ماخذ : نشریه تهویه و تبرید – خرداد 1383

تاریخچه ی فناوری جذبی:

مبانی سرمایش جذبی در حدود سال 1777 کشف شده بود، اما اولین سیستم جذبی در سال 1850 با استفاده از اسیدسولفوریک توسط Carre Edmond ابداع گردید. Carre Ferdinand برادر وی، در سال 1859 یک سیستم تبرید آمونیاک /آب طراحی کرده و در 1860 اولین سیستم جذبی اقتصادی را در ایالات متحده امریکا به نام خود ثبت نمود. تا آخر قرن نوزدهم، چیلرهای جذبی بسیاری به منظور خنک کردن بخش های مختلف فرآیند در صنایع شیمی و پتروشیمی مورداستفاده قرار می گرفتند. با ظهور کمپرسورهای برقی و کم شدن قیمت برق، فروش چیلرهای جذبی تا سال 1930 کاهش یافته و بعد از این تاریخ، افزایش مجدد بهای برق بازار این چیلرها را احیا نمود. در سال 1936، تحقیقاتی در زمینه ی سرمایش جذبی به منظور کاربرد در تهویه مطبوع آغاز گردید. تا دهه ی 1960 ، 40 درصد از چیلرهای فروخته شده از نوع چیلرهای جذبی بوده اند در اوایل دهه ی 1970 ، کمبود گاز باعث فروش چیلرهای جذبی از 700000 تن در سال به کمتر از 5000 تن در سال گردید. یکی از اولین شرکت هایی که درزمینه ی تولید یخچال های برفی شروع به فعالیت نمود، شرکت Servel (مخفف عبارت Electrically Serve) بود که در سال 1902 تأسیس گردید. در سال 1925 ، شرکت Servel امتیاز یخچال جذبی گازی که توسط دانشجویان مهندسی سوئدی با نام های Munters.G Carl و Platen von Baltazar ابداع گردیده بود را خریداری نموده و با نام Electrolux AB به بازار عرضه نمود. یخچال جذبی جدید Electrolux در سال 1926 وارد بازار ایالات متحده گردید و شرکت Servel این یخچال جذبی را تا زمانی توقف تولید آن در دهه ی 1950 در مقیاس بسیار وسیعی به بازار عرضه نمود. شرکت های آمریکایی تا اواخر دهه ی 1960 ، صد در صد چیلرهای جذبی لیتیوم برماید /آب را در سطح دنیا با استفاده از چرخه ی جذبی تک منظوره ی 1 استاندارد عرضه نمودند. Trane تولید انبوه اولین چیلر جذبی دومنظوره ی
لیتیوم برماید/آب را که با بخار کار می کرد، در سال 1970 آغاز نمود. از این تاریخ به بعد، شاخص های متعددی فروش چیلرهای جذبی را تحت تأثیر قرار داده اند.

قیمت گاز طبیعی و همچنین نگرانی‌های موجود در رابطه با دسترسی به سوخت مناسب و سیاست‌های دولتی، باعث گردید که چیلرهای جذبی تولیدشده توسط امریکا در اواسط دهه‌ی 1970 تا دهه‌ی 1980 رو به کاهش نهد. از اوایل دهه‌ی 1990، فروش چیلرهای جذبی در ایالات متحده تا حدودی افزایش‌یافته است، اما استفاده از چیلر جذبی در کشورهایی مانند ژاپن، چین و کره از اواسط دهه‌ی 1970 به‌طور تصاعدی افزایش پیداکرده است. دلایل به وجود آورنده‌ی این پدیده‌ی رشد نابرابر در قاره‌ی آسیا بسیار پیچیده است، اما آنچه واضح است این است که جنبه‌ی اقتصادی انرژی صرف شده بین امریکای سنتی و آسیای مدرن، زمانی که مسئله‌ی فن‌آوری چیلرهای تجاری در میان است، کاملاً متفاوت خواهد بود. امروزه در بسیاری از بخش‌های آسیا، تعبیه یک چیلر آب برقی، نه‌تنها نیازمند بخش‌های اصلی تاسیسات مربوطه، لوله، پمپ‌ها، برج خنک‌کننده، به بویلر و گرمایش مربوطه است، بلکه نیازمند سیم‌کشی‌های مربوط به مبدل‌های الکتریکی و ظرفیت تولید برق لازم برای تأمین نیاز این تاسیسات نیز هست؛ بنابراین، به‌سادگی می‌توان دید چرا نصب تاسیسات گرمایش/سرمایش جذبی در آسیا بسیار مقرون‌به‌صرفه تر است.

