انتخاب بین چیلر جذبی و تراکمی در پروژه صنعتی فقط مقایسه دو دستگاه با ظرفیت اسمی برابر نیست. باید نوع انرژی ورودی، COP واقعی، تجهیزات جانبی و هزینه آب، برج خنککننده، نگهداری و زیرساخت انرژی هم‌زمان دیده شوند. در سال ۱۴۰۵ نیز مقایسه چیلر جذبی و تراکمی زمانی معتبر است که مصرف برق مستقیم از مصرف کل انرژی جدا شود.
مقایسه مصرف برق چیلر جذبی و تراکمی در سال ۱۴۰۵
چیلر تراکمی عمدتاً برق کمپرسور را مصرف می‌کند؛ چیلر جذبی انرژی اصلی را به شکل حرارت از گاز، بخار، آب داغ یا حرارت بازیافتی می‌گیرد و برق آن بیشتر مربوط به پمپ‌ها و تجهیزات جانبی است. بنابراین آمپر کمتر چیلر جذبی به‌تنهایی به معنی هزینه انرژی کمتر نیست؛ منبع و قیمت حرارت تعیین‌کننده است.
مروری کوتاه بر مکانیزم عملکرد (سیکل تراکمی در برابر سیکل جذبی)
برای درک تفاوت چیلر تراکمی و جذبی، ابتدا باید مسیر انرژی را دید. در سیکل تراکمی بخار، مبرد در اواپراتور تبخیر و در کمپرسور فشرده می‌شود، گرما را در کندانسور دفع می‌کند و پس از شیر انبساط دوباره به اواپراتور برمی‌گردد. موتور کمپرسور مهم‌ترین مصرف‌کننده برق است و فن‌ها و پمپ‌ها نیز سهم دارند.
در چیلر جذبی، بخش کمپرسور مکانیکی با مجموعه‌ای شامل ابزوربر، پمپ محلول و ژنراتور جایگزین می‌شود. بخار مبرد در جاذب حل می‌شود، محلول با یک پمپ کوچک به ژنراتور می‌رود و با دریافت حرارت، مبرد دوباره از محلول جدا می‌شود. در چیلرهای لیتیوم‌بروماید/آب، این فرایند تحت خلأ انجام می‌شود. از دید انرژی، تفاوت اصلی این است که در تراکمی انرژی محرک عمدتاً برق است، اما در جذبی انرژی محرک عمدتاً حرارت است.
پاسخ سؤال چیلر جذبی بهتر است یا تراکمی به سایت وابسته است. وجود بخار یا آب داغ مازاد می‌تواند جذبی را توجیه کند؛ اما اگر برای آن مشعل مستقل لازم باشد، هزینه سوخت و تجهیزات احتراق نیز باید محاسبه شود.
مقایسه دقیق مصرف انرژی (گاز در چیلر جذبی در برابر برق در تراکمی)
در مقایسه مصرف برق چیلر، خطای رایج کنار هم گذاشتن صرفِ پلاک برق دو دستگاه است. چیلر جذبی برق مستقیم کمتری دارد اما به ورودی حرارتی قابل توجه نیازمند است؛ چیلر تراکمی برق بیشتری مصرف می‌کند اما معمولاً COP بالاتری دارد و در نوع هواخنک زیرساخت ساده‌تری دارد.
برای یک تحلیل مهندسی، هزینه انرژی سالانه را می‌توان به صورت زیر دید:
| هزینه انرژی تراکمی = برق کمپرسور + برق پمپ‌ها و فن‌ها + هزینه دیماند و زیرساخت برق هزینه انرژی جذبی = هزینه حرارت ورودی + برق پمپ‌ها و برج + هزینه آب و تصفیه + تلفات تولید و انتقال حرارت |
نکته مهم این است که تعرفه‌ها در طول زمان تغییر می‌کنند؛ بنابراین در مقاله‌ای که باید همیشه‌سبز بماند، استفاده از یک عدد ثابت برای قیمت برق یا گاز تصمیم‌ساز نیست. برای پروژه سال ۱۴۰۵ بهتر است مصرف سالانه بر حسب برق KhW، KhW حرارتی یا مقدار واقعی گاز محاسبه شود و سپس تعرفه جاری همان مشترک صنعتی روی آن اعمال شود.
