راهنمای فنی انتخاب چیلر های صنعتی دایم کار و روش‌های جایگزین خنک‌کاری

## مقدمه

چیلرهای صنعتی دستگاه‌های پیشرفته‌ای هستند که برای خنک‌کاری مایعات یا هوا در فرآیندهای صنعتی طراحی شده‌اند. این دستگاه‌ها در صنایع مختلفی مانند داروسازی، غذایی، نفت و گاز، و پلاستیک برای خنک‌سازی فرآیندها و تجهیزات استفاده می‌شوند. این گزارش به بررسی اندازه و ظرفیت چیلرها، هزینه‌های انرژی مرتبط با آن‌ها، و روش‌های جایگزین خنک‌کاری مانند برج‌های خنک‌کن، خنک‌کاری آزاد، و ذخیره‌سازی مواد تغییر فاز (PCM) می‌پردازد. محاسبات دقیق، فرمول‌ها، و جداول برای ارائه اطلاعات فنی و دقیق ارائه شده‌اند.

## اندازه و ظرفیت چیلرهای صنعتی

اندازه چیلرهای صنعتی به نیازهای خنک‌کاری و حجم تولید در هر صنعت بستگی دارد. ظرفیت چیلرها معمولاً بر حسب تن تبرید (RT) اندازه‌گیری می‌شود، که یک تن برابر است با 12,000 BTU/hr یا 3.517 kW. در ادامه، ظرفیت‌های تیپیکال برای صنایع مختلف آورده شده است:

### جدول 1: اندازه‌های تیپیکال چیلرها در صنایع مختلف

| صنعت             | ظرفیت چیلر (تن) | تولید نمونه                     | منبع                                                                 |

|------------------|------------------|----------------------------------|----------------------------------------------------------------------|

| داروسازی         | 15 تا 1000      | تولید 1 میلیون دوز دارو در سال   | [JC Younger](https://jcyounger.com/types-pharmaceutical-chillers/)   |

| غذایی            | 2 تا 100        | تولید 10,000 لیتر نوشابه در روز | [Cold Shot Chillers](https://waterchillers.com/industries-served/food-beverage-industry-chillers/) |

| نفت و گاز        | 1/3 تا 500      | خنک‌کاری فرآیندهای پالایشگاه   | [Fluid Chillers](https://www.fluidchillers.com/)                     |

| پلاستیک         | 1 تن برای 30-70 پوند/ساعت | تزریق پلاستیک با 6 اونس در چرخه | [Cooling Best Practices](https://coolingbestpractices.com/industries/plastics-and-rubber/5-sizing-steps-chillers-plastic-process-cooling) |

### محاسبات ظرفیت

برای محاسبه ظرفیت مورد نیاز چیلر، از فرمول زیر استفاده می‌شود:

Q = ṁ × cp × ΔT

که در آن:

- Q: بار حرارتی (BTU/hr یا kW)

- ṁ: نرخ جریان جرمی (پوند بر ساعت یا کیلوگرم بر ثانیه)

- cp: گرمای ویژه ماده (برای آب، cp = 1 BTU/lb°F یا 4.18 kJ/kg°C)

- ΔT: اختلاف دما (°F یا °C)

برای تبدیل بار حرارتی به تن تبرید:

تن = Q (BTU/hr) / 12,000

یا

تن = Q (kW) / 3.517

#### مثال برای صنعت پلاستیک

فرض کنید یک خط تزریق پلاستیک با تولید 6 اونس در هر چرخه و زمان چرخه 18 ثانیه داریم:

- تولید در ساعت: (6 اونس / 18 ثانیه) × 3600 ثانیه/ساعت = 1200 اونس/ساعت = 75 پوند/ساعت

- برای پلی‌استایرن، نیاز خنک‌کاری: 1 تن برای 50 پوند/ساعت

- ظرفیت چیلر مورد نیاز: 75 / 50 = 1.5 تن

#### مثال برای صنعت غذایی

برای تولید 10,000 لیتر نوشابه در روز، فرض کنید نیاز به خنک‌کاری 20°C اختلاف دما با جریان آب 1000 GPM (گالن بر دقیقه) باشد:

