การทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ กับ การทำความเย็นแบบดูดซับ — ระบบใดมีประสิทธิภาพมากกว่า

1. ความแตกต่างพื้นฐานในหลักการทำงาน

เครื่องทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์อาศัยความสัมพันธ์ของการละลายทางเคมีกายภาพระหว่างตัวดูดซับของเหลวและสารทำความเย็นเพื่อขับเคลื่อนวงจร สารทำความเย็นจะละลายลงในตัวดูดซับเพื่อสร้างสารละลาย ซึ่งจากนั้นจะถูกให้ความร้อนในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ สารทำความเย็นจะระเหยและแยกออก จากนั้นผ่านการควบแน่น การขยายตัว และการระเหยเพื่อสร้างความเย็น ไอสารทำความเย็นความดันต่ำจะถูกดูดซับอีกครั้งโดยตัวดูดซับ และทำให้ครบวงจร กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องระหว่างเฟสของเหลวและไอ — นี่คือ วงจรต่อเนื่องในสภาวะคงตัว .

การทำความเย็นด้วยการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ใช้คุณสมบัติการดูดซับทางกายภาพและการดูดซับความร้อนของตัวดูดซับที่เป็นของแข็งเพื่อขับเคลื่อนวงจร ตัวดูดซับจับไอสารทำความเย็นที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้เกิดความเย็น จากนั้นพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์จะทำให้ตัวดูดซับร้อนขึ้น ทำให้เกิดการดูดซับ ไอของสารทำความเย็นจะถูกปล่อยออกมา เข้าสู่คอนเดนเซอร์ และกลายเป็นของเหลวเพื่อการฟื้นฟู เนื่องจากตัวดูดซับที่เป็นของแข็งไม่สามารถไหลได้อย่างต่อเนื่องเหมือนกับที่ของเหลวทำ การดูดซับและการคายการดูดซึมจะสลับกันภายในเบดการดูดซับเดียวกัน นี่คืออัน วงจรกึ่งคงที่เป็นระยะๆ .

ความแตกต่างพื้นฐานนี้ทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างระบบทั้งสองประเภทในแง่ของความต่อเนื่องในการปฏิบัติงาน โครงสร้างอุปกรณ์ และวิธีการควบคุม

2. การเปรียบเทียบกระบวนการวัฏจักรอุณหพลศาสตร์

วงจรสี่ขั้นตอนของการทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์

วัฏจักรทางอุณหพลศาสตร์มาตรฐานของระบบทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วยกระบวนการหลักสี่กระบวนการ:

รุ่น: สารละลายเจือจางในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกให้ความร้อนด้วยน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิประมาณ 80°C ถึง 100°C สำหรับระบบเอฟเฟกต์เดี่ยว สารทำความเย็นจะระเหย และความเข้มข้นของสารละลายเพิ่มขึ้นจนกลายเป็นสารละลายเข้มข้น

การควบแน่น: ไอสารทำความเย็นอุณหภูมิสูงและความดันสูงจะเข้าสู่คอนเดนเซอร์ ปล่อยความร้อนออกสู่น้ำหรืออากาศเย็น และกลายเป็นของเหลวในสารทำความเย็นของเหลวแรงดันสูง

การระเหย: สารทำความเย็นที่เป็นของเหลวจะไหลผ่านวาล์วขยายตัว ลดความดัน และเข้าสู่เครื่องระเหย ภายใต้สภาวะความดันต่ำและอุณหภูมิต่ำ ระบบจะดูดซับความร้อนและระเหยออกไป ซึ่งเป็นขั้นตอนหลักที่ระบบจะสร้างเอฟเฟกต์ความเย็น

การดูดซึม: ไอสารทำความเย็นความดันต่ำจะเข้าสู่ตัวดูดซับ ซึ่งจะถูกดูดซับโดยสารละลายเข้มข้น ในขณะเดียวกันก็ปล่อยความร้อนไปยังตัวกลางทำความเย็นไปพร้อมๆ กัน สารละลายจะถูกเจือจางอีกครั้ง เพิ่มแรงดันด้วยปั๊มสารละลาย และส่งกลับไปยังเครื่องกำเนิดเพื่อทำให้วงจรเสร็จสมบูรณ์

