مقایسه چیلر تراکمی و جذبی

انتخاب سیستم سرمایشی مناسب یکی از کلیدی‌ترین تصمیمات در طراحی تاسیسات مکانیکی ساختمان‌های بزرگ، بیمارستان‌ها، مراکز تجاری و صنایع است. در این میان، مقایسه چیلر تراکمی و جذبی به عنوان دو گزینه اصلی تولید برودت، همواره از دغدغه‌های اصلی مهندسان مشاور و کارفرمایان بوده است. چیلرهای تراکمی با مصرف برق و استفاده از کمپرسور، سرمایش تولید می‌کنند؛ در حالی که چیلرهای جذبی با بهره‌گیری از انرژی حرارتی (گاز طبیعی، بخار یا آب داغ) و بدون نیاز به کمپرسور، مصرف برق را به حداقل می‌رسانند.

انتخاب صحیح بین این دو، نیازمند بررسی دقیق پارامترهایی نظیر هزینه اولیه، هزینه بهره‌برداری، ضریب عملکرد (COP)، ظرفیت مورد نیاز، شرایط اقلیمی و زیرساخت‌های انرژی موجود در پروژه است. شرکت تاسیساتی آرمیکام با سال‌ها تجربه در طراحی و اجرای تاسیسات مکانیکی، در این مقاله با استناد به داده‌های علمی و گزارش‌های تخصصی، به بررسی جامع و فنی تفاوت‌های این دو نوع چیلر می‌پردازد.

چیلر تراکمی چیست و چگونه کار می کند؟

چیلر تراکمی (Compression Chiller) رایج‌ترین نوع چیلر است که از انرژی الکتریکی برای به حرکت درآوردن کمپرسور و فشرده‌سازی گاز مبرد استفاده می‌کند. سیکل تبرید تراکمی شامل چهار مرحله اصلی است: تبخیر مبرد در اواپراتور (جذب گرما از آب سرد)، فشرده‌سازی گاز توسط کمپرسور، تقطیر مبرد در کندانسور (دفع گرما) و انبساط مبرد از طریق شیر انبساط. کمپرسور قلب این سیستم است و بر اساس نوع آن، چیلرهای تراکمی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند: کمپرسورهای رفت و برگشتی (پیستونی)، اسکرو (پیچی)، اسکرال (حلزونی) و سانتریفیوژ (گریز از مرکز). چیلرهای تراکمی به دلیل راندمان بالا در شرایط بار کامل و سهولت کنترل، سهم عمده‌ای از بازار را به خود اختصاص داده‌اند.

چیلر جذبی چیست و چگونه کار می کند؟

چیلر جذبی (Absorption Chiller) به جای استفاده از کمپرسور الکتریکی، از یک منبع حرارتی (مانند گاز طبیعی، بخار، آب داغ یا حرارت اتلافی) برای جداسازی مبرد از جاذب استفاده می‌کند. رایج‌ترین سیال کاری در این چیلرها، ترکیب آب (به عنوان مبرد) و لیتیوم بروماید (به عنوان جاذب) است. سیکل جذبی شامل اجزای اصلی ژنراتور (که محلول را با حرارت تغلیظ می‌کند)، جاذب (که بخار مبرد را جذب می‌کند)، اواپراتور و کندانسور است. چیلرهای جذبی بر اساس تعداد مراحل تولید بخار در ژنراتور به دو نوع تک‌اثره (COP بین ۰.۶ تا ۰.۸) و دو‌اثره (COP حدود ۱) تقسیم می‌شوند. این چیلرها به ویژه در مکان‌هایی که دسترسی به منابع حرارتی ارزان یا اتلافی وجود دارد، یا زمانی که مصرف انرژی الکتریکی باید به حداقل برسد، مورد توجه قرار می‌گیرند.

مقایسه ضریب عملکرد (COP) چیلر تراکمی و جذبی

ضریب عملکرد (COP) شاخص اصلی بازدهی یک دستگاه برودتی است و به صورت نسبت اثر سرمایشی به انرژی ورودی به سیکل تعریف می‌شود. طبق الزامات استاندارد ASHRAE 90.1 و داده‌های علمی، مقادیر این ضریب به شرح زیر است:

• چیلرهای جذبی تک‌اثره: ضریب عملکرد بین ۰.۶ تا ۰.۸ است.
• چیلرهای جذبی دو‌اثره: ضریب عملکرد حدود ۱ است (در بهترین مدل‌های شعله مستقیم تا ۱.۰۱).
• چیلرهای تراکمی: ضریب عملکرد بین ۲ تا ۶.۱ متغیر است (بسته به نوع کمپرسور).

