در چارچوب فناوری تهویه مطبوع حرارتی خورشیدی، تبرید جذبی و تبرید جذبی دو مسیر توسعه اصلی موازی را نشان میدهند. هر دو از انرژی حرارتی تولید شده توسط کلکتورهای خورشیدی به عنوان منبع محرک استفاده میکنند، اما در مکانیک چرخه ترمودینامیکی، انتخاب سیال کاری، معماری سیستم و ویژگیهای عملیاتی تفاوت اساسی دارند. درک این تفاوت ها یک پیش نیاز ضروری برای انتخاب و طراحی سیستم مهندسی است.
1. تفاوت اساسی در اصول کاری
تبرید جذب خورشیدی به رابطه انحلال فیزیکوشیمیایی بین یک جاذب مایع و یک مبرد برای هدایت چرخه متکی است. مبرد در جاذب حل می شود و محلولی تشکیل می دهد که سپس توسط انرژی حرارتی خورشیدی در ژنراتور گرم می شود. مبرد تبخیر می شود و جدا می شود، سپس برای تولید خنک کننده تحت چگالش، انبساط و تبخیر قرار می گیرد. بخار مبرد کم فشار متعاقباً توسط جاذب دوباره جذب می شود و یک چرخه کامل را تکمیل می کند. کل فرآیند به طور مداوم بین فاز مایع و بخار اتفاق می افتد - این یک است چرخه پیوسته حالت پایدار .
تبرید جذب خورشیدی از خواص جذب فیزیکی و دفع حرارتی یک جاذب جامد برای هدایت چرخه استفاده می کند. این جاذب بخار مبرد را در دماهای پایین جذب می کند و اثر خنک کنندگی ایجاد می کند. سپس انرژی حرارتی خورشیدی جاذب را گرم می کند و باعث دفع می شود - بخار مبرد آزاد می شود، وارد کندانسور می شود و برای بازسازی مایع می شود. از آنجایی که جاذب های جامد نمی توانند به طور مداوم مانند مایعات جریان داشته باشند، جذب و دفع در یک بستر جذب به طور متناوب انجام می شود. این یک سیکل شبه استاتیک متناوب .
این تمایز اساسی باعث ایجاد واگرایی بین دو نوع سیستم از نظر تداوم عملیاتی، ساختار تجهیزات و روششناسی کنترل میشود.
2. مقایسه فرآیند چرخه ترمودینامیکی
چرخه چهار مرحله ای تبرید جذب خورشید
چرخه استاندارد ترمودینامیکی یک سیستم تبرید جذبی خورشیدی از چهار فرآیند اصلی تشکیل شده است:
نسل: محلول رقیق در ژنراتور توسط آب گرم خورشیدی گرم می شود - معمولاً در حدود 80 درجه سانتی گراد تا 100 درجه سانتی گراد برای سیستم های تک اثر. مبرد تبخیر می شود و غلظت محلول افزایش می یابد و یک محلول غلیظ تشکیل می شود.
تراکم: بخار مبرد با دمای بالا و فشار بالا وارد کندانسور می شود، گرما را به آب یا هوا خنک کننده آزاد می کند و به مایع مبرد مایع با فشار بالا تبدیل می شود.
تبخیر: مبرد مایع از شیر انبساط عبور می کند، فشارش کاهش می یابد و وارد اواپراتور می شود. تحت شرایط کم فشار و دمای پایین، گرما را جذب کرده و تبخیر می شود - این مرحله اصلی است که سیستم اثر خنک کننده خود را تولید می کند.
جذب: بخار مبرد کم فشار وارد جاذب می شود، جایی که توسط محلول غلیظ جذب می شود و همزمان گرما را به یک محیط خنک کننده آزاد می کند. محلول مجددا رقیق شده، توسط پمپ محلول تحت فشار قرار می گیرد و برای تکمیل چرخه به ژنراتور بازگردانده می شود.
در سیستم های لیتیوم بروماید آب، آب به عنوان مبرد و لیتیوم بروماید به عنوان جاذب عمل می کند. این چرخه در شرایط فشار منفی با حداقل دمای خنک کننده بالای 0 درجه سانتیگراد کار می کند که آن را به خوبی برای کار تهویه مطبوع مناسب می کند. سیستمهای آب آمونیاکی از آمونیاک به عنوان مبرد استفاده میکنند و میتوانند به دمای خنککننده زیر صفر برسند، که دامنه کاربرد وسیعتری را ارائه میدهد - البته به قیمت فشارهای عملیاتی بالاتر سیستم و الزامات آببندی سختتر.
