چیلر جذبی (Absorption Chiller) دستگاهی است که با استفاده از حرارت (مانند بخار، آب داغ یا گازهای احتراقی) به جای انرژی الکتریکی برای به حرکت درآوردن کمپرسور، عملیات سرمایش را انجام می‌دهد. این نوع چیلر بر پایه فرآیند جذب و دفع ماده مبرد (عموماً آب) توسط یک ماده جاذب (مانند لیتیوم بروماید) کار میکند. چیلرهای جذبی گزینه‌ای پایدار و اقتصادی برای صنایعی هستند که به منابع حرارتی مازاد دسترسی دارند، زیرا مصرف برق را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند.
در این مقاله تلاش می‌کنیم تا علاوه بر پاسخ جامع به سوال چیلر جذبی چیست، به زبان ساده عملکرد، اجزا، انواع، کاربردها، مزایا و معایب آن را بررسی کنیم. همچنین به تفاوت چیلر جذبی و چیلر تراکمی خواهیم پرداخت تا خواننده بتواند با دیدی کامل نسبت به انتخاب مناسب‌ترین سیستم سرمایش اقدام نماید.
چیلر جذبی چیست؟
در تعریف چیلر جذبی می‌توان گفت دستگاهی است که با استفاده از حرارت (مانند بخار آب یا گاز داغ) به جای انرژی الکتریکی، جریان سرمایش تولید میکند. به عبارت دیگر کار چیلر جذبی تولید آب سرد برای مصارف سرمایشی در ساختمان‌ها و صنعت است. در این سیستم به جای کمپرسور مکانیکی که در چیلر تراکمی وجود دارد، از سیکل جذب و تقطیر بین دو مایع جاذب و مبرد بهره می‌گیرد.
اگر بخواهیم چیلر جذبی به زبان ساده توضیح دهیم، کافی است آن را دستگاهی بدانیم که با کمک «گرما» به جای «برق» منجر به سرمایش میشود. مزیت اصلی این موضوع کاهش مصرف برق و امکان استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر یا هدررفته مانند گرمای حاصل از دودکش‌ها یا خورشید است. با این تعریف ساده، درک این موضوع که چیلر جذبی چیست و چه تفاوتی با چیلر تراکمی دارد، آسان‌تر خواهد بود.
چیلر جذبی چگونه کار میکند؟
در قلب چیلر جذبی، دو ماده اصلی نقش دارند: مبرد (معمولاً آب) و جاذب (معمولاً محلول لیتیم بروماید یا آمونیاک).
وقتی محلول جاذب، مبرد را جذب میکند، فشار و دمای مبرد کاهش یافته و این امر منجر به تولید سرمایش می‌گردد.
سپس با اعمال حرارت به محلول غلیظ، مبرد تبخیر شده و مجدداً از جریان جذب جدا میشود. این چرخه به صورت پیوسته تکرار شده و آب سرد تولید میشود.
انواع چیلرهای جذبی
چیلرهای جذبی بر اساس معیارهای مختلفی مانند نوع منبع حرارتی، تعداد مراحل جذب و نوع محلول جاذب دسته‌بندی می‌شوند.
هرچند انواع چیلرهای جذبی از نظر کلی شبیه یکدیگرند و در اساس سیکل جذب و تبخیر را تکرار می‌کنند، اما تفاوت‌های مهمی در ضریب عملکرد، مصرف حرارت و هزینه نصب و اجرا دارند. انتخاب بین چیلر جذبی تک اثره یا دو اثره بستگی به دسترسی به انرژی حرارتی، شرایط اقتصادی و نیاز سرمایشی پروژه دارد.
چیلر جذبی تک اثره چیست؟
در مدل چیلر جذبی تک اثره یک مرحله تبخیر و جذب داریم. حرارت ورودی به ژنراتور چیلر، مبرد را از محلول جاذب جدا میکند و پس از طی سیکل در اواپراتور، مبرد سرد تولید شده مجدداً جذب محلول میشود. این نوع چیلرها به دلیل ساختار ساده‌تر و هزینه کمتر تجهیزات، در پروژه‌هایی که انرژی گرمایی با دمای بالا در دسترس باشد، کاربرد بیشتری دارند.
