راهنمای جامع کمپرسور تبرید: از دانش فنی تا انتخاب و خرید
در طول 20 سال تجربه در صنعت تبرید، بارها شاهد بودهام که چگونه انتخاب نادرست کمپرسور میتواند یک پروژه موفق را به شکست تبدیل کند. کمپرسور، قلب تپنده هر سیستم تبرید است و انتخاب صحیح آن میتواند تفاوت بین یک سیستم کارآمد با هزینههای عملیاتی پایین و یک سیستم پرمصرف با خرابیهای مکرر باشد.
در یکی از پروژههای اخیر، تنها با تعویض کمپرسور نامناسب با مدل صحیح، شاهد کاهش 35% در مصرف انرژی و بازگشت سرمایه در کمتر از 18 ماه بودیم. این تجربه نشاندهنده اهمیت حیاتی دانش فنی در انتخاب کمپرسور است.
در این راهنمای جامع، تمام آنچه برای انتخاب، خرید و بهرهبرداری بهینه از کمپرسورهای تبرید نیاز دارید را با زبانی ساده اما دقیق توضیح میدهم.
انواع کمپرسورهای تبرید: کدام یک برای شما مناسب است؟
انتخاب نوع کمپرسور، اولین و مهمترین تصمیم در طراحی سیستم تبرید است. هر نوع کمپرسور، مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارد که باید متناسب با نیاز پروژه انتخاب شود.
کاربرد کمپرسور
کمپرسورها دستگاه های مکانیکی هستند که برای افزایش فشار در انواع مایعات قابل تراکم یا گازها مورد استفاده قرار می گیرند.
کمپرسورها در سراسر صنعت برای تامین هوای فروشگاه یا دستگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. برای تامین انرژی ابزارهای هوا، دستگاه پاشش رنگ، تجهیزات ساینده انفجار، مبرد ها برای تهویه مطبوع، برای انتقال گاز از طریق خطوط لوله، ساخت یخچال، پالایشگاه های نفت، کارخانه های پتروشیمی و شیمیایی و کارخانه های بزرگ صنعتی
- سیستم های توربین گاز هوای احتراق ورودی را فشرده می کنند.
- گازهای خالص یا تولیدی با حجم کم، برای پر کردن سیلندرهای فشار بالا برای مصارف پزشکی، جوشکاری و سایر موارد، نیاز به فشرده سازی دارند.
- ابزارهای پنوماتیک به هوای فشرده نیاز دارند.
- در ساخت و قالب گیری بطری و ظروف پلاستیکی PET .
- برخی هواپیماها برای حفظ فشار کابین در ارتفاع به کمپرسور نیاز دارند.
- بعضی از انواع موتورهای جت – مانند توربوجت و توربوفن- هوای مورد نیاز برای احتراق سوخت را فشرده می کنند. توربین های موتور جت کمپرسور هوای احتراقی را تامین می کنند.
- در غواصی در زیر آب، دستگاه تنفس مستقل، اکسیژن درمانی هایپر باریک و سایر تجهیزات کمک به زندگی،از کمپرسور کمک می گیرندو همچنین کمپرسورها اکسیژن تنفسی را تحت فشار بالا در کپسولها ذخیره می کنند.
- تعمیرگاه های اتومبیل از هوای فشرده برای پرکردن تایرهای بادی و ابزارهای پنوماتیک برقی استفاده می کنند.
- پیستون های آتش نشانی و پمپ های حرارتی برای گرم کردن هوا یا گازهای دیگر وجود دارد.
انواع کمپرسور
کمپرسور اسکرو (Screw): قدرت صنعتی برای کاربردهای سنگین
کمپرسورهای اسکرو با دو روتور مارپیچ که در جهت مخالف هم میچرخند، فرآیند تراکم پیوسته و بدون ضربه ایجاد میکنند.
