متن مقاله
در میان انواع مختلف چیلرها، اکثریت دستگاههایی که در ساختمانها و پروژههای صنعتی میبینیم، بر پایه چرخه تراکمی و با استفاده از کمپرسور کار میکنند. اما نوع دیگری از چیلر نیز وجود دارد که اصل کارکرد آن کاملاً متفاوت است و بهجای استفاده از کمپرسور بهعنوان بخش اصلی چرخه، عمدتاً از گرما بهعنوان منبع انرژی محرک استفاده میکند؛ این دستگاه، چیلر جذبی نام دارد.
در این مقاله بررسی میکنیم چیلر جذبی دقیقاً چیست، بر چه اصلی کار میکند، چه اجزایی دارد و چرا در برخی پروژههای خاص، میتواند به گزینهای مناسبتر از چیلر تراکمی تبدیل شود.
چیلر جذبی چیست؟
چیلر جذبی دستگاهی است که برای تولید آب سرد، بهجای استفاده از یک کمپرسور مکانیکی که با برق کار میکند، از یک چرخه حرارتی-جذبی استفاده میکند که عمدتاً با گرما به حرکت درمیآید. این گرما میتواند از منابع مختلفی مانند بخار، آب داغ، حرارت اتلافی یا در برخی مدلها از سوخت مستقیم تأمین شود.
هدف نهایی این دستگاه، درست مانند چیلر تراکمی، گرفتن گرما از آب و تولید آب سرد است؛ اما مسیری که برای رسیدن به این هدف طی میکند، کاملاً متفاوت است.
اصل فیزیکی پایه: جذب بهجای تراکم مکانیکی
در یک چیلر تراکمی، کمپرسور، مبرد گازی را بهصورت مکانیکی متراکم میکند تا فشار آن افزایش پیدا کند و امکان دفع گرما در کندانسور فراهم شود.
در چیلر جذبی، بهجای کمپرسور مکانیکی از ترکیب یک مبرد و یک جاذب استفاده میشود. در رایجترین نوع چیلرهای جذبی، آب بهعنوان مبرد و محلول لیتیوم بروماید بهعنوان جاذب مورد استفاده قرار میگیرد.
در این چرخه، بخار مبرد توسط محلول جاذب جذب میشود و سپس با استفاده از گرما در ژنراتور، مبرد از محلول جدا میشود. به این ترتیب، فرآیندی که در چیلر تراکمی توسط کمپرسور انجام میشود، در چیلر جذبی با ترکیبی از جذب، پمپاژ محلول و اعمال حرارت جایگزین میشود.
اجزای اصلی چیلر جذبی
- ژنراتور
در ژنراتور، محلول رقیق لیتیوم بروماید که حاوی مبرد جذبشده است، توسط یک منبع حرارتی خارجی گرم میشود. این منبع میتواند بخار، آب داغ یا در برخی مدلها شعله مستقیم باشد.
افزایش دما باعث جدا شدن مبرد، یعنی آب، از محلول جاذب میشود. مبرد بهصورت بخار از محلول جدا شده و به سمت کندانسور حرکت میکند و محلول باقیمانده، غلیظتر میشود.
- کندانسور
بخار مبردی که از ژنراتور خارج شده است، وارد کندانسور میشود. در این بخش، گرمای مبرد به آب یا هوای خنککننده دفع میشود و مبرد از حالت بخار به مایع تبدیل میشود.
- شیر انبساط یا محدودکننده جریان
مبرد مایع پس از خروج از کندانسور، از یک وسیله کاهش فشار مانند شیر انبساط یا محدودکننده جریان عبور میکند. با کاهش فشار، شرایط مبرد برای ورود به اواپراتور و تبخیر در فشار پایین فراهم میشود.
نحوه طراحی این بخش در چیلرهای جذبی با چیلرهای تراکمی یکسان نیست و بسته به نوع و طراحی دستگاه میتواند متفاوت باشد.
- اواپراتور
مبرد کمفشار وارد اواپراتور میشود. در این بخش، مبرد در فشار پایین تبخیر شده و گرمای آب مدار سرمایش را جذب میکند. در نتیجه، آب عبوری از اواپراتور خنک میشود و برای تأمین سرمایش ساختمان یا فرآیند صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.
مبرد پس از جذب گرما به بخار تبدیل شده و به سمت بخش جاذب حرکت میکند.