چیلر جذبی دو اثره
در چیلر دو اثره، دو مرحله تبخیر و جذب توأمان انجام میشود که این امر باعث افزایش ضریب عملکرد (COP) نسبت به نوع تک اثره می‌گردد. در این مدل قسمت اول ژنراتور، با حرارت اولیه مبرد را جدا میکند و سپس در بخش دوم با حرارت کمتر، باقی‌مانده مبرد تبخیر میشود. لذا عملکرد چیلر جذبی در دو اثره کارآمدتر از نوع تک اثره است.
انواع چیلر جذبی بر اساس نوع محلول جاذب
علاوه بر این، چیلرهای جذبی بر اساس نوع محلول جاذب نیز متفاوت هستند. سیستم‌های لیتیوم بروماید-آب برای سرمایش بالای صفر درجه سانتی‌گراد مناسب‌اند و به‌طور گسترده در تهویه مطبوع استفاده می‌شوند. از سوی دیگر، سیستم‌های آمونیاک-آب می‌توانند سرمایش زیر صفر درجه را فراهم کنند و برای کاربردهای خاص مانند سردخانه‌ها ایده‌آل هستند. انتخاب نوع مناسب چیلر جذبی به نیازهای پروژه، منابع حرارتی موجود و شرایط محیطی بستگی دارد و درک این تفاوت‌ها به شما کمک میکند تا بهترین تصمیم را بگیرید.
اجزای تشکیل دهنده چیلرهای جذبی
در ادامه، به بررسی اجزای تشکیل دهنده چیلرهای جذبی می‌پردازیم که نقش کلیدی در عملکرد صحیح سیستم دارند. هر یک از این اجزا در کنار یکدیگر باعث می‌شوند تا سیکل جذبی به‌صورت پیوسته و مؤثر عمل کند. اگرچه ممکن است در انواع مختلف چیلرها (تک اثره، دو اثره، با جاذب مختلف) جزئیاتی متفاوت باشد، اما ساختار کلی اجزا یکسان است و شامل قسمت‌هایی مانند اواپراتور، جاذب، ژنراتور، کندانسور و تجهیزات جانبی مانند پمپ‌ها و سیستم‌های کنترلی است.
اواپراتور (Evaporator)
در اواپراتور، مبرد (معمولاً آب) تحت فشار کم تبخیر شده و گرما را از محیط یا سیال هدف می‌گیرد. کار چیلر جذبی در این بخش، تبدیل سیال سرد به گاز و ایجاد سرمایش است. نحوه انتقال حرارت در اواپراتور مستقیماً روی راندمان کل سیستم تاثیرگذار است.
جاذب (Absorber)
تعریف چیلر جذبی بدون اشاره به جاذب ناقص خواهد بود. محلول جاذب، مبرد تبخیرشده را جذب میکند و گرمای جذب را به آب خنک‌کن منتقل میکند. در این مرحله، حل شدن مبرد در جاذب باعث کاهش فشار بخار مبرد میشود که چرخه سرمایش را ممکن می‌سازد.
ژنراتور (Generator)
در ژنراتور، حرارت ورودی (بخار، آب داغ یا گاز داغ) باعث جدا شدن مبرد از محلول جاذب میشود. در ژنراتور، محلول رقیق به محلول غلیظ تبدیل شده و مبرد آماده ورود به مبدل‌های بعدی میشود.
کندانسور (Condenser)
مبرد جداشده در ژنراتور به کندانسور هدایت میشود تا با خنک شدن، از فاز بخار به مایع تبدیل شود. این مرحله مشابه کندانسورهای چیلر تراکمی است، با این تفاوت که انرژی ورودی آن از حرارت ژنراتور تأمین نمی‌شود.
پمپ‌ها و لوله‌کشی
برای انتقال محلول جاذب بین ژنراتور و جاذب، مبرد بین کندانسور و اواپراتور و نیز آب خنک‌کن بین کندانسور و برج خنک‌کن، از پمپ‌ها و شبکه لوله‌کشی استفاده میشود. طراحی صحیح این اجزا برای کاهش افت فشار و بهبود راندمان ضروری است.
