چیلر جذبی

در تهویه و تبرید, چیلرها به دو دسته چیلر تراکمی و چیلر جذبی تقسیم می‌شوند. چیلرهای تراکمی که با مصرف انرژی به صورت الکتیریسته کار می­کنند شامل چهار قسمت (کمپرسور کندانسور شیر انبساط و اواپراتور) می باشد، که با گردش مبرد در بین این 4 جز برودت ایجاد می شود. اما در سیکل چیلر جذبی دارای دو تفاوت عمده می باشد که ابزوربر، پمپ و ژنراتور به جای کمپرسور جایگزین شده همچنین در سیکل چیلر جذبی دارای مبرد ثانویه دیگر نیز می‌­باشد به نام ابزوربر می باشد. در این مقاله از پیکاتک به بررسی چیلر جذبی و نحوه عملکرد این دستگاه می پردازیم.

چیلر جذبی چیست؟

چیلر جذبی (Absorption chiller) ،دستگاهی تبریدی است که در آن به جای انرژی الکتریکی، از حرارت استفاده می شود. در این سیکل از یک مادۀ جاذب به عنوان سیال ثانویه استفاده می گردد. این ماده، گازهای حاصل از تبخیر مبرد در تبخیرکننده را که موسوم به سیال اولیه است را جذب می کند.

سیکل جذبی و سیکل تبرید تراکمی از نظر فرایندهای تبخیر و تقطیر که در دو فشار متفاوت انجام می شوند، شبیه هستند. تفاوت این دو سیکل در این است که در سیکل جذبی برای تولید اختلاف فشار از یک مولّد که با حرارت کار می کند استفاده می گردد ولی در سیکل تراکمی، اختلاف فشار توسط کمپرسور ایجاد خواهد شد. هر دو سیکل برای کار کردن نیاز به انرژی دارند. سیکل جذبی به حرارت و سیکل تراکمی به انرژی مکانیکی.

چیلر جذبی به منظور استفاده از انرژی های تجدیدپذیر (همچون انرژی خورشید و یا زمین گرمایی) و یا انرژی تلف شده در نیروگاه ها در پروژه های) CCHP تولید همزمان گرما، سرما و برق) طراحی و ساخته شد. علیرغم راندمان پایین این دستگاه ها نسبت به سایر دستگاه های سرمایشی، قیمت پایین سوخت های فسیلی در کشورهای صاحب نفت و همچنین عدم اطلاع از کاربرد اصلی این دستگاه ها، سبب شد که چیلرهای جذبی در این کشورها به صورت گسترده مورد استفاده قرار گیرند.

اجزای اصلی چیلرهای جذبی

• ژنراتور
• کندانسور
• ابزوربر
• اواپراتور
• پمپ سولوشن
• پمپ مبرد
• شیر های کنترل
• ترموستاتها و تابلو برق مربوطه

انواع چیلر جذبی

چیلرهای جذبی با توجه به چرخه کاری آنها به دو دسته تک اثره و دو اثره تقسیم می شوند.

• چیلرهای جذبی تک اثره ( Single effect )
  • چیلر جذبی تک اثره با تغذیه بخار و آب داغ
  • چیلر جذبی تک اثره با تغذیه آب گرم
• چیلرهای جذبی دو اثره ( Double effect )
  • چیلر جذبی دو اثره بخار
  • چیلر جذبی دو اثره شعله مستقیم

طرز کار چیلر جذبی

چیلر جذبی دستگاهی است،که از حرارت ورودی (آب گرم یا بخار آب) در تولید آب سرد استفاده میکند.کارکرد چیلر جذبی مانند کلیه دستگاه های سرمایشی دیگر بر اساس اصل کلی تبخیر مبرد استوار است.طبق تعریف،گرمای نهان تبخیر به میزان انرژی اطلاق میشود که فقط سبب تغییر فاز سیال از مایع به گاز میگردد و در افزایش و یا کاهش دمای آن تاثیری ندارد.

