مقایسه چیلر تراکمی و چیلر جذبی

چیلر در لغت به معنی آب‌سردکن است و در کاربردهای صنعتی یا تهویه مطبوع از آن استفاده می‌شود. چیلرها به دو دسته چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی تقسیم می‌شوند؛ این دو نوع چیلر تفاوت اساسی در ساختار و کارکرد دارند و انتخاب چیلر مناسب باید بر اساس نوع کاربرد به‌درستی انجام شود. در این مقاله، مقایسه چیلر تراکمی و جذبی از نظر میزان مصرف انرژی و عملکرد به‌طور کامل بررسی می‌شود.

تفاوت سیکل تبرید جذبی و تراکمی

تمام تجهیزات سرمایشی عملکردی شبیه اسفنج دارند: می‌توانیم اسفنج را در سطل آب فرو ببریم و سپس آب را در سطل دیگری خالی کنیم تا آب را جابه‌جا کرده باشیم؛ تجهیزات برودتی هم گرما را از یک سمت جذب و به سمت دیگر دفع می‌کنند. در چیلرهای تراکمی و جذبی، گرما در اواپراتور جذب و در کندانسور، به‌وسیله برج خنک‌کننده، به محیط بیرون دفع می‌شود. در مثال جابه‌جایی آب، دست ما نقش نیروی محرکه را داشت؛ اما در چیلرهای تراکمی، این نیرو توسط انرژی الکتریکی به کمپرسور می‌رسد و کمپرسور این وظیفه را انجام می‌دهد. در چیلرهای جذبی، مبرد به‌وسیله جذب در ابزوربر و غلیظ‌شدن و گرفتن گرما در ژنراتور، باعث انتقال بخار مبرد از محفظه اواپراتور به محفظه کندانسور می‌شود؛ در واقع ابزوربر همان کاری را می‌کند که مکش کمپرسور انجام می‌دهد، و ژنراتور هم مانند دیسشارژ کمپرسور، با افزایش دمای مبرد، انتقال گرما را فراهم می‌کند.

بزرگ‌ترین اختلاف در چرخه چیلرهای جذبی و تراکمی از همین‌جا آغاز می‌شود: کمپرسور با انجام کار مکانیکی و مصرف انرژی الکتریکی، مبرد را جابه‌جا و چرخه سرمایش را کامل می‌کند؛ در حالی که در چیلرهای ابزوربشن، این چرخه با استفاده از واکنش‌های شیمیایی در مجاورت گرما کامل می‌شود.

مقایسه سیکل تبرید جذبی و تراکمی

مزایا و معایب چیلرهای جذبی و تراکمی

چیلرهای جذبی، به دلیل نوع مبرد و همچنین نداشتن وسیله مکانیکی حجیمی مثل کمپرسور، در ظرفیت‌های برابر نسبت به چیلر تراکمی کم‌حجم‌تر هستند و جای کمتری اشغال می‌کنند؛ در قالب یک دستگاه واحد می‌توانند تا ۱۵۰۰ تن تبرید ظرفیت داشته باشند، در حالی که یک چیلر تراکمی با کمپرسور سیلندر پیستونی حداکثر تا ۳۰۰ تن تبرید ظرفیت دارد. بنابراین در پروژه‌های بزرگ با نیاز سرمایشی زیاد، چیلرهای جذبی در مجموع حجم کمتری اشغال می‌کنند؛ برای مثال در پروژه‌ای با نیاز سرمایش ۲۰۰۰ تن تبرید، استفاده از دو چیلر جذبی ۱۰۰۰ تنی به‌جای ده چیلر تراکمی منطقی‌تر است. با این حال تعدد چیلر مزایای خاص خودش را هم دارد؛ در بارهای جزئی، امکان کنترل بهتری فراهم می‌شود. از آنجا که چیلر برای بدترین شرایط گرمایی انتخاب می‌شود، در مواقع غیر از اوج بار، مصرف به‌صورت جزئی است و با کنترل موردی چیلرها یا خاموش‌شدن کمپرسورها می‌توان کنترل ظرفیت دقیق‌تری داشت؛ هرچند کنترل ظرفیت در چیلرهای جذبی و تراکمی هر دو به‌صورت موردی هم قابل انجام است، اما دامنه عملکرد لزوماً منطبق با نقطه بهینه سیستم نخواهد بود.