- جریان جرمی: 1000 GPM × 8.34 lb/gal = 8340 lb/min = 500,400 lb/hr

- Q = 500,400 × 1 × 20 = 10,008,000 BTU/hr

- ظرفیت چیلر: 10,008,000 / 12,000 = 834 تن

## هزینه‌های انرژی

هزینه‌های انرژی به نوع چیلر (الکتریکی یا جذبی)، ضریب عملکرد (COP)، و نرخ‌های انرژی در ایران بستگی دارد. با توجه به یارانه‌های انرژی در ایران، نرخ‌های فرضی به شرح زیر در نظر گرفته شده‌اند:

- برق صنعتی: 100 تومان بر کیلووات‌ساعت

- گاز طبیعی صنعتی: 100 تومان بر مترمکعب

### چیلر الکتریکی

برای یک چیلر الکتریکی 100 تنی با COP = 4:

- ظرفیت خنک‌کاری: 100 × 3.517 = 351.7 kW

- مصرف برق: 351.7 / 4 = 87.925 kW

- مصرف سالانه (24 ساعت در روز، 365 روز): 87.925 × 24 × 365 = 778,000 kWh/سال

- هزینه سالانه: 778,000 × 100 = 77,800,000 تومان/سال

### چیلر جذبی

برای یک چیلر جذبی 100 تنی با COP = 0.7:

- ظرفیت خنک‌کاری: 351.7 kW

- ورودی حرارتی: 351.7 / 0.7 = 502.4 kW

- مصرف سالانه حرارت: 502.4 × 24 × 365 = 4,470,000 kWh/سال

- تبدیل به مترمکعب گاز (1 m³ = 10.92 kWh): 4,470,000 / 10.92 ≈ 409,340 m³/سال

- هزینه گاز: 409,340 × 100 = 40,934,000 تومان/سال

- مصرف برق پمپ‌ها (فرض 10 kW): 10 × 24 × 365 = 87,600 kWh/سال

- هزینه برق پمپ‌ها: 87,600 × 100 = 8,760,000 تومان/سال

- هزینه کل: 40,934,000 + 8,760,000 = 49,694,000 تومان/سال

### جدول 2: مقایسه هزینه‌های انرژی چیلرها

| نوع چیلر | ظرفیت (تن) | هزینه سالانه (تومان) | یادداشت |

|----------|------------|-----------------------|----------|

| الکتریکی | 100        | 77,800,000            | COP 4، نرخ برق 100 تومان/kWh |

| جذبی     | 100        | 49,694,000            | COP 0.7، گاز 100 تومان/m³، برق پمپ‌ها |

## روش‌های جایگزین خنک‌کاری

روش‌های جایگزین برای خنک‌کاری شامل برج‌های خنک‌کن (مدار باز و بسته)، خنک‌کاری آزاد (Free Cooling)، خنک‌کاری تبخیری، ذخیره‌سازی مواد تغییر فاز (PCM)، و سیستم‌های تبرید CO2 هستند. این روش‌ها می‌توانند به تنهایی یا در ترکیب با چیلرها استفاده شوند.

### برج خنک‌کن (مدار باز و بسته)

- **مدار باز:** آب مستقیماً در تماس با هوا تبخیر می‌شود و برای چیلرهای آب‌خنک مناسب است. مصرف آب بالا اما هزینه اولیه پایین است.

- **مدار بسته:** آب فرآیند از طریق مبدل حرارتی خنک می‌شود، که مصرف آب را کاهش می‌دهد اما هزینه اولیه بالاتری دارد.

