چیلر جذبی چیست؟
در یک روز گرم تابستانی در دهه ۱۹۲۰، مهندس جوانی به نام ویلیس کریر (Willis Carrier) در کارگاه خود عرق‌ریزان مشغول کار بود. او که از گرمای طاقت‌فرسا به ستوه آمده بود، رؤیای ساخت دستگاهی را در سر می‌پروراند که بتواند هوا را خنک کند. این رؤیا سرآغاز انقلابی در صنعت تبرید (refrigeration industry) شد که تا امروز ادامه دارد. امروزه، نوادگان فکری کریر همچنان در پی نوآوری هستند. یکی از شگفت‌انگیزترین دستاوردهای این تلاش‌ها، چیلرهای جذبی (absorption chillers) است که ماهرانه گرما را به سرما تبدیل می‌کنند.
اصول کار و اجزای چیلرهای جذبی
چیلرهای جذبی، برخلاف اجداد تراکمی (Compression chiller) خود که با ولع برق می‌خورند از گرما تغذیه می‌کنند. آن‌ها همچون کیمیاگرانی هستند که «سنگ فلاسفه» خود را یافته‌اند؛ اما بهجای تبدیل سرب به طلا، گرمای ناخواسته را به خنکای مطلوب تبدیل می‌کنند.
فرایند اصلی این سیستم شگفت‌انگیز، هماهنگی ظریف میان آب و لیتیوم بروماید (lithium bromide) است. این زوج در چهار مکان اصلی به کار خود می‌پردازند که شامل ژنراتور (Generator)، کندانسور (Condenser)، اواپراتور (Evaporator) و جاذب (Absorber) است.
- ژنراتور (Generator): در اینجا مخلوط آب و لیتیوم بروماید که از جاذب به اواپراتور پمپاژ شده‌اند با منبعی حرارتی مانند آب گرم یا بخار روبرو می‌شوند و آب به دلیل گرما تبخیر و از صحنه خارج می‌شود؛ اما لیتیوم بروماید که یک نوع نمک است، به دلیل وزن خود همانجا باقی می‌ماند.
- کندانسور (Condenser): بخار آب حاصل از مرحله قبلی به کندانسور منتقل می‌شود و در آنجا به‌منظور آمادگی برای نقش بعدی خود، آرام و خنک شده و به مایع تبدیل می‌شود.
- اواپراتور (Evaporator): اینجا بخش اصلی فرایند ما است. آب مایع در فشاری پایین به‌سرعت تبخیر می‌شود و درنتیجه گرما را می‌بلعد و سرما به ارمغان می‌آورد.
- جاذب (Absorber): در بخش آخر، بخار آب به آغوش لیتیوم بروماید بازمی‌گردد. این وصال دوباره، مقدمه‌ای برای شروع مجدد این بازی است.
این فرایند شگفت‌انگیز راه‌حلی هوشمندانه برای چالش‌های زیست‌محیطی نیز به شمار می‌رود. در جهانی که با بحران انرژی و تغییرات اقلیمی (climate change) دست‌وپنجه نرم میکند، چیلرهای جذبی به‌خاطر استفاده از گرما بهجای برق به گزینه‌ای مناسب برای شرایطی که ضایعات حرارتی در دسترس است یا برق گران و نامطمئن است، تبدیل شده‌اند.
مقایسه چیلرهای جذبی و تراکمی
این روزها چیلرهای جذبی و تراکمی، دو شوالیه صنایع برودتی جهان محسوب می‌شوند و هرکدام با سلاح و زره خاص خود، برای تسخیر قلمرو سرما به رقابت می‌پردازند. بیایید نگاهی دقیق‌تر به این دو رقیب دیرینه بیندازیم و ببینیم هر کدام چه اسراری در آستین دارند.
منبع انرژی:
چیلر تراکمی مانند یک ماهی برق‌آبی تشنه انرژی الکتریکی است و با برق کار میکند. در مقابل، چیلر جذبی مانند یک کیمیاگر است که از گرمای موجود، اکسیر سرما می‌سازد. این کیمیاگر ماهر می‌تواند از هر منبع گرمایی – از بخار گرفته تا آب داغ و حتی گرمای به‌ظاهر بی‌ارزش صنعتی – برای خلق سرمایش بهره ببرد.