- کمپرسور اسکرو امروزه بخش بزرگی از بازار کمپرسورها را تشکیل می دهند. در داخل کمپرسور دو پیچ بزرگ وجود دارد که در برابر یکدیگر می چرخند. هوا از یک درگاه ورودی در انتهای پیچ ها وارد می شود و سپس بین دو روتور جریان می یابد. وقتی از طول پیچ ها به سمت پایین حرکت می کند، شکاف هوا بیشتر و بیشتر می شود و هوا را به سمت خروجی فشرده می کند. این کمپرسورها از محبوبیت بالایی برخوردار هستند زیرا کم صدا هستند و می توانند حجم زیادی هوا را با قوام زیاد تولید کنند. علاوه بر این، آنها در انواع مختلفی وجود دارند، از جمله بدون روغن که میزان نگهداری مورد نیاز برای کارکرد کمپرسور را کاهش می دهد. از آنجا که دو پیچ با هم تماس ندارند، غیر خود موتور سایش بسیار کمی وجود دارد.
نحوه عملکرد:
گاز مبرد از قسمت مکش وارد فضای بین روتورها میشود. با چرخش روتورها، حجم این فضا کاهش یافته و گاز فشرده میشود. این فرآیند به صورت پیوسته و بدون وقفه انجام میشود.
مزایای کلیدی:
- ظرفیت بالا: از 20 تا 1000+ تن تبرید
- کنترل دقیق ظرفیت: 10% تا 100% با سیستم اسلاید ولو
- عملکرد بسیار آرام: ارتعاش و صدای کم
- راندمان عالی در بار کامل: COP تا 6.5
- قابلیت اطمینان بالا: کمتر از 2% خرابی سالانه
توصیه ویژه – Bitzer سری CSH:
برای کاربردهای صنعتی، کمپرسورهای اسکرو Bitzer سری CSH با قابلیتهای زیر توصیه میشود:
- ظرفیت: 150 تا 500 کیلووات
- کنترل ظرفیت بینهایت (Stepless)
- سیستم تزریق روغن پیشرفته
- سازگاری با مبردهای جدید
[مطالعه بیشتر: راهنمای جامع کمپرسورهای اسکرو]
کمپرسور اسکرو هم برای چیلرهای آب خنک و هم برای چیلرهای هوا خنک مورد استفاده قرار می گیرد. کمپرسور در چیلر آب خنک در بالای چیلر قرار دارد و در نوع هوا خنک کمپرسورها در زیر چیلر قرار دارند. چیلرهای آب خنک اغلب عایق بندی می شوند در حالی که ممکن است این عمل بر روی چیلرهای هوا خنک انجام نشود. کمپرسور اسکرو مبرد را از اواپراتور خارج کرده و از داخل کمپرسور عبور می دهد. درون کمپرسور دو پیچ بهم پیوسته وجود دارد.
مبرد بین دو پیچ وارد خلا می شود، اما با چرخاندن پیچ ها سوکت مبرد را بیشتر به داخل کمپرسور هل می دهند و آن را در فضای کوچکی فشار می دهند. مبرد در بالا با فشار بالا خارج شده و به سوپاپ انبساط جریان می یابد.
این نوع کمپرسورها به صورت موازی کار می کنند و برخی از طراحی ها با خاموش کردن یکی از کمپرسورها امکان مرحله بندی را فراهم می کنند.
کمپرسور اسکرال (Scroll): تکنولوژی مدرن برای کاربردهای تجاری
کمپرسورهای اسکرال با دو صفحه مارپیچ (یکی ثابت و یکی متحرک) کار میکنند که با حرکت مداری، گاز را به تدریج فشرده میکنند.
- کمپرسور نوع اسکرال مشابه کمپرسور اسکرو است با این تفاوت که قظعات داخلی کمی متفاوت به نظر می رسند. در این حالت، دو مارپیچ یا طومار وجود دارد و یکی از آنها ثابت می ماند. هوا در امتداد لبه خارجی طومار قرار می گیرد و قبل از اینکه از دهانه خارج شود، در حلقه های محکم و محکم تری به سمت مارپیچ کشیده می شود. این کمپرسورها به تعمیر و نگهداری کمی احتیاج دارند و به طور قابل توجهی کوچکتر از کمپرسورهای نوع اسکرو هستند، بنابراین برای کاربردهای فضای محدود بسیار مناسب هستند.
