انواع چیلرهای جذبی: انتخاب مناسب برای نیازهای مختلف

بخش پنجم :

جهت اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش‌های قبلی و بعدی را مطالعه کنید.

مقدمه

چیلر جذبی، که به نام چیلر ابزوربشن نیز شناخته می‌شود، یکی از سیستم‌های رایج در زمینه تهویه مطبوع است. این سیستم به‌ویژه برای ایجاد سرمایش در محیط‌های صنعتی و تجاری طراحی شده و از فرآیند تبرید جذبی بهره می‌برد. در چیلرهای جذبی، به جای استفاده از کمپرسورهای مکانیکی برای فشرده‌سازی گاز مبرد، از واکنش‌های شیمیایی بین ماده جاذب و ماده تبرید استفاده می‌شود. این ویژگی موجب می‌شود که چیلرهای جذبی گزینه‌ای مناسب برای کاهش مصرف انرژی و استفاده از منابع حرارتی مانند آب داغ یا بخار شوند. به‌طور کلی، این سیستم‌ها به دلیل عملکرد بهینه و صرفه‌جویی در انرژی، در پروژه‌های مختلف تهویه مطبوع مورد توجه قرار می‌گیرند.
در ادامه، ابتدا مروری خواهیم داشت بر مطالب گفته شده در مورد چیلر جذبی، اجزا و فرآیند عملکرد آن. سپس به بررسی انواع مختلف چیلرهای جذبی خواهیم پرداخت.

چیلر جذبی چیست ؟

سیکل چیلر جذبی

سیکل تبرید جذبی به‌عنوان یکی از روش‌های کارآمد برای تولید سرمایش، مشابه سیکل تبرید تراکمی عمل می‌کند، با این تفاوت که در این سیستم به‌جای کمپرسور، از تجهیزات دیگری مانند پمپ، ابزوربر (جاذب) و ژنراتور استفاده می‌شود. این نوع طراحی باعث می‌شود که چیلرهای جذبی از انرژی حرارتی برای تولید برودت بهره ببرند. در ادامه، به بررسی اجزای مختلف سیکل چیلر جذبی و نحوه عملکرد آن می‌پردازیم.

اجزای اصلی سیکل چیلر جذبی

1.    ژنراتور :
o    ژنراتور وظیفه تغلیظ محلول جاذب و آب را بر عهده دارد. در این مرحله، با استفاده از منبع حرارتی (مانند بخار داغ یا احتراق گاز)، آب تبخیر شده و بخار مبرد تولید می‌شود.
2.    کندانسور (چگالنده) :
o    در کندانسور، بخار مبرد در تماس با آب سرد قرار می‌گیرد و فرآیند چگالش انجام می‌شود. در این مرحله، بخار به مایع تبدیل می‌شود و برای ادامه چرخه آماده می‌گردد.
3.    اواپراتور (تبخیرکننده) :
o    در اواپراتور، مایع مبرد با کاهش فشار به حالت بخار درآمده و گرما از محیط (آب یا هوای سرد شونده) جذب می‌کند. این فرآیند موجب کاهش دما و تولید سرمایش می‌شود.
4.    ابزوربر (جاذب) :
o    ابزوربر بخار آب تولید شده در اواپراتور را جذب می‌کند. لیتیوم بروماید به‌عنوان ماده جاذب عمل کرده و بخار آب را به محلول تبدیل می‌نماید. این فرآیند از انرژی حرارتی برای ادامه چرخه استفاده می‌کند.