در هر حال، باید بین همه این موارد — سطح اشغال فضا، روش کنترل بار جزئی، سرمایه اولیه و هزینه‌های تعمیر و نگهداری — به نقطه بهینه رسید؛ به‌طور مطلق نمی‌توان هیچ‌یک از این مزایا و معایب را به‌تنهایی مبنای تصمیم‌گیری قرار داد.

چیلرهای تراکمی به دلیل کار مکانیکی کمپرسور، سروصدا و ارتعاش بیشتری دارند؛ در حالی که چیلرهای جذبی نسبت به آن‌ها ساکت‌تر هستند. در کاربردهایی که محل موتورخانه باید از آلودگی صوتی دور باشد، این تفاوت باید در انتخاب نوع چیلر لحاظ شود؛ برای اطلاعات بیشتر می‌توانید راهکارهای کاهش صدای چیلر را هم مطالعه کنید.

ماده مبرد چیلرهای جذبی آب مقطر است که به وفور در طبیعت یافت می‌شود؛ در حالی که فریون‌های چیلرهای تراکمی از نوع کلروفلوروکربن‌ها هستند که آثار زیان‌بار زیادی روی محیط زیست، از جمله آسیب به لایه ازن، دارند. البته در چیلرهای جذبی، علاوه بر آب مقطر به‌عنوان مبرد، از لیتیوم بروماید به‌عنوان جاذب استفاده می‌شود؛ لیتیوم بروماید به‌خودی‌خود سمی نیست، اما مواد ضدخورنده افزوده‌شده به آن، مانند لیتیوم کرومات و نیترات، بسیار سمی و خطرناک هستند و باید از تماس مستقیم با آن‌ها جلوگیری شود. در چیلرهای جذبی، به دلیل مصرف گرمای حاصل از سوزاندن سوخت‌های فسیلی، نقش قابل‌توجهی در گرمایش جهانی هم دارند، به‌ویژه در صورت نگهداری نامناسب و عدم تنظیم صحیح مشعل‌ها.

تفاوت سیکل چیلر تراکمی و جذبی

تمایز آشکار چیلرهای تراکمی و جذبی، موضوع مصرف و تامین برق است. در سیستم‌های تراکمی، برای تامین هر تن تبرید تقریباً بین ۰.۸ تا ۱ کیلووات توان الکتریکی موردنیاز است؛ در ظرفیت‌های زیاد، همین تفاوت سهم بسزایی در برتری چیلرهای جذبی نسبت به تراکمی دارد. برای مثال، پروژه‌ای که به ۵۰۰ تن تبرید نیاز دارد، در صورت استفاده از چیلر تراکمی، فارغ از سایر اجزا، باید انشعاب الکتریکی بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلووات (معادل ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ آمپر) برای آن در نظر گرفته شود؛ در حالی که چیلر جذبی با همین ظرفیت سرمایشی، نهایتاً به ۱۵ کیلووات یا ۳۰ آمپر نیاز دارد. این اختلاف بسیار مهم است، زیرا تامین انشعاب سنگین برق برای چیلر تراکمی هزینه و محدودیت‌های خاص خودش را دارد: اول، هزینه نسبتاً بالای خرید انشعاب برق نسبت به انشعاب گاز؛ دوم، دسترسی به انرژی — برای مثال در نیروگاه‌ها که انرژی گرمایی به وفور در دسترس است، یا در بیمارستان‌ها که از بخار در بخش‌هایی مثل لاندری استفاده می‌شود، چیلر جذبی گزینه مناسب‌تری است. در مقابل، در مصارف مسکونی، چیلرهای تراکمی به دلیل راحتی نگهداری و در برخی مناطق هزینه بالای گاز، می‌توانند مناسب‌تر باشند. برای بررسی دقیق‌تر چیلرها از نظر بازدهی، مصرف انرژی و مصرف آب، در ادامه به‌تفصیل می‌پردازیم.

