آشنایی با چیلرهای جذبی و تراکمی

آشنایی با چیلرهای جذبی و تراکمی

اسلاید 1: موضوع: آشنایی با چیلرهای جذبی وتراکمی استاد راهنما: مهندس حسینی دانشجو: سیروس خلیلی اردیبهشت93

اسلاید 2: روش های تولید سرما بطور کلی سرما را به سه طریق می توان تولید نمود: الف – سیستم تبخیری ب- سیستم تراکمی ج-سیستم جذبی

اسلاید 3: تبریدتبرید عبارت است از جذب حرارت از یک سیال و دفع آن به سیال دیگر (سیال می تواند هوا یا آب ویا هر نوع گاز یا مایع دیگر باشد). در کلیه سیستمهای تبرید حفظ سرما مستلزم جذب حرارت ازموادی با درجه حرارت کمتر و خارج کردن این حرارت به محیطی با درجه حرارت بالاتر می باشد.

اسلاید 4: سيكل تبريد كارنو :تحولات سیکل تبرید كارنو به ترتیب زیر است:1)مرحله تراکم آدیاباتیک 2)مرحله دفع حرارت در درجه حرارت ثابت ‏3)‏مرحله انبساط آدیاباتیک ‏4) ‏مرحله جذب حرارت در درجه حرارت ثابت

اسلاید 5: سیستم تراکمی:اصول کار سیستم های تراکمی و یا به عبارتی ماشین های مبرد تراکمی بدین صورت است که مقداری کار در کمپرسور به سیستم داده می شود ،کمپرسور سیال مبرد را متراکم نموده و سیال که در اثر افزایش فشار به صورت گاز داغ می باشد در کندانسور حرارت خود را به محیط پس می دهد و پس از عبور از شیر انبساط وارد اواپراتور شده و در اثر مکش و ازدیاد حجم تبخیر شده ، حرارت محیط اطراف را کسب می کند و درنتیجه هوای اطراف اواپراتور سرد می شود.

اسلاید 6: انواع چیلرچیلرها به سه دسته چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی و چیلر های سانتریفیوژ تقسیم می‌شوند. چیلرهای تراکمی با استفاده از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی با استفاده از انرژی حرارتی باعث ایجاد برودت و سرما می‌شوند.در چیلرهای جذبی برخلاف چیلرهای تراکمی از جذب کننده (Absorber)و مولد حرارتی (ژنراتور) بجای کمپرسور استفاده می‌گردد. عمومی‌ترین خنک کننده در چیلرهای جذبی سیستم لیتیوم برماید است. در این سیستم، در قسمت جذب کننده، بخار آب توسط لیتیوم برماید غلیظ جذب شده و در قسمت مولد حرارتی، آب بر اثر حرارت تبدیل به بخار می‌شود. بخار آب در کندانسور که دارای فشار ۱/۰ اتمسفر است به حالت مایع در می‌آیدو سپس در خنک کننده که تحت فشار ۰۱/۰ اتمسفر دوباره به بخار تبدیل می‌گردد و آب برای اینکه تبخیر گردد گرمای نهان خود رااز محیط خنک کننده می‌گیرد و باعث ایجاد برودت می‌گردد سپس بخار آب ایجاد شده در خنک کننده به جذب کننده منتقل می‌گردد و دوباره این چرخه تکرار می‌شود.

اسلاید 7: ۱- گروه تک اثره (Single effect)که خود به سه دسته چیلرهای تک اثره با تغذیه بخار، تک اثره با تغذیه آب داغ ( دمای بالای ۱۰۰ درجه سانتیگراد) و تک اثره با تغذیه آب گرم ( دمای زیر۱۰۰ درجه سانتیگراد) تقسیم می‌شوند که نحوه کار آنها مشابه بوده و همگی دارای حداقل یک مولد حرارتی می‌باشند.۲- گروه دو اثره (Double effect)که به دو دسته دو اثره با تغذیه بخار و دو اثره با شعله مستقیم طبقه بندی می‌شوند. این چیلرها، جز نسل جدید چیلرهای جذبی بوده و دارای سیکل تبرید کاملتری نسبت به چیلرهای جذبی تک اثره‌است.انواع چیلر جذبی