فرآیند سیکل چیلر جذبی

1.    تبخیر :
o    در اواپراتور، مبرد مایع در فشار و دمای پایین تبخیر می‌شود و گرما را از آب یا هوای سرد شونده جذب می‌کند. این مرحله باعث کاهش دما در محیط می‌شود.
2.    جذب :
o    بخار مبرد تولید شده در اواپراتور به ابزوربر منتقل می‌شود، جایی که لیتیوم بروماید بخار را جذب کرده و محلول جاذب و مبرد تشکیل می‌دهد.
3.    تغلیظ :
o    محلول جاذب به ژنراتور منتقل می‌شود، جایی که با استفاده از حرارت، آب تبخیر شده و بخار مبرد تولید می‌شود.
4.    چگالش :
o    بخار مبرد به کندانسور رفته و در آنجا با آب سرد تماس پیدا کرده و چگالیده می‌شود. این بخار تبدیل به مایع شده و دوباره به اواپراتور باز می‌گردد تا چرخه تکرار شود.

انواع چیلر‌های جذبی

چیلرهای جذبی معمولاً بر اساس سه معیار اصلی طبقه‌بندی می‌شوند :

1.    مکانیزم طراحی : این دسته‌بندی به نوع و نحوه طراحی سیستم چیلر مربوط می‌شود و می‌تواند شامل انواع مختلف چیلرها باشد که عملکرد و کارایی متفاوتی دارند.
2.    منبع حرارتی : در این نوع طبقه‌بندی، چیلرها بر اساس منبع انرژی گرمایی که برای کارکردشان استفاده می‌شود، دسته‌بندی می‌شوند. این منابع می‌توانند شامل سوخت‌های فسیلی، انرژی خورشیدی یا حرارت بازیافتی باشند.
3.    نوع جاذب و مبرد : این دسته به نوع ماده‌ای که برای جذب گرما و ماده مبرد به کار می‌رود، اشاره دارد. معمولاً از ترکیب‌های مختلف مانند لیتیوم بروماید و آب استفاده می‌شود، اما ممکن است مواد دیگری نیز به کار گرفته شوند.

چیلرهای جذبی از نظر مکانیزم طراحی به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند :

۱. چیلر جذبی تک اثره (Single Effect)
این نوع چیلرها از یک سیکل ساده تبرید استفاده می‌کنند و معمولاً برای کاربردهای متوسط و کوچک مناسب هستند. در چیلرهای تک اثره، تنها یک مرحله جذب و تبخیر اتفاق می‌افتد و انرژی مورد نیاز برای ایجاد سرمایش از طریق یک منبع حرارتی تأمین می‌شود. به دلیل ساختار ساده‌تر، این چیلرها هزینه کمتری دارند و نگهداری آن‌ها نیز آسان‌تر است.
۲. چیلر جذبی دو اثره (Double Effect)
چیلرهای دو اثره از یک طراحی پیشرفته‌تر بهره می‌برند که به آن‌ها اجازه می‌دهد در یک سیکل، دو مرحله جذب و تبخیر را انجام دهند. این سیستم‌ها به‌طور معمول برای تأمین سرمایش در مقیاس‌های بزرگ‌تر و کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. چیلرهای دو اثره می‌توانند به طور مؤثرتری انرژی را مصرف کنند و به همین دلیل عملکرد بهتری در تولید سرما نسبت به نوع تک اثره دارند.
این دو نوع چیلر جذبی، با توجه به نیازهای مختلف و شرایط عملیاتی، گزینه‌های مناسبی را برای تأمین سرمایش ارائه می‌دهند.

چیلرهای جذبی را می‌توان بر اساس منبع تأمین حرارت به شش دسته اصلی تقسیم کرد :