بهرهوری انرژی (Energy efficiency):
چیلر جذبی همچون رابین‌هود عمل میکند؛ از ثروتمندان (گرمای اضافی) می‌گیرد و به فقرا (محیط‌های نیازمند سرما) می‌بخشد. این سخاوتمندی باعث می‌شود هزینه‌های عملیاتی به طرز چشمگیری کاهش یابد. اما چیلر تراکمی مانند یک اشراف‌زاده پرخرج، همواره تشنه برق بیشتر است و این ولخرجی می‌تواند کیسه صاحبش را خالی کند.
صدا و عملکرد:
چیلر تراکمی را می‌توان به یک آهنگر پرسروصدا تشبیه کرد که مدام با پتک بر سندان می‌کوبد. در مقابل، چیلر جذبی همچون یک موسیقیدان ماهر عمل میکند که با نوای ملایم سازش، سمفونی سکوت را می‌نوازد. این ویژگی، چیلر جذبی را به محبوب مکان‌های نیازمند آرامش، مانند بیمارستان‌ها و هتل‌ها تبدیل کرده است.
نگهداری و تعمیرات:
چیلر جذبی را می‌توان به یک راهب بودایی تشبیه کرد؛ ساده، کم‌توقع و نیازمند حداقل مراقبت. در مقابل، چیلر تراکمی بیشتر شبیه یک ماشین مسابقه پیچیده است که نیاز به تنظیم و نگهداری مداوم دارد. این تفاوت در پیچیدگی می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر هزینه‌های بلندمدت داشته باشد.
اثرات زیست‌محیطی (Environmental impacts):
در نهایت، چیلر جذبی همچون یک درخت تنومند عمل میکند که با استفاده از آب، نفسی خنک به محیط می‌بخشد. اما تراکمی با استفاده از مبردهای شیمیایی (chemical refrigerants)، بیشتر شبیه یک کارخانه کوچک است که می‌تواند اثرات نامطلوبی بر محیطزیست داشته باشد.
همان‌طور که دیدید هرکدام نقاط قوت و ضعف خود را دارند و می‌توانند در مکان‌های مناسب کاراتر باشند. آنچه مهم است شناخت دقیق محیط و نیازهای خاص و انتخاب چیلر مناسب برای آن نیازها است.
انواع چیلرهای جذبی
چیلرهای جذبی همچون قبایل متنوعی هستند که هرکدام اصول و ویژگی‌های خود را دارند و به روش خود با گرما مقابله می‌کنند. در ادامه به سراغ این قبایل می‌رویم و ویژگی‌های آن‌ها را بررسی می‌کنیم.
الف: انواع براساس نوع منبع حرارتی
۱. سوخت طبیعی: این دسته که به چیلرهای با سوخت یا گاز طبیعی (Natural gas) معروف است، مستقیماً از آتش تغذیه میکند. در مکان‌هایی که گاز فراوان و برق کمیاب است، این قبیله بسیار کارآمد هستند.
۲. آب گرم: این دسته نیز به چیلرهای آب گرم (hot water chillers) شهرت دارد از جوشش آب گرم، خنکای دلپذیر می‌سازند. آن‌ها در مناطقی که آب گرم دردسترس است، بیشترین قدرت را دارند.
۳. بخار: این دسته که به نام چیلرهای با بخار (steam chillers) شناخته می‌شود، مانند ارواحی هستند که از بخار تغذیه می‌کنند. آن‌ها در قلمرو صنایع بزرگ و کارخانه‌ها، جایی که بخار فراوان است قدرتمندترین هستند.
۴. همه‌چیزخواران انرژی: این دسته چندمنظوره که به چیلرهای چند انرژی (multi-energy chillers) معروف است، قادر است تا از هر نوع منبع حرارتی تغذیه کند. آن‌ها می‌توانند از هر چیزی – از گازهای داغ گرفته تا آب گرم و بخار – سرما خلق کنند.
ب: براساس طراحی تکنولوژیکی
۱. تک‌اثره (single-effect chillers): مانند شمشیرزنانی هستند که با یک ضربه دقیق، گرما را شکست می‌دهند؛ به این معنی که در آن‌ها محلول جاذب تنها یک‌بار توسط منبع حرارتی گرم می‌شود. این چیلرها دارای ضریب عملکرد (COP) پایین‌تری هستند (حدود ۰.۶ تا ۰.۸) و معمولاً در مکان‌هایی که نیاز سرمایشی کمتر دارند استفاده می‌شوند.
