چیلر جذبی چیست؟

چیلر جذبی یا ابزوربشن چیلر (Absorption chiller) سیستم تهویه مطبوعی است که بر اساس سیکل تبرید جذبی عمل می کند، این چیلرهای جذبی از انرژی گرمایی (شعله مستقیم گاز، آب داغ بخار آب داغ) به جای انرژی الکتریکی برای ایجاد برودت استفاده میکنند و سرمایش ایجاد شده برای محیط‌های ساختمانی و صنعتی را توسط سیستم فن کویل و هواساز به محیط مورد نظر تزریق میکنند.

در این مقاله از سری مقالات آسا تهویه قرار است تا به صورت مفصل به بررسی چیلرهای جذبی بپردازیم پس تا انتها همراه ما باشید.

چیلر جذبی یا چیلر ابزوربشن

در سیستم های تهویه مطبوع فرایند سرمایش معمولاً از طریق سیکل تراکمی یا سیکل جذبی انجام میشود، اجزای اصلی تشکیل دهنده سیکل تراکمی شامل کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و با اواپراتور می باشد که نیروی مورد نیاز برای گردش سیال در سیکل به وسیله کمپرسور تامین می شود.

بدیهی است که برای راه انداختن کمپرسور نیاز به مصرف انرژی الکتریکی می باشد حال در شرایطی که انرژی الکتریکی در دسترس نبوده یا استفاده از آن به صرفه نیست چه باید کرد؟

طراحان سیستم های تهویه مطبوع در این شرایط معمولاً از چیلرهای جذبی استفاده می‌کنند. برای درک بهتر تفاوت چیلر جذبی و چیلر تراکمی بهتر است ابتدا عملکرد سیکل تراکمی به طور خلاصه بررسی شود.

قبل از اینکه نحوه عملکرد سیکل تبرید تراکمی دو ویژگی منحصر به فرد چیلر جذبی؛ استفاده از انرژی حرارتی به جای انرژی الکتریکی مورد استفاده در چیلرهای تراکمی و مزیت دیگر چیلر جذبی سر و صدای کمتر به دلیل عدم استفاده از کمپرسور است.

سیکل تبرید چیلر های جذبی

در سیکل تبرید تراکمی ماده مبرد گرمای دفع شده را از اواپراتور جذب می‌کند و سپس توسط کمپرسور فشرده می‌شود. ماده مبرد خروجی از کمپرسور با فشار و دمای بالا وارد کندانسور می شود و گرمای خود را از طریق تبادل با محیط بیرون از دست می‌دهد. در نهایت ماده مبرد از شیر انبساط عبور می کند و فشار آن به شدت کاهش می یابد.

سیکل جذبی دارای دو تفاوت عمده نسبت به سیکل تراکمی میباشد؛ اول این که در سیکل جذبی به جای کمپرسور از یک مجموعه شامل ابزوربر، پمپ و ژنراتور استفاده می شود. همچنین در کنار ماده مبرد اصلی یک ماده مبرد ثانویه نیز در سیکل جذبی وجود دارد که معمولاً با نام ابزوربر شناخته می‌شود.

چیلر جذبی یا چیلر ابزوربشن از حرارت منتقل شده به ژنراتور به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کند. این چیلر با استفاده از منابع گرمایی مانند شعله مستقیم، آب داغ و بخار داغ آب خروجی از ساختمان یا تأسیسات را سرد کرده و برای سرمایش محیط های ساختمانی یا واحدهای صنعتی به فن کویل یا هواساز می‌فرستد.

در سیکل جذبی از جاذب یا ابزوربر به عنوان سیال ثانویه استفاده می‌شود؛ به طوری که جاذب، بخارات ایجاد شده در اثر تبخیر را به خود جذب می‌کند.

در هر سیکل جذبی و تراکمی ایجاد فشار بالا برای مورد به منظور تامین نیروی محرکه برای گردش آن در سیکل لازم است. در سیکل جذبی این فشار بالا به کمک یک ژنراتور که با گرما کار می کند، ایجاد می شود ولی در سیکل تراکمی برای بالا بردن فشار از کمپرسور و متراکم کردن مبرد استفاده می شود. بنابراین و در سیکل تراکمی این انرژی به صورت انرژی الکتریکی برای راه انداختن کمپرسور می باشد.