۱. چیلر جذبی با آب گرم (Warm Water)
این نوع چیلرها از آب گرم به‌عنوان منبع حرارتی استفاده می‌کنند. آب گرم معمولاً از سیستم‌های حرارتی مانند دیگ‌های بخار یا موتورخانه‌ها تأمین می‌شود و برای ایجاد سرمایش در فرآیند تبرید به کار می‌رود.
۲. چیلر جذبی با آب داغ (Hot Water)
در این سیستم‌ها، آب داغ به‌عنوان منبع حرارت عمل می‌کند. دمای بالاتر آب داغ نسبت به آب گرم، کارایی بیشتری در فرآیند تبرید فراهم می‌آورد و معمولاً در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۳. چیلر جذبی با بخار (Steam)
این چیلرها از بخار به‌عنوان منبع حرارتی استفاده می‌کنند. بخار معمولاً از دیگ‌های بخار تولید می‌شود و به‌عنوان یک منبع انرژی با کارایی بالا برای ایجاد سرمایش در سیستم‌های جذبی به کار می‌رود.
۴. چیلر جذبی با شعله مستقیم (Direct Fired)
در این نوع چیلرها، حرارت مستقیماً از طریق شعله‌ای که معمولاً از سوخت‌های فسیلی مانند گاز طبیعی تأمین می‌شود، به سیستم منتقل می‌شود. این روش معمولاً به‌دلیل کارایی بالای آن و قابلیت ایجاد دماهای بالا، مورد توجه است.
۵. چیلر جذبی خورشیدی (Solar)
این چیلرها از انرژی خورشیدی به‌عنوان منبع حرارت استفاده می‌کنند. با استفاده از پنل‌های خورشیدی، انرژی حرارتی تولید شده به سیستم چیلر منتقل می‌شود تا فرآیند سرمایش انجام گیرد. این نوع سیستم‌ها به‌دلیل پایداری و کاهش هزینه‌های انرژی، به‌طور فزاینده‌ای محبوب می‌شوند.
۶. چیلر جذبی با هوای گرم (Warm Air)
در این سیستم‌ها، هوای گرم به‌عنوان منبع حرارتی عمل می‌کند. هوای گرم می‌تواند از فرآیندهای صنعتی یا دیگر منابع تولید شود و برای تأمین حرارت مورد نیاز چیلر جذبی استفاده می‌شود.

این تقسیم‌بندی به انتخاب و استفاده از چیلرهای جذبی در شرایط مختلف کمک می‌کند و به کاربران امکان می‌دهد تا بهترین گزینه را با توجه به نیازهای خود انتخاب کنند.

چیلرهای جذبی را می‌توان بر اساس نوع ماده مبرد و جاذب به سه دسته اصلی تقسیم کرد :

۱. چیلرهای جذبی با مبرد آب و جاذب لیتیوم بروماید
این نوع چیلرها از آب به‌عنوان مبرد و لیتیوم بروماید به‌عنوان جاذب استفاده می‌کنند. لیتیوم بروماید به دلیل توانایی بالای خود در جذب بخار آب، به‌عنوان یک جاذب مؤثر در این سیستم‌ها شناخته می‌شود. این نوع چیلرها معمولاً در کاربردهای بزرگ تجاری و صنعتی استفاده می‌شوند و به‌دلیل راندمان انرژی بالای خود، گزینه‌ای مناسب برای تأمین سرمایش به شمار می‌روند.
۲. چیلرهای جذبی با مبرد آب و جاذب سیلیکاژل
در این سیستم‌ها، سیلیکاژل به‌عنوان جاذب و آب به‌عنوان مبرد عمل می‌کند. سیلیکاژل به‌خاطر خاصیت جاذب رطوبت بالا و توانایی کار در شرایط مختلف، مورد توجه قرار می‌گیرد. این نوع چیلرها در کاربردهایی که نیاز به کنترل رطوبت و دما به‌صورت هم‌زمان دارند، به کار می‌روند.
۳. چیلرهای جذبی با مبرد آمونیاک و جاذب آب
این چیلرها از آمونیاک به‌عنوان مبرد و آب به‌عنوان جاذب استفاده می‌کنند. این ترکیب معمولاً در سیستم‌های سرمایشی صنعتی و تجاری با مقیاس بزرگ استفاده می‌شود. چیلرهای آمونیاکی به دلیل کارایی بالا و قابلیت تولید دماهای بسیار پایین، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند و از لحاظ هزینه عملیاتی نیز به صرفه هستند.

این تقسیم‌بندی به انتخاب مناسب‌ترین نوع چیلر جذبی بر اساس نیازهای خاص هر پروژه کمک می‌کند و می‌تواند در بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع مؤثر باشد.