در چیلر جذبی نیز مبرد در حالت مایع با جذب گرمای محیط در درجه حرارت ثابت تبدیل به بخار شده و ایجاد برودت می نماید.با توجه به کاهش فشار داخل چیلرهای جذبی به هفت میلیمتر جیوه،آب حدودا در دمای 7درجه سانتیگراد به جوش میاید و با جذب گرمای نهان به بخار تبدیل میگردد.چیلر جذبی از چهار قسمت اصلی:اواپراتور،ابزربر،ژنراتور،کندانسور تشکیل شده.

آب (که در واقع همان مایع مبرد می باشد) به کمک پمپ مبرد بر روی لوله های مبدل حرارتی سرد کننده ( اواپراتور) پاشیده شده و سپس تبخیر می گردد و در نتیجه این فرایند، عمل تبخیر در اواپراتور ایجاد برودت می‌نماید. بخار حاصله از این فرایند توسط لیتیوم بروماید در ابزربر جذب شده و محلول رقیق لیتیوم بروماید را بوجود می آورد.سپس این محلول رقیق شده توسط پمپ محلول و بواسطه مبدل به ژنراتور دما بالا انتقال می‌یابد.محلول لیتیوم بروماید در ژنراتور حرارت داده شده و تغلیظ میگردد.

این حرارت می تواند بوسیله مشعل، آب داغ و یا بخار تولید شود.محلول پس از حرارت دهی به دو بخش بخار و مایع تقسیم میشود.بخار در چیلر دو اثره برای تغلیظ بیشتر به ژنراتور ثانویه منتقل میشود.و سپس مایع به جا مانده به علت وجود اختلاف فشار بین ژنراتور و ابزربر،تحت تأثیر نیروی ثقلی به ابزربر باز میگردد. از سوی دیگر،بخار حاصله از ژنراتور در کندانسور دستگاه توسط آب برج خنک کننده،تقطیر و مجدداً به اواپراتور باز میگردد و در نتیجه سیکل برودتی دستگاه به همین ترتیب تکرار میشود.

چیلر جذبی

چیلر جذبی دستگاهی است که در خلاء کار می کند و یا اصطلاحا فشار منفی است. این بدان معناست که در صورت بروز نشتی (Leak) و یا شکستن وکیوم دستگاه که توسط گاز ازت صورت می گیرد، مشکلات اساسی از قبیل عدم کارکرد صحیح دستگاه، کریستال شدن، اسیدی شدن محلول، خوردگی اجزاء داخلی و غیره پدیدار می گردد. به طور معمول می توان بیان نمود که درصد زیادی از مشکلات عدم کارکرد صحیح چیلر جذبی به دلیل حضور گازهای غیر قابل تقطیر در چیلر می ­باشد که می بایست بوسیله سیستم purge از چیلر خارج گردند. این گازهای مضر به دو طریق در چیلر جذبی نمایان می شوند:

• به صورت بروز واکنش های شیمیایی و احتمال ایجاد خوردگی در داخل محفظه چیلر
• به علت ورود هوا به داخل چیلر به خاطر کوتاهی در بهره برداری دستگاه یا وجود نشتی در بخش های مختلف چیلر

مزایا

از جمله مزایا  چیلرهای جذبی میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

• سر و صدا، ارتعاشات و لرزش چیلر های جذبی نسبت به تراکمی کمتر است.
• به دلیل عدم استفاده از برق به عنوان منبع انرژی، مصرف برق بسیار کم است (فقط برای پمپها بوده)
• به دلیل عدم استفاده از برق به عنوان منبع انرژی، نیازی به فراهم کردن تجهیزات برق اضطراری ندارد
• مبرد چیلرهای جذبی آب مقطر می باشد که بی خطر بوده و در طبیعت فراوان یافت میشود
• در حالیکه فریون های چیلرهای تراکمی از نوع کلروفلوورکربن ها بوده که آثار بسیار زیانباری بر روی محیط زیست از جمله آسیب به لایه ازن را دارد.

