فناوری جذبی از دیروز تا فردا- بخش سوم

مأخذ : نشریه تهویه و تبرید – خرداد 1383

شکل (12) مجموعه ی چیلر جذبی خورشیدی هوا-خنک 35 کیلوواتی را که به صورت نمونه ساخته شده است، نشان می دهد. اساساً یک چیلر تک منظوره ی هوا-خنک که از Carrol استفاده می کند، هزینه های ساخت کمتری داشته و با حذف برج خنک کننده برای کاربرد در اماکن کوچک (بین 10 تا 150 تن تبرید که معمولاً برج های خنک کننده در آنها استفاده نمی شوند)، هزینه های تعمیر و نگهداری بسیار کمتری خواهد داشت. به علت هزینه ی نسبتاً بالای یک مجموعه چیلر خورشیدی هوا-خنک (به علت قیمت بالای کلکتورهای خورشیدی در آن زمان)، فن آوری تک منظوره ی هوا-خنک در آن زمان به شکل تجاری مطرح نشد. همچنین در آن تاریخ، توجه به چیلرهای جذبی بر روی طراحی سیکل های دو منظوره ی مستقیم سوز به علت بازدهی بالای آنها متمرکز شده بود. خوشبختانه برای کاربرد BCHP در اندازه های کوچک، یک چیلر جذبی لیتیوم برماید/آب تک منظوره هوا-خنک در مواردی که برج های خنک کننده با کندانسورهای تبخیری امکان استفاده ندارند، یک انتخاب مناسب به شمار می آمد.

شاید وقت آن فرا رسیده بود که فن آوری شیمیایی لیتیوم برماید/آب خورشیدی از نوع هوا-خنک قدیمی با طراحی و ساخت چیلرهای جذبی لیتیوم بر ماید/آب هوا-خنک تک منظوره جدید با قیمت پایین تر که برای مصارف BCHP طراحی شده بود، به کار گرفته شود. متأسفانه مخلوط Carrol که در دستگاه های خورشیدی مورد استفاده قرار می گرفت، دارای پایداری دمایی مناسب برای کارکرد در دمای سیستم های دو منظوره نبود. همچنین، برخی سازندگان در برابر استفاده از مواد شیمیایی آلی در دستگاه های لیتیوم برماید/ آب از خود مقاومت نشان می دادند . حتی زمانی که خواص شیمیایی آن در چیلرهای جذبی خورشیدی که توسط Carrier ساخته شده بود ؛ کفایت لازم را از خود نشان داده بود. خوشبختانه طی سال های اخیر، تحقیقات انجام شده، ترکیبات شیمیایی معدنی را شناسایی نموده است که بررسی های آزمایشگاهی صورت گرفته بر روی آن‌ها نشان می دهد ، بایستی برای چیلرهای جذبی تک منظوره و دو منظوره هوا-خنک مناسب باشند. این امر، توجیه لازم برای انجام تحقیق و توسعه در زمینه طراحی و ساخت این فن آوری برای چیلرهای جذبی تک منظوره ارزان قیمت و همچنین چیلرهای جذبی دو منظوره هوا-خنک بر پایه لیتیوم برماید/آب را فراهم آورد.

چیلرهای جذبی سه کاره برای کاربرد اماکن تجاری بزرگ:

هدف سازمان انرژی آمریکا از «برنامه چیلرهای جذبی تجاری بزرگ »، ساخت چیلرهای سه منظوره بود که بتواند بازدهی سرمایشی را بین 30 تا 50 در صد در مقایسه با چیلرهای جذبی دو منظوره مشابه که در بازار موجود بودند، افزایش دهد. شکل (13) مصرف انرژی مربوط به چیلرهای جذبی تک، دو و سه منظوره را نشان می دهد. تا سال 2000 ، هیچ چیلر جذبی سه منظوره ای به صورت تجاری در بازار عرضه نگردید. فعالیت های قبلی انجام شده نشان داده است که سیکل های بسیاری وجود دارند که در بخش «سه منظوره ها » دسته بندی می شوند. یک سیکل سه منظوره «دو حلقه ای » توسط ORNL بر اساس برنامه سازمان انرژی امریکا تحت عنوان «پمپ های گرمایی که با دما فعال می شوند »، در سال 1988 ساخته شد. شرکت Trane لیسانس این فن آوری سه منظوره را در سال 1989 در اختیار گرفت. این شرکت در اوایل دهه 1990 میلادی با حمایت هایی که از سوی «انستیتو تحقیقات گاز » دریافت نمود، یک نمونه سیستم سه منظوره قابل بهره برداری ساخت که دارای ظرفیت بیش از 100 تن بود. هدف تعیین شده برای این محصول سه منظوره ی Trane افزایش 50 درصدی ضریب کارایی با افزایش هزینه ای کمتر از 25 در صد نسبت به چیلرهای دومنظوره موجود در بازار بود. در اواسط سال 2000 ، شرکت Trane اعلام کرد که یک محصول سه منظوره نمونه با ظرفیت 375 تن در اختیار دارد. این سیستم بر اساس قطعات سیستم دو منظوره ای که قبلاً تولیدشده بود و «خارج از پوسته » نامیده می شد، ساخته شده بود.

