محاسبه مصرف برق چیلر تراکمی؛ از COP تا هزینه سالانه

اگر قرار باشد مصرف برق یک چیلر تراکمی را درست حساب کنیم، نباید فقط به آمپر دستگاه یا عددی که در کاتالوگ نوشته شده نگاه کنیم. ظرفیت سرمایش، توان الکتریکی ورودی، شرایط کارکرد و تعداد ساعت هایی که دستگاه روشن است، همگی روی نتیجه اثر دارند. گاهی دو چیلر با ظرفیت اسمی یکسان، در یک ساختمان هزینه برق متفاوتی ایجاد می کنند. دلیلش هم همیشه کیفیت کمپرسور نیست؛ شرایط کندانسور، کنترل ظرفیت، دمای آب و نحوه بهره برداری هم مهم هستند.

در این راهنما روش محاسبه توان مصرفی چیلر تراکمی را از یک مثال ساده شروع می کنیم و بعد به سراغ هزینه برق سالانه، راندمان در بار جزئی و نکاتی می رویم که در انتخاب واقعی دستگاه نباید نادیده گرفته شوند.

محاسبه مصرف برق چیلر تراکمی از کجا شروع می شود؟

اول باید مشخص کنیم منظورمان از مصرف برق چیست. توان مصرفی با واحد کیلووات (kW) نشان می دهد دستگاه در یک لحظه چه مقدار توان الکتریکی می گیرد. انرژی مصرفی با واحد کیلووات ساعت (kWh) حاصل کارکرد دستگاه در طول زمان است. مبلغ قبض برق نیز از انرژی مصرفی و تعرفه مربوط به پروژه به دست می آید.

برای مثال اگر توان مصرفی یک دستگاه در شرایط مشخص 100 کیلووات باشد و به مدت 8 ساعت با همین توان کار کند، انرژی مصرفی آن در این مدت برابر 800 کیلووات ساعت خواهد بود. در کار واقعی، توان چیلر معمولا ثابت نمی ماند؛ به همین دلیل برای محاسبه دقیق تر باید تغییر بار و ساعات کارکرد را هم در نظر گرفت.

اگر هنوز در مرحله بررسی گزینه های سیستم سرمایش هستی، ابتدا تجهیزات سرمایشی را ببین تا نوع تجهیز مورد نیاز پروژه را مشخص کنی.

فرمول محاسبه توان مصرفی چیلر با استفاده از COP

ضریب عملکرد یا COP نشان می دهد دستگاه در برابر هر واحد توان ورودی، چه مقدار ظرفیت سرمایشی تولید می کند. برای محاسبه اولیه توان مصرفی از رابطه زیر استفاده می شود:

P = Q / COP

در این رابطه:

• P توان ورودی بر حسب کیلووات است.

• Q ظرفیت سرمایش بر حسب کیلووات است.

• COP ضریب عملکرد دستگاه در همان شرایط کاری است.

فرض کنیم ظرفیت سرمایشی چیلر 700 کیلووات باشد و COP آن در نقطه کاری مورد بررسی برابر 4 باشد. توان مصرفی تقریبی از تقسیم 700 بر 4 به دست می آید؛ یعنی 175 کیلووات.

این عدد، یک برآورد بر اساس تعریف COP است. باید بررسی کنیم عدد COP مربوط به کمپرسور است یا کل دستگاه و تجهیزات جانبی را هم در بر می گیرد. اگر توان پمپ ها، فن های کندانسور و سایر مصرف کننده های جانبی در عدد اولیه لحاظ نشده باشند، مصرف برق کل مجموعه از نتیجه این محاسبه بیشتر خواهد بود.

تفاوت ظرفیت سرمایش با توان برق مصرفی چیلر

این دو عدد در کاتالوگ ها گاهی کنار هم قرار می گیرند و ممکن است برای خریدار تازه کار اشتباه ایجاد کنند. ظرفیت سرمایش نشان می دهد چیلر چه مقدار گرما را از مدار می گیرد؛ توان برق ورودی مشخص می کند برای انجام این کار چه مقدار توان الکتریکی مصرف می شود.

