محاسبه ظرفیت چیلر صنعتی | فرمول و جدول انتخاب

برای یک کارگاه، قالب تزریق پلاستیک، دستگاه لیزر یا خط تولید، چیلر چند تن لازم است؟ پاسخ فقط با حجم مخزن، اسب کمپرسور یا قدرت پمپ مشخص نمی‌شود. باید بار واقعی سرمایش، دبی آب، اختلاف دمای ورودی و خروجی و شرایط کاری دستگاه را اندازه بگیریم. در این راهنمای عملی از چیلر انار، فرمول محاسبه ظرفیت چیلر صنعتی را با مثال واقعی و جدول انتخاب بررسی می‌کنیم.

پاسخ سریع: اگر آب با دبی واقعی ۵۰ لیتر بر دقیقه از یک مصرف‌کننده حرارتی عبور کند و دمای آن به‌اندازه ۵ درجه سانتی‌گراد افزایش یابد، بار سرمایشی لحظه‌ای حدود ۱۷٫۴ کیلووات یا ۴٫۹۶ تن تبرید است. این عدد «بار موردنیاز» است؛ انتخاب نهایی مدل چیلر باید با ظرفیت واقعی آن در دمای محیط و دمای آب طراحی تطبیق داده شود.

فرمول محاسبه ظرفیت چیلر با دبی آب و اختلاف دما

برای آب بدون گلیکول، رابطه پایه انتقال حرارت به‌صورت زیر است:

در این فرمول، Q ظرفیت سرمایشی یا نرخ انتقال حرارت بر حسب کیلووات، ṁ دبی جرمی آب بر حسب کیلوگرم بر ثانیه و ΔT اختلاف دمای آب در دو سمت بار یا اواپراتور است. مقدار تقریبی گرمای ویژه آب ۴٫۱۸۶ کیلوژول بر کیلوگرم-درجه در دماهای متداول است. برای محلول آب و گلیکول باید چگالی و گرمای ویژه واقعی محلول را جایگزین کرد.

اگر دبی را برحسب لیتر بر دقیقه داشته باشیم و چگالی آب را تقریباً یک کیلوگرم بر لیتر بگیریم، فرمول سریع چنین است:

تبدیل کیلووات به تن تبرید (TR)

هر یک تن تبرید (1 TR) برابر با حدود ۳٫۵۱۷ کیلووات ظرفیت سرمایشی است. بنابراین بعد از محاسبه Q کافی است عدد کیلووات را بر ۳٫۵۱۷ تقسیم کنیم. «تن تبرید» با وزن دستگاه یا اسب بخار کمپرسور یکی نیست.

اگر با مفهوم این واحد آشنا نیستید، مقاله تن تبرید چیست؟ را نیز بخوانید.

مثال واقعی: دبی ۵۰ لیتر در دقیقه و اختلاف دمای ۵ درجه

فرض کنید در مدار آب چیلر، دبی اندازه‌گیری‌شده از مصرف‌کننده ۵۰ لیتر در دقیقه باشد و آب با دمای ۱۲ درجه وارد مصرف‌کننده شده و با دمای ۱۷ درجه به چیلر بازگردد. در این حالت ΔT برابر ۵ درجه است:

• تبدیل دبی: ۵۰ لیتر بر دقیقه ≈ ۰٫۸۳۳ کیلوگرم بر ثانیه
• محاسبه بار: Q = ۰٫۸۳۳ × ۴٫۱۸۶ × ۵ ≈ ۱۷٫۴ کیلووات
• تبدیل به تن تبرید: ۱۷٫۴ ÷ ۳٫۵۱۷ ≈ ۴٫۹۶ TR، تقریباً ۵ تن تبرید

دقت کنید: دبی در این مثال، دبی واقعیِ آب در مدار مصرف‌کننده است، نه دبی اسمی درج‌شده روی پمپ. همچنین اگر دمای ۱۲ و ۱۷ درجه در دو نقطه با اتلاف یا اختلاط قابل‌توجه اندازه‌گیری شوند، نتیجه نیازمند تصحیح است.

جدول محاسبه ظرفیت چیلر بر اساس دبی آب

جدول زیر برای آب معمولی و اختلاف دمای ثابت ۵ درجه سانتی‌گراد محاسبه شده و به‌معنی تضمین توان واقعی هیچ دستگاهی در شرایط آب‌وهوایی مختلف نیست.