مزایای کلیدی:
- بسیار کم صدا: 10-15 دسیبل آرامتر از پیستونی
- راندمان انرژی عالی: 10-30% بهتر از پیستونی
- ابعاد فشرده: 40% کوچکتر از پیستونی معادل
- حداقل تعمیرات: 70% قطعات متحرک کمتر
توصیه ویژه – Copeland سری ZP/ZR:
- سری ZP: برای کاربردهای تهویه مطبوع (2-30 اسب)
- سری ZR: برای کاربردهای تبرید (1.5-15 اسب)
- تکنولوژی Digital Scroll برای کنترل ظرفیت متغیر
- گارانتی 10 سال برای مدلهای خاص
کمپرسور اسکرال بیشتر در چیلرهای هوا خنک استفاده می شود اما می توانید آنها را روی چیلرهای آب خنک نیز ببینید. معمولا یک کمپرسور برای تامین بار خنک کننده کافی نیست بنابراین چندین کمپرسور به هم دیگر متصل می شوند.
با استفاده از این کمپرسورها، مبرد معمولا از طریق قسمت پایین وارد شده و به دیسک های کمپرسور وارد می شود. یک دیسک ثابت خواهد بود درحالی که دیسک دیگر چرخانده می شود تا مبرد را در فضای فشرده تری فشرده کند. مبرد با حرکت دیسک در اطراف مارپیچ قرار می گیرد که باعث فشرده شدن آن می شود، سپس از طریق قسمت بالایی خارج می شود و به سمت دریچه انبساط می رود.
[مطالعه بیشتر: راهنمای جامع کمپرسورهای اسکرال]
کمپرسور پیستونی (Reciprocating):
کمپرسور رفت و برگشتی اسب کار قابل اعتماد صنعت تبرید
کمپرسورهای پیستونی با قدمتی بیش از یک قرن، همچنان در بسیاری از کاربردها گزینه اول هستند. این کمپرسورها با حرکت رفت و برگشتی پیستون در سیلندر، گاز مبرد را فشرده میکنند.
نحوه عملکرد:
در مرحله مکش، پیستون به سمت پایین حرکت کرده و با ایجاد خلاء، گاز مبرد را از طریق سوپاپ مکش وارد سیلندر میکند. در مرحله تراکم، پیستون به سمت بالا حرکت کرده و گاز را فشرده میکند تا از طریق سوپاپ تخلیه خارج شود.
مزایای کلیدی:
- تعمیرپذیری عالی: قطعات یدکی در دسترس و تعمیر آسان
- قیمت اولیه مناسب: 30-40% ارزانتر از انواع مشابه
- قابلیت کار در شرایط سخت: مقاومت در برابر مایع
- راندمان مناسب در بار جزئی: مصرف متناسب با بار
محدودیتها:
- سر و صدای نسبتاً بالا (75-85 dB)
- نیاز به فونداسیون محکم برای کنترل ارتعاش
- نیاز به سرویس دورهای منظم
کاربرد ایدهآل:
برای سیستمهای با ظرفیت کم تا متوسط (0.5 تا 100 اسب بخار)، سردخانههای کوچک، و پروژههایی با بودجه اولیه محدود.
[مطالعه بیشتر: راهنمای جامع کمپرسورهای پیستونی]
کمپرسور رفت و برگشتی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا کمپرسورهای با فناوری جدید به بازارعرضه شده اند که کارآمدتر هستند بنابراین استفاده کمی دارد. اما در بعضی از موارد هنوز هم در تبرید صنعتی محبوب است. این کمپرسورها بسیار قوی و قابل اعتماد هستند که به نظر می رسد با نگهداری صحیح می توانند تا مدت زیادی کار کنند. به دلیل وجو قطعات متحرک زیادی که در آن وجود دارد می تواند هزینه تعمیرات را افزایش دهد.
در انواع رفت و برگشتی مبرد اغلب از روی موتور الکتریکی عبور می کند تا خنک کننده را به سیم پیچ های الکتریکی ثابت کند و سپس به محفظه فشرده سازی هدایت می شود. محفظه فشرده سازی به سادگی تعدادی پیستون و محفظه است که مبرد در آن جریان پیدا می کند. پیستون بر روی یک میل لنگ است که آن را به سمت بالا و پایین حرکت می دهد. همانطور که حرکت می کند، مبرد را به محفظه فشرده می کند و در یک بازه زمانی معین مبرد با فشار بالا خارج می شود.