مقایسه راندمان انواع چیلرهای جذبی و تراکمی

برای بررسی دقیق چیلرها، باید انواع چیلرهای جذبی و انواع چیلرهای تراکمی دسته‌بندی و بررسی شوند.

• چیلر جذبی تک‌اثره
• چیلر جذبی شعله مستقیم و سایر انواع چیلر جذبی

• چیلر تراکمی هواخنک (از جمله چیلر تراکمی اسکرال)
• چیلر تراکمی آب خنک

یکی از عوامل مهم در انتخاب چیلر، راندمان یا COP است. COP برابر است با گرمای گرفته‌شده تقسیم بر کار انجام‌شده (که همان کار کمپرسور است).

COP=Q/W

IPLV

برای انتخاب چیلر، آن را بر حسب مقدار بار برودتی بیان می‌کنیم؛ اما بیشتر کارکرد چیلر در حالت پارت‌لود است. به همین دلیل، برای بررسی دقیق‌تر بازدهی چیلر، از پارامتری تحت عنوان IPLV استفاده می‌شود؛ IPLV در واقع COP چیلر تحت بارهای جزئی ۷۵، ۵۰ و ۲۵ درصد است.

محاسبه IPLV

حال ظرفیت ۲۱۰ تن تبرید واقعی را انتخاب کرده و به بررسی بازدهی چیلرها می‌پردازیم.

بررسی IPLV چیلر جذبی تک‌اثره

برای بررسی COP چیلر جذبی، مقدار IPLV چیلر جذبی تک‌اثره به استناد کاتالوگ شرکت YORK برای چیلر تک‌اثره بخار مدل YIA، با در نظر گرفتن شرایط استاندارد کاری آن، ارائه شده است.

چیلر جذبی تک اثره بخار

IPLV چیلر جذبی تک اثره

بررسی IPLV چیلر جذبی دو‌اثره

COP چیلرهای جذبی، به‌ویژه مدل‌های تک‌اثره، معمولاً پایین‌ترین رقم در بین تمام چیلرهاست؛ اما چیلرهای جذبی دو‌اثره، به دلیل پیشرفت در طراحی و استفاده بهینه‌تر از انرژی هدررفت، COP بالاتری دارند. برای بررسی بیشتر مفهوم IPLV، مقاله انتخاب چیلر را هم مطالعه کنید.

برای تعیین IPLV چیلر جذبی دو‌اثره، چیلر جذبی دو‌اثره شعله مستقیم شرکت CARRIER مدل ۱۶DN به شرح زیر بررسی شده است.

چیلر جذبی دو‌اثره شعله مستقیم

بررسی ضریب عملکرد چیلر جذبی دو‌اثره

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، راندمان چیلر جذبی دو‌اثره بالاتر از چیلر جذبی تک‌اثره است و مصرف انرژی آن کمتر است.

حال به بررسی راندمان یا COP در چیلرهای تراکمی می‌پردازیم. چیلرهای تراکمی به دو دسته چیلر تراکمی آب خنک و چیلر تراکمی هواخنک تقسیم می‌شوند؛ مهم‌ترین تفاوت در عملکرد این چیلرها، تفاوت در دمای کندانس است که باعث تغییر در ظرفیت و مصرف برق آن‌ها می‌شود. با توجه به بررسی چیلر با ظرفیت ۲۱۰ تن واقعی و دو سیکله‌بودن رایج چیلرها، نصف این ظرفیت از نرم‌افزار بیتزر و مطابق استاندارد ARI590 انتخاب شده است.

بررسی IPLV چیلر تراکمی هواخنک

چیلر هواخنک

خروجی نرم افزار بیتزر

خروجی نرم افزار بیتزر

نرم‌افزار کمپرسور CSH9573-180Y را برای گاز R134a پیشنهاد می‌دهد.