اسلاید 8: زندگینامه کریر مخترع چیلر او یک قرن پیش در شمال شرقی ایالات متحده امریکا زندگی می کرد. ویلز هاویلند کریر تنها فرزند یک خانواده پر جمعیت بود که تمام دوران کودکی خود را در بین بزرگسالان خانواده از قبیل پدربزرگ و مادر بزرگ و عموی خود گذراند. او پس از گذراندن دوران متوسطه وارد دانشگاه کورنل در شهر ایتاکا در ایالت نیویورک گردید و در دوران کارشناسی با وجود بورسیه بودن جهت کسب درآمد، مجبور بود کارهائی از قبیل چمن زدن، هیزم ریختن در کوره ها و غیره را انجام دهد. او در جون 1901 با در دست داشتن مدرک مهندسی مکانیک خود به استخدام شرکت بوفالو در آمد و شروع به طراحی سیستم های حرارتی،جهت خشک کردن رطوبت الوار و قهوه نمود. کریر دراین دوران به این نتیجه رسید که اطلاعات موجود به هیچ عنوان جهت طراحی یک سیستم مهندسی کارآمد کافی نبوده و از آن رو او خود شروع به تحقیق در زمینه حرارت هوای خروجی که از روی لوله های بخارآب عبور می کند، نمود و به نتایج شگفت انگیزی رسید و این امر در همان ابتدا مبلغی معادل 40.000 دلار برای شرکت صرفه جوئی به ارمغان آورد که این مبلغ صرف اصلاح سیستمهای ضعیف از قبل طراحی شده گردید. کریر در سال 1902 اولین سیستم تهویه مطبوع خود را طراحی نمود. مشتری او چاپخانه ای بود که با مشکل چاپ رنگ روبرو بود چون تغییر در گرما و رطوبت محیط موجب تغییر در همنشینی رنگها می شد. نزدیک به دو دهه اختراعات کریر این مکان را فراهم آورده بود تا در محیط های صنعتی گرما و رطوبت به صورت علمی تحت کنترل در بیاید: در سال 1906 کریر اولین اختراع خود را به ثبت رساند وسیله ای برای تسویه هوا کارخانجات نساجی جنوب آمریکا از اولین استفاده کنندگان سیستم جدید کریر بودند(کمبود رطوبت در محیط کارخانجات نساجی بلمونت موجب افزایش بار الکتریسیته استاتیک در کتون شده)و این امر موجب سختی وتیرگی پارچه می گردید. سیستم کریر رطوبت موجود در محیط را افزایش داد و در یک حد مطلوب پایدار نمود که این امر موجب از بین رفتن مشکل به وجود آمده گردید. اولین مشتری خارجی سیستم جدید کریر، یک کارخانه نساجی واقع در یوکوهامای ژاپن بود که در سال 1907 این سیستم را خریداری نمود

اسلاید 9: اصطلاحات فنی رایج در چیلر جذبیژنراتور ژنراتور معمولاً در محفظه بالایی چیلرهای جذبی قرار داشته و وظیفه تغلیظ محلول لیتیوم بروماید رقیق و جدا سازی آب مبرد را بر عهده دارد. جذب کننده جذب کننده معمولاً در پوسته پایینی چیلرهای جذبی قرار داشته و وظیفه جذب بخار مبرد تولید شده در محفظه اواپراتور را بر عهده دارد. اواپراتور اواپراتور معمولاً در پوسته پایین چیلرهای جذبی قرار می گیرد. مایع مبرد در اواپراتور به لحاظ فشار پایین محفظه (خلأ نسبی) تبخیر شده و باعث کاهش درجه حرارت آب سرد تهویه درون لوله های اواپراتور می گردد.

اسلاید 10: کندانسور کندانسور معمولاً در پوسته های بالایی چیلرهای جذبی واقع شده است و وظیفه تقطیر مبرد تبخیر شده توسط ژنراتور را بر عهده دارد. بخار مبرد در برخورد با لوله های حاصل از آب برج ، تقطیر شده و به تشتک اواپراتور سرریز می شود. محلول جاذب این محلول در سیکل های پروژه حاضر محلول لیتیوم بروماید و آب است. مایع مبرد مایع مبرد در چیلرهای جذبی پروژه حاضر آب خالص (آب مقطر) می باشد که به جهت فشار پایین محفظه اواپراتور در اثر تبخیر خاصیت خنک کنندگی خواهد داشت.

