چیلر جذبی چیست و چگونه کار می‌کند؟
چیلر جذبی یکی از فناوری‌های تأمین برودت است که به‌جای استفاده مستقیم از انرژی برق برای کمپرسور، از انرژی حرارتی (گاز، بخار، آب داغ یا گرمای هدررفته صنعتی) بهره می‌برد. این سیستم به‌ویژه در مناطقی که برق گران یا در دسترس محدود است یا در صنایع دارای منابع گرمایی آزاد، بسیار مفید است.
تعریف و تاریخچه
چیلر جذبی یک سامانه برودت‌زایی است که در آن سیکل تبرید به‌جای کمپرسور با جذب و تراکم شیمیایی مبرد در یک جاذب انجام می‌شود. اولین طرح‌های آزمایشی این فناوری به اواخر قرن نوزدهم برمی‌گردد، اما توسعه صنعتی و تجاری آن از اواسط قرن بیستم و با ظهور جاذب‌های بهبود یافته مانند لیتیم برماید و آب شروع شد. پیشرفت‌های اخیر در زمینه مواد جاذب و بهبود راندمان حرارتی، کاربرد این دستگاه‌ها را در تاسیسات بزرگ مسکونی، تجاری و صنعتی گسترش داده است.
اصول و مکانیزم عملکرد
چرخه یک چیلر جذبی مبتنی بر چهار فرایند اصلی است: تبخیر، جذب، تراکم و تقطیر.
مرحله اول، تبخیر مبرد (معمولاً آب) در اواپراتور است که باعث خنک شدن سیال واسط (آب سیارکولاسیون) می‌شود.
در مرحله دوم، بخار مبرد وارد جاذب می‌شود و با جاذب شیمیایی (مانند لیتیم برماید) مخلوط و جذب می‌گردد.
مرحله سوم، محلول اشباع‌شده در ژنراتور تحت حرارت قرار می‌گیرد و مبرد از محلول جدا و به صورت بخار متراکم می‌شود.
در مرحله چهارم، بخار مبرد وارد کندانسور شده و به مایع تبدیل می‌شود تا دوباره به اواپراتور بازگردد. این سیکل بدون نیاز به کمپرسور الکتریکی انجام می‌پذیرد و تنها منبع مصرف برق، پمپ‌های گردش مایع و فن‌های خنک‌کننده کندانسور است.
اجزای اصلی چیلر جذبی
- اواپراتور: مکانی که مبرد تبخیر و برودت تولید می‌کند.
- جاذب (Absorber): بخار مبرد را جذب و محلول رقیق ایجاد می‌کند.
- ژنراتور (Generator): با تأمین حرارت به محلول، مبرد از جاذب جدا می‌شود.
- کندانسور: بخار مبرد را خنک و به مایع تبدیل می‌کند.
- مبدل حرارتی داخلی: بازیابی حرارت بین محلول رقیق و محلول غلیظ برای افزایش راندمان.
- پمپ‌های گردش: انتقال محلول جاذب و مبرد در سیکل.
- برج خنک‌کن: دفع حرارت اضافی کندانسور و جاذب به محیط بیرون.
چرخه کاری چیلر جذبی
- محلول غلیظ جاذب از ژنراتور به جاذب منتقل می‌شود.
- در جاذب، محلول بخار مبرد را جذب و گاز مبرد از آن جدا می‌شود.
- بخار مبرد به کندانسور رفته و به مایع تبدیل می‌شود.
- مایع مبرد به اواپراتور می‌رود و تبخیر می‌شود تا برودت تولید کند.
- محلول رقیق جاذب از جاذب به ژنراتور باز می‌گردد.
- حرارت به ژنراتور وارد می‌شود و بخار مبرد از محلول رقیق جدا و چرخه تکرار می‌شود.