- **محاسبات برای برج خنک‌کن مدار باز:**

  - برای چیلر 100 تنی، نیاز به جریان آب: 15 GPM/تن × 100 = 1,500 GPM

  - مصرف برق فن‌ها (فرض 0.05 kW/تن): 100 × 0.05 = 5 kW

  - هزینه سالانه: 5 × 24 × 365 × 100 = 4,380,000 تومان/سال

  - مصرف آب (فرض 2% تبخیر): 1,500 × 0.02 × 60 × 24 × 365 = 1,576,800 گالن/سال

  - هزینه آب (فرض 50 تومان/گالن): 1,576,800 × 50 = 78,840,000 تومان/سال

- **مزایا و معایب:** مدار باز ارزان‌تر اما مصرف آب بالا دارد؛ مدار بسته مصرف آب کمتری دارد اما هزینه اولیه و نگهداری بالاست.

### خنک‌کاری آزاد (Free Cooling)

- **توضیح:** از هوای سرد خارجی برای خنک‌کاری استفاده می‌شود، به‌ویژه در فصول سرد یا مناطق با دمای پایین.

- **کاربرد:** در صنایعی مانند داروسازی یا غذایی که نیاز به دمای ثابت دارند، مناسب است.

- **محاسبات:** اگر دمای هوای خارجی 10°C و دمای مورد نیاز 15°C باشد، می‌توان از خنک‌کاری آزاد استفاده کرد. این روش می‌تواند مصرف انرژی را تا 80% کاهش دهد (منبع: [ICS Cool Energy](https://www.icscoolenergy.com/free-cooling/free-cooling-sales/)).

- **مثال:** برای چیلر 100 تنی، اگر 50% زمان سال از Free Cooling استفاده شود:

  - صرفه‌جویی انرژی: 0.5 × 778,000 kWh = 389,000 kWh/سال

  - صرفه‌جویی هزینه: 389,000 × 100 = 38,900,000 تومان/سال

### خنک‌کاری تبخیری

- **توضیح:** از تبخیر آب برای خنک‌کاری هوا استفاده می‌شود، مناسب برای مناطق خشک.

- **محاسبات:**

  - کاهش دما: ΔT = (ṁ_آب × h_fg) / (ṁ_هوا × cp)

  - h_fg: گرمای نهان تبخیر آب (2257 kJ/kg)

  - cp: گرمای ویژه هوا (1 kJ/kg°C)

- **مثال:** برای خنک‌کاری 100 تن با جریان هوای 10,000 kg/hr و تبخیر 100 kg/hr آب:

  - ΔT = (100 × 2257) / (10,000 × 1) = 22.57°C

- **کاربرد:** در صنایع پلاستیک یا چاپ برای خنک‌کاری تجهیزات.

### ذخیره‌سازی مواد تغییر فاز (PCM)

- **توضیح:** مواد تغییر فاز (مانند پارافین یا هیدرات‌های نمکی) انرژی سرد را در ساعات کم‌بار ذخیره کرده و در ساعات اوج استفاده می‌کنند.

- **محاسبات:**

  - ظرفیت ذخیره‌سازی: Q = m × cp × ΔT + m × h_fg

  - m: جرم PCM

  - h_fg: گرمای نهان تغییر فاز (برای پارافین حدود 200 kJ/kg)

- **مثال:** برای ذخیره 100 kWh انرژی سرد با پارافین:

  - جرم مورد نیاز: 100,000 / 200 = 500 kg

- **کاربرد:** در صنایع دارویی برای حفظ دمای ثابت در ساعات اوج.

### سیستم‌های تبرید CO2

- **توضیح:** سیستم‌های تبرید CO2 به دلیل GWP پایین (1) و کارایی بالا در صنایع غذایی و دارویی در حال گسترش هستند.

- **مزایا:** سازگار با محیط زیست، مناسب برای دماهای پایین.

- **معایب:** هزینه اولیه بالا و نیاز به طراحی تخصصی.

### ترکیب سیستم‌ها

- **توضیح:** ترکیب Free Cooling، PCM، و چیلرها می‌تواند مصرف انرژی را بهینه کند. برای مثال، در صنعت غذایی، استفاده از CO2 refrigeration با Free Cooling در زمستان می‌تواند هزینه‌ها را تا 50% کاهش دهد.