فناوری جذبی

 

انرژی‌های جدید در آمریکا:

بازسازی انرژی در امریکا، همراه با پیشرفت‌های اقتصادی منجر به تحولات عظیمی‌شده است. سازمان انرژی و سازمان صنایع الکترونیک امریکا پیش‌بینی نموده‌اند که بیش از 360 گیگاوات انرژی الکتریکی برای برآورده ساختن نیازهای آینده و جبران نیروگاه‌هایی که به پایان عمر خود می‌رسند ؛ بایستی به ظرفیت  نیروگاه‌های این کشور اضافه شود. این کمبود انرژی الکتریکی همچنین اصلی‌ترین دلیل افزایش قیمت انرژی الکتریکی است. بازسازی انرژی الکتریکی همچنین دلیل اصلی تلاش‌های انجام‌شده در زمینه‌ی سیستم‌های «گرما و انرژی ترکیبی CHP 2» در اروپای دهه‌ی گذشته و «انرژی، گرمایش و سرمایش ساختمان BCHP» در امریکا بوده است.

تأثیر BCHP و نوآوری‌های جدید بر روی فن‌آوری جذبی:

فن‌آوری جذبی در طول 150 سال گذشته، اماکن مسکونی، تجاری و صنعتی را با استفاده از فناوری تبرید و تهویه‌ی مطبوع تجهیز نموده است . سیستم‌های جذبی، مشکلاتی را حل کردند که در صورت عدم پیدایش این سیستم‌ها، هرگز قابل‌حل نبودند. در 1850، این سیستم تنها فن‌آوری موجود به شمار می‌آمد. در سال 1926، یخچال‌های تبریدی، راه‌حل مناسبی برای کاهش تلفات روز افزون ناشی از یخچال‌های دارای سیستم فشرده‌سازی بخار (کمپرسور) اولیه – به علت سمی بودن گازهایی مانند دی‌اکسید گوگرد، متیل کلرید و آمونیاک در کمپرسور مکانیکی یخچال‌های خانگی از سال 1918 به کار می‌رفت – به شمار می‌آید. چیلرهای لیتیوم برماید-آب، کاربرد مناسبی از بخار قابل‌دسترس از «حلقه‌های بخار» در تابستان به شمار آمده و محصولات بسیار مقرون‌ به‌ صرفه‌ای بودند. موفقیت فن‌آوری HCHP به علت دو عنصر کلیدی زیر است:

• بهینه‌سازی بازیافت انرژی گرمایی از تجهیزات تولید نیروی موجود در محل نصب
• یکپارچه‌سازی مقرون‌ به‌ صرفه‌ی سیستم‌های بازیافت/استفاده‌کننده از گرما. عنصر اول، جامعه‌ی سازندگان ، این دستگاه‌ها را بر روی تمام جنبه‌های مربوط به بازدهی سیستم با ترکیب فن‌آوری‌ها با به‌کارگیری روش های نوآورانه‌ی مهندسی، به‌صورت یکپارچه درآورد. این فرآیند به نتایج زیر منجر گردید:
• بررسی مرکز تولید انرژی موجود که می‌توانستند از فرآیند یکپارچه‌سازی با چیلرهای جذبی بهره‌مند شوند مانند خنک کردن ورودی توربین گاز
• توجه متمرکز بر روی تاسیسات پیشرفته‌ی چیلر/هیتر از نوع مستقیم سوز
• برنامه‌ریزی برای تاسیسات جدید برای کاربرد همراه با چیلرهای جذبی موجود از جمله موتورهای IC، توربین‌های گازی، میکرو توربین‌ها و پیل‌های سوختی
• پیدایش فن‌آوری‌های جدید جذبی به علت نیازهای جدید مطرح‌شده توسط BCHP مانند پیدایش نسل بعدی سیستم‌های جذبی تک منظوره، پیدایش سیستم‌های میکرو توربین و جذبی هم سوخت، پیدایش طرح‌هایی از چیلرهای آب از نوع لیتیوم برماید-آب از نوع هواخنک و پیدایش سیستم ترکیبی آمونیاک /آب/جاذب رطوبت در اماکن مسکونی.