چرخه متناوب دو تخته تبرید جذب خورشیدی
یک سیستم تبرید جذبی استاندارد از دو بستر جذبی استفاده میکند که به صورت متناوب عمل میکنند تا خروجی خنککننده تقریباً پیوسته را ارائه دهند:
مرحله جذب - خنک کننده: یک بستر جذب در دمای پایین نگهداری می شود. جاذب جامد - معمولاً سیلیکاژل - به طور مداوم بخار مبرد را از اواپراتور جذب می کند. مبرد در شرایط کم فشار و دمای پایین در داخل اواپراتور تبخیر می شود و گرما را جذب کرده و خنک کننده تولید می کند.
مرحله گرما و دفع: آب گرم خورشیدی بستر جذب اشباع را گرم می کند. با افزایش دمای جاذب، مقادیر زیادی بخار مبرد دفع می شود و در کندانسور رها می شود و در آنجا مایع می شود. مبرد مایع سپس منبسط شده و به اواپراتور بازگردانده می شود و سیستم را برای چرخه جذب بعدی آماده می کند.
فرآیند بازیابی حرارت: سیستمهای جذب با کارایی بالا دارای یک بازسازیکننده حرارت هستند که انرژی حرارتی را بین بستر با دمای بالا در حال دفع و بستر با دمای پایین در مرحله جذب تبادل میکند. این امر نیاز کلی ورودی گرما را کاهش می دهد و COP را بهبود می بخشد. طراحی بازیابی گرما یکی از استراتژی های کلیدی بهینه سازی کارایی در سیستم های تبرید جذبی است.
فاصله تعویض بین دو تخت متناوب معمولاً بین چند دقیقه تا چند ده دقیقه است. خروجی خنک کننده درجه ای از نوسانات را در طول سوئیچینگ نشان می دهد - یک ویژگی عملیاتی متمایز که سیستم های جذب را از چرخه پیوسته سیستم های جذب جدا می کند.
3. تطبیق دمای رانندگی و کلکتور خورشیدی
دمای منبع گرمای محرک یکی از مهم ترین پارامترها در انتخاب سیستم تهویه مطبوع حرارتی خورشیدی است.
تبرید جذب خورشیدی به دمای رانندگی نسبتاً بالاتری نیاز دارد. حداقل دمای رانندگی برای یک چیلر لیتیوم بروماید تک اثر تقریباً 75 درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد است، در حالی که واحدهای اثر دوگانه به دمای 150 درجه سانتیگراد یا بالاتر نیاز دارند. عملکرد پایدار معمولاً به کلکتورهای لوله تخلیه یا کلکتورهای متمرکز مانند متمرکز کننده های سهموی ترکیبی (CPC) نیاز دارد. دمای رانندگی بالاتر فشار تبخیر در ژنراتور را افزایش می دهد و راندمان سیکل را بهبود می بخشد. سیستمهای دو اثره به COP 1.0 تا 1.2 میرسند که به طور معنیداری بالاتر از سیستمهای تکاثر در 0.6 تا 0.8 است.
تبرید جذب خورشیدی در محدوده دمای رانندگی پایین تر عمل می کند. جفت کاری سیلیکاژل-آب به طور موثر در دمای 60 تا 85 درجه سانتیگراد عمل می کند و مستقیماً با محدوده دمای عملکرد کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت مطابقت دارد - به تجهیزات جمع آوری دمای بالا نیاز نیست. این ویژگی به سیستم های جذب سازگاری قوی تری در مناطق با تابش متوسط یا در طول عملیات زمستانی می دهد. جفت کاری آب زئولیت به دمای رانندگی کمی بالاتر از 100 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد نیاز دارد، اما به دفع کامل تری دست می یابد و آن را برای کاربردهای با کیفیت منبع حرارت بالاتر مناسب می کند. جفت کاری کربن فعال متانول را می توان در دماهای پایین 50 تا 80 درجه سانتی گراد هدایت کرد، اگرچه سمیت و اشتعال پذیری متانول الزامات طراحی ایمنی و آب بندی سخت تری را تحمیل می کند.
4. COP سیستم و عملکرد بازده انرژی
تحت شرایط جمع آوری خورشیدی معادل، دو نوع سیستم تفاوت های قابل اندازه گیری در عملکرد انرژی نشان می دهند.
