بخشی از مقاله
طراحی موتورخانه های دارای چیلر
در شماره قبل سیستمهای دارای حلقه تک چیلر چیلرهای موازی و چیلرهای سری معرفی شدند. در این شماره به بررسی سیستمهای اولیه ثانویه می پردازیم
سیستمهای اولیه / ثانویه
در سیستمهایی با چیلرهای بزرگ و یا بیش از دو چیلر می توان از شیوه لوله کشی اولیه / ثانویه استفاده نمود. البته توصیه می شود که برای کاستن از هزینه های نصب و کارکرد، چند سانی Diversity بر جریان سیستم اعمال شود چون بدین ترتیب اندازه لوله ها و پمپها کوچک تر خواهند شد. برای این منظور شیرهای کنترل دو راهه برای بارها اختصاص داده می شوند و البته باید در همین زمان جریانی ثابت در داخل چیلرها وجود داشته باشد تا پایداری آنها تضمین گردد. بهترین راه حل، استفاده از شیوه لوله کشی اولیه / ثانویه می باشد.
= اصول پایه حلقه های اولیه / ثانویه
در شکل ۱، حلقه ساده اولیه / ثانویه ای نشان داده شده است که در حالت بار کامل کار می کند. بار طراحی سیستم در این مثال ۸۰۰ تن می باشد و نرخهای جریان و دماها بر اساس شرایط استاندارد AIR در نظر گرفته می شوند. بار این سیستم دارای یک شیر کنترل دو راهه است. مدار لوله ای که چیلر در آن قرار دارد، حلقه اولیه نامیده می شود و حلقه در برگیرنده بار، ثانویه خواهد بود. لوله های مشترک نیز گاهی با عنوان ناهمبسته یا لوله های دی کوپله خوانده می شوند.
جریان طراحی gpm۱۹۲۰ در شرایط بار کامل از درون چیلر، دو پمپ و بار عبور کرده و مجددا به چیلر باز می گردد. در این حالت جریانی در لوله های مشترک وجود ندارد. شاید در نظر اول تصور کنید که جریان، دو دفعه پمپاژ شده است. این تصور تا حدی صحیح است ولی هی کل میان دو پمپ تقسیم می شود. پمپ اولیه تنها بر اساس مقتضیات حلقه اولیه که افت فشار اصلی آن چیلر می باشد، اندازه گذاری و انتخاب شده است. پمپ ثانویه با توجه به افت فشار بیرون از موتورخانه انتخاب می شود. وجود افتهای - فشار بیشتر و آرایش های بزرگ تر لوله در حلقه های ثانویه مبین متغیر بودن جریان می باشد. همین مثال در شکل ۲ با شرایط بار ٪۵۰ نشان داده شده است. شیر کنترل دو راهه بار، جریان ثانویه را به gpm 0 ۹۶ کاهش می دهد و اختلاف دما با دلتا T در طرفین بار ۱۰ درجه فارنهایت باقی می ماند.
پمپ اولیه یک پمپ جریان ثابت است که بر اساس جریان طراحی چیلر انتخاب ش ده است و در gpm ۱۹۲۰ ثابت می ماند. جریان اضافی که در حلقه تانویه نیازی به آن نبود از طریق لوله های مشترک به خط برگشت چیلر راه می یابد. سیال ۴۴ درجه فارنهایتی لوله مشترک با سیال ۵۴ درجه فارنهایتي برگشت مخلوط شده و سیالی با دمای ۴۹ درجه فارنهایت ایجاد می کند. چیلر جریان طراحی gpm ۱۹۲۰ خود را با دمای برگشت ۴۹ درجه فارنهایت و دمای آب خروجی ۴۴ درجه فارنهایت تثبیت می کند. بار وارده بر چیلر . ۵. می باشد . مثال نشان داده شده در شکل ۲ چگونگی اعمال چند سانی را بر جریان حلقه ثانویه نشان می دهد. جریان در حلقه ثانویه متغیر بوده و از لحاظ صرفه جویی در کارکرد پمپ نیز هزینه های مربوط به ابعاد لوله ها بسیار عالی خواهد بود. جریان ثابت حلقه اولیه موجب پایداری و متعادل شدن شرایط کاری چیلر می شود.