اسلاید 11: کریستالیزه شدن محلول لیتیوم بروماید در غلظت معمولی به صورت مایع است ، ولی چنانچه تغلیظ اولیه بیش از حد ادامه یابد حجم بلورهای ریزی که در آن تشکیل می شوند ، بزرگتر شده و ممکن است باعث مسدود شدن کامل مسیر عبور محلول شود. به این پدیده کریستالیزه شدن گویند. ضریب عملکرد پارامتر ضریب عملکرد در دستگاههای برودتی از جمله چیلرهای جذبی شاخصی از بازدهی دستگاه می باشد. مقادیر بالاتر این پرامتر نشان دهنده مصرف بهینه انرژی حرارتی می باشد.

اسلاید 12: اجزای سيكل تبريد تراكمي تمام سيستم هاي تبريد تراكمي كه جهت ايجاد سرما بكار گرفته مي شوند از چهار قسمت اصلي تشكيل شده اند. اين چهار قسمت عبارتند :كمپرسور كندانسورشير انبساط اواپراتور

اسلاید 13: کمپرسورکمپرسورها در واقع قلب یک سیستم تبرید هستند کمپرسورها بسیار متنوع و هر کدام برای نوعی از دستگاه های تبرید طراحی شده اند.متداولترین کمپرسورها که در صنعت تبرید مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از : کمپرسورهای پیستونیکمپرسورهای دوارکمپرسورهای پیچیکمپرسور حلزونیکمپرسورهای گریز از مرکز

اسلاید 14: کمپرسورهای پیستونیکمپرسورهای پیستونی ساختار و عملکردی مشابه موتورهای احتراق داخلی دارد با این تفاوت که در آنها سیستم جرقه و سوخت وجود ندارد 20 – 200 Ton

اسلاید 15: کمپرسورهای دواردر این کمپرسور عمل تراکم در اثر حرکت دورانی روتور نسبت به اتاقک تراکم یا سیلندر انجام می گیرد.کمپرسور دوار با تیغه گردانکمپرسور دوار با تیغه ثابت50 – 700 Ton

اسلاید 16: کمپرسورهای پیچیبا توجه به پیشرفت های حاصل شده در کمپرسورهای پیچی طی سالهای اخیر ، استفاده از آنها در در صنعت تهویه مطبوع و صنایع تبرید نیمه سنگین ، بسیار متداول گردیده است.50 – 700 Ton

اسلاید 17: کمپرسورهای حلزونیکمپرسورهای پیستونی ساختار و عملکردی مشابه موتورهای احتراق داخلی دارد با این تفاوت که در آنها سیستم جرقه و سوخت وجود ندارد 5 – 60 Ton

اسلاید 18: کمپرسورهای سانتریفیوژاساس کار این نوع کمپرسورها بر اساس نیروی گریز از مرکز است و برای ظرفیت های بالا استفاده می شود.100 – 8000 Ton

اسلاید 19: اواپراتورهااواپراتور در حقیقت یک مبدل حرارتی است که در اثر تبخیر ماده مبرد در داخل آن حرارت از محیط سردگرفته می شود. از نظر ساختمان اواپراتورها به سه دسته تقسیم بندی می شونداواپراتور کویلی پره داراواپراتور کویلی سادهاواپراتور صفحه ای

اسلاید 20: کندانسور هاکندانسورها یا دستگاهای تقطیر کننده ماده مبرد ، بعد از کمپرسور قرار گرفته و گاز مبرد پس از ورود به این دستگاه تبادل حرارت کرده و تقطیر می گردد . کندانسورها به سه دسته تقسیم بندی می شوند :کندانسور آبی کندانسورهوایی کندانسور تبخیری

