طراح خوب سیستم تبرید چه کسی است؟

چهارشنبه, 19 خرداد 1400
36

طراح خوب سیستم تبرید چه کسی است؟

آيا سیستم تبریدی كه طراحی می‌كنيد از نظر مصرف برق نيز بهينه است؟

در یک سيكل تبريد، كمپرسور مهمترين جزء از نظر مصرف برق به شمار می‌آيد. انتخاب صحيح كمپرسور بر اساس بار برودتی آن در شرايط كاركرد انجام می‌گيرد. يكی از مهمترين وظايف یک مهندس طراح اين است كه سيستم در حال طراحی را از نظر مصرف بهينه برق نيز بررسی کند. اين كار با برآورد سيستم‌های متفاوت با يک يا چند كمپرسور عملی است. یعنی سيكل‌های مختلفی را كه همان بار برودتی را جبران می‌كنند با يكديگر مقايسه و بهترين را از نظر مصرف انرژی انتخاب كند. متاسفانه در كشور ما اكثر مهندسان هزينه اوليه را بدون بررسی هزينه جاری ملاک عمل قرار می‌دهند.

در اين مقاله که به قلم مهندس زاره انجرقلی نوشته شده است، به مواردی كه بايد برای بهينه‌سازی سیستم تبرید از نظر هزينه جاری مورد توجه قرار داد، اشاره می‌شود.

هزينه اوليه سیستم تبرید

هزينه اوليه يک سیستم تبرید قيمت‌های اوليه خريد وسايل و متعلقات و هزينه نصب و راه‌اندازی سيستم است. بديهی است هر چه هزينه اوليه كمتر باشد بهتر است، اما به چه قيمتی؟ آيا منطقی است كه با هزينه اوليه كم سیستم تبرید را طراحی و نصب كرد ولی صاحب سيستم در طی كاركرد دستگاه‌ها هزينه برق بسيار بالایی را پرداخت كند؟

هزينه جاری سیستم تبرید

كل هزينه‌هایی كه برای كاركرد و نگهداری سیستم تبرید در طی يک سال صرف می‌شود، به عنوان هزينه جاری سالانه تعريف می‌کنند. مهمترين هزينه‌های جاری را می‌توان به شرح ذيل طبقه‌بندی کرد:

  • هزينه مصرف برق برای تمام وسايل الكتريكی
  • هزينه تعميرات و نگهداری
  • هزينه انبار كردن لوازم يدكی

 مهندس خوب سیستم تبرید

يک مهندس خوب به كسی گفته می‌شود كه برای انجام كاری مشخص، سیستم تبریدی را طراحی كند كه با كمترين هزينه (تلفيقی از هزينه اوليه و جاری) كار مورد نظر را انجام دهد.

اكثر مهندسان كشور ما طوری آموزش می‌بينند كه ملاک عمل را جبران بار برودتی تلقی كرده و هيچ برآوردی برای هزينه جاری به عمل نمی‌آورند. از طرف ديگر، صاحبان سردخانه‌ها يا سيستم‌های برودتی تنها به هزينه اوليه چشم می‌دوزند و اصلا به هزينه‌های جاری توجه نمی‌کنند.

بررسی سیستم تبرید

برای جبران يک بار برودتی مشخص در شرايط كاركرد می‌توان چندين سیستم تبرید طراحی كرد. یعنی می‌توان از يک كمپرسور و يا چند كمپرسور كوچک‌تر به طور موازی استفاده كرد. می‌توان از كندانسور هوایی يا آبی و يا تبخيری استفاده كرد. طراحی سيستم با هر يک از وسايل قيد شده بار برودتی مورد نياز را جبران می‌كند. اما كدام سیستم تبرید از نظر مصرف انرژی و هزينه‌های جاری باصرفه‌تر است؟ اين سؤالی است كه مهندس طراح بايد از خود بپرسد و با بررسی سيستم‌های متفاوت بهينه‌ترين را انتخاب كند.

مصرف برق سیستم تبرید

در اينجا مثالی ارائه می‌شود كه تنها مصرف برق كمپرسور را بررسی می‌كند. فرض كنيد به یک سيستم سردخانه نياز است كه بار برودتی Q e = 52 kW  را در شرايط te=-20°C و tc=50°C جبران كند. با مراجعه به كاتالوگ كمپرسور می‌توان انتخاب‌های زير را انجام داد.

  • یک عدد كمپرسور مدلD8DJ-6000  (60 اسب) با بار برودتی Qe = 52.98 kW
  • سه عدد كمپرسور مدلD4DA-2000  (20 اسب) با بار برودتی كل Qe = 52.2kW

 

با توجه به كاتالوگ اطلاعات زير نيز استخراج می‌شود:

برای كمپرسور 60 اسب، برق مصرفی W1 = 31.99 kW و آمپر مصرفی A1 = 68.5 A

برای هر يک از كمپرسورهای 20 اسب، برق مصرفیW = 9.54 kW  و آمپر مصرفیA = 19.4 A است كه برای سه عدد كمپرسور اطلاعات فوق به‌صورت W2 = 28.62 kW و A2 = 58.2 A  خواهد بود.