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، مقدار COP کمپرسور اسکرو در ظرفیت‌های مختلف بررسی شده و مقدار IPLV آن به شرح زیر است:

IPLV=0.12*1.87+0.45*2.23+0.42*2.72+0.01*3.35=2.14

بررسی IPLV چیلر تراکمی آب خنک

برای بررسی چیلر تراکمی آب خنک با همان ظرفیت برودتی، نرم‌افزار شرکت کمپرسور، مدل CSH9563-160Y را برای گاز R134a پیشنهاد می‌دهد.

چیلر تراکمی آب خنک

خروجی نرم افزار بیتزر

خروجی نرم افزار بیتزر

مقدار IPLV آن با توجه به خروجی نرم‌افزار:

IPLV= 0.12*2.21+0.45*3.52+0.42*4.02+0.01*4.27=3.58

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، بازدهی چیلرهای آب خنک بالاتر از چیلرهای هواخنک است؛ برای مقایسه دقیق‌تر این دو نوع می‌توانید مقایسه چیلر هوا خنک و چیلر آب خنک را هم مطالعه کنید.

مقایسه چیلر جذبی و تراکمی در مقیاس مصرف انرژی

اگر دو جسم گرم و سرد را کنار هم قرار دهیم، طبیعتاً گرما از جسم گرم به جسم سرد منتقل می‌شود؛ طبق قانون دوم ترمودینامیک، اگر بخواهیم گرما را از منبع سرد به منبع گرم منتقل کنیم (اصل کارکرد یخچال‌ها)، این فرایند خودبه‌خودی نیست و باید کار و انرژی صرف کنیم. در چیلرهای تراکمی این مصرف انرژی به‌صورت انرژی الکتریکی و در چیلر جذبی به‌صورت انرژی گرمایی (عمدتاً مصرف گاز) است. برای مقایسه مقدار مصرف انرژی این چیلرها، باید هزینه قبض برق و گاز آن‌ها را در یک تناژ برابر با هم مقایسه کرد.

محاسبه مصرف گاز در چیلرهای جذبی تک‌اثره

همانند قبل، یک چیلر جذبی تک‌اثره با ظرفیت ۲۱۰ تن تبرید انتخاب می‌شود؛ برای این بررسی، چیلر جذبی 16JB021 شرکت Carrier در نظر گرفته شده است.

چیلر جذبی تک اثره

کاتالوگ چیلر جذبی تک اثره کریر

مطابق تعرفه وزارت نیرو در سال ۹۶، محاسبه مصرف گاز بر مبنای پلکانی و با در نظر گرفتن روشن‌بودن چیلر به مدت ۱۵ ساعت در روز، میزان مصرف آن ۶۹۶۰۳ مترمکعب در ماه محاسبه می‌شود.

جدول گازبها وزارت نیرو

هزینه این مصرف با احتساب نرخ ۴۳۰ تومان، ۲۱,۳۳۱,۴۴۰ تومان می‌شود.

محاسبه هزینه مصرف گاز چیلر جذبی دو‌اثره

چیلر جذبی دو‌اثره نیازی به دیگ بخار جداگانه ندارد و با داشتن مشعل روی خودش خودکفاست. مطابق کاتالوگ چیلر جذبی شعله مستقیم دو‌اثره Carrier، مقدار مصرف گاز این چیلر با ظرفیت مشخص محاسبه می‌شود.

کاتالوگ چیلر جذبی دو اثره کریر

با توجه به مصرف ۷۰.۷ مترمکعب بر ساعت مطابق کاتالوگ بالا و حدود ۱۵ ساعت کارکرد روزانه در محیط مسکونی، مصرف گاز چیلر حدود ۳۱۸۱۵ مترمکعب در ماه است. با تعرفه وزارت نیرو در سال ۹۶ برای گاز فصل گرم (۴۳۰ تومان بر مترمکعب)، هزینه ماهانه به ۱۳,۶۸۰,۴۵۰ تومان می‌رسد. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، هزینه مصرف چیلر جذبی دو‌اثره نسبت به تک‌اثره کاهش محسوسی دارد که نتیجه افزایش بازدهی و طراحی بهینه آن است.