بار سرمایشی (TR)	ظرفیت تقریبی (kW)	دبی آب موردنیاز در ΔT=۵°C
۳ تن	۱۰٫۵۵ کیلووات	۳۰٫۲ لیتر/دقیقه
۵ تن	۱۷٫۵۹ کیلووات	۵۰٫۴ لیتر/دقیقه
۸ تن	۲۸٫۱۴ کیلووات	۸۰٫۷ لیتر/دقیقه
۱۰ تن	۳۵٫۱۷ کیلووات	۱۰۰٫۸ لیتر/دقیقه

با کاهش اختلاف دما، برای انتقال همان توان، دبی آب بیشتری لازم می‌شود. این موضوع روی انتخاب پمپ، افت فشار مسیر و مبدل هم اثر دارد. این جدول برای پیدا کردن بار از دبی و ΔT است؛ نه انتخاب قطعی چیلر فقط از روی دبی.

محاسبه ظرفیت چیلر از حجم مخزن و زمان خنک‌کاری

اگر حجم مخزن و زمان مطلوب خنک شدن آب را می‌دانید، ابتدا انرژی لازم برای پایین آوردن دمای آب را حساب کنید. برای آب معمولی می‌توان از فرمول زیر استفاده کرد:

مثلاً برای سرد کردن ۲۰۰ لیتر آب از ۲۵ به ۱۰ درجه طی ۴۵ دقیقه، بار مربوط به سرد کردن آب مخزن تقریباً برابر است با:

Q = ۲۰۰ × ۴٫۱۸۶ × ۱۵ ÷ ۲۷۰۰ ≈ ۴٫۶۵ کیلووات ≈ ۱٫۳۲ تن تبرید. اما این عدد فقط بار کاهش دمای همان آب است. اگر هم‌زمان دستگاه تولیدی گرما وارد مخزن می‌کند، باید بار فرایندیِ هم‌زمان، گرمای پمپ، جذب گرما از محیط و سایر بارهای مؤثر نیز محاسبه شوند؛ وگرنه ظرفیت کمتر از نیاز انتخاب خواهد شد.

آیا چیلر ۳، ۵، ۸ یا ۱۰ تن انتخاب مناسبی است؟

دامنه بار محاسبه‌شده	نکته انتخاب مدل	نکته کنترلی
حدود ۱۰٫۵ کیلووات (۳TR)	مدل نامی ۳ تن فقط اگر ظرفیت واقعی در شرایط پروژه کافی باشد	دما، دبی و ساعات کار را بررسی کنید
حدود ۱۷٫۶ کیلووات (۵TR)	ظرفیت موردنیاز حدود ۵ تن است؛ ظرفیت واقعی کاتالوگ را ملاک قرار دهید	کارکرد تابستان و دمای آب مهم است
حدود ۲۸٫۱ کیلووات (۸TR)	برای بار پیوسته نزدیک ۸ تن، ظرفیت خالص دستگاه باید تأیید شود	بار هم‌زمان و ضریب عملکرد را بسنجید
حدود ۳۵٫۲ کیلووات (۱۰TR)	مدل ۱۰ تن فقط با تطبیق نقطه کاری و شرایط نصب	توان برق، پمپ و کنترل ظرفیت بررسی شود

در چیلرهای هواخنک، ظرفیت نامی معمولاً در شرایط آزمایش مشخص اعلام می‌شود. ممکن است یک چیلر نامی ۵ تن در دمای محیط خیلی گرم یا با دمای آب پایین‌تر از شرایط مرجع، ظرفیت کمتری تحویل دهد. بنابراین نتیجه محاسبه بار لزوماً معادل سفارش همان عدد روی پلاک چیلر نیست؛ انتخاب نهایی باید بر اساس جدول عملکرد کمپرسور، کندانسور و مبدل دستگاه انجام شود.

چطور دبی و اختلاف دمای آب را درست اندازه بگیریم؟

برای اینکه محاسبه ظرفیت چیلر قابل‌اتکا باشد، داده‌ها را در زمان کار پایدار دستگاه مصرف‌کننده ثبت کنید. در یک مدار معمولی، اختلاف دما برابر است با دمای آب برگشتی از مصرف‌کننده منهای دمای آب رفت به مصرف‌کننده. هنگام اندازه‌گیری به موارد زیر توجه کنید:

• دبی واقعی: از فلومتر مناسب روی مدار استفاده کنید؛ عدد درج‌شده روی پلاک پمپ لزوماً دبی عبوری از دستگاه نیست.
• دمای رفت و برگشت: هر دو دما را نزدیک ورودی و خروجی همان مصرف‌کننده و با ابزار اندازه‌گیری قابل‌اعتماد بخوانید.
• حالت کاری: اگر گرمای تولید دستگاه در طول سیکل تغییر می‌کند، چند بار در شرایط مختلف اندازه بگیرید و بار پیک و بار پیوسته را جداگانه در نظر بگیرید.
• سیال مدار: اگر به آب گلیکول اضافه کرده‌اید، از گرمای ویژه و چگالی واقعی همان محلول در فرمول استفاده کنید.