- **مثال ترکیبی:**

  - چیلر 100 تنی + Free Cooling (50% زمان) + PCM برای 20% بار اوج

  - صرفه‌جویی کل: 38,900,000 (Free Cooling) + 15,560,000 (PCM، فرض 20% صرفه‌جویی) = 54,460,000 تومان/سال

## کاربردها در صنایع خاص

### داروسازی

- **نیازها:** خنک‌کاری فرآیندهای تولید دارو و تجهیزات مانند MRI (نیاز به 15-1000 تن).

- **جایگزین‌ها:** Free Cooling در زمستان، PCM برای کنترل دما.

- **هزینه انرژی:** برای چیلر 500 تنی الکتریکی: 500 × 77,800,000 / 100 = 389,000,000 تومان/سال

### غذایی

- **نیازها:** خنک‌کاری خطوط تولید نوشابه، لبنیات (2-100 تن).

- **جایگزین‌ها:** سیستم‌های CO2، برج خنک‌کن مدار بسته.

- **هزینه انرژی:** برای چیلر 50 تنی جذبی: 50 × 49,694,000 / 100 = 24,847,000 تومان/سال

### پلاستیک

- **نیازها:** خنک‌کاری قالب‌ها در تزریق پلاستیک (1-10 تن).

- **جایگزین‌ها:** برج خنک‌کن مدار باز، خنک‌کاری تبخیری.

- **هزینه انرژی:** برای چیلر 2 تنی: 2 × 77,800,000 / 100 = 1,556,000 تومان/سال

### نفت و گاز

- **نیازها:** خنک‌کاری فرآیندهای پالایش (1/3-500 تن).

- **جایگزین‌ها:** برج خنک‌کن مدار بسته، Free Cooling.

- **هزینه انرژی:** برای چیلر 200 تنی جذبی: 200 × 49,694,000 / 100 = 99,388,000 تومان/سال

## نتیجه‌گیری

چیلرهای صنعتی با ظرفیت‌های متنوع (1/3 تا 1000 تن) در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. هزینه‌های انرژی به دلیل یارانه‌ها در ایران نسبتاً پایین است، و چیلرهای جذبی با گاز یارانه‌ای می‌توانند اقتصادی‌تر باشند. روش‌های جایگزین مانند برج‌های خنک‌کن، Free Cooling، خنک‌کاری تبخیری، و PCM می‌توانند مصرف انرژی را کاهش دهند. ترکیب این روش‌ها با چیلرها، به‌ویژه در صنایعی مانند غذایی و داروسازی، می‌تواند صرفه‌جویی قابل توجهی ایجاد کند.

### منابع

- [Chiller Tonnage Sizing & Capacity Calculator - Cold Shot Chillers](https://waterchillers.com/chiller-resources/sizing-information/)

- [5 Sizing Steps for Chillers in Plastic Process Cooling](https://coolingbestpractices.com/industries/plastics-and-rubber/5-sizing-steps-chillers-plastic-process-cooling)

- [How to select the right industrial chiller - Atlas Copco UK](https://www.atlascopco.com/en-uk/compressors/compressed-air-tips/how-to-select-the-right-industrial-chiller)

- [Types of Pharmaceutical Chillers - JC Younger Company](https://jcyounger.com/types-pharmaceutical-chillers/)

- [Industrial Food Processing Chiller - Cold Shot Chillers](https://waterchillers.com/industries-served/food-beverage-industry-chillers/)

- [Fluid Chillers, Inc.](https://www.fluidchillers.com/)

- [Chiller Efficiency How to calculate - The Engineering Mindset](https://theengineeringmindset.com/chiller-efficiency-calculate/)

- [Free Cooling Chillers - ICS Cool Energy](https://www.icscoolenergy.com/free-cooling/free-cooling-sales/)