اما نکته مهم این است که اگر محدوده دمای طراحی رعایت نشود چه اتفاقی خواهد افتاد؟ این موضوع به نام "سندروم دلتا T' معروف است. شکل ۳ نشان دهنده همان
سیستم مثال قبل با بار ۸۰۰ تن ولی با تنها ۶ درجه فارنهایت دلتا T می باشد. این امر به دلايل مختلفی از جمله انتخاب اشتباه شیر و یا کثیف شدن کویلها روی می دهد. حال شیر کنترل برای تطابق با بار ۸۰۰ تنی باید باز شده و جریان بیشتری به بار برساند.
پمپ ثانویه نیز جریان حلقه ثانویه را تا gpm ۳۲۰۰ افزایش می دهد تا مقتضيات بار را برآورده سازد. اما چون پمپ اولیه تنها gpm ۱۹۲۰ تأمین می کند،
۱۲۸۰gp اضافي از طریق لوله های مشترک بر می گردد تا شرایط gpm 3200 برآورده شود. در اینجا دو مشکل پیش خواهد آمد؛ اول این که دمای سیال رفت در حلقه ثانویه با مخلوط شدن سیالات اولیه و برگشت، افزایش خواهد یافت. بالا رفتن دمای سیال موجب می شود تا شیر کنترل بیشتر باز شده و مشکل را حادتر نماید. مشکل دوم مربوط به دمای ۵۰ درجه فارنهایتی آب برگشت چیلر است چون بدین ترتیب چیلر تنها باری معادل ۴۸۰ تن را احساس خواهد کرد.
سیستم تحت این شرایط عملکرد مطلوبی ندارد و واضح است که این مثال غیر عملی
جزئیات اتفاقاتی که روی می دهند در شکل ۴ نشان داده شده است. چیلر دوم باید آغاز به کار کند تا جریان حلقه اولیه را با جریان ثانویه متعادل سازد. به کار انداختن دو چیلر شاید راه حلی عملی باشد اما بدین ترتیب بسیاری از قابلیتهای منید رویکرد
اوليه / ثانویه را از دست خواهیم داد. جریان در ثانویه به قدری زیاد است که انرژی در پمپ به هدر می رود. دو پمپ اولیه به جای یک پمپ باید به کار گرفته شوند و در نتیجه اسب بخار مورد نیاز برای پمپاژ در اولیه دو برابر می گردد. نهایتا این که در چیلر به جای یک چیلر (و پمپ های آب کندانسورها آنها به کار گرفته می شوند.
جزئیات حلقه اولیه
رایج ترین شیوه، اختصاص دادن یک پمپ برای هر چیلر است. ضمنا هر چیلر نیازمند شیر ایزوله کننده مختص خود می باشد. البته می توان پمپ اصلی اولیه را با محرکهای دور متغیر و یا چند سرعته به کار برد. چیلرها با ظرفیتهای متفاوت توسط سازندگان مختلف تولید می شوند ولی چیلر هایی که در این سیستم به کار برده می شوند باید دارای نقطه تنظيم (ست پوینت) و دلتا T آب سرد یکسانی باشند.
موقعیت خط لوله دی کو پله
موقعیت این لوله با توجه به بارگذاری متفاوت است.
یک نقشه نمونه در شكل ۵ نشان داده شده است. هر یک از چیلرها در این حالت و حتی در شرایط بار جزئی، دمای آب برگشت یکسانی را دریافت خواهند نمود. خط دی کوپله در شکل ۶ در موقعیت متفاوتی به تصویر کشیده شده است. قرار دادن چیلرها بين حلفه ثانویه و لوله دی کو پله باعث تغییر دمای آب برگشت به هر چیلر می شود. دمای آب برگشت چیلر شماره ۲ در این شکل بسیار نزدیک به دمای برگشت حلقه ثانویه خواهد بود اما چیلر شماره ۱ مخلوطی از آب رفت و آب برگشت را دریافت خواهد کرد. نتیجه این که بار وارده بر چیلر شماره ۲ بیشتر از چیلر شماره ۱ می باشد.