یک مثال عددی برای فهم مقیاس انرژی
فرض کنید بار سرمایشی پروژه ۱۰۰۰ کیلووات باشد. اگر یک چیلر تراکمی آب‌خنک در نقطه طراحی، ضریب عملکرد یا COP برابر با ۵٫۵ داشته باشد، توان اصلی موردنیاز برای تأمین این بار سرمایشی حدود ۱۸۲ کیلووات برق خواهد بود. البته در محاسبه مصرف واقعی سیستم، توان مصرفی پمپ‌ها، برج خنککننده و سایر تجهیزات جانبی نیز باید جداگانه در نظر گرفته شود.
در مقابل، بر اساس داده‌های نمونه وزارت انرژی آمریکا، ضریب عملکرد چیلرهای جذبی لیتیوم‌بروماید در مدل‌های تک‌اثره حدود ۰٫۷۰ تا ۰٫۷۹ و در مدل‌های دواثره حدود ۱٫۳۵ تا ۱٫۴۲ است. بنابراین، برای تولید همان ۱۰۰۰ کیلووات سرمایش، یک چیلر جذبی با COP برابر ۰٫۷۰ به حدود ۱۴۲۹ کیلووات ورودی حرارتی نیاز دارد؛ در حالی که با COP برابر ۱٫۳۵، میزان انرژی حرارتی ورودی به حدود ۷۴۱ کیلووات کاهش می‌یابد.
این مثال به معنی برتری قطعی تراکمی نیست، زیرا یک کیلووات برق و یک کیلووات حرارت اتلافی ارزش اقتصادی یکسان ندارند. اگر ۷۴۱ کیلووات حرارت موردنیاز از اگزوز موتور، بخار مازاد یا فرآیند صنعتی بازیابی شود، چیلر جذبی می‌تواند بار الکتریکی سایت را به شکل محسوسی کاهش دهد. اما اگر همان حرارت باید با گاز و بویلر تولید شود، بازده بویلر، مصرف سوخت و هزینه نگهداری نیز وارد مقایسه می‌شود.
بار جزئی نیز مهم است؛ چیلر صنعتی تمام سال در ظرفیت نامی کار نمی‌کند. کنترل دور کمپرسور، تعداد مدارها و دمای آب کندانسور مصرف واقعی را تغییر می‌دهد. بنابراین مقایسه سالانه باید بر پایه پروفایل بار باشد، نه صرفاً توان پلاک ضربدر ساعات کار.
مقایسه ضریب عملکرد (COP) و بازدهی سرمایشی در ظرفیت‌های برابر
برای مقایسه COP چیلر، نسبت ظرفیت سرمایشی مفید به انرژی ورودی بررسی می‌شود؛ اما هنگام مقایسه چیلر جذبی و تراکمی باید به نوع انرژی در مخرج کسر توجه کرد.COP تراکمی معمولاً سرمایش را نسبت به توان الکتریکی کمپرسور یا توان الکتریکی سیستم تعریف می‌کند؛ COP جذبی سرمایش را نسبت به ورودی حرارتی ژنراتور می‌سنجد. بنابراین مقایسه مستقیم عدد ۵ با ۰٫۷ بدون توجه به حامل انرژی، هزینه و بازده تولید آن می‌تواند گمراه‌کننده باشد.
راهنمای FEMP برای چیلرهای الکتریکی آب‌خنک، راندمان را بر اساس نوع کمپرسور، ظرفیت و شرایط بار بیان می‌کند؛ پس «راندمان چیلر صنعتی» یک عدد ثابت نیست.