با توجه به این اطلاعات، مزایای استفاده از سه دستگاه كمپرسور 20 اسب عبارتند از:

  • برق مصرفی و آمپر كمپرسورها برای سه دستگاه كمپرسور 20 اسب كمتر از يک دستگاه كمپرسور 60 اسب است، در حالی كه هر دو سيستم همان بار برودتی را جوابگو هستند.
  • سیستم تبریدی كه با يک كمپرسور 60 اسب كار می‌كند، اگر كمپرسور آن دچار مشکل شود، كل سيستم از كار می‌افتد، در حالی كه در سيستم دارای سه كمپرسور، اگر يكی از كمپرسورها از كار بيفتد، هنوز 3/2 بار توسط دو عدد كمپرسور ديگر تامين می‌شود.
  • برای انبار كردن لوازم يدكی، فقط يک عدد كمپرسور 20 اسب اضافی مورد نياز است، در صورتی كه برای سیستم تبرید با يک كمپرسور، يک كمپرسور 60 اسب اضافی بايد خريداری و به عنوان لوازم يدكی نگهداری شود تا در صورت بروز مشکل جايگزين شود.
  • برای سیستم تبرید با سه كمپرسور شايد نيازی به انبار كردن يک كمپرسور اضافی به عنوان لوازم يدكی نباشد زيرا در صورت بروز مشکل برای يكی از كمپرسورها، همانطور كه گفته شد، دو كمپرسور ديگر 3/2 بار را جبران می‌کنند تا زمانی كه كمپرسور معيوب تعمير و جايگزين شود.

نکته: اگر هزينه اوليه اين دو سیستم بررسی شود، ملاحظه می‌شود كه خريد يک دستگاه كمپرسور 60 اسب هزينه‌ای حدود 300.000.000 ريال (قيمت روز بازار) در بر خواهد داشت. در صورتی كه برای خريد سه دستگاه كمپرسور 20 اسب 375.000.000 ريال (هر دستگاه 125.000.000 ريال) بايد هزینه شود. بديهی است كه خريد يک كمپرسور 60 اسب با صرفه‌تر است اما اگر يک عدد كمپرسور نيز به عنوان يدک خريداری شود، هزينه اوليه دو عدد كمپرسور 60 اسب معادل 600.000.000 ريال و خريد چهار عدد كمپرسور 20 اسب معادل 500.000.000 ريال می‌شود. بنابراین حتی در خريد اوليه نيز، كمپرسورهای كوچک‌تر با تعداد بيشتر باصرفه‌تر هستند.

در صورتی كه كمپرسور يدک خريداری نشود و هزينه اوليه بالاتری برای كمپرسورهای كوچک‌تر پرداخت شود، صرفه‌جویی مصرف برق در طی چند سال برای سیستم تبریدی كه با سه كمپرسور 20 اسب كار می‌كند (كه قابل محاسبه است) اين هزينه اوليه را جبران و بعد از آن برای صاحب سردخانه سود به‌دنبال خواهد داشت.

ضريب قدرت (Power Factor) سیستم تبرید

تقريباً تمامی موتورهای بزرگ در صنعت تبريد از نوع AC و سه فاز هستند. جريان در موتورهای القایی AC دارای دو جزء است:

  • اكتيو (active): مسئول ايجاد كار و گشتاور در موتور است. اين جزء در بار كم، مقدار كمی است و با ازديايد بار افزايش می‌يابد.
  • راكتيو (Reactive): باعث ايجاد ميدان مغناطيسی و گردش موتور می‌شود. اين جزء ثابت است و رابطه‌ای با بارموتور ندارد زيرا ميدان مغناطيسی در موتور ثابت است.

نکته: گرچه جزء راكتيو باعث ايجاد كار نمی‌شود، اما وجود آن برای ايجاد ميدان مغناطيسی نياز است. اين جزء بايد توسط شبكه برق رسانی تأمين گردد. نسبت جزء اكتيو جريان به كل جريان به عنوان ضريب قدرت شناخته می‌شود.

همچنين ضريب قدرت سیستم تبرید را می‌توان به عنوان نسبت قدرت واقعی (بر حسب kW) به قدرت ظاهری (حاصلضرب ولتاژ به جريان بر حسب kVA) بيان كرد.

هر چقدر كه ضريب قدرت بالاتر باشد، بازدهی الكتريكی نيز بالاتر است، یعنی جزء راكتيو كم است.

تذکر: اگر ضريب قدرت پايين باشد، هزينه جزء راكتيو نيز بايد پرداخت شود. بنابراین تصحيح ضريب قدرت بسيار به نفع مصرف كننده خواهد بود.

يكی از ساده‌ترين و موثرترين روش‌های تصحيح ضريب قدرت استفاده از خازن است كه هزينه راكتيو را به صفر می‌رساند.

ملاحظه کردید كه با طراحی صحيح سیستم تبرید و استفاده از خازن (بهبود ضريب قدرت)، هزينه مصرف برق به نحو چشمگيری كاهش می‌يابد كه هم به نفع مصرف‌كننده است و هم باعث صرفه‌جویی انرژی در كل كشور خواهد شد.

نکته: در هر پروژه اين سئوال را از خود بپرسید: سیستم تبریدی كه طراحی می‌كنم چقدر برق در سال مصرف خواهد كرد؟

اگر تمایل دارید بیشتر از تجربه‌ها و اطلاعات سرشار مهندس زاره انجرقلی استفاده کنید، فیلم آموزش سیستم‌های تبرید را در سامانه رهجو از دست ندهید. مهندس انجرقلی جدیدترین و کامل‌ترین نکات را درمورد سیستم‌های تبرید سردخانه و چیلر در این فیلم آموزشی در اختیار شما قرار می‌دهد.