ในระบบน้ำ-ลิเธียมโบรไมด์ น้ำทำหน้าที่เป็นสารทำความเย็น และลิเธียมโบรไมด์เป็นตัวดูดซับ วงจรทำงานภายใต้สภาวะแรงดันลบ โดยมีอุณหภูมิทำความเย็นขั้นต่ำสูงกว่า 0°C ทำให้เหมาะสมกับงานเครื่องปรับอากาศ ระบบน้ำแอมโมเนียใช้แอมโมเนียเป็นสารทำความเย็นและสามารถบรรลุอุณหภูมิการทำความเย็นที่ต่ำกว่าศูนย์ โดยให้ช่วงการใช้งานที่กว้างขึ้น แม้ว่าจะต้องใช้แรงกดดันในการทำงานของระบบที่สูงขึ้นและข้อกำหนดการปิดผนึกที่เข้มงวดมากขึ้นก็ตาม

วงจรสลับสองเตียงของการทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์

ระบบทำความเย็นแบบดูดซับมาตรฐานใช้เตียงดูดซับสองตัวที่ทำงานสลับกันเพื่อให้ความเย็นที่ใกล้เคียงต่อเนื่อง:

ขั้นตอนการดูดซับและทำความเย็น: เตียงดูดซับหนึ่งเตียงจะถูกคงไว้ที่อุณหภูมิต่ำ ตัวดูดซับที่เป็นของแข็ง ซึ่งโดยทั่วไปคือซิลิกาเจล จะดูดซับไอสารทำความเย็นจากเครื่องระเหยอย่างต่อเนื่อง สารทำความเย็นจะระเหยภายใต้สภาวะแรงดันต่ำและอุณหภูมิต่ำภายในเครื่องระเหย เพื่อดูดซับความร้อนและทำให้เกิดความเย็น

ขั้นตอนการสลายความร้อน: น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์จะทำให้เตียงดูดซับอิ่มตัวร้อนขึ้น เมื่ออุณหภูมิตัวดูดซับสูงขึ้น ไอสารทำความเย็นจำนวนมากจะถูกดูดซับและปล่อยออกสู่คอนเดนเซอร์ ซึ่งจะทำให้กลายเป็นของเหลว จากนั้นสารทำความเย็นที่เป็นของเหลวจะถูกขยายและส่งกลับไปยังเครื่องระเหย เพื่อเตรียมระบบสำหรับรอบการดูดซับครั้งต่อไป

กระบวนการนำความร้อนกลับคืน: ระบบการดูดซับประสิทธิภาพสูงรวมเอาเครื่องกำเนิดความร้อนใหม่ที่แลกเปลี่ยนพลังงานความร้อนระหว่างเบดอุณหภูมิสูงที่อยู่ระหว่างการดีดูดซับและเบดอุณหภูมิต่ำในเฟสการดูดซับ ซึ่งจะช่วยลดความต้องการอินพุตความร้อนโดยรวมและปรับปรุง COP การออกแบบการนำความร้อนกลับคืนเป็นหนึ่งในกลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพที่สำคัญในระบบทำความเย็นแบบดูดซับ

ช่วงเวลาการสลับระหว่างเตียงทั้งสองเตียงสลับกันโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างหลายนาทีถึงหลายสิบนาที เอาท์พุตการทำความเย็นจะแสดงระดับของความผันผวนระหว่างการสลับ — คุณลักษณะการทำงานที่โดดเด่นซึ่งทำให้ระบบดูดซับแตกต่างจากวงจรการดูดซับที่ต่อเนื่อง

3. อุณหภูมิในการขับขี่และการจับคู่ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์

อุณหภูมิแหล่งความร้อนในการขับเคลื่อนเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการเลือกระบบปรับอากาศที่ขับเคลื่อนด้วยความร้อนจากแสงอาทิตย์

