ظرفیت اسمی یا تن تبرید چیلر چگونه محاسبه می شود؟

در چیلر (چه چیلر های تراکمی و چه چیلر های جذبی) همواره ظرفیت تولید سرمایش یک فاکتور مهم در مرحله طراحی و در هنگام خرید چیلر محسوب می­ شود. داشتن اطلاعات در این زمینه به طراحی و خرید چیلری متناسب با شرایط محیط مورد نظر کمک می­ کند. در نتیجه چیلر در به به­ترین حالت ممکن خود کار خواهد کرد. ظرفیت سرمایشی یک چیلر به طور معمول با تن تبرید مشخص می ­شود. در محاسبه ظرفیت سرمایشی چیلر مرسوم است که از سیستم آمریکایی استفاده شود. در این حالت ظرفیت سرمایشی چیلر برحسب BTU/hr (بی تی یو بر ساعت) بیان می‌­شود.  هر تن تبرید معادل 12000 بی تی یو بر ساعت است. همچنین اگر از واحدهای متریک برای بیان ظرفیت سرمایشی چیلر استفاده شود، در این صورت این ظرفیت با واحد کیلووات (کیلوژول بر ثانیه) مشخص می‌گردد.

برای یک چیلر می‌­توان دو ظرفیت سرمایشی اسمی و واقعی تعریف کرد. در ادامه به توضیح این دو ظرفیت، نحوه محاسبه آن­‌ها و همچنین تفاوت­‌هایشان پرداخته خواهد شد. در شکل زیر نیز نمونه ­ای از کاتالوگ یک چیلر تراکمی آورده شده است. همانطور که ملاحضه می­شود، ظرفیت اسمی چیلر در ردیف دوم جدول آورده شده است.

ظرفیت اسمی (تن تبرید) چیلر

در طراحی چیلر عدد بسیار مهمی وجود دارد که توان درج شده روی کمپرسور های تبریدی سیستم برحسب اسب بخار است. مقدار این عدد به عنوان ظرفیت اسمی و تن تبرید اسمی چیلر شناخته می‌شود. در واقع ظرفیت اسمی چیلر در شرایط استاندارد تعیین شده و تنها وابسته به فاکتورهای طراحی سیستم است. برای تعیین ظرفیت اسمی چیلر از استانداردهای خاصی استفاده می­‌شود که در تمام دنیا قابل استناد است. برای مثال، یکی از استانداردهای پرکاربرد در این زمینه، استاندارد AHRI است که در تمام دنیا مورد استفاده قرار می­‌گیرد. در ادامه نحوه محاسبه ظرفیت اسمی چیلر آورده شده است.

نحوه محاسبه ظرفیت اسمی چیلر

ظرفیت اسمی چیلر به وسیله روابط ترمودینامیکی و با استفاده از سه پارامتر دمای آب ورودی به چیلر، دمای آب خروجی از چیلر (دمای مورد نیاز) و دبی جرمی آب تعیین می­ شود. رابطه کلی برای محاسبه ظرفیت اسمی چیلر به شرح زیر است:

ظرفیت اسمی چیلر معمولا برحسب واحد آمریکایی بیان می­‌شود. بنابراین در این رابطه:

•  Q : ظرفیت اسمی چیلر بوده و واحد آن BTU/hr است.
• C_{p :} ظرفیت گرمایی ویژه آب است. که در سیستم آمریکایی واحد آن BTU/lb.F بوده و مقدار آن 1 است.
•  ρ : چگالی آب است که در سیستم آمریکایی واحد آن lb/gallon (پوند بر گالن) بوده و برابر 8.33 است.
•  m : دبی جرمی آب است و در سیستم آمریکایی برحسب gallon/hr (گالن بر ساعت) تعریف می‌شود.
•  ΔT : نیز که اختلاف دمای آب ورودی به چیلر و خروجی از آن بوده و واحد آن فارنهایت است.

در صورتی که از واحد متریک استفاده شود، ظرفیت اسمی چیلر با واحد kw، ظرفیت گرمایی ویژه آب با واحد kJ/kg.K، چگالی آب با واحد kg/m³، دبی جرمی آب با واحد m³/s و ΔT با واحد K (کلوین) بیان خواهند شد. برای تبدیل kW به BTU/hr نیز می­‌توان آن را در 3412 ضرب کرد.

گاهی فقط مقدار ظرفیت اسمی چیلر در دست است و نیاز است که ظرفیت اسمی چیلر بر حسب واحدهای دیگری بیان شود. برای تبدیل سه واحد ذکر شده به هم می­توان مطابق رابطه زیر عمل کرد:

ظرفیت واقعی چیلر

همانطور که اشاره شد ظرفیت اسمی چیلر مربوط به شرایط استاندارد است. اما ظرفیت واقعی چیلر، برودتی است که چیلر تحت شرایط کارکرد خود در محیط مشخصی تولید می­‌کند. این ظرفیت در اصل ظرفیت واقعی سرمایشی چیلر است و توانایی تولید سرمایش چیلر را در شرایط محیط مشخص می­‌کند. عوامل متعددی روی ظرفیت واقعی چیلر تاثیر می­‌گذارند که از جمله آن­ها می­‌توان به دمای محیط، دمای تبرید، نوع کمپرسور، نوع کندانسور، نوع مبرد (هوا یا آب)، نوع گاز، دمای مادون سرد (سابکول) و دمای مافوق گرم (سوپرهیت) اشاره نمود.

همه این موارد سبب می­‌شوند که ظرفیت واقعی چیلر کمتر از ظرفیت اسمی چیلر باشد. بنابراین پس از محاسبه ظرفیت اسمی چیلر، می‌­بایست از ضریبی استفاده کرد تا ظرفیت واقعی چیلر بدست آید. در نتیجه شرایط محیطی باید در انتخاب چیلر، چه با سیکل چیلر تراکمی آب خنک و چه با سیکل چیلر تراکمی هوا خنک، لحاظ شوند. به طور مثال در صورت نیاز به 100 تن تبرید، بایستی چیلری انتخاب شود که ظرفیت اسمی درج شده روی کاتالوگ آن از 100 تن بیشتر باشد.