شبیه سازی چیلر ها

در دنیای مهندسی تاسیسات برای تحلیل و آنالیز بار حرارتی حاصل از سیکل های تبرید سیستم چیلر نرم افزار های متنوعی برای شبیه سازی چیلر های ساختمانی و صنعتی وجود دارد که در ابتدا به نام آن ها را که هر کدام کارایی نسبتا متفاوتی دارند می آوریم : ASPEN HYSYS , TRNSYS , CARRIER , ENERGY PLUS

برای شروع به فرآیندهای شبیه سازی چیلر ها یا این سیستم های تهویه مطبوع و تبریدی ، در ابتدا تمامی معادلات لازم و حاکم بر سیال آب و سیال مبرد گذرا در خط خنک کننده سیستم را برون یابی می کنند و پس از به دست آوردن معادلات دیفرانسیلی آنها را به معادلات جبری تبدیل کرده و در اکثر مواقع از نرم افزار EES برای تعریف این معادلات و قابل اجرا شدن شان در نرم افزار های مهندسی به جهت شبیه سازی چیلر ها استفاده می شود.

نرم افزار CARRIER

ازجمله پرکاربرد ترین و جامع ترین شان در حوزه محاسبه بار های مختلف سرمایشی و گرمایشی نرم افزار CARRIER می باشد، بزرگترین مزیتش طرح ریزی قبلی کلیه معادلات با کدنویسی کامپیوتری مربوط به هر سیستم تهویه مطبوع یا تبرید و سردخانه ای می باشد، در قسمتی که باید است و این حالت را آماده سازی کرده تا با دادن ورودی های انتقال حرارتی و ویژگی های ترمودینامیکی مربوط به هر سیستم با تنظیمات مختلف بتواند خروجی ها را به شکل داده های سازمان یافته و دقیق و همینطور گراف و نمودار های مختلف را در حین شبیه سازی چیلر ها در اختیار کاربران و مهندسین قرار دهد.

نرم افزار TRNSYS

و اما در مورد نرم افزار TRNSYS بایدگفت که در عین گرافیکی بودن بسیار انعطاف پذیر است و رفتار سیستم های حاوی سیال گذرا را مورد بررسی دقیق با توجه به دقت بالای کد های معادلاتی خود مورد بررسی قرار می دهد. بیشتر این نرم افزار بر روی ارزیابی سیستم های انرژی الکتریکی و حرارتی تمرکز و تخصص دارد ولی در کنار آنها مدل سازی سیستم های پویا مانند فرآیند و پروسه های بیولوژیک و ترافیک جریان را توانایی دارد.

از قابلیت های کلیدی نرم افزار TRNSYS درکنار شبیه سازی چیلر ها می توان به پردازش حرارت خورشیدی، بررسی عملکرد اجرا ها، مدل سازی انرژی های LEED، کالیبراسیون شبیه سازی و داده ها ، شبیه سازی سیستم های سوخت سلولی هیدروژنی، تجزیه و تحلیل های جزء به جزء و امکان آنالیز داده های مختلف در طول مدل سازی ها نام برد.

نرم افزار ASPEN HYSYS 

نرم افزار ASPEN HYSYS بیشتر برای شبیه سازی فرآیندهای کلی در سیالات چند فازی که مهندسی شیمی هم در مدل سازی هایش دستی دارد مورد استفاده قرار می گیرد. اما این نرم افزار به مانند نرم افزار ترنسیس با آپشن قابلیت تغییر در معادلات پیش فرض حاکم بر سیالات موجود در سیستم انرژی، قابلیت شبیه سازی چیلر ها را نیز در خود جای داده و می توان از ابتدا در آن یک سیستم تبرید چیلری ترسیم و تعریف کرد و جلوتر معادلاتی که با ees تنظیم شدند را به عنوان ورودی در کنار دیگر داده های ترمودینامیکی بهHYSYS تعریف کرد تا با تنظیم حالت های خاص ( از جمله گذار سیالات و میزان آشفتگی آن ها، ضریب ضخامت جداره ها، ضریب چسبندگی سیالات، ضریب خورندگی و الاستیسیته و دیگر موارد) شرایط خاص مورد نظر برای اعمال شان را ایجاد کنیم تا شبیه سازی چیلر ها را شروع کنیم.