Trane موفق شد به ضریب کارایی ترمودینامیکی بیش از 1/ 6 (در مقایسه با 1/ 0 تا ½ برای سیستم های دو
منظوره با فن آوری معادل ) دست یابد که افزایشی 30 درصدی در ضریب کارایی به شمار می آید. این سیستم دارای یک ژنراتور با دمای 450 درجه سانتی گراد است که این سیستم سه منظوره را برای کاربرد با توربین های مختلف تولید نیرو و فن آوری های پیل سوختی برای کاربرد در BCHP مناسب می سازد. در اوایل دهه ی 1990 ، در زمانی که برنامه ی چیلر سه منظوره دارای حلقه ی دوگانه GRI/Trane در حال انجام بود، سازمان انرژی و ORNL مطالعاتی برای شناسایی فن آوری های سه منظوره جایگزین انجام می دادند. یک برنامه موازی برای ایجاد یک فن آوری جایگزین می توانست قابلیت ایالات متحده را برای تصاحب بازار چیلرهای سه منظوره بالاتر ببرد. فن آوری های جایگزین از قبیل سیکل های 6،5،4،3 و 7 منظوره به تفصیل بازنگری شدند.

یکی از روش های خاص سیکل سه منظوره که از فن آوری «جفت کندانسور » DDC بهره می گرفت، به عنوان بهترین جایگزین شناخته شده و امتیاز آن در سال 1993 در اختیار ORNL قرار گرفت. پیش بینی می شد که این سیکل سه منظوره بیش از 30 در صد بازدهی بیشتری از سیستم های دومنظوره معادل داشته باشد. شرکت YORK در یک پروژه مشترک با سازمان انرژی امریکا، یک چیلر سه منظوره غیرمستقیم سوز 450 تن را بر اساس سیکل DCC ساخته و به مرحله آزمایش گذاشت (شکل 14). از آنجایی که این سیستم، یک چیلر غیرمستقیم سوز است ؛ می تواند برای استفاده از گرمای بازیافت شده از یک توربین یا دستگاه تولید نیرو از نوع پیل سوختی در کاربردهای BCHP مناسب باشد. طراحی چیلر سه منظوره York بر اساس یک چیلر جذبی دومنظوره انجام شده است. چیلر سه منظوره غیرمستقیم سوز، برای حدود 2000 ساعت به کار گرفته شد و هیچ گونه تجمع مواد غیرقابل چگالش در بارهای مختلف در این مدت مشاهده نگردید. ضریب کارایی این سیستم بسیار نزدیک به مقادیر پیش بینی شده بود. بر اساس نتایج به دست آمده از آزمایشگاه صورت گرفته بر روی چیلر سه منظوره غیرمستقیم سوز، York و سازمان انرژی آمریکا شروع به ساخت یک چیلر جذبی سه منظوره مستقیم سوز 450 تنی کردند.

شکل (15) مدلی از یک چیلر سه منظوره مستقیم سوز را که در حال ساخت است ، نشان می دهد. این چیلر سه منظوره در County Clark (لاس وگاس) در مرکز دولتی نوادا در اواخر سال 2000 برای مشاهده وضعیت کارکرد آن در شرایط عملی نصب گردید.