اسلاید 21: کندانسور های آبی کندانسور آبی توسط آب ارسالی از برج خنک کن گاز مبرد را تقطیر می کند. کندانسورهای آبی از نظر ساختار به سه گروه زیر تقسیم می شوند :1-کندانسور آبی پوسته و کویل این کندانسور از یک محفظه استوانه ای شکل که داخل آن یک کویل مسی قرار دارد تشکیل شده است. آب سرد از داخل کویل عبور می کند وماده مبرد در فضای پوسته جاری است . گاز گرم داخل پوسته از طریق سطح کویل مسی گرمای خود را به آب منتقل می کند

اسلاید 22: 2-کندانسور آبی پوسته و لوله این کندانسور از یک محفظه استوانه ای شکل که داخل آن یک سری لوله های افقی به موازات هم نصب شده اند ، تشکیل شده است . در این نوع کندانسور ، گاز داغ مبرد در فضای پوسته جریان دارد و آب سرد از داخل لوله ها عبور می کند . برخی از اینگونه کندانسورها دارای لوله های ساده و صاف و برخی دیگر برای افزایش سطح تبادل حرارت دارای لوله های فین دار هستند.

اسلاید 23: 3-کندانسور آبی دو لوله ایاین نوع از کندانسور های آبی از دو لوله متداخل هم مرکز تشکیل می شود که در یکی از لوله ها گاز داغ و در لوله دیگر آب جریان پیدا می کند.

اسلاید 24: برج خنك كن

اسلاید 25: در برج خنک کننده آب خروجی از کندانسور خنک می شود و به سمت کندانسور باز می گردد. برج های خنک کن دارای انواع و اقسام مختلفی هستند.تعریف برج خنک کننده

اسلاید 26: از نظر جهت جریان هوااز نظر نوع فناز نظر گردش آباز نظر ساختار1- جریان موافق2- جریان مخالف3- جریان متقاطع1- گریز از مرکز2- جریان محوری1- بسته2- باز1- مکعبی2- ذوزنقه ای3- مدور یا بطری شکلانواع برج خنک کننده

اسلاید 27: از نظر جهت جریان هواجریان موافقجریان مخالفجریان متقاطع

اسلاید 28: از نظر نوع فنگریز از مرکزجریان محوری

اسلاید 29: از نظر گردش آبمدار بازمدار بسته

اسلاید 30: از نظر ساختارمکعبیذوزنقه ایمدور یا بطری شکل

اسلاید 31: روش های کنترل ظرفیت برج خنک کنکاهش دمای هوای بیرون در برخی از روزهای سال ، سبب کاهش بیش از حد فشار روی مبرد قبل از شیر انبساط می شود. برای رفع این مشکل و کاهش ظرفیت برج خنک کن میتوان دور فن برج خنک را تغییر داد و یا آن را خاموش کرد و یا از طریق بای پس کردن آب برج بوسیله شیرهای دو راهه و سه راهه ظرفیت برج را کم کنیم.در هر کدام از این روش ها ، درجه حرارت آب خروجی از برج توسط سنسور حس می شود .

اسلاید 32: کندانسور های هوایی کندانسور هوایی با دارا بودن یک یا چند بادزن و عبور هوا از روی کویل حاوی گاز داغ موجب تقطیر مبرد می شود. کندانسورهای هوایی برای مناطقی که رطوبت نسبی هوا بالاست کاربرد بیشتری دارند.

اسلاید 33: کندانسور های تبخیری این نوع از کندانسورها ترکیبی از کندانسور هوایی و آبی است و عمل دفع گرما در اين حالت بوسيله تبخير آب در دستگاهي به نام برج خنك كننده صورت مي گيرد. گرماي نهان تبخير آب برج خنك كننده از آب درون لوله هاي خروجي از كندانسور گرفته مي شود و آن را خنك مي كند.

اسلاید 34: شیر انبساطشیر انبساط در خط مایع و بین کندانسور و ورودی اواپراتور نصب می گردد. شیر انبساط در نقطه مقابل کمپرسور در یک سیستم تبرید قرار دارد ، در حالی که کمپرسور فشار مبرد را بالا می برد و آنرا در سیستم به حرکت در می آورد ، شیر انبساط فشار بالای سمت کندانسور را کاهش می دهد و مبرد را برای ورود به اواپراتور آماده می نماید.