با توجه به راندمان حدود ۳۰ تا ۳۸ درصدی نیروگاه‌های فسیلی تولید برق (در ایران)، برای تولید مقدار مساوی سرمایش، چیلرهای جذبی تا ۷۱ درصد بیشتر از چیلرهای تراکمی منابع اولیه انرژی (گاز یا نفت) استفاده می‌کنند. به همین دلیل، در سطح جهانی و با قیمت‌های واقعی حامل‌های انرژی، استفاده از چیلرهای جذبی مقرون به صرفه نیست. البته در ایران به دلیل ارزان بودن غیرمتعارف گاز طبیعی در مقابل برق، استفاده از چیلرهای جذبی مقرون به صرفه است که با واقعی شدن قیمت گاز، این معادله تغییر خواهد کرد. برای مطالعه بیشتر در مورد محاسبات و مقالات تخصصی، می‌توانید به صفحه مقالات علمی و مهندسی آرمیکام مراجعه کنید.

جدول مقایسه جامع چیلر تراکمی و جذبی

برای انتخاب بهینه، مقایسه دقیق پارامترهای فنی و اقتصادی این دو نوع چیلر بسیار حائز اهمیت است. جدول زیر مهم‌ترین تفاوت‌ها را بر اساس استانداردهای طراحی TEMA خلاصه می‌کند:

مقایسه مصرف آب برج خنک کننده

به دلیل پایین بودن ضریب عملکرد چیلرهای جذبی، گرمایی که می‌بایست برای تولید یک تن برودت از آن‌ها دفع گردد، بسیار بیشتر از چیلرهای تراکمی با همان توان برودتی است. به این ترتیب، در سیستم‌های جذبی باید از برج‌های خنک‌کننده و پمپ‌های برج با ظرفیت بالاتر استفاده کرد که این امر علاوه بر سرمایه‌گذاری اولیه بیشتر، باعث مصرف بیشتر برق پمپ‌ها و دمنده‌های برج و از همه مهم‌تر، مصرف آب بیشتر می‌گردد.

بر اساس محاسبات و داده‌های کاتالوگ‌های معتبر، دبی آب چرخشی در مدار برج خنک‌کننده چیلر جذبی شعله مستقیم در ظرفیت ۱۰۰ تن تبرید حدود ۱۶۰۰ لیتر بر دقیقه است، در حالی که این مقدار برای یک چیلر تراکمی اسکرال با همان ظرفیت حدود ۹۱۲ لیتر بر دقیقه می‌باشد. این یعنی ظرفیت و هزینه اولیه برج خنک‌کننده، توان پمپ‌ها و فن‌های برج خنک‌کننده چیلر جذبی حداقل ۳۸ درصد بیشتر از یک چیلر تراکمی با همان ظرفیت برودتی خواهد بود. این موضوع در کشورهایی مانند ایران که با محدودیت منابع آبی مواجه هستند، بسیار حائز اهمیت است.

برای مطالعه بیشتر در مورد تجهیزات مرتبط با سرمایش و گرمایش، می‌توانید به مقاله مبدل های حرارتی صفحه ای مراجعه کنید.

بررسی مصرف انرژی اولیه و مسائل زیست محیطی

وقتی صحبت از مصرف انرژی می‌شود، باید به زنجیره کامل تولید انرژی توجه کرد. چیلرهای تراکمی برق مصرف می‌کنند، اما تولید این برق در نیروگاه‌ها نیازمند سوخت است. چیلرهای جذبی مستقیماً گاز می‌سوزانند، اما برای تجهیزات الکتریکی جانبی خود (پمپ‌ها و فن‌ها) نیز به برق نیاز دارند.

بر اساس یک مطالعه موردی برای دو ساختمان ۳۰۰ متری با ظرفیت سرمایشی ۱۲۰ تن تبرید در شهر تهران و در یک دوره گرمای ۱۲۰ روزه:

• سیستم تراکمی: مصرف گاز طبیعی در نیروگاه‌ها برای تامین برق مورد نیاز آن حدود ۶۰,۳۳۹ متر مکعب و مصرف آب برج خنک‌کننده آن حدود ۱,۴۹۳ متر مکعب است.
• سیستم جذبی: مجموع مصرف گاز (در نیروگاه برای تامین برق تجهیزات + مصرف مستقیم در موتورخانه) به حدود ۱۰۳,۰۹۶ متر مکعب و مصرف آب برج خنک‌کننده به حدود ۲,۳۸۵ متر مکعب می‌رسد.