برای مثال، دو دستگاه ممکن است هر دو 200 کیلووات ظرفیت سرمایش داشته باشند؛ اما اگر یکی در نقطه کاری مشخص COP برابر 4 و دیگری COP برابر 5 داشته باشد، توان مصرفی محاسباتی آنها به ترتیب 50 و 40 کیلووات خواهد بود. این مقایسه فقط وقتی معتبر است که ظرفیت و شرایط آزمون یکسان باشند.

در انتخاب دستگاه نباید فقط به ظرفیت اسمی اکتفا کرد. دمای آب خروجی، دمای محیط، نوع کندانسور و محدوده بار واقعی پروژه نیز باید با اطلاعات کاتالوگ مطابقت داده شوند.

محاسبه انرژی مصرفی چیلر در یک روز و یک سال

برای محاسبه اولیه انرژی مصرفی، توان متوسط دستگاه را در مدت کارکرد ضرب می کنیم. اگر توان متوسط در طول دوره تغییر کند، بهتر است مصرف را برای چند بازه جداگانه حساب کنیم و نتایج را با هم جمع بزنیم.

E = P_avg × t

در این رابطه E انرژی مصرفی بر حسب kWh، P_avg توان متوسط بر حسب kW و t مدت کارکرد بر حسب ساعت است.

مثلا اگر توان متوسط چیلر 80 کیلووات باشد و در یک روز 10 ساعت کار کند، مصرف انرژی روزانه برابر 800 کیلووات ساعت خواهد بود. اگر این شرایط در 200 روز سال برقرار باشد، انرژی مصرفی محاسباتی به 160 هزار کیلووات ساعت می رسد.

این عدد پیش بینی قطعی مصرف سالانه نیست. اگر دستگاه در ساعات مختلف با بار متفاوت کار کند یا در روزهای خنک تر مدت کارکرد کمتری داشته باشد، باید محاسبه را بر اساس برنامه واقعی بهره برداری اصلاح کرد.

چرا آمپر به تنهایی معیار مصرف برق چیلر نیست؟

در بازدیدهای تاسیساتی گاهی اولین سوال این است که چیلر چند آمپر می کشد. این سوال برای بررسی بار الکتریکی و انتخاب تجهیزات حفاظتی مهم است؛ اما برای مقایسه بهره وری دو چیلر به تنهایی کافی نیست.

جریان مصرفی به ولتاژ، ضریب توان، نوع تغذیه و شرایط بار وابسته است. از طرف دیگر، چیلری که آمپر کمتری می کشد ممکن است ظرفیت سرمایش کمتری هم تولید کند. برای ارزیابی مصرف باید برق ورودی را در کنار سرمایش مفید تولید شده بررسی کرد.

بهتر است هنگام دریافت پیشنهاد فنی از سازنده، توان ورودی در شرایط نامی، شرایط طراحی پروژه، محدوده کنترل ظرفیت و اطلاعات عملکرد در بار جزئی درخواست شود. همچنین مشخص شود عدد اعلام شده شامل فن ها و پمپ ها هست یا فقط مربوط به بخش اصلی دستگاه است.

چه عواملی مصرف برق چیلر را افزایش می دهند؟

در عمل چند عامل بیشتر از بقیه روی نتیجه اثر دارند. اولین مورد، شرایط کندانسور است. در چیلر تراکمی هوا خنک ، افزایش دمای هوای ورودی می تواند فشار کاری را بالا ببرد. در چیلر آب خنک نیز دمای آب ورودی کندانسور، وضعیت برج و تمیزی سطوح انتقال حرارت اهمیت دارد.

عامل بعدی، ظرفیت نامتناسب با بار واقعی است. چیلر بیش از اندازه بزرگ ممکن است در بارهای پایین با خاموش و روشن شدن های مکرر روبه رو شود؛ چیلر کوچک نیز در روزهای اوج بار ممکن است نتواند سرمایش مورد نیاز را تامین کند. هر دو وضعیت می توانند هزینه بهره برداری را افزایش دهند.

