چرا چیلر همیشه با تمام توان کار نمی‌کند؟ پشت‌صحنه فناوری کنترل ظرفیت

وقتی ظرفیت یک چیلر برای یک پروژه مشخص می‌شود، ممکن است این تصور شکل بگیرد که دستگاه در تمام ساعات کار باید با همان ظرفیت حداکثری فعالیت کند. اما نیاز سرمایشی یک ساختمان ثابت نیست. شرایط محیطی، نوع استفاده از ساختمان و میزان بار سرمایشی می‌توانند در طول شبانه‌روز تغییر کنند. اینجاست که مفهوم کنترل ظرفیت چیلر اهمیت پیدا می‌کند. هدف این فناوری آن است که عملکرد سیستم تا حد امکان با نیاز واقعی ساختمان هماهنگ شود؛ موضوعی که علاوه بر عملکرد سرمایشی، با مصرف برق و مدیریت انرژی ساختمان نیز ارتباط دارد.

۱. بار سرمایشی ساختمان همیشه ثابت نیست

یک ساختمان در تمام ساعات روز شرایط یکسانی ندارد. میزان استفاده از فضاها و شرایط بهره‌برداری می‌تواند تغییر کند و در نتیجه نیاز سرمایشی نیز ثابت باقی نمی‌ماند. فرض کنید چیلری بر اساس بیشترین بار مورد انتظار پروژه انتخاب شده است. این به آن معنا نیست که ساختمان در تمام مدت بهره‌برداری به حداکثر ظرفیت دستگاه نیاز دارد. در بسیاری از ساعات، سیستم ممکن است با شرایطی روبه‌رو باشد که بار واقعی کمتر از ظرفیت نامی آن است. به این وضعیت کارکرد در بار جزئی یا Partial Load گفته می‌شود. بنابراین یکی از چالش‌های طراحی سیستم سرمایش این است که چیلر در زمانی که تقاضای سرمایش کاهش پیدا می‌کند، چگونه عملکرد خود را با شرایط جدید هماهنگ کند.

۲. کنترل ظرفیت در چیلر یعنی چه؟

ظرفیت نامی چیلر نشان می‌دهد دستگاه برای چه سطحی از بار سرمایشی طراحی شده است؛ اما بار واقعی ساختمان می‌تواند کمتر از این مقدار باشد. کنترل ظرفیت به مجموعه روش‌هایی گفته می‌شود که به سیستم اجازه می‌دهد خروجی سرمایشی خود را متناسب با نیاز فعلی تنظیم کند. به زبان ساده، اگر ساختمان در یک لحظه به تمام ظرفیت چیلر نیاز نداشته باشد، منطقی نیست دستگاه بدون توجه به این تغییر تقاضا همچنان در همان شرایط حداکثری فعالیت کند. به همین دلیل در طراحی چیلرهای مختلف از راهکارهای کنترلی متفاوتی استفاده می‌شود تا عملکرد کمپرسور و سایر اجزای سیستم با بار موردنیاز هماهنگ شود. این موضوع باید از مفهوم انتخاب ظرفیت اولیه چیلر جدا شود. انتخاب ظرفیت مشخص می‌کند چه دستگاهی برای پروژه مناسب است؛ کنترل ظرفیت مشخص می‌کند آن دستگاه در شرایط مختلف بهره‌برداری چگونه عمل کند.