انواع چیلر جذبی
چیلر جذبی تک اثره
در این نوع تنها یک مرتبه تأمین حرارت (ژنراتور) وجود دارد و راندمان نسبتاً پایین‌تری دارد. حرارت ژنراتور معمولا بین ۷۰ تا ۹۰ درجه سانتی‌گراد تامین می‌شود. این دستگاه‌ها مناسب کاربردهای با بار برودتی پایین تا متوسط است.
چیلر جذبی دو اثره
دارای دو ژنراتور مجزا با سطوح دمایی متفاوت است و از حرارت بیشتری (تا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد) بهره می‌برد. مرحله دوم جداسازی مبرد از محلول باعث بازیابی بخشی از انرژی حرارتی می‌شود و راندمان کلی افزایش می‌یابد.
چیلر جذبی سه اثره
از سه ژنراتور استفاده می‌کند و مراحل بازیابی حرارت بین آنها بهینه‌سازی شده است. دماهای ژنراتورها تا ۲۲۰ درجه نیز می‌رسد. این ساختار بیشترین راندمان را داشته و در پروژه‌های بسیار بزرگ با منابع حرارتی پرفشار کاربرد دارد.
چیلر جذبی با جذب بخار
در این تیپ، به‌جای جاذب مایع از سطح جذب جامد یا ساختار متخلخل استفاده می‌شود. مبرد بخار به سطح جامد چسبیده و سپس با گرما جدا می‌شود. این فناوری نوظهور هنوز در مرحله پژوهش و توسعه برای کاربردهای خاص قرار دارد.
کاربردها و موارد استفاده
ساختمان‌های تجاری و اداری
چیلر جذبی به‌ویژه در مجتمع‌های بزرگ اداری و تجاری مناسب است. تأمین برودت مورد نیاز با استفاده از گرمای حاصل از موتورخانه یا منابع گرمایی جانبی مانند دودکش ژنراتورها، هزینه‌های بهره‌برداری را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.
صنایع غذایی و دارویی
در فرآیندهایی که نیاز به برودت دقیق دارند (نگهداری مواد غذایی، تمایز دمایی واکسن‌ها و داروها) چیلر جذبی به‌دلیل دقت و پایداری دمایی قابل اتکا است. همچنین استفاده از منابع گرمایی هدررفته از کوره‌ها یا سایر فرایندهای داغ صنعتی، کارایی را بهبود می‌دهد.
تاسیسات بیمارستانی و هتل‌ها
نیاز مداوم و پایدار به برودت در بیمارستان‌ها و هتل‌ها، همراه با ظرفیت بالا، چیلر جذبی را به گزینه مطلوب تبدیل می‌کند. کاهش مصرف برق در شب و اوج بار نیز از مزایای این سیستم‌ها است.
سایر صنایع
در پتروشیمی، پالایشگاه، کارخانجات چوب و کاغذ و سایر فعالان صنعتی که گرمای زائد تولید می‌کنند، چیلر جذبی می‌تواند بخش عمده برودت را با مصرف اندک برق تأمین کند.
مزایا
- مصرف برق پایین: تنها پمپ و فن با برق کار می‌کنند و کمپرسور برقی حذف شده است.
- استفاده از هر منبع حرارتی: امکان بهره‌برداری از بخار، گاز گرم یا گرمای هدررفته.
- کاهش هزینه‌های عملیاتی: به‌ویژه در مراکز با قیمت بالای برق.
- عمر طولانی‌تر: به‌دلیل اجزای مکانیکی کمتر و فشار کاری پایین.
- کاهش آلاینده‌ها: درصورت استفاده از منابع حرارتی پاک و جاذب بدون پرفلوروکربن.
معایب
- نیاز به دمای بالای منبع حرارتی: دمای ژنراتور باید بالاتر از حد مشخص برای جداسازی مبرد باشد.
- حجم و ابعاد بزرگ‌تر: به‌دلیل تجهیزات جاذب، ژنراتور و برج خنک‌کن.
- هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بالا: نصب و تأمین اجزای تخصصی پرهزینه است.