طرز عملکرد چیلر جذبی به چه صورت است؟
این سیستم بر اساس یک چرخه بسته عمل میکند که در آن، جذب و تبخیر مبرد به‌طور مداوم تکرار میشود. در ابتدا، مبرد (معمولاً آب) در اواپراتور تبخیر میشود و گرما را از محیط جذب میکند. این فرایند در فشار پایین انجام میشود و باعث خنک شدن آب یا هوای عبوری می‌گردد. بخار مبرد سپس به ابزوربر منتقل میشود، جایی که توسط محلول جاذب، مانند لیتیوم بروماید، جذب میشود و گرما آزاد میکند.
این مکانیزم باعث میشود که چیلر جذبی در مقایسه با چیلر جذبی و چیلر تراکمی، وابستگی کمتری به برق داشته باشد و در مکان‌هایی که منابع حرارتی ارزان در دسترس است، بسیار کارآمد عمل کند. درک این فرایند به شما کمک میکند تا ببینید چرا چیلرهای جذبی در پروژه‌های بزرگ و صنعتی مورد توجه قرار گرفته‌اند و چگونه می‌توانند هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند.
سیکل اصلی جذب و تبخیر
سیکل چیلر جذبی از چهار مرحله کلیدی تشکیل شده است: تبخیر مبرد در اواپراتور، جذب بخار مبرد در جاذب، جدا شدن مبرد در ژنراتور و میعان در كندانسور. این مراحل به صورت پیوسته انجام میشود تا آب سرد به درون سیستم‌های سرمایشی وارد گردد.
- تبخیر مبرد: در فشار پایین اواپراتور، مبرد به سرعت تبخیر شده و از آب یا هوا گرما می‌گیرد.
- جذب بخار: بخار مبرد وارد جاذب میشود و توسط محلول لیتیم بروماید جذب میشود.
- ژنراتور: محلول رقیق به ژنراتور فرستاده میشود و با حرارت وارده مبرد را آزاد میکند.
- کندانسور: بخار مبرد آزادشده به کندانسور رفته و تبدیل به مایع میشود، سپس به اواپراتور بازمی‌گردد.
نقش دما و فشار
در چیلرهای جذبی، کنترل دقیق دما و فشار هر یک از اجزا، کلید رسیدن به ضریب عملکرد مناسب است. به عنوان مثال دمای بخار ورودی به ژنراتور باید به اندازه‌ای باشد که مبرد به طور کامل جدا شود، اما بیش از حد بالا نیز نباشد که باعث هدر رفت انرژی گردد.
تفاوت با چیلر تراکمی
چیلر جذبی و چیلر تراکمی در عنصر اصلی تولید سرمایش تفاوت دارند. در تراکمی از کمپرسور الکتریکی برای افزایش فشار و دمای مبرد استفاده میشود، در حالی که در جذبی انرژی حرارتی جایگزین کار مکانیکی شده است. این تفاوت منجر به مصرف برق بسیار کمتر و امکان استفاده از منابع حرارتی جانبی در سیستم جذبی میشود.
کاربردهای چیلر جذبی
استفاده از چیلرهای جذبی در هتل‌ها، بیمارستان‌ها، مراکز خرید و برج‌های اداری به دلیل کاهش هزینه‌های برق و امکان بهره‌گیری از انرژی‌های هدررفته، روزبه‌روز در حال افزایش است. در بسیاری از مجتمع‌های شهری، سیستم‌های خورشیدی یا حرارت زائد دیگ‌های بخار به عنوان منبع حرارتی ژنراتور چیلرهای جذبی به کار می‌روند.
در صنایع پتروشیمی، نفت و گاز و نیروگاه‌ها که معمولاً مقادیر زیادی حرارت زائد تولید میشود، کار چیلر جذبی توانمندی بالایی دارد. این گرما بازگردانده نشده، بلکه به تولید سرمایش تبدیل می‌گردد و از هدررفت انرژی جلوگیری میشود.
با افزایش نیاز به تبرید سرورهای دیتاسنتر، استفاده از سیستم‌های جذبی که مصرف برق کمتری دارند، به کاهش هزینه‌های عملیاتی کمک میکند. در این مراکز، به دلیل وجود پکیج‌های ژنراتور به عنوان منبع حرارت، چیلر جذبی تک اثره می‌تواند گزینه مناسبی باشد.