اسلاید 35: چیلرهای جذبیفرض کنیم دو ظرف داشته باشیم که در یکی آب و در دیگری محلول لیتیوم بروماید باشد و فرض کنیم که هوا به وسیلۀ پمپ خلاء (وکیوم) از این ظروف تخلیه شده باشد، ظرفی که آب در آن است تبخیر کننده (اواپراتور) و ظرفی که در آن لیتیوم بروماید است جاذب(ابزوربر) نام دارد .

اسلاید 36: چیلرهای جذبیبا افزایش یک کویل به محفظه اواپراتور از تبخیر مبرد برای سرد کردن آب درون کویل استفاده می کنیم و با اضافه نمودن دو عدد پمپ در هر محفظه راندمان را افزایش می دهیم.

اسلاید 37: چیلرهای جذبیبرای رفع مشکل رقیق شدن لیتیوم بروماید به سیستم یک ژنراتور اضافه می کنیم.

اسلاید 38: چیلرهای جذبیبرای رفع مشکل تبخیر کامل آب اواپراتور به سیستم یک کندانسور اضافه می کنیم.

اسلاید 39: سیکل کامل چیلر جذبی برای افزایش راندمان به سیستم یک مبدل حرارتی اضافه می کنیم .

اسلاید 40: طبقه بندی چیلرهای جذبی از نظر چرخه تغلیظ ماده جاذباز نظر منبع گرمایی عملیات تغلیظ1- چیلر جذبی تک اثره2- چیلر جذبی دو اثره1- چیلرجذبی آبگرم2- چیلر جذبی بخار3- چیلر جذبی شعله مستقیم

اسلاید 41: چیلر جذبی دو اثرهاما نوع دیگری از چیلرهای جذبی وجود دارند که دارای راندمان بهتری نسبت به چیلرهای تک اثره هستند و به چیلرهای جذبی دو اثره ( دارای دو ژنراتور)معروفند . در چیلرهای جذبی تک اثره زمانی که بخار مبرد از واحد ژنراتور به سمت واحد کندانسور می رود ، تمام گرمای نهان تقطیر به آبی که در کندانسور جریان دارد منتقل می شود و سپس به سمت هوای محیط هدایت می شود . چیلرهای جذبی دو اثره دارای دو ژنراتور و دو مبدل حرارتی هستند و عملیات تغلیظ در آنها طی دو مرحله انجام می شود. در این نوع از چیلرها از گرمای نهان تقطیر نیز به عنوان منبع انرژی گرمایی جهت تغلیظ محلول رقیق استفاده می گردد.با بکارگیری این روش نرخ تبخیر افزایش یافته و بازده سیستم و ضریب کارایی آن نسبت به چیلرهای یک اثره افزایش قابل توجه ای پیدا می کند.

اسلاید 42: در اين چيلرها كه فقط در يك نوع تك اثره توليد مي شوند از آب داغ جهت تامين گرماي مورد نياز ژنراتور استفاده مي كنند. چیلر جذبی آبگرم

اسلاید 43: چیلر جذبی بخارچيلرهاي جذبي بخار در دو مدل دو اثره بخار با منبع تغذيه بخار پرفشار و تك اثره بخار ، با منبع تغديه بخار كم فشار وجود دارند.

اسلاید 44: چیلر جذبی شعله مستقیمچيلرهاي جذبي شعله مستقيم داراي دو ژنراتور ( دو اثره ) مي باشند و انرژي گرمايي مورد نياز جهت توليد برودت را از مشعل موجود در قسمت ژنراتور دماي بالا دستگاه در يافت مي نمايند

اسلاید 45: الف - صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی :  همانطور که گفته شد چیلرهای جذبی از گاز طبیعی ، گازوئیل یا گرمای تلف شده به عنوان منبع اصلی انرژی استفاده می کنند و مصرف برق آنها بسیار ناچیز است. به میزان مصرف برق ، مقایسه و تحلیل های کمی در فصول بعدی اشاره خواهد شد. ب - صرفه جویی در هزینه خدمات برق :  هزینه نصب سیستم شبکه الکتریکی در پروژه ها بر اساس حداکثر توان برداشت قابل تعیین است. یک چیلر جذبی به دلیل اینکه برق کمتری مصرف می کند ، هزینه خدمات را نیز کاهش می دهد. در اکثر ساختمان ها نصب چیلرهای جذبی موجب آزاد شدن توان الکتریکی برای مصارف دیگر می شود.ج - صرفه جویی در هزینه تجهیزات برق اضطراری :  در ساختمانهایی مانند مراکز درمانی و یا سالن های کامپیوتر که وجود سیستمهای برق اضطراری برای پشتیبانی تجهیزات خنک کننده ضروری است ، استفاده از چیلر های جذبی موجب صرفه جویی قابل توجهی در هزینه این تجهیزات خواهد شد.