- حساسیت به ناخالصی آب و خوردگی: نیاز به آب با کیفیت بالا و نگهداری دقیق.
- پیچیدگی سرویس: تعمیر و نگهداری تخصصی‌تر نسبت به چیلر تراکمی.
مقایسه چیلر جذبی و چیلر تراکمی
| معیار | چیلر جذبی | چیلر تراکمی |
|---|---|---|
| مصرف برق | بسیار کم | بالا (به‌خاطر کمپرسور) |
| منبع انرژی | حرارت (بخار، آب داغ، شعله) | برق |
| راندمان کلی | متوسط تا بالا (در چند اثره) | بالا (COP حدود ۳ تا ۶) |
| هزینه اولیه | زیاد | متوسط |
| هزینه نگهداری | کم تا متوسط | متوسط تا زیاد |
| حجم و فضای نصب | بزرگ‌تر | جمع‌وجورتر |
| انتشار آلاینده | بستگی به منبع حرارتی دارد | بسیار کم (در صورت برق پاک) |
نحوه انتخاب و طراحی چیلر جذبی
برای انتخاب مناسب بر اساس بار برودتی و منابع در دسترس باید مراحل زیر طی شود:
- برآورد دقیق بار برودتی (تبرید) و نیاز مداوم یا متغیر در طول شبانه‌روز.
- تعیین منبع حرارتی در دسترس (بخار خط تولید، آب داغ موتورخانه، مشعل گازی).
- انتخاب نوع تک اثره یا چند اثره با توجه به دمای منبع حرارتی و انتظارات راندمان.
- بررسی کیفیت آب سردکن و نیاز به سیستم تصفیه آب برای جلوگیری از رسوب و خوردگی.
- جانمایی دستگاه، برج خنک‌کن و مسیر لوله‌کشی با توجه به تهویه و دسترسی سرویس.
- طراحی سیستم کنترل و اتوماسیون برای بهینه‌سازی مصرف انرژی و پایش شرایط عملکردی.
نکات نصب و نگهداری
- نصب برج خنک‌کن در محل با جریان هوای مناسب و دور از موانع.
- تعبیه سیستم تصفیه آب برای کندانسور و اطراف ژنراتور.
- برنامه‌ریزی سرویس دوره‌ای شامل بررسی جاذب، ژنراتور و نشت مبرد.
- اندازه‌گیری کیفیت آب ورودی به برج خنک‌کن و تعویض یا تزریق مواد ضدخوردگی.
- ثبت لاگ دما، فشار و جریان برای تحلیل عملکرد و پیش‌بینی تعمیرات.
روندهای نوین و فناوری‌های آینده
- بهبود مواد جاذب: تحقیق روی جاذب‌های جامد و نانوساختار برای راندمان بالاتر.
- ادغام با سیستم‌های خورشیدی حرارتی و برق خورشیدی برای تأمین حرارت و پمپ‌ها.
- کنترل هوشمند و یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی سیکل برودتی و مصرف انرژی.
- توسعه چیلرهای کوچک رومیزی یا ماژولار برای کاربردهای صنعتی متوسط.
- بهره‌گیری از فناوری‌های کاهش دفع حرارت اضافی و افزایش بازیابی حرارت.
چیلر جذبی یک فناوری مؤثر و دوستدار محیط زیست برای تأمین برودت است که با اتکا به منابع حرارتی متنوع و مصرف برق اندک، می‌تواند در بسیاری از پروژه‌های بزرگ و صنعتی به‌خوبی جایگزین چیلرهای تراکمی شود. شناخت کامل مبانی عملکرد، انواع مختلف، معیارهای انتخاب و نیازمندی‌های نصب و نگهداری، کلید دستیابی به بهره‌وری حداکثری و اقتصادی در بهره‌برداری این سیستم‌ها است. با گسترش منابع تجدیدپذیر و نیاز به کاهش مصرف برق صنایع، آینده چیلر جذبی روشن و رو به رشد خواهد بود.