۳. فناوری اینورتر چه نقشی در کنترل ظرفیت دارد؟

یکی از فناوری‌هایی که برای کنترل عملکرد کمپرسور استفاده می‌شود، اینورتر یا درایو فرکانس متغیر است. در چیلرهایی که از این فناوری استفاده می‌کنند، امکان تغییر عملکرد کمپرسور متناسب با شرایط بار وجود دارد. در نتیجه دستگاه مجبور نیست در تمام شرایط به یک شکل کار کند. در اطلاعات فنی منتشرشده برای چیلرهای تراکمی دایکین نیز به استفاده از سیستم درایو فرکانس متغیر و ارتباط آن با مدیریت توان مصرفی اشاره شده است. البته وجود اینورتر به‌تنهایی تعیین‌کننده عملکرد نهایی یک پروژه نیست. نوع کمپرسور، ظرفیت دستگاه، شرایط طراحی و نحوه بهره‌برداری نیز باید هم‌زمان بررسی شوند. به همین دلیل هنگام مقایسه دو چیلر، صرف دیدن عبارت «اینورتر» روی مشخصات محصول برای تصمیم‌گیری کافی نیست.

۴. کنترل ظرفیت چه ارتباطی با مصرف برق چیلر دارد؟

کمپرسور یکی از اجزای اصلی چرخه تبرید تراکمی است و نحوه کنترل آن می‌تواند در میزان انرژی مصرف‌شده توسط سیستم نقش داشته باشد. اگر نیاز سرمایشی ساختمان کاهش پیدا کرده باشد، امکان هماهنگ کردن عملکرد کمپرسور با این بار کمتر می‌تواند از کارکرد غیرضروری در شرایط حداکثری جلوگیری کند. این همان نقطه‌ای است که کنترل ظرفیت، راندمان چیلر و مصرف برق به یکدیگر مرتبط می‌شوند. در صفحه چیلر تراکمی دایکین، برخی مدل‌ها مانند EWAT-B با کمپرسور اسکرال اینورتر و EWAD-TZ با کمپرسور اسکرو اینورتر معرفی شده‌اند. مدل EWWD-VZ نیز در گروه چیلرهای آب‌خنک اسکرو اینورتر قرار گرفته است. با این حال، نمی‌توان یک درصد ثابت برای کاهش مصرف برق تمام پروژه‌ها اعلام کرد. میزان مصرف واقعی به شرایط دستگاه، بار ساختمان و نحوه بهره‌برداری وابسته است.

۵. فناوری کنترل ظرفیت در چیلرهای مختلف یکسان نیست

نوع کمپرسور و ساختار سیستم در مدل‌های مختلف می‌تواند متفاوت باشد. بنابراین پیش از مقایسه چیلرها بهتر است مشخص شود هر مدل از چه نوع کمپرسور و چه فناوری کنترلی استفاده می‌کند. برای مثال، هنگام بررسی فناوری چیلر دایکین با مدل‌های مختلفی روبه‌رو می‌شویم؛ از چیلرهای هواخنک با کمپرسور اسکرال اینورتر گرفته تا مدل‌های اسکرو اینورتر هواخنک و آب‌خنک. صفحه محصول جهان تهویه ریما مدل‌هایی مانند EWAT-B، EWAD-TZ و EWWD-VZ را با چنین ساختارهایی معرفی کرده است. این تنوع نشان می‌دهد که عبارت «چیلر اینورتر» به‌تنهایی برای انتخاب مدل کافی نیست. نوع پروژه و ظرفیت موردنیاز نیز باید در کنار فناوری کمپرسور بررسی شوند.

۶. کنترل ظرفیت، انتخاب اشتباه دستگاه را جبران نمی‌کند

یک نکته مهم این است که کنترل ظرفیت با ظرفیت‌سنجی پروژه تفاوت دارد. حتی اگر یک چیلر از سیستم کنترلی پیشرفته برخوردار باشد، دستگاه همچنان باید از ابتدا متناسب با بار برودتی پروژه انتخاب شود. انتخاب ظرفیت نامناسب را نمی‌توان صرفاً با وجود اینورتر یا کنترل هوشمند جبران کرد. در اطلاعات منتشرشده توسط جهان تهویه ریما، انتخاب مدل چیلر بر اساس عواملی مانند ظرفیت سرمایشی پروژه، شرایط اقلیمی، نوع کاربری، محدودیت فضای نصب و الزامات مصرف انرژی مطرح شده است. این مجموعه در معرفی خدمات خود نیز به بررسی پروژه و ظرفیت‌سنجی سیستم‌های تهویه اشاره می‌کند.