اگر یکی از چیلرها از م دلهای دو کمپرسوری باشد جابجا کردن خط لوله دي کويله مفید واقع خواهد شد. چیلرهای دو کمپرسوری در شرایط بار جزئی عملکرد بسیار خوبی دارند. چیلرهای تک کمپرسوری زمانی بهترین کیفیت کاری را خواهند داشت که بار وارده بر آنها کامل و تا سر حد ظرفیت آنها باشد. بنابراین با نزدیک ساختن چیلر دو کمپرسوری به خط لوله دی کوپله و دور کردن چیلر تک کمپرسوری از آن می توان راندمان کل سیستم را افزایش داد. عملکرد چیلرهای شکلهای ۵ و ۶ در جدول ۱ نشان داده شده است. اگر عمده بار را بر چیلر تک کمپرسوری وارد ساخته و از چیلر دو کمپرسوری در شرایط بار جزئی بهره بگیریم میتوان ورودی به ۱۰ % کاهش داد
جزئیات حلقه ثانویه
می دانیم که جریان در حلقه ثانویه باید متغیر باشد. سیستم های قدیمی تر از چند پمپ در مراتب مختلف جریان استفاده می کردند اما اخیرا به کارگیری محرکهای دور متغیر باب شده است. آرایش اولیه / ثانویه قابلیت انعطاف بیشتری به سیستم داده و کار مهندسان را در طراحی لوله کشی های توزیع ساده تر می سازد. یک طرح ساده در شكل ۷ نشان داده ش ده است. پمپهای چندگانه برای افزودن بر انکاپذیری سیستم در حلقه ثانویه مورد استفاده قرار می گیرند.
طرحی که در شکل ۸ نشان داده شده است در برگیرنده پمپهای اختصاصی برای حلقه های مختلف است حلقه های چندگانه می توانند به مناطقی با برنامه های کاری متفاوت و یا با انتهای متفاوت فشار (مانند ساختمانی در نقطه ای دور از مجموعه سایر ساختمانها) سرویس دهی نمایند. حلقه های مجزا اگر مورد نیاز نباشند از مدار خارج خواهند شد.
موضوع کنترل پمیهای ثانویه امروزه مورد بحث و گفتگوهای فراوان است. بسیاری از سیستمهای مدرن از شیوه های مختلف فشار
ت فاضلی در حلقه ثانویه بهره می گیرند.
توجه داشته باشد که موقعیت سنسورهای فشار بسیار حیاتی است. عملکرد صحیح سیستم منوط به انتخاب اندازه مناسب برای شیرهای کنترل و استقرار درست سنسورهای فشار خواهد بود. این مبحث بسیار گسترده بوده و از حوصله این مقاله خارج است.
لوله کشی برگشت به صورت مستقیم و یا معکوس
مثالهایی که تاکنون در این مقالات آورده شده اند جملگی از شیوه لوله کشی برگشت معکوس استفاده می کردند. لوله کشی ثانویه به نحوی طراحی می گردد که هر مسیر از هر بار دارای طولی برابر بوده و در نتیجه افت فشار یکسانی در سیال ایجاد خواهد نمود. سرشت لوله کشی برگشت معکوس، خود - متعادل کننده است ولی نیاز به لوله های بیشتر و هزینه زیادتری دارد. لوله کشی برگشت مستقیم موجب می شود تا نزدیک ترین بار به چیلر، کوتاه ترین مسیر را تا آن داشته و در نتیجه کم ترین افت فشار را دارا باشد. تفاوت افت فشار میان بارهای نزدیک به چیلر و بارهای دور از آن بسته به طراحی سیستم می تواند
قابل توجه باشد. در چنین شرایطی بالانس کردن و متعادل ساختن سیستم نیز بسیار دشوار است. بزرگ ترین مزیت سیستمهای برگشت مستقیم، صرفه جویی در لوله های مورد نیاز می باشد. انتخاب نوع برگشت مستقیم یا معکوس باید با توجه به کارکرد پذیری و هزینه های اولیه انجام شود. اگر از لوله کشی برگشت مستقیم استفاده می شود باید موقعیت شیرهای بالانس جریان را به دقت انتخاب نمود تا سیستم متعادل گردد.
متفاوت بودن ظرفیت چیلرها
یکی از مزایای سیستمهای اولیه / ثانویه امکان استفاده از چیلرهایی با ظرفیتهای متفاوت می باشد. در این سیستمها تا زمانی که دمای آب رفت و دلتا ۳ طراحی یکسان باشند می توان از چیلرهایی با ظرفیتهای مختلف استفاده نمود. این مزیت موجب می شود تا با انتخاب بهینه ظرفیت چیلرها در زمانهایی که ساعات کاری موتورخانه به حداکثر خود می رسد، بالاترین راندمان را به دست