مصرف برق چیلرهای تراکمی

در چیلرهای تراکمی، مصرف برق ناشی از توان الکتریکی کمپرسورهاست که بر اساس آمپر موردنیاز مصرف می‌شود. چیلرهای تراکمی به دو دسته آب خنک و هواخنک تقسیم می‌شوند و به دلیل تفاوت دمای کندانس، مصرف برق چیلرهای هواخنک بیشتر است. برای مقایسه هزینه، همانند بخش قبل، همان ظرفیت کمپرسور انتخاب و مصرف برق چیلرها با هم مقایسه شده است؛ عموماً چیلرهای تراکمی دارای دو مدار تبرید جداگانه هستند.

ابتدا مصرف برق چیلر تراکمی آب خنک را بررسی می‌کنیم: طبق قبض برق، هزینه بر اساس کیلووات‌ساعت محاسبه می‌شود. با وجود دو کمپرسور، مقدار مصرفی برابر ۱۷۶ کیلووات است؛ با فرض روشن‌بودن متوسط کمپرسور به مدت ۱۵ ساعت در روز، مقدار مصرف ماهانه ۷۹۲۰۰ کیلووات‌ساعت می‌شود. با نرخ متوسط حدود ۱۰۰ تومان، هزینه ماهانه چیلر تراکمی آب خنک ۷,۹۲۰,۰۰۰ تومان است.

برای چیلر تراکمی هواخنک، به دلیل افزایش ظرفیت مصرف برق، این عدد بالاتر است. با وجود دو کمپرسور، مصرف برابر ۲۲۹.۶ کیلووات است؛ با همان فرض ۱۵ ساعت کارکرد روزانه، مصرف ماهانه ۱۰۳۳۲۰ کیلووات‌ساعت می‌شود. کنتور برق معمولاً به سه صورت زمان کم‌بار، بار متوسط و اوج مصرف محاسبه می‌شود؛ با نرخ متوسط ۱۰۰ تومان، هزینه ماهانه حدود ۱۰,۳۳۲,۰۰۰ تومان خواهد بود.

در نمودار زیر می‌توانید هزینه انرژی چیلرهای جذبی و تراکمی را با یکدیگر مقایسه کنید.

مقایسه مصرف آب در چیلرهای تراکمی و جذبی

چیلرهای تراکمی آب خنک و همه انواع چیلرهای جذبی به برج خنک‌کننده نیاز دارند. اساس عملکرد برج خنک‌کننده بر مبنای تبخیر است که به مصرف آب منجر می‌شود. برای مقایسه این مصرف، با استفاده از نرم‌افزار شرکت آب‌گردان، برج خنک‌کننده مناسب برای چیلر تراکمی آب خنک و چیلرهای جذبی تک‌اثره و دو‌اثره در همان ظرفیت انتخاب شده است.

برج خنک‌کننده چیلر تراکمی آب خنک

برج خنک‌کننده چیلر جذبی تک‌اثره

برج خنک‌کننده چیلر جذبی دو‌اثره

همان‌طور که مشاهده کردید، ظرفیت برج خنک‌کننده موردنیاز به ترتیب برای چیلر جذبی تک‌اثره، چیلر جذبی دو‌اثره و چیلر تراکمی آب خنک است؛ هرچه برج بزرگ‌تر باشد، مصرف آب آن هم بیشتر است.

جمع‌بندی: مقایسه چیلر تراکمی و جذبی در یک نگاه

پرسش‌های پرتکرار

کدام چیلر برای پروژه‌های بزرگ اقتصادی‌تر است؟

در پروژه‌های بزرگ‌مقیاس با نیاز سرمایشی بالا، چیلر جذبی معمولاً به دلیل نیاز بسیار کمتر به انشعاب برق و هزینه پایین‌تر انرژی حرارتی نسبت به برق، اقتصادی‌تر است؛ البته این موضوع به قیمت محلی گاز و برق هم بستگی دارد.

آیا چیلر جذبی به برق نیاز ندارد؟

چیلر جذبی هم به مقدار کمی برق نیاز دارد، اما فقط برای پمپ‌های محلول و مبرد؛ برخلاف چیلر تراکمی که برق زیادی برای کمپرسور مصرف می‌کند.

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می‌باشد