COP دستگاه با COP کل موتورخانه فرق دارد
در ارزیابی فنی و اقتصادی چیلر، بهتر است COP خود دستگاه و راندمان کل سیستم یا پلنت به‌صورت جداگانه بررسی شوند. در چیلرهای تراکمی آب‌خنک، مصرف انرژی فقط به کمپرسور محدود نیست؛ پمپ آب سرد، پمپ آب کندانسور و فن‌های برج خنککننده نیز بخشی از مصرف برق کل سیستم را تشکیل می‌دهند. در چیلرهای جذبی هم هرچند مصرف برق مستقیم دستگاه پایین‌تر است، اما پمپ محلول، پمپ‌های مدار آب و تجهیزات برج خنککننده همچنان انرژی مصرف می‌کنند. بنابراین، مقایسه صرف COP درج‌شده در کاتالوگ می‌تواند تصویر کاملی از مصرف واقعی سیستم ارائه ندهد.
علاوه بر این، شرایط بهره‌برداری نیز مستقیماً بر راندمان اثر می‌گذارد. دمای آب سرد رفت و برگشت، دمای آب کندانسور، دمای حباب‌تر محیط، درصد گلیکول و میزان بار لحظه‌ای از جمله عواملی هستند که می‌توانند COP واقعی را تغییر دهند. به همین دلیل، مقایسه چیلر جذبی و تراکمی باید بر اساس شرایط واقعی پروژه و عملکرد کل سیستم انجام شود، نه صرفاً بر اساس نام فناوری یا عدد COP اسمی.
تفاوت در زیرساخت موتورخانه (فضای اشغالی، وزن و برج خنککننده)
هزینه پنهان اصلی چیلر جذبی معمولاً در خود قبض برق دیده نمی‌شود. بسیاری از چیلرهای جذبی لیتیوم‌بروماید به مدار آب کندانسور و برج خنککننده نیاز دارند و به دلیل وجود فرآیند جذب، گرمای بیشتری نسبت به یک چیلر مکانیکی هم‌ظرفیت به برج تحمیل می‌کنند. راهنمای DOE نیز تصریح می‌کند که گرمای ایجادشده در ابزوربر باید به مدار آب کندانسور دفع شود و به همین علت برج خنککننده چیلر جذبی برای ظرفیت سرمایشی مشابه معمولاً بزرگ‌تر است.
از منظر موازنه انرژی، همین مثال ۱۰۰۰ کیلوواتی موضوع را روشن می‌کند. چیلر تراکمی با COP ۵٫۵ تقریباً ۱۱۸۲ کیلووات گرما را از مجموعه بار سرمایشی و توان کمپرسور دفع می‌کند. چیلر جذبی تک‌اثره با COP ۰٫۷۰ باید در مقیاس تقریبی بیش از ۲۴۰۰ کیلووات گرما را دفع کند. این اعداد طراحی برج نیستند، اما نشان می‌دهند چرا مصرف آب، سطح انتقال حرارت و توان فن و پمپ در چیلر جذبی نباید نادیده گرفته شود.
برج خنککننده با تبخیر آب گرما را دفع می‌کند؛ در نتیجه آب جبرانی فقط برای تبخیر نیست و تخلیه کنترلی آب و قطرات خروجی نیز به مصرف آب اضافه می‌شوند. کیفیت آب، سیکل تغلیظ، رسوب، خوردگی و برنامه تصفیه روی هزینه بهره‌برداری اثر دارند.
فضا، وزن و تعمیرات
چیلر جذبی معمولاً بزرگ‌تر و سنگین‌تر است و فضای سرویس بیشتری می‌خواهد. نگهداری شامل کنترل خلأ، تخلیه گازهای غیرقابل تقطیر، کیفیت محلول، ریسک کریستالیزاسیون و کیفیت آب است؛ در مدل Direct-Fired مشعل و مسیر گاز و دود نیز اضافه می‌شود. در چیلر تراکمی نیز کمپرسور، روغن در مدل‌های روغنی، مبرد، سنسورها، تابلو برق و مبدل‌ها نیازمند پایش هستند. مزیت نوع هواخنک حذف برج و مدار آب کندانسور است، هرچند راندمان آن معمولاً از آب‌خنک پایین‌تر و تابع دمای محیط است.