 چیلرهای صنعتی سامان فردوس هواگردان 

چیلرهای صنعتی دستگاه‌های پیشرفته‌ای هستند که برای خنک‌سازی مایعات یا هوا در فرآیندهای صنعتی طراحی شده‌اند. این دستگاه‌ها باید بتوانند در تمام طول سال، حتی در شرایط سخت زمستانی، به طور مداوم کار کنند. در این گزارش، ویژگی‌های کلیدی چیلرهای صنعتی، از جمله کارکرد مداوم، سیستم‌های Free Cooling، شیرهای انبساط الکترونیکی (EEV)، و طراحی‌های خاص برای عملکرد در تمام فصول بررسی می‌شود. همچنین، کاربردهای این چیلرها در صنایع مختلف و نقش کمپرسورها در شرایط بار متغیر مورد توجه قرار می‌گیرد.

کارکرد مداوم 24 ساعته در طول سال

چیلرهای صنعتی برای عملکرد مداوم 24 ساعته در 365 روز سال طراحی شده‌اند، حتی در دماهای پایین زمستان (Winter Chiller Maintenance). برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در شرایط سرد، این دستگاه‌ها به ویژگی‌های زیر مجهز هستند:

• محلول‌های ضد یخ: استفاده از اتیلن گلیکول یا پروپیلن گلیکول در مدار خنک‌کننده برای جلوگیری از یخ‌زدگی مایعات (Antifreeze for Chillers). این محلول‌ها باید دارای ویژگی‌هایی مانند پایداری شیمیایی، ویسکوزیته پایین در دماهای سرد، و خواص ضد خوردگی باشند (Antifreeze Selection).

• هیترهای کمپرسور: هیترهای crankcase برای جلوگیری از انجماد روغن کمپرسور در دماهای پایین استفاده می‌شوند (Atlas Copco Chillers).

• هیترهای تجهیزات الکتریکی: این هیترها از کندانس شدن رطوبت روی اجزای الکتریکی جلوگیری می‌کنند، که می‌تواند از خرابی‌های الکتریکی جلوگیری کند.

• هیترهای اواپراتور: برای جلوگیری از یخ‌زدگی اواپراتور، که می‌تواند عملکرد خنک‌کننده را مختل کند.

• نگهداری منظم: بررسی سطح ضد یخ، تمیز کردن فیلترها، و نظارت بر فشارهای سیستم برای حفظ کارایی در زمستان ضروری است (Winter Operation).

سیستم سرمایش Free Cooling

سیستم Free Cooling از دمای پایین هوای خارجی برای خنک‌سازی مایعات فرآیند استفاده می‌کند، که می‌تواند مصرف انرژی را تا 80% کاهش دهد (Free Cooling). این سیستم معمولاً شامل مبدل‌های حرارتی هوا-مایع و فن‌های الکترونیکی است که هوای سرد را از روی مبدل عبور می‌دهند (Summit Systems). Free Cooling در شرایطی که دمای هوای خارجی کمتر از دمای مایع ورودی باشد، فعال می‌شود و می‌تواند به طور کامل یا جزئی جایگزین سرمایش مکانیکی شود (ICS Cool Energy). این روش به‌ویژه در فصول سرد و در مناطقی با دماهای پایین مؤثر است.

شیر انبساط الکترونیکی (EEV)

شیرهای انبساط الکترونیکی (EEV) یکی از اجزای کلیدی در چیلرهای صنعتی مدرن هستند که جریان مبرد را با دقت بالا کنترل می‌کنند (EEV in Chillers). این شیرها نسبت به شیرهای انبساط ترموستاتیک مزایای زیر را دارند:

• پاسخ سریع‌تر: EEVها با استفاده از موتور پله‌ای (step motor) به تغییرات بار حرارتی سریع‌تر واکنش نشان می‌دهند (MEP Academy).

• کنترل دقیق سوپرهیت: با استفاده از سنسورهای فشار و دما، EEVها سوپرهیت را در تمام شرایط کاری (بار کامل یا جزئی) بهینه می‌کنند، که منجر به افزایش راندمان می‌شود.