اسلاید 46: د - صرفه جویی در هزینه اولیه مورد نیاز برای دیگ ها :  برخی از چیلرهای جذبی را می توان در زمستان ها به عنوان هیتر مورد استفاده قرار داد و آب گرم لازم برای سیستم های گرمایشی را با دماهای تا حد 203 تأمین نمود. در صورت استفاده از این چیلرها نه تنها هزینه خرید دیگ کاهش می یابد بلکه صرفه جویی قابل ملاحظه ای در فضا نیز بدست خواهد آمد. ه - بهبود راندمان دیگ ها در تابستان :  مجموعه هایی مانند بیمارستان ها که در تمام طول سال برای سیستمهای استریل کننده ، اتوکلاوها و سایر تجهیزات به بخار احتیاج دارند مجهز به دیگ های بخار بزرگی هستند که عمدتاً در طول تابستان با بار کمی کار می کنند. نصب چیلرهای جذبی بخار در چنین مواردی موجب افزایش بار و مصرف بخار در تابستان ها شده و در نتیجه کارکرد دیگ ها و راندمان آنها بهبود قابل توجهی خواهد یافت. و - بازگشت سرمایه گذاری اولیه :  چیلرهای جذبی به دلیل نیاز کمتر به برق در مقایسه با چیلرهای تراکمی ، هزینه های کارکردی را کاهش می دهند. اگر اختلاف قیمت یک چیلر جذبی و یک چیلر تراکمی هم ظرفیت را به عنوان میزان سرمایه گذاری و صرفه جویی سالانه از محل کاهش یافتن هزینه های انرژی را به عنوان بازگشت سرمایه در نظر بگیریم ، می توان با قاطعیت گفت که بازگشت سرمایه گذاری صرف شده برای نصب چیلرهای جذبی با شرایط بسیار خوبی صورت خواهد گرفت.

اسلاید 47: ز - کاسته شدن صدا و ارتعاشات :  ارتعاش و صدای ناشی از کارکرد چیلرهای جذبی به مراتب کمتر از چیلرهای تراکمی است. منبع اصلی تولید کننده صدا و ارتعاش در چیلرهای تراکمی، کمپرسور است. چیلرهای جذبی فاقد کمپرسور بوده و تنها منبع مولد صدا وارتعاش در آنها پمپهای کوچکی هستند که برای به گردش درآوردن مبرد و محلول لیتیم برماید کاربرد دارند. میزان صدا و ارتعاش این پمپهای کوچک قابل صرف نظرکردن است. ح - حذف مخاطرات زیست محیطی ناشی از مبردهای مضر:  چیلرهای جذبی بر خلاف چیلرهای تراکمی از هیچ گونه ماده CFC یا HCFC که موجب تخریب لایه ازن می شوند ، استفاده نمی کنند. لذا برای محیط زیست خطری ایجاد نمی نمایند. چیلرهای جذبی غالباً از آب به عنوان مبرد استفاده می کنند. یک چیلر جدید در هر شرایطی ،یک سرمایه گذاری بیست و چند ساله است. تغییرات دائمی قوانین و مقررات استفاده از مبردها موجب می شود تا استفاده از مبردی طبیعی مانند آب در چیلرهای جذبی گزینه ای بسیار قابل توجه به شمار آید. ط- کاستن از میزان تولید گازهای گلخانه ای و آلاینده ها :  میزان تولید گازهای گلخانه ای (مانند دی اکسید کربن) که تأثیر قابل توجهی در گرم شدن کره زمین دارند و آلاینده ها (مانند اکسیدهای گوگرد ، اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق) توسط چیلرهای جذبی در مقایسه با چیلرهای تراکمی بسیار کمتر است.

اسلاید 48: پایدار باشید