یکپارچه سازی سیستم پمپ گرمایی GAX مسکونی:

رویکرد BCHP دست طراحی را باز می گذارد تا سیستم را با توجه به بهینه سازی یک قطعه ی خاص، بهینه سازی نماید. نسل بعدی چیلرهای جذبی آمونیاک/آب و پمپ های گرمایی که برای اماکن مسکونی و تجاری کوچک در نظر گرفته شده اند، به نام سیستم های (تبدیل حرارت جاذب-ژنراتور GAX9) نامیده می شوند. چیلرهای GAX در سال 1999 وارد بازار شدند و بازدهی آن‌ها 30 درصد بیش از چیلرهای جذبی آمونیاک/آب تک منظوره ی قبلی بود. در حال حاضر، ظرفیت های مختلفی از این سیستم ها از قبل چیلر GAX از نوع 3 و 5 تنی و سیستم های یکپارچه شده ی 20،15،10 و 25 تنی قابل دسترس اند.

چیلرهای GAX از نوع پمپ گرمایی سرمایشی / گرمایش نیز در حال ساخت هستند و خانواده ای از محصولات پمپ گرمایی GAX به بازار وارد خواهند شد و بازدهی گرمایش نمونه های اولیه ی پمپ های گرمایی 33 GAX درصد بیشتر از بهترین مشعل های گازی موجود بوده است. سیستم های GAX این قابلیت را دارند که 50 درصد بازدهی بیشتری نسبت به بهترین مشعل های گازی داشته باشند. انتظار می رود چیلرها و پمپ های گرمایی GAX به خوبی با پیل های سوختی و میکروتوربین ها برای کاربرد در اماکن مسکونی و تجاری کوچک، هماهنگ شود. پمپ های گرمایی GAX در دمای بین 380 تا 425 درجه فارنهایت (بسته به شرایط محیطی) کار کرده و می توانند با استفاده از گرمای هدررفته ی یک میکروتوربین با دمای بالاتر به کار گرفته شوند.

علاوه بر این، همان طور که در شکل (16) نشان داده شده است، می توان سیستم GAX را با استفاده از گرمای اضافه یک پیل سوختی با دمای کمتر، همراه یک ورودی گاز تکمیلی به کار انداخت. پمپ گرمایی GAX می تواند سرمایش و تولید آب گرم (یا حتی بخار) را به طور هم‌زمان برای ساختمان فراهم نماید. به علت خصوصیات منحصر به فرد سیکل GAX ، سیستم BCHP می تواند امکاناتی مانند برق، تهویه مطبوع، احیای مواد جاذب رطوبت برای رطوبت زدایی مستقیم فضای موجود و آب گرم را به طور هم‌زمان در ساختمان ایجاد نماید. این ترکیب BCHP قادر خواهد بود بازدهی بسیار بالایی در کاربردهای ساختمانی داشته باشد. با فرض هماهنگی مناسب برقی و گرمایی سیستم GAX-BCHP در ساختمان، بازدهی کلی سیستم پمپ گرمایی GAX-BCHP می تواند تا 100 درصد سوخت اولیه باشد که در نتیجه، این سیستم ها را تبدیل به پربازده ترین سیستم های موجود برای کاربردهای مسکونی و تجاری کوچک می نماید.

نتیجه گیری:

از اواسط دهه ی 1970 ، فن آوری جذبی بازار فروش خوبی در ایالات متحده داشته است؛ اما در آسیا، چیلرهای جذبی چیرگی مطلق در بازار چیلرهای تجاری بزرگ دارند. BCHP فرصت های مهمی برای بیشینه ساختن بازدهی سوخت به کمک تجهیزات جذبی موجود و یا بهینه سازی شده برای کاربردهای تجاری بزرگ در اختیار ما قرار می دهد. فن آوری جذبی پیشرفته، می تواند مزیت های بیشتری برای کاربردهای BCHP فراتر از آنچه که در محصولات چیلر جذبی تک منظوره و دومنظوره ی موجود قابل دسترسی هستند، ارائه نماید. چیلرهای سه منظوره که اخیراً طراحی شده اند ؛ ظرفیت سرمایشی بیشتری را با استفاده از گرمای بازیافت شده، برای کاربرد در ساختمان های تجاری بزرگ ایجاد می کنند. فرصت بیشتر برای فن آوری های پیشرفته دیگر در زمینه ی سیستم های جذبی برای توسعه ی کاربردهای بالقوه BCHP وجود دارد. خصوصاً پیدایش چیلرهای جذبی هوا-خنک کوچک تر (در اندازه های 10 تا 150 تن) و پمپ های گرمایی جذبی GAX ، بیشترین بازدهی ممکن در زمینه ی انرژی را ممکن می سازد.