یکی دیگر از روش‌های دسته‌بندی چیلرهای جذبی بر اساس نوع جریان مواد جاذب و مبرد در مدار چیلر است که این سیستم‌ها را به سه دسته اصلی تقسیم می‌کند :
۱. چیلرهای جذبی با جریان سری
در این نوع چیلرها، جریان مبرد و جاذب به‌طور متوالی و در یک مسیر قرار می‌گیرد. در این سیستم، مبرد پس از عبور از قسمت‌های مختلف چیلر، به‌تدریج با جاذب ترکیب شده و گرما را از محیط جذب می‌کند. این روش به دلیل سادگی در طراحی و عملکرد معمولاً در چیلرهای کوچک و سیستم‌های سرمایشی کم‌ظرفیت استفاده می‌شود.
۲. چیلرهای جذبی با جریان موازی
در این نوع چیلرها، جاذب و مبرد به‌طور هم‌زمان و در مسیرهای جداگانه جریان می‌یابند و در نقاط مشخصی با یکدیگر ترکیب می‌شوند. این روش به افزایش کارایی سیستم کمک می‌کند، زیرا جاذب می‌تواند به‌طور مؤثرتری بخار مبرد را جذب کند. چیلرهای موازی معمولاً در کاربردهای بزرگ و صنعتی به‌کار می‌روند.
۳. چیلرهای جذبی با جریان معکوس
در این نوع سیستم، جریان مبرد و جاذب به‌طور معکوس حرکت می‌کند. این طراحی اجازه می‌دهد تا تبادل حرارتی به‌طور بهینه‌تر انجام شود و به این ترتیب، عملکرد کلی سیستم بهبود یابد. چیلرهای جذبی با جریان معکوس معمولاً در پروژه‌های بزرگ و پیچیده با نیاز به کنترل دقیق دما و رطوبت استفاده می‌شوند.
این دسته‌بندی می‌تواند به مهندسان و طراحان کمک کند تا سیستم‌های سرمایشی را بر اساس نیازهای خاص و شرایط کاری خود انتخاب و طراحی کنند.

چیلر جذبی تک اثره (Single Effect Absorption Chiller)

چیلرهای جذبی تک اثره به‌خاطر طراحی ساده و کارایی مناسب خود، در سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی و تجاری بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این چیلرها تنها یک محفظه ژنراتور دارند و از چهار بخش اصلی زیر تشکیل شده‌اند :
1.    اواپراتور (تبخیر کننده)
2.    ابزوربر (محفظه جاذب)
3.    ژنراتور (مولد یا تغلیظ کننده)
4.    کندانسور یا تقطیر کننده (واحد چگالش)
در چیلر جذبی تک اثره، مایع مبرد (آب) در اواپراتور که محفظه‌ای با فشار پایین است، با دریافت گرما از جریان آب برگشتی از تجهیزات تبادل حرارتی مانند فن کویل‌ها و هواسازها تبخیر می‌شود. بخار تولید شده پس از تبخیر، به سمت ابزوربر هدایت می‌شود، جایی که توسط ماده جاذب (لیتیوم بروماید) جذب می‌شود.
پس از جذب بخار آب توسط لیتیوم بروماید، محلول غلیظ لیتیوم بروماید به سمت ژنراتور منتقل می‌شود. در اینجا، با تامین گرما به‌وسیله یک منبع حرارتی (مانند آب داغ یا بخار)، آب مجدداً به بخار تبدیل می‌شود و این بخار به سمت کندانسور هدایت می‌گردد. در کندانسور، بخار آب به مایع تبدیل شده و به اواپراتور برمی‌گردد تا دوباره در چرخه تبرید مورد استفاده قرار گیرد.
آب سرد شده در اواپراتور به‌عنوان آب خنک‌کننده (Chilled Water) عمل می‌کند و گرما را از محیط داخلی ساختمان از طریق هواسازها یا فن کویل‌ها جذب کرده و با دمایی حدود 6 تا 7 درجه سانتی‌گراد به سمت تجهیزات تهویه برمی‌گردد. این فرآیند به‌صورت مداوم تکرار می‌شود و به‌این‌ترتیب، چیلر جذبی تک اثره می‌تواند به‌طور مؤثری نیازهای سرمایشی یک ساختمان را تأمین کند.