قطعات کمپرسور پیستونی
قاب، سیلندرها، قطعه فاصله، پیستون، حلقه های پیستونی، صلیب سر، میل لنگ، میله اتصال، شیر فلکه، بلبرینگ
کمپرسورسانتریفیوژ( گریز از مرکز)
کمپرسور گریز از مرکز از دو دمنده یا پروانه استفاده می شود که می توانند حجم زیادی از گاز را فشرده کنند. این کمپرسور ها جز کمپرسورهای دینامیکی هستند.
مبرد از طریق خط مکش وارد شده، به مرکز پروانه برخورد می کند و در آنجا توسط تیغه ها هدایت می شود. پره ها می چرخند و این سرعت زاویه ای را به ذرات مبرد منتقل می کند. این سرعت زاویه ای باعث می شود که ذرات مبرد با سرعت بالا، از همه جهات به بیرون پرواز کرده و در ولت (حلقه بیرونی) جمع شوند و در آنجا فشار از انرژی جنبشی افزایش یابد، سپس به داخل کندانسور منتقل شود. این نوع کمپرسور برای کارخانه ها و ساختمان های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد.
کمپرسور توربوکر
کمپرسور توربوکر یک نوع از کمپرسور گریز از مرکز است . کمپرسورهای توربوکر واحدهای بسیار کوچکتری هستند که در قسمت بالای چیلرها نیز نصب می شوند. و کاملا شبیه به نوع گریز از مرکز هستند، اما در در داخل آنها کمپرسورهای دو مرحله ای وجود دارد. مبرد از جلو عبور می کند، از طریق دو کمپرسور مختلف عبور می کند و سپس مبرد خارج می شود و به پایین به سمت کندانسور حرکت می کند. اینها معمولا دارای یاتاقان های مغناطیسی و موتورهای الکترونیکی در داخلشان هستند که این واحدها را بسیار کارآمد می کند.
مطالعه بیشتر:
- فن کویل | قیمت فن کویل | خرید فن کویل
- خرید مینی چیلر |قیمت مینی چیلر|مینی چیلر خانگی
- داکت اسپلیت |قیمت داکت اسپلیت|خرید داکت اسپلیت
کمپرسور روتاری
در واقع می توان برای توصیف چندین نوع مختلف مکانیسم کمپرسور استفاده شود. نکته مشترک آنها این است که هوای داخل از طریق عملکرد چرخشی برخی از اجزای داخلی فشرده می شود.
مطالعه بیشتر:
تجهیزات و لوازم کنترل و اندازه گیری
کمپرسور محوری
کمپرسور محوری کمپرسور گازی است که می تواند به طور مداوم گازها را تحت فشار قراردهد. این نوع کمپرسور یک کمپرسور چرخشی، مبتنی بر ایرفویل است که در آن گاز یا سیال اساسا به موازات محور چرخش یا محور جریان می یابد. این تفاوت با کمپرسورهای چرخان دیگر مانند کمپرسور گریز از مرکز، کمپرسورهای جریان مختلط است که در آن جریان سیال شامل یک جز شعاعی از طریق کمپرسور است. سطح انرژی سیال در اثر جریان تیغه های روتور که گشتاور بر روی سیال وارد می کنند، در جریان آن از طریق کمپرسور افزایش می یابد. تیغه های ثابت با کاهش سرعت مایع، جز، محیطی جریان را به فشار تبدیل می کنند. کمپرسورها معمولا توسط یک موتور الکتریکی یا بخار یا توربین گاز هدایت می شوند.
کمپرسورهای جریان محوری یک جریان مداوم گاز فشرده تولید می کنند و دارای مزایای بهره وری بالا و سرعت جریان جرم زیاد هستند، به ویژه در رابطه با اندازه و سطح مقطع آنها با این وجود، برای رسیدن به افزایش فشار زیاد، به چندین ردیف ایرفویل احتیاج دارند و آنها را نسبت به سایر طرح ها (به عنوان مثال کمپرسور گریز از مرکز) پیچیده و گران می شود.