เครื่องทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ต้องใช้อุณหภูมิในการขับขี่ค่อนข้างสูง อุณหภูมิในการขับขี่ขั้นต่ำสำหรับเครื่องทำความเย็นลิเธียมโบรไมด์แบบเอฟเฟกต์ครั้งเดียวคือประมาณ 75°C ถึง 80°C ในขณะที่เครื่องทำความเย็นแบบเอฟเฟกต์สองเท่าต้องใช้อุณหภูมิ 150°C หรือสูงกว่า โดยทั่วไปการทำงานที่มั่นคงต้องใช้ตัวรวบรวมหลอดอพยพหรือตัวรวบรวมความเข้มข้น เช่น หัวจ่ายพาราโบลาแบบผสม (CPC) อุณหภูมิในการขับขี่ที่สูงขึ้นจะเพิ่มความดันการระเหยในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจร ระบบเอฟเฟกต์สองเท่าบรรลุ COP ที่ 1.0 ถึง 1.2 ซึ่งสูงกว่าระบบเอฟเฟกต์เดี่ยวอย่างมีนัยสำคัญที่ 0.6 ถึง 0.8

เครื่องทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานในช่วงอุณหภูมิการขับขี่ที่ต่ำกว่า คู่การทำงานของซิลิกาเจล-น้ำทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิ 60°C ถึง 85°C ซึ่งตรงกับช่วงอุณหภูมิการทำงานของตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบโดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์รวบรวมที่มีอุณหภูมิสูง คุณลักษณะนี้ทำให้ระบบการดูดซับมีความสามารถในการปรับตัวได้ดีขึ้นในบริเวณที่มีการฉายรังสีปานกลางหรือในระหว่างการใช้งานในฤดูหนาว คู่การทำงานของซีโอไลต์-น้ำต้องใช้อุณหภูมิในการขับที่สูงขึ้นเล็กน้อยที่ 100°C ถึง 200°C แต่สามารถขจัดการดูดซึมได้อย่างสมบูรณ์มากกว่า ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแหล่งความร้อนที่มีคุณภาพสูงขึ้น คู่การทำงานของถ่านกัมมันต์-เมทานอลสามารถขับเคลื่อนได้ที่อุณหภูมิต่ำถึง 50°C ถึง 80°C แม้ว่าความเป็นพิษและความสามารถในการติดไฟของเมทานอลจะทำให้ข้อกำหนดการปิดผนึกและการออกแบบความปลอดภัยมีความต้องการมากขึ้น

4. ระบบ COP และประสิทธิภาพการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ

ภายใต้เงื่อนไขการรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ที่เท่ากัน ระบบทั้งสองประเภทจะแสดงความแตกต่างที่วัดได้ในประสิทธิภาพพลังงาน

เครื่องทำความเย็นแบบดูดซับลิเธียมโบรไมด์แบบเอฟเฟกต์เดี่ยวมักจะได้รับ COP ความร้อนที่ 0.6 ถึง 0.8 ในขณะที่ยูนิตแบบเอฟเฟกต์สองเท่าสามารถเกิน 1.0 ได้ อย่างไรก็ตาม ระบบดับเบิ้ลเอฟเฟ็กต์จำเป็นต้องมีอาร์เรย์ตัวรวบรวมขนาดใหญ่กว่ามากและการลงทุนอุปกรณ์เสริมที่สูงกว่า COP พลังงานแสงอาทิตย์โดยรวม ซึ่งพิจารณาถึงประสิทธิภาพของตัวสะสม อยู่ในช่วง 0.3 ถึง 0.5

โดยทั่วไประบบดูดซับน้ำและซิลิกาเจลจะให้ COP ความร้อนที่ 0.4 ถึง 0.6 ซึ่งต่ำกว่าระบบดูดซับ เนื่องจากเข้ากันได้กับตัวสะสมแผ่นเรียบที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของตัวสะสมจึงค่อนข้างสูง และการใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยรวมก็เทียบได้กับระบบดูดซับผลกระทบเดี่ยว การเปิดตัววัสดุดูดซับขั้นสูง ซึ่งรวมถึง AQSOA ซีโอไลต์ และวัสดุกรอบโลหะ-อินทรีย์ (MOF) กำลังปิดช่องว่าง COP อย่างต่อเนื่อง ผลการตรวจทางห้องปฏิบัติการบางส่วนเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้เกิน 0.8 แล้ว