- جاذب
بخار مبردی که از اواپراتور خارج شده است، وارد بخش جاذب میشود. در این قسمت، محلول غلیظ لیتیوم بروماید بخار آب را جذب میکند.
جذب مبرد توسط محلول، باعث ایجاد و حفظ فشار پایین موردنیاز برای ادامه تبخیر مبرد در اواپراتور میشود. در نتیجه این فرآیند، محلول لیتیوم بروماید رقیقتر شده و توسط پمپ محلول به سمت ژنراتور فرستاده میشود تا دوباره با استفاده از گرما، مبرد از آن جدا شود.
به این ترتیب، چرخه بهصورت پیوسته ادامه پیدا میکند.
چرخه کامل: خلاصهای از مسیر
بهطور خلاصه، محلول لیتیوم بروماید و مبرد در ژنراتور با استفاده از گرما از یکدیگر جدا میشوند. مبرد بهصورت بخار وارد کندانسور شده و پس از دفع گرما به مایع تبدیل میشود.
مبرد مایع پس از کاهش فشار وارد اواپراتور میشود و با تبخیر، گرمای آب مدار سرمایش را جذب میکند. بخار مبرد سپس وارد بخش جاذب شده و توسط محلول غلیظ لیتیوم بروماید جذب میشود.
محلول رقیقشده حاصل از این فرآیند توسط پمپ محلول دوباره به ژنراتور بازگردانده میشود تا چرخه تکرار شود.
بنابراین، در چیلر جذبی، کمپرسور مکانیکی اصلی وجود ندارد و وظیفه ایجاد شرایط لازم برای گردش چرخه، با استفاده از ترکیبی از جذب مبرد، پمپاژ محلول و تأمین انرژی حرارتی انجام میشود. مصرف برق پمپها و تجهیزات جانبی همچنان وجود دارد، اما معمولاً بسیار کمتر از توان الکتریکی موردنیاز کمپرسور یک چیلر تراکمی همظرفیت است.
چرا چیلر جذبی برای برخی پروژهها جذاب است؟
- استفاده از منبع گرمایی رایگان یا کمهزینه
مهمترین دلیل جذابیت چیلر جذبی در برخی پروژهها این است که در بسیاری از کارخانهها، نیروگاهها یا واحدهای صنعتی، مقدار قابلتوجهی گرمای اضافی مانند بخار فرآیندی، آب داغ یا حرارت اتلافی تولید میشود که در صورت نبود استفاده مناسب، بخشی از آن هدر میرود.
اگر بتوان از این گرمای رایگان یا کمهزینه برای تأمین انرژی موردنیاز ژنراتور چیلر جذبی استفاده کرد، هزینه برق موردنیاز برای سرمایش میتواند به میزان قابلتوجهی کاهش پیدا کند.
در چنین شرایطی، استفاده از چیلر جذبی میتواند از نظر انرژی و اقتصادی جذاب باشد.
- مصرف برق بسیار پایینتر
از آنجا که بخش اصلی انرژی موردنیاز چرخه جذبی از طریق گرما تأمین میشود، مصرف برق آن برای ایجاد سرمایش معمولاً بسیار کمتر از یک چیلر تراکمی همظرفیت است.
این ویژگی در پروژههایی که با محدودیت ظرفیت برق، هزینه بالای برق یا نیاز به کاهش پیک مصرف برق مواجه هستند، اهمیت زیادی پیدا میکند.
البته پایین بودن مصرف برق به معنی پایین بودن مصرف انرژی کل نیست؛ زیرا چیلر جذبی برای تولید سرمایش به یک منبع حرارتی قابلتوجه نیاز دارد.
- محدودیتهای چیلر جذبی
عملکرد اقتصادی ضعیفتر در صورت نبود منبع گرمای مناسب
اگر منبع گرمای رایگان یا کمهزینه در دسترس نباشد و گرمای موردنیاز ژنراتور مجبور باشد با هزینه قابلتوجه، مثلاً از طریق مصرف سوخت، تأمین شود، توجیه اقتصادی چیلر جذبی میتواند ضعیفتر شود.
در چنین شرایطی، باید هزینه سوخت یا انرژی حرارتی، هزینه برق تجهیزات جانبی، هزینه نگهداری و بازده کلی سیستم در کنار یکدیگر بررسی شوند و صرفاً پایین بودن مصرف برق بهعنوان معیار انتخاب در نظر گرفته نشود.