چیلرهای جذبی لیتیوم بروماید تک اثر معمولاً COP حرارتی 0.6 تا 0.8 را به دست می آورند، در حالی که واحدهای دو اثره می توانند از 1.0 تجاوز کنند. با این حال، سیستمهای دو اثر به آرایههای جمعآوری بزرگتر و سرمایهگذاری بیشتر در تجهیزات کمکی نیاز دارند. COP کلی خورشیدی - که بازده کلکتور را در بر می گیرد - در محدوده 0.3 تا 0.5 قرار می گیرد.
سیستم های جذب سیلیکا ژل آب معمولاً COP حرارتی 0.4 تا 0.6 را ارائه می دهند که کمتر از سیستم های جذب است. از آنجایی که آنها با کلکتورهای صفحه تخت با دمای پایین سازگار هستند، با این حال، بازده کلکتور نسبتاً بالا است و استفاده کلی از انرژی خورشیدی با سیستم های جذب تک اثر قابل مقایسه است. معرفی مواد جاذب پیشرفته - از جمله زئولیت AQSOA و مواد چارچوب فلزی-آلی (MOF) - به تدریج شکاف COP را از بین می برد. برخی از نتایج آزمایشگاهی با این مواد قبلاً از 0.8 فراتر رفته است.
5. ساختار سیستم و ویژگی های نگهداری
سیستمهای تبرید جذبی خورشیدی دارای اجزای متعددی از جمله پمپ محلول، ژنراتور، جاذب، کندانسور، اواپراتور و مبدل حرارتی هستند. معماری سیستم نسبتاً پیچیده است، با الزامات سختگیرانه برای خلوص سیال کار و نشتی سیستم. محلول لیتیوم بروماید خطر تبلور و خوردگی در دماهای بالا یا در تماس با هوا را به همراه دارد که نیاز به نظارت دوره ای غلظت و پر کردن بازدارنده خوردگی دارد. تعمیر و نگهداری نیازمند پرسنل فنی واجد شرایط است.
سیستم های تبرید جذب خورشیدی در اطراف بسترهای جذب جامد به عنوان اجزای اصلی آنها ساخته شده اند. مدار پمپاژ سیال کار مایع وجود ندارد و سیستم شامل هیچ قطعه متحرکی به غیر از فن های خنک کننده نیست. این منجر به یک سیستم ساختاری ساده و قابل اطمینان مکانیکی با نرخ خرابی کم و حداقل حجم کار تعمیر و نگهداری می شود. موازنه این است که حجم بستر جذب نسبتاً زیاد است - وزن و ردپای سیستم معمولاً بیشتر از واحدهای جذب با ظرفیت خنککننده معادل است. محدودیت های فضا باید در مرحله برنامه ریزی پروژه به دقت ارزیابی شوند.
6. سناریوهای کاربردی و موارد استفاده مهندسی
چیلرهای جذبی خورشیدی لیتیوم بروماید دارای سابقه ثابتی در ساختمانهای تجاری بزرگ، هتلها، بیمارستانها و تأسیسات صنعتی هستند. محصولات تجاری موجود ظرفیت خنک کنندگی از ده ها کیلووات تا چندین مگاوات را شامل می شوند. این سیستمها در ترکیب با میدانهای کلکتور خورشیدی متمرکز، میتوانند منبع خنککننده در مقیاس منطقه را ارائه دهند و در حال حاضر فناوری غالب در پروژههای خنککننده منطقهای خورشیدی را نشان میدهند.
سیستمهای تهویه مطبوع جذب خورشیدی برای ساختمانهای کوچک و متوسط، برنامههای خنککننده توزیعشده، و مواردی استفاده میکنند که قابلیت اطمینان سیستم و تعمیر و نگهداری کم را در اولویت قرار میدهند - مانند ایستگاههای پایه مخابراتی و امکانات پزشکی در مکانهای خارج از شبکه، مناسبتر هستند. همانطور که عملکرد مواد جاذب به پیشرفت خود ادامه می دهد و هزینه های سیستم کاهش می یابد، رقابت تهویه مطبوع جذب خورشیدی در کاربردهای مسکونی و تجاری کوچک به طور پیوسته در حال افزایش است.
هر دو فن آوری خنک کننده جذب خورشیدی و جذب خورشیدی موقعیت های متمایز و مکمل را در بازار گسترده تر تهویه مطبوع خورشیدی اشغال می کنند. انتخاب بین این دو در نهایت با کیفیت منابع خورشیدی موجود، مقیاس بار ساختمان، شرایط فضا، و ساختار کل هزینه چرخه عمر هر پروژه خاص تعیین میشود.