چیلر جذبی دو اثره (Double Effect Absorption Chiller)

چیلر جذبی دو اثره با استفاده از یک طراحی پیشرفته و کارآمد، به‌طور مشابه با چیلرهای تک اثره عمل می‌کند، اما در این نوع چیلر، فرآیند غلیظ کردن محلول جاذب و مبرد در دو مرحله انجام می‌شود.
فرآیند تغلیظ :

در مرحله اول، تغلیظ محلول در ژنراتور دما بالا صورت می‌گیرد که تحت تأثیر گرمای بخار یا آب داغ و گرم ارسالی از دیگ اصلی، عملیات غلیظ کردن انجام می‌شود.
در مرحله دوم، ژنراتور دما پایین با استفاده از بخار مبرد حاصل از فرآیند تغلیظ در ژنراتور اول، بخش دیگری از فرآیند غلیظ کردن را به عهده دارد.
این دو مرحله فرآیند تغلیظ باعث افزایش راندمان و کارایی چیلرهای جذبی دو اثره می‌شود. در واقع، به‌واسطه این طراحی، چیلرهای دو اثره می‌توانند مقادیر بیشتری از انرژی گرمایی را تبدیل به انرژی سرمایشی کنند و در نتیجه نیاز به منابع انرژی کمتری دارند.

این چیلرها معمولاً در مکان‌هایی با تقاضای سرمایش بالا، مانند ساختمان‌های بزرگ، مراکز صنعتی و تجاری استفاده می‌شوند و به‌خوبی می‌توانند هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند. از آنجایی که چیلرهای دو اثره قادر به استفاده مؤثر از منابع گرمایی با دماهای متفاوت هستند، انتخاب مناسبی برای سیستم‌های تهویه مطبوع پایدار به‌شمار می‌روند.
در چیلرهای جذبی دو اثره، به دلیل اینکه بخشی از بخار آب موجود در ژنراتور دما پایین بخشی از گرمای خود را به محلول نیمه رقیق برای تغلیظ بیشتر ماده جاذب منتقل می‌کند، نیاز به انتقال حرارت در کندانسور کاهش می‌یابد. این امر به این معناست که برای فرآیند تقطیر به گرمای کمتری نیاز است. به همین دلیل، ظرفیت کولینگ تاور یا برج خنک کننده در چیلرهای جذبی دو اثره کمتر از چیلرهای تک اثره است.
این ویژگی به چیلرهای دو اثره این امکان را می‌دهد که کارایی بالاتری داشته باشند و مصرف انرژی را به طور مؤثرتری مدیریت کنند. در نتیجه، این نوع چیلرها می‌توانند عملکرد بهتری را در سیستم‌های سرمایشی ارائه دهند و هزینه‌های مربوط به سیستم‌های خنک‌کننده را کاهش دهند.

چیلر جذبی شعله مستقیم (Direct fired absorption chiller)

چیلر جذبی شعله مستقیم، که به عنوان چیلر دایرکت فایر نیز شناخته می‌شود، یکی از انواع چیلرهای جذبی دو اثره است. ویژگی بارز این چیلرها، بهره‌گیری از منبع گرمایی شعله مستقیم برای تولید گرما و ایجاد فرآیند تبرید می‌باشد. در این نوع چیلرها، سوخت مستقیم مانند گاز طبیعی یا نفت به عنوان منبع حرارتی استفاده می‌شود که با احتراق در محفظه مخصوص، حرارت مورد نیاز برای فرآیند تغلیظ و تبخیر را فراهم می‌کند.
این سیستم‌ها به دلیل طراحی خاص و استفاده از شعله مستقیم، معمولاً دارای بازدهی بالاتری نسبت به سایر چیلرهای جذبی هستند و می‌توانند به طور مؤثری نیازهای سرمایشی در محیط‌های صنعتی و تجاری را تأمین کنند. همچنین، چیلرهای شعله مستقیم به دلیل سادگی در طراحی و کارکرد، می‌توانند گزینه مناسبی برای مکان‌هایی باشند که دسترسی به منابع حرارتی دیگر محدود است.