- هزینه خرید بالاتر
چیلر جذبی بهدلیل داشتن اجزایی مانند ژنراتور، جاذب، پمپ محلول و تجهیزات مرتبط با مدارهای حرارتی و کنترلی، ساختار متفاوت و پیچیدهای دارد و در بسیاری از پروژهها هزینه اولیه آن میتواند از یک چیلر تراکمی همظرفیت بیشتر باشد.
- ابعاد بزرگتر
برای ظرفیت سرمایشی مشابه، چیلر جذبی معمولاً به فضای بیشتری نسبت به برخی چیلرهای تراکمی نیاز دارد. این موضوع میتواند برای پروژههایی که با محدودیت فضای نصب مواجه هستند، یک نکته منفی محسوب شود.
علاوه بر فضای خود دستگاه، تجهیزات جانبی و شرایط موردنیاز برای نصب و سرویس نیز باید در طراحی پروژه در نظر گرفته شوند.
- حساسیت به کریستالیزه شدن محلول
یکی از مشکلات فنی شناختهشده در چیلرهای جذبی مبتنی بر لیتیوم بروماید، احتمال کریستالیزه شدن محلول در برخی شرایط نامناسب کاری است.
در این حالت، غلظت و دمای محلول ممکن است به شرایطی برسد که لیتیوم بروماید از حالت محلول خارج شده و به شکل کریستال درآید. این پدیده میتواند مسیرهای گردش محلول را محدود یا مسدود کند و عملکرد دستگاه را مختل کند.
به همین دلیل، کنترل صحیح دما، فشار، غلظت محلول و شرایط کاری دستگاه اهمیت زیادی دارد و بسیاری از چیلرهای جذبی دارای تمهیدات کنترلی برای کاهش احتمال بروز این مشکل هستند.
چیلر جذبی برای چه نوع پروژههایی مناسب است؟
با توجه به ویژگیهای ذکرشده، چیلر جذبی معمولاً برای پروژههایی جذابتر است که به یک منبع گرمایی مناسب و کمهزینه دسترسی دارند.
کارخانهها و نیروگاههایی که در فرآیند تولید خود بخار، آب داغ یا حرارت اتلافی تولید میکنند، میتوانند از این انرژی برای تأمین گرمای ژنراتور استفاده کنند. همچنین در برخی پروژههایی که محدودیت ظرفیت برق وجود دارد اما دسترسی به سوخت یا منبع حرارتی مناسب است، چیلر جذبی میتواند یک راهکار عملی باشد.
برای پروژههای ساختمانی معمولی که منبع گرمایی مناسب و اقتصادی در اختیار ندارند، چیلر تراکمی در بسیاری از موارد از نظر اقتصادی و فنی گزینه سادهتر و مناسبتری خواهد بود.
با این حال، انتخاب بین چیلر جذبی و تراکمی باید بر اساس شرایط واقعی پروژه، هزینه انرژی، ظرفیت موردنیاز، فضای نصب، منبع حرارتی و هزینههای بهرهبرداری انجام شود.
جمعبندی
چیلر جذبی با استفاده از یک چرخه حرارتی-جذبی، بهجای کمپرسور مکانیکی، برای تولید آب سرد از ترکیب مبرد و جاذب استفاده میکند. در رایجترین سیستمهای جذبی، آب بهعنوان مبرد و لیتیوم بروماید بهعنوان جاذب مورد استفاده قرار میگیرد.
در این چرخه، مبرد در اواپراتور با جذب گرمای آب مدار سرمایش تبخیر میشود، سپس در بخش جاذب توسط لیتیوم بروماید جذب شده و در نهایت با استفاده از گرما در ژنراتور از محلول جدا میشود تا چرخه دوباره تکرار شود.
مهمترین مزیت چیلر جذبی، مصرف برق پایین آن در مقایسه با چیلرهای تراکمی است؛ بهخصوص زمانی که منبع گرمایی رایگان، اتلافی یا کمهزینه در اختیار پروژه باشد. در مقابل، هزینه اولیه، ابعاد بزرگتر، نیاز به منبع حرارتی و حساسیتهایی مانند احتمال کریستالیزه شدن محلول، از جمله مواردی هستند که باید در زمان انتخاب این نوع چیلر مورد توجه قرار گیرند.
بنابراین، چیلر جذبی را نمیتوان بهطور مطلق جایگزین بهتر یا بدتر برای چیلر تراکمی دانست؛ مناسب بودن آن، بیش از هر چیز به شرایط انرژی و نیازهای همان پروژه بستگی دارد.