اسکرو GHA B3210A AC-34

درصد بار چیلر

ظرفیت سرمایش (kW)

مصرف برق  (kW)

بازدهی (COP)

100

1404

465

3.021

50

702

188

3.740

25

351

87

4.052

جدول 2: مشخصات چیلر توربوکر TMA 3B1200A AC-34

درصد بار چیلر

ظرفیت سرمایش (kW)

مصرف برق  (kW)

بازدهی (COP)

100

1370

397

3.448

50

685

129

5.298

25

342.5

53

6.441

با توجه به فرضیات در‌نظر گرفته شده و جداول بالا، برق مصرفی و هزینه آن محاسبه خواهد شد. البته پیش از محاسبه باید خاطر نشان نمود که در ماه‌های تیر، مرداد و شهریور به بهای برق مصرفی مشترکین 20% افزوده خواهد شد. برای تمام محاسبات از تعرفه‌های مصوب وزارت نیرو برای کاربری اداری در تهران استفاده شده است[15].

محاسبات انجام شده برای دو چیلر مختلف در قالب جدول‌های 3 و 4 ارائه شده‌اند.

جدول 3: هزینه برق مصرفی برای چیلر اسکرو هواخنک GHA B3210A AC-34

ظرفیت

برق مصرفی (kWhr)

هزینه واحد برق (ریال)

هزینه برق مصرفی

100%

28,830

3,602

124,614,792

50%

34,968

1,801

75,572,842

25%

10,788

901

11,657,513

جمع کل هزینه‌های برق بر حسب ریال

211,845,146

جدول 4. هزینه برق مصرفی برای چیلر توربوکر هواخنک TMA 3B1200A AC-34

ظرفیت

برق مصرفی (kWhr)

هزینه واحد برق (ریال)

هزینه برق مصرفی

100%

24,614

3,602

106,391,554

50%

23,994

1,801

51,855,833

25%

6,572

901

7,101,703

جمع کل هزینه‌های برق بر حسب ریال

165,349,090

مجموع برق مصرفی برای چیلرهای اسکرو و بدون روغن به‌صورت ماهانه به ترتیب برابر با 74،586 و 55،180 کیلووات ساعت می‌باشد. هزینه‌ی کلی برای چیلرهای اسکرو هواخنک و چیلر بدون روغن هوا خنک با در‌نظر گرفتن تعرفه‌های مصرفی و کارکرد در‌نظر گرفته شده برای هر ماه به ترتیب برابر خواهد بود با “211,845,146” و “165,349,090” ریال که نشان دهنده 22% هزینه‌ی جاری کم‌تر برای چیلرهای بدون روغن هواخنک در برابر چیلرهای اسکرو هواخنک می‌باشد.

نتیجه‌گیری

چیلرهای بدون روغن یکی از تجهیزات جدید و ابتکاری هستند که توانسته‌اند به پشتوانه‌ی مزایایی زیادی که دارند در بازار جایگاه خوبی برای خود باز نمایند. در کنار مزایای زیادی که این چیلرها ارائه می‌هند مانند کاهش صدا، کاهش زمان پاسخ و کاهش نیاز به پست برق می‌توانند بازدهی مناسبی نیز داشته باشند. بررسی توجیه اقتصادی استفاده از این چیلرها برای کاربری ادارای در شهر تهران نشان می‌دهد که چیلرهای بدون روغن می‌توانند تا 22 درصدی هزینه‌های مربوط به مصرف برق را کاهش دهند. با توجه به سهم بالای انرژی مصرفی در بخش تهویه مطبوع قطعا استفاده از این چیلرها می‌تواند به کاهش مصرف انرژی قابل توجه و در نتیجه کاهش اثرات تخریبی زیست محیطی کمک بسیاری بکنند.

مراجع

[1]        Saidur, R., et al., Chillers energy consumption, energy savings and emission analysis in an institutional buildings. Energy, 2011. 36(8): p. 5233-5238.

[2]        Ma, Z. and S. Wang, Supervisory and optimal control of central chiller plants using simplified adaptive models and genetic algorithm. Applied Energy, 2011. 88(1): p. 198-211.

[3]        Dos Santos Coelho, L., et al., Optimal chiller loading for energy conservation using a new differential cuckoo search approach. Energy, 2014. 75: p. 237-243.

[4]        Čongradac, V. and F. Kulić, Recognition of the importance of using artificial neural networks and genetic algorithms to optimize chiller operation. Energy and Buildings, 2012. 47: p. 651-658.

[5]        Fong, K., C. Lee, and T. Chow, Investigation on variable flow control in existing water-cooled chiller plant of high-rise commercial building in subtropical climate. HVAC&R Research, 2014. 20(1): p. 51-60.

[6]        Cecchinato, L., Part load efficiency of packaged air-cooled water chillers with inverter driven scroll compressors. Energy conversion and management, 2010. 51(7): p. 1500-1509.

[7]        BSRIA, Global Air Conditioning Market Study cools in 2015. https://www.bsria.co.uk/.

[8]        http://www.geoclima.com/turbomiser/.

[9]        Conry, R., L. Whelan, and J. Ostman, Magnetic bearings, variable speed centrifugal compression and digital controls applied in a small tonnage refrigerant compressor design. 2002.

[10]      Kus, B. and P. Nekså. Oil free turbo-compressors for refrigeration applications. in Proceedings of 10th IIR Gustav Lorentzen Conference. 2012.

[11]      Yu, F.W., K.T. Chan, and R.K.Y. Sit, Analysis of centrifugal chillers with oil-free magnetic bearings for enhancing building energy performance. Science and Technology for the Built Environment, 2017. 23(2): p. 334-344.

[12]      Yu, F., et al., Performance Evaluation of Oil-free Chillers for Building Energy Performance Improvement. Procedia Engineering, 2015. 121: p. 975-983.

[13]      Lissandrin, M., et al., Optimal operational efficiency of chillers using oil-free centrifugal compressors. International Journal of Refrigeration, 2017. 82: p. 83-96.

[14]      http://www.geoclima.com/geoselectool/.

[15]      http://www.nigc.ir.

[1]  این چیلرها با توجه به عملکرد خود به‌عنوان چیلرهای بدون روغن (Oil Free) یا مغناطیسی نام‌گذاری می‌شوند. البته در‌کنار این موضوع با توجه به این‌که کمپرسورهای این چیلرها توسط شرکت توربوکر ابداع شده و تولید آن تنها در انحصار این کمپانی و شریک تجاری آن دانفوس است به همین دلیل با نام چیلرهای توربوکر نیز شناخته می‌شوند.

[2] Oil Seperator

[3] Geoselectool

Device rotate

لطفاً برای تجربه کاربری بهتر دستگاه خود را ۹۰ درجه بچرخانید.