بنابراین دو مرحله را باید از یکدیگر جدا کرد:

• مرحله اول: انتخاب دستگاه متناسب با نیاز پروژه
• مرحله دوم: مدیریت عملکرد همان دستگاه در شرایط بار متغیر

فناوری کنترل ظرفیت عمدتاً در مرحله دوم نقش پیدا می‌کند.

۷. وقتی کنترل چیلر به سیستم مدیریت ساختمان متصل می‌شود

بحث کنترل فقط به داخل خود دستگاه محدود نمی‌شود. در پروژه‌هایی که از سیستم مدیریت هوشمند ساختمان یا BMS استفاده می‌کنند، امکان تبادل اطلاعات میان تجهیزات سرمایشی و سیستم مدیریتی ساختمان نیز اهمیت پیدا می‌کند. طبق اطلاعات صفحه چیلرهای دایکین، بیشتر مدل‌های معرفی‌شده قابلیت ارتباط با BMS از طریق پروتکل‌هایی مانند Modbus و BACnet را دارند. از دید مدیریت انرژی ساختمان، چنین ارتباطی می‌تواند امکان پایش و مدیریت منسجم‌تر تجهیزات را فراهم کند. البته نحوه پیاده‌سازی و امکانات قابل استفاده به مدل دستگاه، تجهیزات کنترلی و طراحی BMS پروژه بستگی دارد. این بخش از فناوری چیلر نشان می‌دهد سیستم سرمایش مدرن فقط یک تجهیز مکانیکی نیست و لایه کنترل و ارتباطات نیز در نحوه بهره‌برداری از آن نقش دارد.

کنترل ظرفیت چه چیزی را حل می‌کند و چه چیزی را نه؟

کنترل ظرفیت می‌تواند کمک کند عملکرد چیلر با تغییر بار سرمایشی هماهنگ‌تر شود، اما قرار نیست تمام مشکلات سیستم تهویه را حل کند. اگر ظرفیت دستگاه از ابتدا نادرست انتخاب شده باشد، طراحی سیستم ایراد داشته باشد یا شرایط بهره‌برداری با فرضیات طراحی متفاوت باشد، فناوری اینورتر به‌تنهایی نمی‌تواند همه این مشکلات را برطرف کند. به همین دلیل هنگام بررسی مصرف انرژی یک چیلر باید حداقل سه موضوع کنار هم دیده شوند:

• ظرفیت دستگاه متناسب با بار پروژه
• فناوری و روش کنترل ظرفیت
• شرایط واقعی بهره‌برداری ساختمان

در این صورت ارزیابی راندمان و مصرف برق از مقایسه چند عدد روی کاتالوگ فراتر می‌رود و به شرایط واقعی پروژه نزدیک‌تر می‌شود.

جمع بندی

چیلر لزوماً در تمام ساعات بهره‌برداری با حداکثر ظرفیت خود کار نمی‌کند؛ زیرا نیاز سرمایشی ساختمان نیز ثابت نیست. فناوری کنترل ظرفیت برای همین شرایط طراحی شده است تا عملکرد سیستم با تغییر بار هماهنگ‌تر شود. اینورتر و درایو فرکانس متغیر یکی از راهکارهای مورد استفاده برای کنترل کمپرسور در برخی چیلرها هستند و مدل‌های مختلف دایکین نیز با کمپرسورهای اسکرال و اسکرو اینورتر معرفی شده‌اند. با این حال، کنترل ظرفیت فقط یک بخش از معادله است. انتخاب صحیح ظرفیت، فناوری کنترل و نحوه بهره‌برداری از ساختمان باید در کنار یکدیگر بررسی شوند تا تصویر دقیق‌تری از عملکرد و مصرف انرژی سیستم به دست آید.