رسوب، گرفتگی فیلترها، تنظیم نادرست کنترلر، افت فشار نامناسب در مدار آب و عملکرد نامطلوب فن ها یا پمپ ها نیز باید بررسی شوند. به همین دلیل، پیش از نتیجه گیری درباره راندمان دستگاه، بهتر است شرایط بهره برداری و وضعیت سرویس آن بررسی شود.

تفاوت مصرف برق چیلر هوا خنک و آب خنک اکسرژی 

چیلر هوا خنک گرما را از طریق کندانسور و جریان هوا دفع می کند و معمولا به برج خنک کننده نیاز ندارد. چیلر آب خنک از آب مدار کندانسور و معمولا برج خنک کننده برای دفع گرما استفاده می کند. این تفاوت، شرایط کار کمپرسور و مصرف تجهیزات جانبی را تغییر می دهد.

در بسیاری از شرایط طراحی، چیلر آب خنک می تواند راندمان بالاتری داشته باشد؛ اما نتیجه نهایی به دمای آب برج، مصرف پمپ ها و فن های برج، شرایط اقلیمی، هزینه آب و شیوه نگهداری وابسته است. بنابراین مقایسه باید بر اساس مصرف کل سیستم انجام شود، نه فقط توان نامی خود چیلر.

برای بررسی فنی تفاوت این دو فناوری، مقاله مقایسه چیلر هواخنک و آب خنک را هم مطالعه کن.

جدول سریع محاسبه مصرف برق چیلر

اعداد جدول صرفا یک مثال آموزشی هستند و مشخصات هیچ مدل واقعی از محصولات اکسرلند را بیان نمی کنند. برای برآورد پروژه باید COP و توان واقعی دستگاه در شرایط طراحی، ساعات کارکرد و سهم تجهیزات جانبی مشخص باشد.

چه زمانی باید مشخصات فنی چیلر را دقیق تر بررسی کنیم؟

وقتی چیلر قرار است در یک کارخانه، بیمارستان، ساختمان تجاری یا مجموعه ای با ساعات کارکرد طولانی استفاده شود، اختلاف کوچک در راندمان می تواند در طول سال به اختلاف قابل توجهی در انرژی مصرفی منجر شود. در چنین شرایطی، علاوه بر COP، بهتر است عملکرد در بار جزئی، نوع کمپرسور، محدوده کنترل ظرفیت و شرایط دمایی طراحی هم بررسی شوند.

اگر پروژه به چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرال و کندانسور هواخنک نیاز دارد، می توانی مشخصات چیلر تراکمی هواخنک اسکرال را به عنوان یکی از گزینه های بررسی فنی ببینی. انتخاب نهایی باید با ظرفیت مورد نیاز، شرایط محیطی و الزامات بهره برداری پروژه تطبیق داده شود.

چرا COP به تنهایی برای محاسبه هزینه برق سالانه کافی نیست؟

در کاتالوگ یک چیلر ممکن است COP مناسبی درج شده باشد، اما این عدد معمولا به شرایط مشخصی از دما و بار مربوط است. در طول سال، شرایط پروژه ثابت نمی ماند. صبح و شب بار سرمایشی متفاوت است؛ دمای محیط تغییر می کند و در بعضی ساختمان ها تعداد زیادی از ساعت های کارکرد در ظرفیت کمتر از ظرفیت نامی اتفاق می افتد.

به همین دلیل، اگر هدف محاسبه هزینه برق سالانه باشد، باید ببینیم چیلر در نقاط کاری مختلف چه توانی مصرف می کند. در صورتی که اطلاعات عملکرد در بارهای مختلف موجود باشد، می توان مصرف هر بازه را محاسبه کرد و سپس نتایج را جمع زد.

برای بررسی دقیق تر راندمان چیلرهای هواخنک در شرایط اجرایی، راهنمای چک لیست بررسی راندمان چیلر هواخنک می تواند مکمل این بخش باشد.