کمپرسورهای محوری در طراحی توربین های گازی بزرگ مانند موتورهای جت، موتورهای کشتی با سرعت بالا و نیروگاه های کوچک در مقیاس کوچک هستند. آنها همچنین در مصارف صنعتی مانند کارخانه های جدا سازی هوا با حجم زیاد، هوای کوره بلند، هوای نرک خورنده کاتالیزوری مایع و دهیدروژناسیون پروپان استفاده می شوند. به دلیل عملکرد بالا، قابلیت اطمینان بالا و عملکرد انعطاف پذیر در طول پاکت پرواز، از آنها همچنین در موتورهای موشکی هوا فضا، به عنوان پمپ های سوخت و در سایر کاربردهای حیاتی با حجم زیاد استفاده می شود.
جدول مقایسه سریع انواع کمپرسور
مشخصه | پیستونی | اسکرو | اسکرال |
---|---|---|---|
بازه ظرفیت | 0.5 – 100 HP | 20 – 1000+ HP | 1 – 30 HP |
راندمان (COP) | 3.5 – 4.5 | 4.5 – 6.5 | 4.0 – 5.5 |
سطح صدا | 75-85 dB | 65-75 dB | 60-70 dB |
کنترل ظرفیت | پلهای | پیوسته | On/Off یا Digital |
هزینه اولیه | پایین | بالا | متوسط |
هزینه تعمیرات | متوسط | پایین | بسیار پایین |
کاربرد اصلی | سردخانههای کوچک | صنعتی و بزرگ | تجاری و HVAC |
مطالعه بیشتر:
شناخت انواع کمپرسور، مزایا و معایب هر یک از کمپرسورهای مورد استفاده در چیلر های تراکمی
[مطالعه بیشتر: مقایسه جامع انواع کمپرسور تبرید]
پارامترهای کلیدی انتخاب مهندسی کمپرسور
انتخاب صحیح کمپرسور نیازمند درک عمیق پارامترهای فنی و محاسبات دقیق است. در این بخش، مهمترین پارامترها را بررسی میکنیم.
1. ظرفیت سرمایشی (Cooling Capacity)
ظرفیت سرمایشی، مقدار گرمایی است که سیستم میتواند در واحد زمان جذب کند. واحدهای رایج:
- کیلووات (kW): واحد استاندارد SI
- تن تبرید (TR): 1 TR = 3.517 kW
- BTU/hr: 1 TR = 12,000 BTU/hr
فرمول محاسبه ظرفیت:
Q: ظرفیت سرمایشی (kW)
m: دبی جرمی مبرد (kg/s)
h1, h2: آنتالپی ورودی و خروجی اواپراتور (kJ/kg)
1- ظرفیت کمپرسور(btu/hr) با افزایش دبی مبرد، افزایش می یابد.
2- ظرفیت کمپرسور(btu/hr) با کاهش حجم مخصوص مبرد، افزایش می یابد. این مهم در نتیجه افزایش فشار در ساکشن(psig) است.
3- ظرفیت کمپرسور (btu/hr) با کاهش نرخ تراکم، افزایش می یابد. این مهم در نتیجه کاهش حجم مخصوص مبرد است.
ظرفیت های در دسترس:
1- کمپرسور رفتی برگشتی، این نوع کمپرسورها در ظرفیت نیم تن تا 150 تن ساخته می شوند. در نوع هوا خنک، مصرف چیلر 1 تا 1،3 کیلووات بر هر تن و در نوع آب خنک، مصرف چیلر 0.7 تا 1 کیلووات بر هر تن است.
2- چیلر اسکرو هوا خنک، در رنج 70 تا 500 تن ساخته می شود و در مصرف چیلر 1.1 تا 1.5 بر هر تن است.
3- چیلر اسکرو آب خنک، در رنج 70 تا 750 تن ساخته می شود و در مصرف چیلر 0.65 تا 0.9 کیلووات بر هر تن است.
4- چیلر با کمپرسور سانتریفوژ، معمولا در رنج 90 تا 1000 تن ساخته می شود که بیشتر دستگاه ها در رنج 150 تا 300 تن قرار دارند. با این نوع کمپرسور، مصرف چیلر 0.5 تا 0.6 کیلووات بر هر تن است.
توصیه ها :
1- بهترین انتخاب برای پیک لود 80 تا 100 تن چیلر با کمپرسور رفتی برگشتی و (اسکرال) است. بین 100 تا 200 تن بایستی از یک یا چند کمپرسور استفاده نمود.