خنک کردن ورودی توربین گازی:

توربین‌های احتراقی، موتورهای نوع جریان جرمی هستند. در این سیستم‌ها، توان خروجی با درجه حرارت هوای ورودی نسبت عکس دارد. هوای خنک‌تر، دارای چگالی بیشتری بوده و در نتیجه جریان جرمی بیشتری ایجاد می‌کند. به ازای کاهش 20 درجه سانتی گراد در دمای هوای ورودی، خروجی بین 10 تا 18 درصد افزایش می‌یابد. از نقطه‌نظر تاریخی، سرمایش تبخیری زمانی که دمای هوا به‌صورت درصدی از تفاوت دمای حباب خشک و حباب‌تر کاهش می‌یابد، مورد استفاده قرار می‌گرفته است. این امر بدین معنی است که در مناطق نسبتاً مرطوب، این روش کارایی چندانی ندارد؛ اما حتی در مناطق گرم و نسبتاً خشک نیز، افت دما به این روش حدود 25 درجه فارنهایت خواهد بود. برای مثال، سرد کردن هوای ورودی به سیستم توربین گازی از 110 درجه فارنهایت به 50 درجه فارنهایت، توان خروجی توربین را تا 60 درصد، بسته به نحوه‌ی کارکرد توربین، افزایش خواهد داد.

سرد کردن مبرد ورودی:

سرد کردن مبرد ورودی برای بهبود توان در شرایط بار پایه 7 به کار می‌رود. از آنجایی که سرد کردن بایستی به‌طور مستمر ایجاد شود، یک چیلر (جذبی یا مکانیکی) و یا یک سیستم مبرید مستقیم در این مورد استفاده می‌شود. یک چیلر درون خطی، یک مبرد ثانویه (مانند گلیکول یا آب) را در کویل‌های سرمایشی در جلوی توربین به گردش درمی‌آورد. این سیستم از یک چیلر جذبی یا چیلر فشرده‌ساز بخار، کندانسورهای خنک شونده با آب برج خنک‌کننده و کویل‌های خنک‌کننده استفاده می‌کند. چیلرهای جذبی معمولاً هوای ورودی را تا 50 درجه فارنهایت خنک می‌کنند . این دما معمولاً به‌اندازه‌ی کافی پایین هست تا بهره‌ی بالقوه در توان خروجی توربین گازی را به حداکثر برساند. اگر ظرفیت بیشتری برای توربین مورد نیاز باشد، چیلرهای جذبی پیشرفته‌ی امروزی می‌توانند هوای ورودی را تا 42 درجه فارنهایت نیز خنک کنند. سرد کردن هوای ورودی تا دمای کمتر از 42 درجه فارنهایت توصیه نمی‌شود ؛ زیرا می‌تواند منجر به یخ‌زدگی در سیستم شود ؛ مگر این‌که هوای به کار رفته به‌اندازه‌ی کافی رطوبت‌زدایی شده باشد. یک سیستم تبرید مستقیم، از کمپرسور، کندانسور، یک سیستم سیرکولاسیون مجدد با فشار بالا و کویل‌های خنک‌کننده بهره می‌گیرد. مبرد ورودی صرف‌نظر از دمای هوا شده و بدین ترتیب باعث ایجاد توان خروجی ثابت می‌شود. همچنین مقدار رطوبت را در هوای ورودی ثابت نگه‌داشته و کنترل گازهای Nox را تسهیل می‌نماید.

تزریق مستقیم آب:

سرد کردن هوای ورودی به روش تبخیری با اسپری کردن مستقیم آب، روشی نسبتاً ساده و ارزان برای افزایش توان خروجی تاسیسات فعلی توربین‌های گازی به شمار می‌آیند. روش کار بسیار ساده است ؛ یک پمپ فشار بالا، آب را تحت‌فشار زیاد قرار می‌دهد (برای کاربرد در توربین‌های گازی، معمولاً از آب بدون یون استفاده می‌شود). فشار کارکرد معمول برای این منظور بین i 1000-3000 psiدر نظر گرفته می‌شود. آب فشار بالا از بین شبکه‌ای از لوله‌های فولاد ضدزنگ عبور کرده و به نازل‌های خاصی منتهی می‌شود. این نازل‌ها، آب را به‌صورت ذرات بسیار ریز و ابر مانند (اتمایز شده) درمی‌آورند که به‌سرعت می‌تواند تبخیر گردد.