راندمان در بار جزئی چه اثری بر مصرف برق دارد؟

فرض کنیم چیلر یک ساختمان در ساعت های مختلف با بارهای 100 درصد، 75 درصد و 50 درصد کار می کند. اگر دستگاه در بار 50 درصد نتواند ظرفیت خود را به شکل مناسبی کنترل کند، ممکن است خاموش و روشن شدن های مکرر داشته باشد یا در مقایسه با گزینه دیگر انرژی بیشتری به ازای سرمایش تولید شده مصرف کند.

در چیلرهای چند کمپرسوره اسکرال، روشن و خاموش شدن مرحله ای کمپرسورها امکان تطبیق ظرفیت با بار را فراهم می کند. در مدل های دارای کنترل دور نیز سرعت کمپرسور می تواند با بار مورد نیاز تنظیم شود. البته وجود اینورتر به تنهایی تضمین کننده کم مصرف بودن نیست؛ طراحی مدار، محدوده دور مجاز، کنترل و شرایط کار هم اهمیت دارند.

برای مقایسه دستگاه ها، شاخص هایی مانند IPLV یا معیارهای عملکرد در بار جزئی را باید با توجه به استاندارد آزمون و شرایط اعلام شده بررسی کرد. دو عدد تنها زمانی قابل مقایسه هستند که روش آزمون و مبنای گزارش آنها سازگار باشد.

چگونه هزینه برق سالانه چیلر را محاسبه کنیم؟

پس از تخمین انرژی مصرفی، مرحله بعد محاسبه هزینه برق است. برای این کار باید تعرفه مناسب پروژه و بازه زمانی مورد بررسی مشخص باشد. در پروژه های صنعتی نیز ممکن است تعرفه به ساعات مصرف، نوع اشتراک و شرایط قرارداد وابسته باشد؛ بنابراین استفاده از یک نرخ ثابت برای همه پروژه ها درست نیست.

فرمول پایه محاسبه به این صورت است:

Annual Energy = Average Power × Annual Operating Hours
Annual Electricity Cost = Annual Energy × Electricity Tariff

فرض کنیم مصرف سالانه محاسباتی یک چیلر 280,000 کیلووات ساعت باشد و صرفا برای مثال، نرخ فرضی برق 2,000 واحد پولی به ازای هر کیلووات ساعت در نظر گرفته شود. حاصل ضرب این دو مقدار، هزینه انرژی سالانه فرضی را برابر 560,000,000 واحد پولی نشان می دهد.

این مبلغ، قیمت واقعی برق در ایران یا تعرفه پیشنهادی برای پروژه نیست. برای استفاده اجرایی باید تعرفه معتبر همان اشتراک و هزینه های مرتبط با صورتحساب بررسی شوند. همچنین اگر توان مصرفی پمپ ها، برج خنک کننده و تجهیزات جانبی در محاسبه اولیه وارد نشده باشد، هزینه کل سیستم بیشتر خواهد شد.

آیا چیلر گران تر همیشه انتخاب بدتری است؟

خیر. در خرید تجهیزات سرمایشی باید هزینه اولیه را در کنار هزینه های بهره برداری بررسی کرد. دستگاهی که قیمت خرید پایین تری دارد ممکن است در طول سال برق بیشتری مصرف کند یا به تعمیرات بیشتری نیاز داشته باشد. در مقابل، انتخاب دستگاه گران تر هم زمانی توجیه دارد که اختلاف عملکرد آن با داده های فنی و شرایط واقعی پروژه قابل دفاع باشد.

برای مقایسه اقتصادی، بهتر است این موارد ثبت شوند:

• قیمت خرید و هزینه نصب

• انرژی مصرفی سالانه

• هزینه سرویس و قطعات مصرفی

• هزینه پمپ ها، برج و سایر تجهیزات جانبی

• ساعات کارکرد و الگوی تغییر بار

• عمر مورد انتظار و هزینه های احتمالی تعمیرات

در محاسبات اقتصادی حرفه ای، هزینه چرخه عمر یا LCC می تواند برای مقایسه گزینه ها استفاده شود. اگر قرار است یک چیلر چندین سال در یک مجموعه فعال باشد، تصمیم گیری تنها بر اساس قیمت خرید اولیه تصویر کاملی از هزینه واقعی به دست نمی دهد.