برای جلوگیری از تشکیل رسوبات در سیستم‌های آبی چیلر جذبی، استفاده از رسوب زدای بویلر توصیه میشود تا عمر مفید تجهیزات افزایش یابد.
مزایا و معایب چیلر جذبی چیست؟
در مجموع مزایا و معایب چیلر جذبی باید با توجه به شرایط پروژه، منابع حرارتی در دسترس و نیاز سرمایشی، مورد سنجش قرار گیرد تا تصمیم بهینه اتخاذ شود.
مزایا
- کاهش مصرف برق: استفاده از انرژی حرارتی به جای برق سبب کاهش هزینه‌های برقی میشود.
- استفاده از انرژی‌های جانبی: امکان بهره‌گیری از دودکش‌های دیگ بخار، آب داغ خروجی کارخانه‌ها یا انرژی خورشیدی.
- دوام و عمر طولانی‌تر: به دلیل نبود کمپرسورهای الکتریکی پر استهلاک، تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد.
- کاهش انتشار دی‌اکسید کربن: با کاهش مصرف برق در شبکه، انتشار آلاینده‌ها نیز کاهش می‌یابد.
معایب
- ضریب عملکرد پایین‌تر در مقایسه با چیلر تراکمی: به خصوص در دماهای پایین‌تر حرارت ورودی.
- حجم و وزن بیشتر: به دلیل نیاز به برج خنک‌کن و تجهیزات کمکی.
- پیچیدگی طراحی و نصب: نیاز به تنظیم دقیق دما و فشار در اجزا و پیش‌گرمایش مناسب.
- هزینه بالای اولیه: تجهیزات جذبی در مقایسه با تراکمی سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری دارند.
نکات نگهداری و سرویس چیلر جذبی
برای حفظ راندمان چیلر جذبی به زبان ساده ضروری است که به صورت دوره‌ای دما و فشار در اواپراتور، جاذب، ژنراتور و کندانسور اندازه‌گیری و تنظیم گردد. افت فشار یا نوسان دما ممکن است به کاهش ظرفیت سرمایش منجر شود.
محلول لیتیم بروماید به مرور زمان آب جذب کرده و رقیق میشود. بررسی غلظت محلول با دستگاه مخصوص و تنظیم محلول با افزودن جاذب یا آب مخصوص اهمیت دارد. همچنین جلوگیری از تشکیل بلورهای نمکی و خوردگی ناشی از ناخالصی‌ها ضروری است.
ذرات معلق و رسوبات در مبدل‌های حرارتی و برج خنک‌کن تجمع می‌یابند که باعث کاهش انتقال حرارت میشود. در این راستا استفاده از رسوب زدای بویلر و سرویس مکانیکی مبدل‌ها، عملکرد بهینه سیستم را تضمین میکند.
نشتی بخار مبرد یا محلول جاذب به کاهش راندمان می‌انجامد. بازرسی منظم لوله‌ها، اتصالات و عایق‌بندی مناسب آن‌ها از نکات کلیدی در نگهداری چیلر جذبی است.
برنامه پیشرفته مدیریت انرژی
با پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل هوشمند و مانیتورینگ آنلاین، می‌توان مصرف حرارتی و سرمایشی را بهینه نمود. تحلیل داده‌های اندازه‌گیری شده، به شناسایی نواحی نیازمند بهبود و کاهش هزینه‌های عملیاتی کمک میکند.
جمع بندی نهایی
در این راهنمای جامع، به پرسش چیلر جذبی چیست؟ پاسخ دادیم و با تعریف، بررسی انواع (تک اثره و دو اثره)، معرفی اجزا، تشریح طرز عملکرد چیلر جذبی، کاربردها، مزایا و معایب و نکات نگهداری آن آشنا شدیم.
استفاده از چیلر جذبی به زبان ساده نشان می‌دهد که این سیستم‌ها با بهره‌گیری از انرژی حرارتی و کاهش مصرف برق، می‌توانند در پروژه‌های صنعتی و ساختمانی به تحسين عملکرد و کاهش هزینه‌ها کمک کنند. امیدواریم این مقاله بتواند راهنمای مناسبی برای تصمیم‌گیری بهینه در انتخاب سیستم سرمایشی شما باشد.