این یعنی جایگزینی تنها یک چیلر جذبی به جای تراکمی، مصرف گاز را در حدود ۷۱ درصد افزایش می‌دهد و منجر به تولید و انتشار حدود ۸۹.۸ تن آلاینده زیست‌محیطی بیشتر در آسمان شهر می‌شود. علاوه بر این، مصرف آب آن به اندازه یک استخر با ابعاد ۳۰ متر طول، ۱۰ متر عرض و ۳ متر عمق بیشتر خواهد بود. این در حالی است که کشور ایران به دلیل قرار گرفتن در کمربند خشک و نیمه‌خشک جهان، در زمره کشورهای با محدودیت شدید منابع آب قلمرو است. بنابراین، توسعه پایدار و بهره‌برداری بهینه از منابع آب، یک ضرورت ملی است.

مزایا و معایب چیلر تراکمی

مزایا:

• راندمان بالا: ضریب عملکرد (COP) بالاتر (۲ تا ۶.۱) نسبت به چیلرهای جذبی.
• ابعاد فشرده: فضای کمتری را اشغال می‌کند و وزن سبک‌تری دارد.
• سهولت کنترل: کنترل دقیق‌تر ظرفیت و دمای آب سرد.
• هزینه اولیه کمتر: قیمت خرید پایین‌تر نسبت به چیلر جذبی مشابه.
• مصرف آب کمتر: برج خنک‌کننده کوچک‌تر و مصرف آب به مراتب کمتر.

معایب:

• مصرف برق بالا: نیاز به انشعاب برق قوی و هزینه‌بر.
• صدا و لرزش: به دلیل وجود کمپرسور، صدای بیشتری تولید می‌کند.
• وابستگی به برق: در صورت قطع برق، سیستم از کار می‌افتد.

مزایا و معایب چیلر جذبی

مزایا:

• مصرف برق بسیار کم: نیاز به انشعاب برق سبک‌تر و کاهش هزینه‌های دیماند.
• سطح صدا و لرزش پایین: عدم وجود کمپرسور، آن را برای مکان‌های حساس به صدا مناسب می‌کند.
• قابلیت استفاده از حرارت اتلافی: می‌توان از بخار یا آب گرم مازاد نیروگاه‌ها و صنایع استفاده کرد.

معایب:

• راندمان پایین‌تر: ضریب عملکرد (COP) کمتر (۰.۶ تا ۱.۰۱) نسبت به چیلر تراکمی.
• هزینه اولیه بالا: حدود ۴۰٪ گران‌تر از چیلر تراکمی مشابه.
• مصرف آب بیشتر: برج خنک‌کننده بزرگ‌تر و مصرف آب تا ۳۸ درصد بیشتر.
• نیاز به نگهداری تخصصی: خطر کریستالیزاسیون لیتیوم بروماید و نیاز به کنترل دقیق.
• آلایندگی بیشتر: مصرف گاز بیشتر و انتشار CO₂ بیشتر در سطح ملی.

معیارهای انتخاب چیلر مناسب برای پروژه

انتخاب بین چیلر تراکمی و جذبی به عوامل متعددی بستگی دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• ظرفیت سرمایشی مورد نیاز: در ظرفیت‌های بسیار بالا، چیلرهای جذبی به دلیل نیاز به انشعاب برق کمتر، گزینه مناسب‌تری هستند.
• دسترسی به منابع انرژی: اگر پروژه به گاز طبیعی ارزان یا حرارت اتلافی دسترسی دارد، چیلر جذبی می‌تواند اقتصادی باشد.
• محدودیت فضای موتورخانه: چیلرهای تراکمی فضای کمتری اشغال می‌کنند.
• حساسیت به صدا و لرزش: برای مکان‌هایی مانند بیمارستان‌ها، چیلر جذبی گزینه ساکت‌تری است.
• هزینه انرژی: با واقعی شدن قیمت حامل‌های انرژی، محاسبات اقتصادی باید بازنگری شوند.
• ملاحظات زیست‌محیطی و منابع آبی: چیلرهای تراکمی به دلیل مصرف آب و آلایندگی کمتر، گزینه‌ای سازگارتر با محیط زیست هستند.