2- تا زیر 150 تن، استفاده از چیلر با کمپرسور اسکرال نیز توصیه میشود که با توجه به ظرفیت کمپرسور، بایستی از چند دستگاه استفاده شود. البته کارکرد چیلر در فول لود و میان باری متفاوت است که توضیح داده خواهد شد.
توجه داریم که این نوع کمپرسور قابلیت تعمیرات ندارد و در صورت از دست دادن یک کمپرسور، بخشی از ظرفیت چیلر از دست خواهد رفت.
3- بالای 150 یا 200 تن، انتخاب با کمپرسور های اسکرو است. در صورت وجود آب استفاده از نوع کمپرسور سانتریفوژ بهتر است چرا که دارای راندمان بالاتری در میان باری ها است.
2. دماهای کارکرد سیستم
دمای اواپراتور (Evaporating Temperature):
- سردخانه بالای صفر: -10 تا 0°C
- سردخانه زیر صفر: -35 تا -25°C
- انجماد سریع: -40 تا -35°C
- تهویه مطبوع: +5 تا +10°C
دمای کندانسور (Condensing Temperature):
معمولاً 10-15°C بالاتر از دمای محیط:
- خنککننده هوایی: 35-55°C
- خنککننده آبی: 25-40°C
- اواپراتیو: 30-35°C
3. انتخاب نوع مبرد
توجه: با توجه به محدودیتهای زیستمحیطی، انتخاب مبرد باید با دقت انجام شود.
مبردهای رایج و جایگزینها:
- R-404A: در حال خروج → جایگزین: R-449A, R-448A
- R-410A: برای HVAC → آینده: R-32
- R-134a: دمای متوسط → جایگزین: R-513A
- R-717 (آمونیاک): صنعتی، راندمان عالی
- R-744 (CO2): طبیعی، آیندهدار
4. ضریب عملکرد (COP)
COP نسبت ظرفیت سرمایشی به توان مصرفی است و معیار اصلی راندمان انرژی محسوب میشود.
مقادیر معمول COP:
- سیستمهای دمای بالا (+5°C): 4.5 – 6.5
- سیستمهای دمای متوسط (-10°C): 2.5 – 4.0
- سیستمهای دمای پایین (-35°C): 1.2 – 2.0
[مطالعه بیشتر: راهنمای جامع محاسبات و انتخاب کمپرسور]
پس از تقسیم بندی انواع کمپرسورها به لحاظ کارکرد، مزایا و معایب، لازم است در خصوص هزینه های اولیه آن مختصر توضیح دهیم
هزینه ها:
هزینه سرمایه گذاری اولیه که در واقع دلار به تناژ(تومان به تناژ) است، برای نوع رفتی برگشتی و اسکرال پایین ترین و برای اسکرو بالاترین مقدار را دارد.
جدول زیر قیمت و مشخصات انواع کمپرسور را با هم مقایسه می کند
انواع کمپرسور | قیمت به ازای ظرفیت | بازدهی | لرزش | بازده ظرفیت موجود | |
جابجایی مثبت |
کمپرسور پیستونی | کم | کم | زیاد | کم تا زیاد |
کمپرسور روتاری | متوسط | متوسط | متوسط | کم | |
کمپرسور اسکرال | متوسط | متوسط | متوسط | کم | |
کمپرسور اسکرو | زیاد | کم | کم | زیاد | |
جابجایی مثبت | کمپرسور سانتریفیوژ | زیاد | کم | کم | زیاد |
- مطالعه بیشتر:
- برج خنک کننده چیست؟
- کندانسور چیست؟
برندهای کمپرسور سرمایشی فعال در بازار ایران
انواع کمپرسور | برندهای کمپرسور فعال در ایران |
کمپرسور پیستونی | دانفوس– بیتزر – کوپلند – کولترن – بوک – دورین – LG – سکاپ |
کمپرسور روتاری | پاناسونیک – کولترن – LG |
کمپرسور اسکرال | کوپلند- بیتزر – پاناسونیک – دانفوس |
کمپرسور اسکرو | بیتزر – رفکامپ-هنبل |
کمپرسور سانتریفیوژ | – |
کمپرسور دانفوس | کمپرسور بیتزر | کمپرسور کوپلند |