۲. دواثره (double-effect chillers): دارای دو مرحله گرم‌شدن محلول جذبکننده هستند و به همین دلیل ضریب عملکرد بالاتری دارند (حدود ۱.۰ تا ۱.۲). این چیلرها برای جاهایی که نیاز سرمایشی بالاتر و کارایی بیشتری دارند مناسب هستند.
۳. سه‌اثره (triple-effect chillers): دارای سه مرحله گرم‌شدن محلول جذبکننده هستند و بالاترین ضریب عملکرد را دارند. این چیلرها به دلیل پیچیدگی و هزینه‌های بالاتر، تنها برای نیازهای حیاتی مورداستفاده قرار می‌گیرند.
هرکدام از این دسته‌ها مزایای منحصربه‌فرد خود را دارند. یک فرمانده خردمند باید بداند که چگونه از هرکدام در جای مناسب خود استفاده کند تا در این نبرد ابدی علیه گرما پیروز شود و بهرهوری انرژی را به حداکثر برساند.
مزایای چیلرهای جذبی
– بهرهوری انرژی بالا: استفاده از منابع حرارتی مانند بخار، آب گرم یا ضایعات حرارتی بهجای برق.
– عملکرد بیصدا: نبود کمپرسور باعث کاهش سروصدا و ایجاد محیطی آرام‌تر می‌شود.
– نگهداری کم: داشتن قطعات متحرک کمتر و کاهش نیاز به تعمیرات مکرر.
– سازگاری با محیطزیست: استفاده از آب به‌عنوان مبرد که به کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک میکند.
– کاهش هزینه‌های عملیاتی: امکان استفاده از ضایعات حرارتی و کاهش مصرف برق.
– طول عمر بالا: ساختار ساده و قطعات کمتر، طول عمر بیشتر را تضمین میکند.
– قابلیت استفاده از منابع انرژی متنوع: می‌توان از ترکیب منابع حرارتی مختلف استفاده کرد.
چالش‌ها و ملاحظات چیلرهای جذبی
– هزینه اولیه بالا: قیمت خرید و نصب بالاتر نسبت به چیلرهای تراکمی.
– بازدهی کمتر: ضریب عملکرد (COP) پایین‌تر نسبت به چیلرهای تراکمی با بازدهی بالا.
– فضای موردنیاز: نیاز به فضای بیشتر برای نصب و عملکرد بهینه.
– حساسیت به شرایط محیطی: کارایی کمتر در شرایط دمایی خاص و نیاز به‌دقت بیشتر در کنترل شرایط.
– پیچیدگی سیستم: نیاز به دانش فنی و تخصص برای طراحی، نصب و نگهداری.
– زمان راه‌اندازی طولانی‌تر: زمان بیشتری برای شروع به کار و رسیدن به حالت پایدار نیاز دارد.
– محدودیت‌های کاربردی: ممکن است در برخی کاربردها و شرایط خاص کارایی لازم را نداشته باشد.
سوالات متداول
۱. چیلر جذبی چگونه کار میکند؟
– چیلر جذبی با استفاده از حرارت (بهجای برق) برای تبخیر مبرد و جذب آن توسط جذبکننده، فرایند سرمایش را انجام میدهد.
۲. مزایای اصلی چیلرهای جذبی چیست؟
– بهرهوری انرژی بالا، عملکرد بیصدا، نگهداری کم و سازگاری با محیطزیست از مزایای اصلی چیلرهای جذبی هستند.
۳. آیا چیلرهای جذبی نیاز به نگهداری خاصی دارند؟
– به دلیل داشتن قطعات متحرک کمتر، چیلرهای جذبی نیاز به نگهداری کمتری نسبت به چیلرهای تراکمی دارند.
۴. چیلر جذبی برای چه کاربردهایی مناسب است؟
– این چیلرها برای محیطهایی با ضایعات حرارتی یا جایی که برق گران یا نامطمئن است، مناسب هستند.
۵. هزینه اولیه چیلرهای جذبی چگونه است؟
– هزینه اولیه چیلرهای جذبی معمولاً بالاتر از چیلرهای تراکمی است، اما هزینه‌های عملیاتی کمتری دارند.