نمونه مقایسه اقتصادی دو چیلر با ظرفیت یکسان

فرض کنیم دو چیلر با ظرفیت سرمایشی یکسان در یک پروژه بررسی می شوند. برای سادگی، مصرف سالانه گزینه اول را 280,000 کیلووات ساعت و گزینه دوم را 240,000 کیلووات ساعت در نظر می گیریم. این مقادیر صرفا فرض آموزشی هستند و از آزمون محصول واقعی به دست نیامده اند.

در این مثال، گزینه دوم سالانه 40,000 کیلووات ساعت انرژی کمتری مصرف می کند. با این حال، برای نتیجه گیری اقتصادی باید اختلاف قیمت خرید، هزینه نگهداری و عملکرد واقعی در شرایط طراحی نیز بررسی شود. صرفا مشاهده مصرف کمتر برای اعلام برتری قطعی کافی نیست.

نوع کمپرسور چه نقشی در مصرف برق چیلر دارد؟

انتخاب کمپرسور باید متناسب با ظرفیت و شرایط پروژه انجام شود. کمپرسور اسکرال در بسیاری از کاربردهای کوچک و متوسط استفاده می شود و در مدل های چند کمپرسوره می توان ظرفیت را به شکل مرحله ای کنترل کرد. کمپرسور اسکرو در بسیاری از پروژه های متوسط و بزرگ کاربرد دارد و بسته به طراحی، روش کنترل ظرفیت و نقطه کاری می تواند عملکرد مناسبی ارائه دهد.

در ظرفیت های بزرگ نیز چیلر سانتریفیوژ ممکن است گزینه مناسبی باشد؛ ولی نمی توان یک نوع کمپرسور را در همه شرایط کم مصرف ترین دانست. ظرفیت، دمای تبخیر و تقطیر، بار جزئی، تجهیزات جانبی و محدودیت های پروژه باید همزمان بررسی شوند.

اگر پروژه به ظرفیت متوسط تا بالا نیاز دارد، بررسی چیلر تراکمی آب خنک اسکرو می تواند بخشی از فرایند مقایسه باشد. برای تصمیم نهایی باید مشخصات فنی و شرایط طراحی پروژه با داده های همان محصول تطبیق داده شوند.

نقش کندانسور، اواپراتور و مدار آب در مصرف برق

گاهی در بررسی مصرف برق، تمام توجه به کمپرسور معطوف می شود؛ در حالی که عملکرد مبدل های حرارتی نیز مهم است. در اواپراتور چیلر ، انتقال حرارت و افت فشار مدار آب بر شرایط کاری سیستم اثر می گذارند. در کندانسور نیز شرایط دفع گرما می تواند دمای تقطیر مبرد و در نتیجه توان مورد نیاز کمپرسور را تغییر دهد.

در چیلر آب خنک، وضعیت برج، دمای آب ورودی کندانسور، رسوب و عملکرد پمپ ها باید در کنار خود چیلر بررسی شوند. در مدل هواخنک نیز تمیزی کویل، گردش مناسب هوا، فاصله نصب و دمای هوای ورودی اهمیت دارند.

اگر افت راندمان به تدریج اتفاق افتاده است، پیش از تعویض دستگاه بهتر است وضعیت مبدل ها، جریان آب یا هوا، سنسورها و کنترلر بررسی شود. مقایسه مصرف قبل و بعد از سرویس در شرایط بار مشابه می تواند برای تشخیص علت مشکل مفید باشد.

برای کاهش مصرف برق چیلر چه اقداماتی اولویت دارند؟

در پروژه های اجرایی، بهتر است اقدامات کاهش مصرف از بررسی شرایط واقعی شروع شوند. تغییر تنظیمات بدون اندازه گیری ممکن است باعث افت سرمایش یا ایجاد مشکل در تجهیزات دیگر شود. برای شروع، این موارد را بررسی کن:

1. ثبت توان الکتریکی و بار سرمایشی در زمان های مختلف.

