بررسی چیلرهای جذبی (Absorption Chillers): کارکرد با حرارت

بررسی چیلرهای جذبی (Absorption Chillers): کارکرد با حرارت

چیلرهای جذبی (Absorption Chillers) نوعی از سیستم‌های سرمایشی هستند که برخلاف چیلرهای تراکمی، برای انجام چرخه تبرید خود به جای استفاده از کمپرسور مکانیکی پرمصرف، از یک منبع حرارتی خارجی (مانند بخار، آب داغ، گاز طبیعی یا حرارت هدر رفت صنعتی) استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها در مقایسه با چیلرهای تراکمی، مصرف برق بسیار کمتری دارند.

۱. اصول کارکرد چرخه جذبی

چرخه جذبی بر اساس استفاده از دو سیال کار می‌کند: یک مبرد (Refrigerant) که وظیفه سرمایش را دارد و یک محلول جاذب (Absorbent) که وظیفه جایگزینی کمپرسور را بر عهده دارد. رایج‌ترین ترکیب مورد استفاده، آب ($\{H}_2\text{O}$) به عنوان مبرد و لیتیوم بروماید ($\{LiBr}$) به عنوان جاذب است.

الف. چهار جزء اصلی در چرخه

1. اواپراتور (Evaporator): در اینجا، مبرد (آب خالص) تحت فشار بسیار پایین تبخیر می‌شود. برای تبخیر، حرارت را از آب چیلد شده (Chilled Water) جذب می‌کند و باعث خنک شدن آب می‌شود.

2. جاذب (Absorber): بخار مبرد ($\{H}_2\{O}$) که از اواپراتور می‌آید، توسط محلول قوی جاذب ($\{LiBr}$) با میل بالا جذب می‌شود. این فرآیند مکش (جذب)، فشار را در اواپراتور در حد بسیار پایین نگه می‌دارد (وظیفه کمپرسور را انجام می‌دهد).

3. ژنراتور (Generator): محلول ضعیف شده (مخلوط آب و $\{LiBr}$) به ژنراتور پمپ می‌شود. در اینجا، با استفاده از حرارت خارجی، مبرد ($\{H}_2\{O}$) از جاذب جدا شده و دوباره به حالت بخار تبدیل می‌شود.

4. کندانسور (Condenser): بخار مبرد خالص شده در اینجا حرارت را به آب برج خنک کننده دفع کرده و به مایع خالص تبدیل می‌شود تا برای شروع مجدد چرخه به اواپراتور بازگردد.

ب. جایگزینی کمپرسور

در چیلرهای جذبی، پمپ محلول، ژنراتور و جاذب در مجموع جایگزین کمپرسور می‌شوند. پمپ (که مصرف برق بسیار کمی دارد) فقط محلول را بین جاذب و ژنراتور جابجا می‌کند و قسمت فشرده‌سازی با استفاده از انرژی حرارتی انجام می‌شود.

۲. مزایای کلیدی چیلرهای جذبی

استفاده از چیلرهای جذبی، به ویژه در مناطق صنعتی و تأسیسات بزرگ، مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی قابل توجهی دارد:

الف. استفاده بهینه از انرژی هدر رفت (Waste Heat)

• مهم‌ترین مزیت این است که چیلر جذبی می‌تواند از منابع حرارتی کم‌هزینه یا رایگان مانند:

  • بخار مازاد نیروگاه‌ها یا فرایندهای صنعتی.

  • آب داغ خروجی از توربین‌ها یا موتورهای احتراق داخلی (CHP/Cogeneration).

  • انرژی خورشیدی (Solar Thermal).

  • گاز طبیعی (به‌طور مستقیم در مشعل ژنراتور).

ب. کاهش بار پیک شبکه برق

• چیلرهای جذبی برای عملکرد، به برق کمی نیاز دارند و بخش عمده انرژی مورد نیاز آن‌ها از طریق حرارت تأمین می‌شود. این امر به کاهش بار مصرفی شبکه برق (به ویژه در ساعات پیک مصرف تابستانی) کمک شایانی می‌کند.

ج. صدای کم و عمر طولانی

• به دلیل عدم وجود کمپرسورهای بزرگ و قطعات مکانیکی دوار با سرعت بالا، چیلرهای جذبی بسیار کم‌صداتر هستند و به دلیل استهلاک پایین، معمولاً طول عمر بیشتری نسبت به چیلرهای تراکمی دارند.

۳. محدودیت‌ها و ملاحظات نگهداری

الف. راندمان (Efficiency)

• راندمان چیلرهای جذبی (معمولاً با $\text{COP}$ یا ضریب عملکرد اندازه‌گیری می‌شود) معمولاً پایین‌تر از چیلرهای تراکمی مدرن است. $\text{COP}$ چیلرهای جذبی معمولاً بین ۰.۷ تا ۱.۴ است (بسته به تک‌اثره یا دو اثره بودن)، در حالی که چیلرهای تراکمی $\text{COP}$ بالاتری دارند. با این حال، اگر منبع حرارت رایگان باشد، این راندمان پایین توجیه اقتصادی دارد.

ب. نیاز به برج خنک کننده بزرگتر

• چیلر جذبی علاوه بر دفع حرارت ساختمان، باید حرارت ورودی به ژنراتور را نیز دفع کند. به همین دلیل، کندانسور و برج خنک کننده چیلرهای جذبی معمولاً باید بسیار بزرگ‌تر از نوع تراکمی با ظرفیت مشابه باشند.

ج. ریسک کریستالیزاسیون و خلاء

• کریستالیزاسیون: محلول $\text{LiBr}$ در دمای پایین می‌تواند بلوری (کریستالی) شود و سیستم را مسدود کند. این امر نیازمند کنترل دقیق دما و غلظت است.

• نیاز به خلاء کامل: چرخه جذبی باید در شرایط خلاء بسیار کامل کار کند. ورود کوچک‌ترین هوا به سیستم، عملکرد آن را به شدت مختل می‌کند.

۴. انواع چیلرهای جذبی

• تک‌اثره (Single-Effect): از یک ژنراتور برای جدا کردن مبرد استفاده می‌کنند. $\{COP}$ حدود ۰.۷ تا ۰.۸ دارند و نیازمند حرارت با دمای پایین‌تر هستند.

• دو اثره (Double-Effect): از دو ژنراتور (یکی با دمای بالا و یکی با دمای پایین) برای استفاده مجدد از حرارت بخار خروجی استفاده می‌کنند و راندمان را افزایش می‌دهند. $\{COP}$ حدود ۱.۲ تا ۱.۴ دارند و نیازمند منبع حرارت با دمای بالاتری هستند.

عوامل مؤثر بر راندمان برج‌های خنک‌کننده

نقش و ضرورت منبع انبساط در دیگ‌های آب گرم

اجزای اصلی چیلر تراکمی و وظایف آن‌ها

سرمایش و گرمایش با یک دستگاه