 نرم افزار ENERGY PLUS

و در آخر نرم افزار ENERGY PLUS که هم بکارگیری چیلر هارا در کارهای تاسیساتی و آنالیز داده فنی را در اختیار کاربرانش قرار داده و هم می توان با کمک این نرم افزار سیستم های تهویه مطبوع و تبرید و سردخانه ای را بصورت دقیق و کاملا پیشرفته با انواع متد ها و پارامتر ها شبیه سازی و تحلیل و تجزیه مختص خودشان را داشت. و در مورد شبیه سازی چیلر ها در انرژی پلاس این نکته خیلی مهم وجود که با توجه به جامع بودن این نرم افزار در حوزه تحلیل و آنالیز انرژی و همینطور بررسی های جنبه اقتصادی انرژی مصرفی ساختمان های صنعتی و مسکونی را در بر خواهد گرفت.

اهمیت و کاربرد چیلر های صنعتی

استفاده از آب تولید شده بوسیله چیلر های صنعتی که همان دستگاه تهویه مطبوع هستند، از جمله چیزهایی است که سالها در کنار یونیت ترمینال هایی به نام هواساز یا فن کویل ها، به یکی از رایج ترین و مهمترین تجهیزات سرمایشی تبدیل کرده است. و همواره کاربردی اساسی و گسترده چیلر، بکارگیری از آن در صنایع و معادن مختلف می باشد. اهمیت استفاده دقیق و فنی آنها باعث می شود قبل از تولید و یا نصب شان مهندسین به شبیه سازی چیلر ها روی آورند و خطوط تولیدی بسیاری در صنعت وجود دارند که برای رسیدن به محصولات مد نظر، در بخشی از فرآیند تولید خود نیازمند سرمایش بوده که در اصطلاح آن را Process cooling  (یا خنک­کاری فرایند و برودت صنعتی) می نامند. به عبارتی، Process cooling نوعی از دسته مکانیزم های سرمایشی می باشد که برای حذف گرما از یک فرایند تولیدی استفاده می شود.

صنعت های داروسازی، بهداشت و درمان، کاغذ و سیمان، پتروشیمی، جوشکاری، راهسازی، تزریق و ریخته ­گری، فلزکاری، پلاستیک، ماشین­ابزار، تولید و نگهداری مواد غذایی، پرورش ماهی و … از دسته صنایعی هستند که از چیلر صنعتی برای تولید برودت هواخنک و مخصوصا آب خنک استفاده می کنند . و همینطور برای بکارگیری چیلر صنعتی در مرحله ساخت و تولید آن نیاز مبرمی به شبیه سازی چیلر ها وجود دارد.

صنایع پتروشیمی ، شامل قسمت ها و فرآیندهای استخراجی، تصفیه ، اکتشافی، حمل و نقلی (که غالباً توسط تانکرها و خطوط انتقالی نفت صورت می گیرد) و همینطور بازاریابی و تحقیق و توسعه فرآورده های مختلف نفتی است. در اصل خروجی صنعت، محصولات شیمیایی از جمله لاستیک ها، کودها ، پلاستیک ها و الیاف مصنوعی، مواد اولیۀ رنگ و رزین، پودرهای شوینده و بسیاری از مواد مصرفی در لوازم و تجهیزات خانگی و صنعتی است که از مواد خام حاصل از نفت و یا گاز طبیعی تولید می شوند. این خاصیت مواد و ضرایب جرمی هر کدام در بخش شبیه سازی چیلر ها لحاظ می شوند.

در پالایشگاه ها برای پالایش نفت خام سه مرحله اصلی شامل عملیات تصفیه ، تفکیک های فیزیکی و عملیات شیمیایی تعریف می شوند که هریک شامل قسمت های متفاوتی هستند که یا گرمازا بوده و یا نیاز به دفع حرارتی نیز دارند. بنابراین، در هر صورت نیاز به انتقال حرارت و در واقع جذب گرما (سرمایش) نیازی اساسی در این صنعت به حساب می آید. به این شکل، چیلر برای تولید آب خنک شده با دمای پایین در صنایع پتروشیمی کاربردهای ویژه ای دارد که با توجه به ارزش بالای مواد مصرفی در این صنعت و حساسیت های موجود در تولیدات مواد شیمیایی با کارکرد دقیق، خلوص مشخص و درستی سیستم هایی مثل چیلر اهمیت زیادی پیدا می کند.

جمع بندی

چیلر ها در ساختمان های مختلف و صنایع مختلف هم برای تهویه مطبوع محیط، و هم در صنایع برای خنک کاری ها و ماشین کاری ها استفاده متعددی دارند که در طول این مقاله به اهمیت شبیه سازی چیلرها قبل از استفاده فنی آن ها در ساختمان های اداری و تجاری و همینطور نوع صنعتی آنها پرداخته شده است.

نویسنده مقاله : علیرضا خانی، کارشناس دپارتمان تاسیسات و انرژی مؤسسه آموزشی پارس پژوهان