2. مقایسه دماهای رفت و برگشت آب با شرایط طراحی.

3. بررسی تمیزی کویل کندانسور یا وضعیت مدار آب برج.

4. کنترل عملکرد فن ها، پمپ ها و سیستم تنظیم ظرفیت.

5. بررسی تنظیمات کنترلر و صحت سنسورهای دما و فشار.

6. ثبت ساعات کارکرد و تعداد دفعات روشن و خاموش شدن کمپرسورها.

7. مقایسه مصرف پیش و پس از سرویس در شرایط کاری قابل مقایسه.

برای پروژه هایی که نیاز به کنترل ظرفیت متناسب با بار متغیر دارند، می توان گزینه های مجهز به کنترل دور را هم بررسی کرد. برای نمونه، چیلر اسکرو هواخنک اینورتر یکی از محصولات موجود در سایت است که بررسی مشخصات آن می تواند در مقایسه فنی گزینه ها کمک کند. میزان صرفه جویی واقعی باید از اطلاعات عملکرد و شرایط پروژه به دست آید، نه از وجود واژه اینورتر در عنوان محصول.

چه اطلاعاتی برای برآورد مصرف برق چیلر از سازنده بخواهیم؟

برای اینکه برآورد مصرف برق قابل اتکا باشد، بهتر است درخواست فنی فقط شامل ظرفیت نامی و قیمت نباشد. از سازنده بخواه اطلاعات توان ورودی، ظرفیت سرمایشی، COP و شرایط اندازه گیری را اعلام کند. اگر دستگاه قرار است در طول سال با بار متغیر کار کند، داده های عملکرد در بار جزئی هم اهمیت دارند.

در پروژه های چیلر تراکمی آب خنک ، توان پمپ های مدار کندانسور و برج را نیز مشخص کن. در چیلرهای هواخنک، توان فن های کندانسور باید در ارزیابی مصرف کل دیده شود. اگر پمپ های آب سرد خارج از پکیج هستند، بهتر است مصرف آنها به صورت جداگانه ثبت و در تحلیل کل سیستم منظور شود.

همچنین باید روشن باشد که اطلاعات اعلام شده مربوط به شرایط استاندارد آزمون است یا شرایط طراحی واقعی پروژه. دمای محیط، دمای آب ورودی و خروجی، نوع مبرد و محدوده کارکرد از اطلاعاتی هستند که می توانند نتیجه مقایسه را تغییر دهند.

چک لیست نهایی قبل از انتخاب چیلر

پیش از تایید پیشنهاد فنی، موارد زیر را کنترل کن:

چطور چیلر مناسب پروژه را انتخاب کنیم؟

برای محاسبه مصرف برق چیلر تراکمی، ابتدا ظرفیت سرمایش و COP را در یک نقطه کاری مشخص بررسی کن. سپس توان مصرفی را تخمین بزن و با در نظر گرفتن ساعات کارکرد، انرژی روزانه و سالانه را محاسبه کن. اگر بار در طول سال تغییر می کند، محاسبه باید بر اساس چند بازه کاری انجام شود. در مرحله بعد، مصرف تجهیزات جانبی و تعرفه برق را هم وارد تحلیل کن.

در نهایت، چیلری انتخاب مناسبی است که بتواند بار واقعی پروژه را تامین کند و در شرایط کاری مورد انتظار، عملکرد فنی و اقتصادی قابل قبولی داشته باشد. پایین بودن قیمت خرید یا آمپر مصرفی به تنهایی برای چنین تصمیمی کافی نیست.

اگر برای انتخاب دستگاه به اطلاعات بیشتری نیاز داری، می توانی مشخصات محصولات چیلر تراکمی را بررسی کنی و برای تطبیق ظرفیت و شرایط کاری، اطلاعات پروژه را در اختیار واحد فنی قرار بگیرد.

سوالات پرتکرار درباره مطالعه چیلرهای کم مصرف و بهینه از نظر انرژی