۵ اشتباه رایج هنگام انتخاب ظرفیت چیلر صنعتی

• محاسبه فقط از روی لیتر مخزن: حجم مخزن به‌تنهایی، بار تولیدی خط را نشان نمی‌دهد.
• استفاده از دبی نامی پمپ: افت فشار لوله، شیر و مبدل، دبی واقعی را تغییر می‌دهد.
• اشتباه گرفتن اسب کمپرسور با تن تبرید: ظرفیت سرمایشی تابع مبرد، دماهای تبخیر و تقطیر و نقطه کاری است.
• نادیده گرفتن بار پیوسته: هنگام رسیدن مخزن به دمای تنظیمی ممکن است خط تولید همچنان گرما ایجاد کند.
• انتخاب بدون توجه به گرمای تابستان و کیفیت نصب: شرایط هواخنک و توان دفع حرارت کندانسور روی ظرفیت قابل‌دسترس اثر می‌گذارد.

برای استعلام ظرفیت دقیق چیلر چه اطلاعاتی آماده کنیم؟

برای انتخاب فنی، بهتر است نوع دستگاه مصرف‌کننده، دمای مطلوب آب، دمای برگشت، دبی واقعی، حجم مخزن، دمای اولیه، زمان مطلوب خنک‌کاری، ساعات کار و دمای هوای محل نصب چیلر را ثبت کنید. اگر چند دستگاه به یک چیلر متصل می‌شوند، بار هم‌زمان واقعی را نیز مشخص کنید. در مدار دارای گلیکول، نوع و درصد محلول ضروری است.

برای شناخت مدل‌ها و استعلام فنی می‌توانید مشخصات چیلر صنعتی ۳ تن، چیلر صنعتی ۵ تن، چیلر صنعتی ۸ تن و چیلر صنعتی ۱۰ تن چیلر انار را ببینید؛ انتخاب ظرفیت با تطبیق مشخصات پروژه و عملکرد واقعی صورت می‌گیرد.

چالش کوتاه: شما چند تن انتخاب می‌کنید؟

در تصویر زیر، دبی آب ۵۰ لیتر در دقیقه و اختلاف دما ۵ درجه است؛ بین گزینه‌های ۳، ۵ و ۸ تن کدام نزدیک‌تر به بار سرمایشی محاسبه‌شده است؟ محاسبه گام‌به‌گام را در بخش مثال بالا ببینید.

سؤال‌های پرتکرار

چیلر برای مخزن ۵۰۰ لیتری چند تن باشد؟

تا وقتی اختلاف دمای موردنیاز، زمان خنک‌کاری و بار حرارتی حین فرایند مشخص نشده باشد، از روی ۵۰۰ لیتر به‌تنهایی نمی‌توان تن تبرید تعیین کرد.

آیا برای بار ۵ تن تبرید حتماً چیلر ۵ تن می‌خریم؟

خیر. ابتدا باید مطمئن شویم دستگاه منتخب در دمای محیط و دمای آب واقعی پروژه دست‌کم همان بار را تأمین می‌کند. گاهی مدل با ظرفیت نامی بالاتر لازم است و گاهی دستگاه ۵ تن مناسب خواهد بود.

یک تن تبرید چند کیلووات است؟

یک تن تبرید تقریباً برابر ۳٫۵۱۷ کیلووات توان سرمایشی یا ۱۲۰۰۰ BTU/h است.

اگر آب و گلیکول داشته باشیم، همین فرمول جواب می‌دهد؟

ساختار فرمول همان است، ولی باید چگالی و گرمای ویژه واقعی مخلوط در دمای کار و درصد گلیکول را به کار برد؛ فرض یک کیلوگرم بر لیتر و ۴٫۱۸۶ همیشه دقیق نیست.

جمع‌بندی

ظرفیت چیلر = بار حرارتی واقعی پروژه، نه صرفاً حجم مخزن یا قدرت پمپ. فرمول Q=ṁcΔT نقطه شروع قابل‌اتکایی برای اندازه‌گیری بار از دبی و اختلاف دماست. انتخاب نهایی چیلر ۳، ۵، ۸ یا ۱۰ تن باید با شرایط محیط، دمای آب، نوع سیال، زمان کار و منحنی عملکرد دستگاه تطبیق داده شود. برای آشنایی با کاربرد و عملکرد انواع دستگاه به راهنمای چیلر صنعتی مراجعه کنید.