جدول تصمیم‌گیری زیر جمع‌بندی مناسبی برای مرحله طراحی مفهومی است:
| چیلر جذبی | چیلر تراکمی | معیار |
| حرارت؛ گاز، بخار، آب داغ یا حرارت بازیافتی | برق | منبع انرژی اصلی |
| پایین‌تر، اما صفر نیست | بالاتر، مخصوصاً کمپرسور | مصرف برق مستقیم |
| تک‌اثره کمتر از ۱؛ دواثره بالاتر از تک‌اثره | معمولاً بالاتر؛ وابسته به نوع و شرایط | COP دستگاه |
| در اغلب مدل‌های لیتیوم‌بروماید آبی لازم و معمولاً بزرگ‌تر | در مدل آب‌خنک لازم؛ در هواخنک حذف می‌شود | برج خنککننده |
| معمولاً بالاتر به دلیل دفع حرارت بیشتر | در تراکمی آب‌خنک وجود دارد | مصرف آب |
| معمولاً بیشتر | معمولاً کمتر در ظرفیت برابر | فضا و وزن |
| دسترسی به حرارت ارزان/اتلافی یا محدودیت ظرفیت برق | برق کافی و COP مناسب در پروفایل بار | شرط اقتصادی کلیدی |
| آب، تصفیه، برج، خلأ، تخلیه گازها و نگهداری محلول | دیماند برق، کمپرسور، کندانسور و تجهیزات جانبی | هزینه پنهان مهم |
نتیجه‌گیری: کدام سیستم برای پروژه‌های صنعتی اقتصادی‌تر است؟
هیچ‌کدام به صورت مطلق اقتصادی‌تر نیستند. اگر حرارت اتلافی، بخار مازاد یا آب داغ کم‌هزینه وجود داشته باشد و ظرفیت برق سایت محدود باشد، چیلر جذبی می‌تواند منطقی باشد؛ زیرا بار الکتریکی را کاهش می‌دهد.
اگر حرارت ارزان در دسترس نیست، آب یا فضا محدود است یا پروژه به کنترل ظرفیت سریع نیاز دارد، چیلر تراکمی معمولاً گزینه ساده‌تر و قابل پیش‌بینی‌تری است. نوع کمپرسور، روش کندانس و عملکرد بار جزئی مصرف واقعی آن را تعیین می‌کند. بنابراین برای مقایسه چیلر جذبی و تراکمی در سال ۱۴۰۵، پیشنهاد فنی باید بر اساس TCO یا هزینه کل مالکیت تهیه شود: قیمت خرید، ظرفیت واقعی، COP در نقطه طراحی، پروفایل بار سالانه، قیمت و دسترسی انرژی، دیماند برق، آب جبرانی برج، مواد شیمیایی، سرویس دوره‌ای، قطعات، فضای نصب و ریسک توقف تولید. تنها پس از تبدیل همه این عوامل به هزینه سالانه و هزینه چرخه عمر می‌توان گفت کدام انتخاب برای کارخانه اقتصادی‌تر است.
فراسرد می‌تواند در این مرحله از پروژه، بار سرمایشی و شرایط بهره‌برداری را بررسی کرده و گزینه‌های تراکمی آب‌خنک، هواخنک یا راهکار مناسب برای پروژه را بر مبنای ظرفیت واقعی و مصرف انرژی مقایسه کند. برای پروژه‌های صنعتی، ارائه پیشنهاد صرفاً بر اساس تن تبرید کافی نیست؛ مشخصات آب، دمای طرح، ساعات کار، ظرفیت برق، وجود یا نبود منبع حرارتی و محدودیت فضای نصب باید هم‌زمان بررسی شوند. در صورت نیاز به انتخاب بین دو فناوری، می‌توانید اطلاعات پروژه را برای تحلیل فنی، مقایسه مصرف انرژی و دریافت پیشنهاد مهندسی در اختیار کارشناسان فراسرد قرار دهید.
*نکته فنی
اعداد نمونه COP برای چیلرهای جذبی از داده‌های نماینده DOE و مثال تراکمی برای توضیح مقیاس انرژی استفاده شده‌اند؛ انتخاب نهایی باید بر اساس دیتاشیت سازنده و نقطه طراحی پروژه انجام شود.