تقسیم بندی چیلر های جذبی

چیلرهای جذبی یا ابزورپشن و هم چنین مینی چیلرها معمولاً دارای ظرفیت سرمایشی بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ تن تبرید هستند. البته برخی شرکت های پیشرو توانسته اند به ظرفیت های بالای ۳۰۰۰ تن تبرید نیز برسند، چیلرهای جذبی به چند روش تقسیم بندی می‌شوند:

 نوع مبرد و جاذب در چیلر

• چیلر جذبی آب و آمونیاک: در این چیلر آمونیاک مبرد و آب جاذب می‌باشد.
• چیلر جذبی آب و لیتیم بروماید: در این چیلر آب مبرد و لیتیم بروماید جاذب است که در صنعت بیشتر از این نوع چیلر جذبی استفاده می‌شود.

نوع مکانیزم چیلر جذبی

• یک اثره
• دو اثره

نوع مولد گرمایی چیلر

• شعله مستقیم (Direct Fire)
• آب داغ
• بخار داغ

اگر اطلاعاتی درباره تن تبرید ندارید میتوانید مقاله تن تبرید چیست و چگونه باید آن را محاسبه کرد را مطالعه کنید تا به صورت مفصل این مفهوم را درک کنید.

نکته مهم برای درک فرآیند سیکل تبرید جذبی

بین فشار وارده بر سطح مایع و نقطه جوش رابطه مستقیم وجود دارد. این رابطه را می‌توان از پدیده های رزومره نیز درک کرد. مثلاً ساکنان مناطق کوهستانی و ارتفاعات معمولاً برای پخت غذا با مشکل مواجه می‌شوند. این پدیده به دلیل کاهش نقطه جوش در اثر کاهش فشار هوا در ارتفاعات می‌باشد. دقت شود که نقطه جوش پایین یعنی آب قبل از رسیدن به دمای لازم تبخیر می‌شود و آب گرمای کافی برای پختن غذا یا دم کردن چای را ندارد.

بنابراین اگر بتوان فشار وارد بر سطح مایع آنقدر پایین بیاوریم که آب در دماهای بسیار پایین که برای سرمایش مناسب است، تبخیر شود، می‌توان از ظرفیت نهان تبخیر برای جذب بیشتر گرما در مبدل حرارتی استفاده کرد. در نتیجه با کاهش فشار به ۰۱/۱ کیلوپاسکال که برابر ۰۱/۰ فشار اتمسفر است، آب همان خاصیت مبردهای معمول در سیکل تبرید تراکمی را پیدا می‌کند و گرما را از آب سرد جذب می‌کند و تبخیر می‌شود.

پس طراحی ناحیه ای که آب در آن تبخیر می‌شود یعنی اواپراتور باید به نحوی باشد که بتواند در فشار کمتر از اتمسفر و در خلاء نسبی کار کند. یکی از مشکلات چیلر جذبی همین فشار خلاء نسبی می‌باشد، زیرا در صورت داشتن یک نشتی جزئی، راندمان سیستم تبرید جذبی به شدت کاهش یافته و حتی در بعضی موارد چیلر جذبی از کار می‌افتد.

اجزای تشکیل دهنده چیلر جذبی و نحوه عملکرد آن چطور است؟

برای توضیح ساده تر در این قسمت چیلر جذبی با مبرد آب و جاذب لیتیم بروماید در نظر گرفته شده است، فرآیند سیکل جذبی با شرح عملکرد هریک از اجزای سیکل بررسی می‌شود. اجزای تشکیل دهنده سیکل جذبی شامل اواپراتور، جاذب (ابزوربر)، ژنراتور، کندانسور است؛ ابتدا باید به این نکته توجه شود که در سیستم های چیلر جذبی، اواپراتور و جاذب (ابزوربر) در یک محفظه قرار دارند و در قسمت زیرین چیلر جای می‌گیرند.