5. โครงสร้างระบบและลักษณะการบำรุงรักษา

ระบบทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง รวมถึงปั๊มสารละลาย เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องดูดซับ คอนเดนเซอร์ เครื่องระเหย และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน สถาปัตยกรรมระบบค่อนข้างซับซ้อน โดยมีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความบริสุทธิ์ของของไหลในการทำงานและการป้องกันการรั่วไหลของระบบ สารละลายลิเธียมโบรไมด์มีความเสี่ยงที่จะเกิดการตกผลึกและการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงหรือเมื่อสัมผัสกับอากาศ โดยต้องมีการตรวจสอบความเข้มข้นเป็นระยะและการเติมสารยับยั้งการกัดกร่อน การบำรุงรักษาต้องการบุคลากรด้านเทคนิคที่มีคุณสมบัติเหมาะสม

ระบบทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นรอบๆ เตียงดูดซับที่เป็นของแข็งเป็นส่วนประกอบหลัก ไม่มีวงจรการปั๊มของไหลที่ทำงานด้วยของเหลว และระบบไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวนอกเหนือจากพัดลมระบายความร้อน ส่งผลให้ระบบมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและเชื่อถือได้ทางกลไก โดยมีอัตราความล้มเหลวต่ำและภาระงานในการบำรุงรักษาน้อยที่สุด ข้อดีข้อเสียคือปริมาตรเบดดูดซับค่อนข้างมาก — โดยทั่วไปน้ำหนักและรอยเท้าของระบบจะมากกว่าหน่วยดูดซับที่มีความสามารถในการทำความเย็นที่เท่ากัน ข้อจำกัดด้านพื้นที่ต้องได้รับการประเมินอย่างรอบคอบในขั้นตอนการวางแผนโครงการ

6. สถานการณ์การใช้งานและกรณีการใช้งานทางวิศวกรรม

เครื่องทำความเย็นแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ลิเธียมโบรไมด์มีผลงานเป็นที่ยอมรับในอาคารพาณิชย์ขนาดใหญ่ โรงแรม โรงพยาบาล และโรงงานอุตสาหกรรม ผลิตภัณฑ์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดมีความสามารถในการทำความเย็นตั้งแต่หลายสิบกิโลวัตต์ไปจนถึงหลายเมกะวัตต์ เมื่อรวมกับสนามสะสมพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์ ระบบเหล่านี้สามารถจ่ายความเย็นในระดับเขต และปัจจุบันเป็นตัวแทนของเทคโนโลยีที่โดดเด่นในโครงการทำความเย็นแบบใช้พลังงานแสงอาทิตย์

เครื่องปรับอากาศแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์เหมาะกว่ากับอาคารขนาดเล็กและขนาดกลาง การใช้งานระบบทำความเย็นแบบกระจาย และกรณีการใช้งานที่ให้ความสำคัญกับความน่าเชื่อถือของระบบและการบำรุงรักษาต่ำ เช่น สถานีฐานโทรคมนาคมและสถานพยาบาลในสถานที่นอกโครงข่าย เนื่องจากประสิทธิภาพของวัสดุดูดซับยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและต้นทุนของระบบลดลง ความสามารถในการแข่งขันของเครื่องปรับอากาศแบบดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ในการใช้งานในที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ขนาดเล็กจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ทั้งเทคโนโลยีการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์และเทคโนโลยีการทำความเย็นด้วยการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ครองตำแหน่งที่แตกต่างและเสริมกันในตลาดเครื่องปรับอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ในวงกว้าง การเลือกระหว่างทั้งสองจะถูกกำหนดโดยคุณภาพทรัพยากรพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ ขนาดภาระของอาคาร สภาพพื้นที่ และโครงสร้างต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของแต่ละโครงการ