• افزایش راندمان: کنترل دقیق جریان مبرد مصرف انرژی را کاهش می‌دهد و عملکرد سیستم را بهبود می‌بخشد (Cold Rite).

طراحی برای عملکرد در تمام فصول

چیلرهای صنعتی برای کار در تمام طول سال به ویژگی‌های خاصی مجهز هستند:

• هیترهای کمپرسور: از انجماد روغن کمپرسور در دماهای پایین جلوگیری می‌کنند.

• هیترهای تجهیزات الکتریکی: از تشکیل رطوبت روی اجزای الکتریکی جلوگیری می‌کنند.

• هیترهای اواپراتور: از یخ‌زدگی اواپراتور محافظت می‌کنند.

• محلول ضد یخ: از یخ‌زدگی مایعات خنک‌کننده در مدار جلوگیری می‌کند.

• کنترل دقیق دما: سیستم‌های کنترل پیشرفته دمای آب خروجی را با حداقل نوسان حفظ می‌کنند (Thermal Care).

• مبردهای مدرن: مبردهایی مانند R134a، R407c، و R410A به دلیل کارایی بالا و تأثیر کمتر بر محیط زیست استفاده می‌شوند (Smart Cooling).

• مزایای EEV: همان‌طور که ذکر شد، EEVها با پاسخ سریع‌تر و کنترل بهتر سوپرهیت، راندمان را افزایش می‌دهند.

کمپرسور و عملکرد در شرایط بار متغیر

بار سرمایش در طول سال متغیر است، بنابراین چیلرها باید بتوانند در شرایط بار جزئی نیز کارایی بالایی داشته باشند. چیلرهای مجهز به دو کمپرسور در یک مدار تبرید می‌توانند در شرایط بار کم، یکی از کمپرسورها را خاموش کنند، که منجر به صرفه‌جویی در انرژی می‌شود (Drake Chillers). این طراحی به‌ویژه برای کاربردهایی که نیاز به خنک‌سازی مداوم اما با شدت متغیر دارند، مناسب است.

کاربردهای چیلرهای صنعتی

چیلرهای صنعتی در صنایع مختلفی برای خنک‌سازی فرآیندها و تجهیزات استفاده می‌شوند (Applications of Chillers). جدول زیر برخی از کاربردهای اصلی را نشان می‌دهد:

صنعت	کاربرد
داروسازی و بهداشتی	خنک‌سازی فرآیندهای تولید دارو و تجهیزات پزشکی مانند MRI
پلاستیک	خنک‌سازی قالب‌ها در دستگاه‌های تزریق پلاستیک، اکسترودر، و تولید بطری PET
نفت، گاز و پتروشیمی	خنک‌سازی تجهیزات در محیط‌های پرخطر و انفجاری
چاپ و بسته‌بندی	خنک‌سازی دستگاه‌های لمینت و سلفون
مواد غذایی	خنک‌سازی در تولید نوشابه، لبنیات، و آبمیوه
فلزات	خنک‌سازی دستگاه‌های CNC، وایرکات، و پرس‌های هیدرولیک
تولید فیلم	خنک‌سازی فرآیندهای تولید فیلم‌های PVC، PE، و PP

این کاربردها نشان‌دهنده تنوع و اهمیت چیلرهای صنعتی در حفظ کیفیت و کارایی فرآیندهای صنعتی هستند.

نتیجه‌گیری

چیلرهای صنعتی با طراحی پیشرفته و استفاده از فناوری‌هایی مانند Free Cooling، EEV، و مبردهای مدرن، قادر به ارائه عملکرد قابل اعتماد در تمام طول سال هستند. این دستگاه‌ها نه تنها فرآیندهای صنعتی را خنک می‌کنند، بلکه با کاهش مصرف انرژی، به صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌ها کمک می‌کنند. طراحی‌های خاص مانند هیترها و ضد یخ، عملکرد در شرایط سخت زمستانی را تضمین می‌کنند، در حالی که کاربردهای گسترده آن‌ها در صنایع مختلف، نقش حیاتی آن‌ها را نشان می‌دهد.