اواپراتور چیلر جذبی

اواپراتور نوعی مبدل حرارتی است که گرمای دفع شده از محیط داخلی به وسیله آب را به خود جذب کرده و آب را سرد می‌کند. نحوه ورود مبرد (آب) به اواپراتور در چیلرهای جذبی با تراکمی فرق می‌کند.

در چیلرهای تراکمی، مبرد با عبور از شیر انبساط از طریق پوسته مبدل در راستای لوله ها جریان می‌یابد؛ در صورتی که در چیلرهای جذبی آب ورودی به پوسته مبدل از طریق نازل ها بر روی لوله های اواپراتور پاشش می‌شود. به دلیل خلاء نسبی (فشار کمتر نسبت به اتمسفر) در اواپراتور، مبرد (آب) در دمای پایین در حدود  تبخیر می‌شود.

جاذب (ابزوربر) چیلر جذبی 

همانطور که گفته شده اواپراتور و ابزوربر در یک محفظه قرار داشته و فشار یکسانی دارند. برای تخلیه مبرد (آب) بخار شده باید از مواد جاذب رطوبت استفاده کرد. نمک ها برای گرفتن رطوبت بسیار مناسب هستند؛ مانند نمک طبیعی که به راحتی اب را جذب می‌کند و در آن حل می‌شود. به علت خاصیت حل شوندگی و جذب بالا و همچنین نداشتن اثر مخرب، استفاده از نمک لیتیم بروماید در چیلرها توصیه می‌شود. محلول غلیظ نمک لیتیم بروماید بخار آب موجود در محفظه را جذب خود می‌کند و یک محلول رقیق از لیتیم بروماید و آب تشکیل می‌شود. پمپ ابزوربر با مصرف برق بسیار کم، این محلول رقیق را به ژنراتور هدایت می‌کند.

از آنجایی که جذب آب در فرآیندی گرمازا انجام می‌گیرد، برای خنک کاری یک لوله حاوی آب برج خنک کننده از ابزوربر عبور می‌کند. برای انتقال حرارت بهتر معمولاً محلول لیتیم بروماید بر روی لوله های خنک کاری پاشیده می‌شود.

ژنراتور چیلر جذبی

در سیکل تبرید جذبی، ژنراتور همراه با کندانسور در قسمت بالای چیلر قرار می‌گیرند. بین کندانسور و ژنراتور یک سپر حرارتی قرار گرفته تا از انتقال حرارت از طریق دیواره بین آنها جلوگیری کند.

انتقال حرارت به ژنراتور معمولاً به سه روش شعله مستقیم، بخار داغ و آب داغ می‌تواند انجام گیرد. در شکل نحوه عملکرد سیکل تبرید جذبی از روش شعله مستقیم استفاده شده است.

در صورت استفاده از روش بخار داغ یا آب داغ، با عبور لوله های مسی از محلول لیتیم بروماید در ژنراتور، بخار یا آب داغ با محلول تبادل حرارت انجام می‌دهد. با انتقال حرارت به محلول لیتیم بروماید مبرد یا همان آب تبخیر می‌شود.

بنابراین، مبرد از محلول لیتیم بروماید جدا می‌شده و وارد ادامه سیکل تبرید (کندانسور) می‌شود. از طرف دیگر، محلول لیتیم بروماید به ابزوربر باز می‌گردد. به دلیل آسیب پذیری بشتر ژنراتور نسبت به سایر اجزای سیکل، طراحان جنس بدنه آن را از آلیاژ مس و نیکل انتخاب می‌کنند.

کندانسور چیلر جذبی

عملکرد چیلر های جذبی در دو فشار مختلف روی می‌دهد؛ قسمت فشار بالا شامل ژنراتور و کندانسور بوده و قسمت فشار پایین شامل اواپراتور و ابزوربر است. فشار عملکردی در ناحیه فشار پایین معمولاً در حدود ۰۱/۱ کیلوپاسکال و در ناحیه فشار بالا برابر ۳۴/۱۰ کیلوپاسکال است.