معایب

از جمله معایب چیلرهای جذبی میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

• قیمت اولیه چیلر های جذبی نسبت به تراکمی حدودا 50 درصد بیشتر است.
• به برج خنک کننده نیاز دارند که مصرف آب دارند; بنابراین در مناطق کم آب نمیتوان از چیلرهای جذبی استفاده کرد.
• به دلیل کمتر بودن ضریب عملکرد چیلر جذبی(حدودا 1) نسبت به چیلر تراکمی ( حدودا 3 )، راندمان کمتری دارد.
• هنگام نصب و راه اندازی چیلر های جذبی،به زیر ساختهای محکمتری به جهت وزن بیشتر چیلرهای جذبی نیاز است.
• در ظرفیت های برابر،چیلر های جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی حدود40 تا60درصد مساحت بیشتر داشته و ارتفاع بلند تری دارد که حجم بیشتری را اشغال میکند.

انواع چیلر جذبی براساس انرژی مورد نیاز

چیلر جذبی یکی از تجهیزات تولید برودت در سیستمهای تهویه مطبوع ساختمانها بوده که مصرف برق خیلی پایین تری نسبت به چیلرهای تراکمی دارند اما نیازمند انرژی حرارتی زیادی (مانند: آب داغ - آبگرم – بخار – شعله مستقیم) میباشند.

1. چیلر جذبی آب گرم
2. چیلر جذبی بخار
3. مدل شعله مستقیم

چیلر جذبی آب گرم

چیلرهای جذبی آب گرم معمولا در برخی از فرایندهای تولید که از آب برای خنک کردن سیستم استفاده می‌شوند و آب گرم بدون هزینه که در سیستم وجود دارد استفاده می شود که این امر توجیه اقتصادی دارد. در سایر پروژه‌ها با توجه به نیاز موتورخانه به تجهیزات تولید آب گرم همچون دیگ های آبگرم، پمپ، لوله کشی، عایق کاری و … هزینه های تعمیرات تجهیزات، افت انرژی حرارتی و مصرف مضاعف انرژی برای تهیه آبگرم، استفاده از چیلرهای جذبی آب گرم کاربرد و توجیه اقتصادی ندارد.

چیلر جذبی بخار

در این نوع چیلر، محلول لیتیوم بروماید توسط بخار دما بالا تغلیظ می گردد. در مدل‌های دو مرحله ای، این محلول طی دو مرحله و به ترتیب در ژنراتور دما بالا و سپس در ژنراتور دما پایین تغلیظ می‌گردد. نکته قابل ذکر در این نوع چیلرها این است که چیلرهای دو مرحله ای بخار جهت کارکرد نیازمند بخار یا فشار حدود bar 8 می باشند. به دلیل حجم بالای بخار مورد نیاز و تجهیزات جانبی، از این نوع چیلر بیشتر برای پروژه های نیروگاهی و یا بیمارستانی که تجهیزات ایستگاه فشار و بخار دارند استفاده می شود. و از لحاظ اقتصادی برای کاربری های دیگر به صرفه نیستند.

مدل شعله مستقیم

چیلرهای جذبی شعله مستقیم (direct fire) یکی از پرکاربرد ترین چیلرها هستند که دارای امتیازات بزرگی نسبت به سایر چیلرهای جذبی می باشند. در این نوع چیلر، تغلیظ لیتیوم بروماید مستقیما توسط مشعل صورت می گیرد و نیازی به دستگاه های واسطه جهت تولید حرارت نیست که این عامل باعث کاهش هزینه های خرید اولیه و بهره برداری می شود.

امتیاز دیگر چیلر جذبی شعله مستقیم این است که، به دلیل وجود مشعل و محفظه احتراق امکان استفاده از آن در فصول سرد سال برای تولید گرمایش میسر می شود. این چیلرها بصورت دو اثره ساخته می شوند، یعنی تغلیظ محلول لیتیوم بروماید در دو مرحله صورت می­ گیرد. بر همین اساس، بالاترین میزان ضریب بهره یا همان COP متعلق به این دسته از چیلرها می باشد. استفاده از این دستگاه در دو حالت سرمایش و گرمایش در کل فصول سال، میزان استهلاک آن را افزایش داده که نیاز به اپراتوری تخصصی در آن را ضروری می سازد.