چیلرهای جذبی شعله مستقیم تمامی مزایای چیلرهای دو اثره را دارا بوده و به طور مستقل از یک بویلر استفاده می‌کنند. این ویژگی موجب می‌شود تا هزینه‌های مربوط به بویلر بخار و تجهیزات جانبی آن به طور قابل توجهی کاهش یابد. بدین ترتیب، کارایی این سیستم‌ها افزایش یافته و بهینه‌تر عمل می‌کنند. همچنین، با حذف نیاز به بویلر بخار، فرآیند نصب و نگهداری این چیلرها ساده‌تر و مقرون به صرفه‌تر می‌شود.

این نوع چیلرها به صورت پکیج طراحی شده‌اند که شامل چیلر و بویلر می‌باشد. این ویژگی باعث می‌شود تا از نظر اشغال فضای نصب، به‌خصوص در مقایسه با چیلرهای جذبی تک اثره و دو اثره، بسیار مناسب‌تر باشند و فضای کمتری را در ساختمان اشغال کنند.
در پاسخ به نیازهای مختلف پروژه‌ها و درخواست‌های مشتریان، امکان راه‌اندازی مشعل چیلر جذبی شعله مستقیم با استفاده از سوخت‌های مختلفی مانند گاز، مازوت یا گازوئیل وجود دارد. همچنین، می‌توان از مشعل‌های دوگانه سوز استفاده کرد که این قابلیت به انعطاف‌پذیری بیشتر در انتخاب سوخت کمک می‌کند. با این حال، نکته حائز اهمیت این است که باید به دسترسی به نوع سوخت فسیلی و هزینه‌های مرتبط با آن توجه شود تا تصمیم‌گیری مناسبی در این زمینه صورت گیرد.

چیلرهای جذبی شعله مستقیم به‌عنوان سیستم‌های دو فصلی (سرمایشی و گرمایشی) شناخته می‌شوند. این نوع چیلرها با بهره‌گیری از مشعل مستقیم، قادرند به‌طور مستقل انرژی گرمایی مورد نیاز برای راه‌اندازی سیکل جذبی را تأمین کنند. در فصول سرد سال، زمانی که نیاز به سرمایش وجود ندارد، این سیستم می‌تواند تنها با استفاده از مشعل چیلر، نیازهای گرمایشی ساختمان را نیز برآورده سازد. این ویژگی باعث می‌شود که چیلرهای جذبی شعله مستقیم از نظر اقتصادی و کارایی بهینه‌تر عمل کنند و گزینه‌ای جذاب برای تأمین حرارت و سرمایش در ساختمان‌ها باشند.

نتیجه‌گیری

چیلرهای جذبی به دلیل طراحی ساده، قابلیت استفاده از منابع حرارتی متنوع و کارایی بالا، در پروژه‌های مختلف تهویه مطبوع و سرمایش صنعتی مورد توجه قرار گرفته‌اند. با توجه به انواع مختلف چیلرهای جذبی و ویژگی‌های منحصر به فرد هر یک، انتخاب مناسب‌ترین گزینه بر اساس نیازهای خاص پروژه می‌تواند به بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها کمک کند. به‌ویژه چیلرهای جذبی دو اثره و شعله مستقیم به دلیل کارایی و انعطاف‌پذیری بیشتر، گزینه‌های مناسبی برای تأمین سرمایش و گرمایش در شرایط مختلف به شمار می‌روند. این سیستم‌ها نه تنها در بهبود عملکرد انرژی مؤثر هستند، بلکه به توسعه پایدار و کاهش اثرات زیست‌محیطی نیز کمک می‌کنند.