کندانسور در کنار ژنراتور در محفظه بالای چیلر قرار دارد. بخار آب تولید شده در ژنراتور به سمت کندانسور حرکت می‌کند. در بخش کندانسور این بخار توسط کویل آب سرد خنک کاری و تقطیر می‌شود. توجه شود که لوله آب خنک کاری قبل از ورود به کندانسور از ناحیه جاذب عبور می‌کند. آب تقطیر شده در تشتک زیر کندانسور جمع آوری شده و به اواپراتور منتقل می‌شود. آب هدایت شده به سمت اواپراتور در مسیر به یک اوریفیس برخورد می‌کند.

اوریفیس قطعه ای است که یک شیار باریک در ناحیه میانی دارد و از هم فشار شدن ناحیه فشار بالا و فشار پایین جلوگیری می‌کند. البته می‌توان از سیفون به جای اوریفیس استفاده کرد که در این صورت قسمت ابزوربر از اواپراتور و کندانسور می‌شود. با عبور آب از اوریفیس یا سیفون فشار آن کاهش پیدا می‌کند و به فشار محیط اواپراتور می‌رسد.

کاربردهای چیلر جذبی چیست؟

به دلیل مصرف برق پایین چیلرهای جذبی بسیار مورد توجه هستند. با این حال، مصرف گاز و پرتی آب موجود در سیستم خنک کاری بسیار زیاد است. به طور کلی از گرمای حاصل از مولدهای انرژی می‌توان برای ژنراتور چیلر جذبی استفاده کرد و هرچه انرژی حرارتی بیشتر باشد به بهبود راندمان چیلر جذبی کمک میکند.

از کاربردهای معمول چیلرهای جذبی یکی در پروژه هایی است که دسترسی به برق وجود ندارد و کاربرد دیگر در نیروگاههای مجهز به سیستم CHP است. سیستم CHP سیستمی است که با استفاده از آن برای مثال بتوان از یک نیروگاه، انرژی الکتریکی و گرمایی را هم زمان استحصال کرد.

با استفاده از چیلر می‌توان سیستم CHP را ارتقا بخشید و به سیستم CCHP تبدیل کرد؛ یعنی سیستمی که همزمان به تولید برق، گرما و سرما می‌پردازد و بازده بسیار بالای دارد. از مزایای دیگر چیلر جذبی میتوان به سروصدای کم، کاهش مصرف برق و ایجاد آلاینده ها و مخاطرات زیست محیطی کمتر اشاره کرد.

لیتیوم بروماید در چیلر جذبی

باوجود اینکه لیتیوم بروماید یا به عبارتی لیتیوم به عنوان عنصر قلیائی و برومایید از خانواده هالوژنها است، لیتیوم ها از دید خواص فیزیکی و شیمیایی تقریبا نزدیک به نمک طعام است که ترکیبی مناسب و پیادار می شاید. اما در هوای آزاد تجزیه نمی شود.

مشکلات چیلر جذبی

چیلرهای جذبی حتی در بهترین حالت، ضریب عملکردی (COP) بین ۳/۱ تا ۵/۱ دارند که ضریب عملکرد پایینی محسوب می‌شود. این چیلرها هم هزینه اولیه بالایی دارند و هم تعمیرات و نگهداری آنها پرهزینه است؛ نحوه نگهداری چیلرهای جذبی موضوع بسیار مهمی است. پدیده هایی مثل کریستالیزه شدن که مخصوص چیلرهای جذبی است، در صورت عدم توجه می‌تواند باعث از کار افتادگی چیلر شود.

چیلر های جذبی آسا تهویه

امیدواریم این مقاله برای شما مفید واقع شده باشد، در صورت تمایل برای خرید چیلرهای جذبی و اجرای پروژه های تهویه مطبوع هوا در تهران با محصولات هواساز و فن کویل و چیلر شرکت فنی مهندسی آسا تهویه با ما از طریق شماره تلفن های درج شده در سایت تماس بگیرید.