كيف تعمل المبردات الامتصاص: غوص عميق في تبريد يحركه الحرارة

عندما يتعلق الأمر بتبريد المباني الكبيرة أو العمليات الصناعية، فإن مبردات الامتصاص توفر لمسة فريدة من نوعها في مجال التبريد. على عكس الأنظمة التقليدية التي تعتمد على الضواغط الكهربائية، تستخدم هذه المبردات الحرارة - غالبًا من مصادر النفايات أو الغاز الطبيعي - لدفع عملية التبريد. وهذا يجعلها خيارًا متميزًا للمرافق الموفرة للطاقة. سواء كنت مهندسًا، أو مدير منشأة، أو ببساطة مهتمًا بتكنولوجيا التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) المبتكرة، فإن هذه المقالة توضح كيفية عمل مبردات الامتصاص، ومكوناتها الرئيسية، ولماذا تغير قواعد اللعبة في سيناريوهات محددة.

ما هو مبرد الامتصاص؟

مبرد الامتصاص هو نظام تبريد يستخدم الطاقة الحرارية لإنتاج الماء المبرد، والذي يستخدم بعد ذلك لتبريد الهواء أو العمليات. فبدلاً من ضغط مادة التبريد ميكانيكيًا باستخدام ضاغط يعمل بمحرك، فإنها تستخدم عملية كيميائية تسمى الامتصاص، وذلك باستخدام زوج من السوائل - عادة الماء وبروميد الليثيوم (LiBr) - لنقل الحرارة. هذا النهج المعتمد على الحرارة يميزه عن مبردات ضغط البخار، مما يجعله مثاليًا للمواقع ذات مصادر الحرارة الوفيرة أو التي تحتاج إلى خفض تكاليف الكهرباء.

ويكمن السحر في قدرته على تحويل الحرارة المهدرة - مثل البخار الناتج من محطة توليد الكهرباء أو الماء الساخن من مجموعة الطاقة الشمسية - إلى تبريد مفيد. تتراوح سعة التبريد بالامتصاص، الشائعة في التطبيقات واسعة النطاق مثل المستشفيات أو الجامعات أو المصانع الكيماوية، من 10 أطنان إلى أكثر من 1500 طن، مما يوفر تطورًا مستدامًا في التحكم في المناخ.

كيف يعمل مبرد الامتصاص؟

تحاكي دورة الامتصاص دورة ضغط البخار ولكنها تستبدل الطاقة الميكانيكية بالطاقة الحرارية. فيما يلي نظرة خطوة بخطوة على العملية، باستخدام نظام بروميد الماء والليثيوم كمثال:

1. تبخر: تبدأ الدورة في المبخر، حيث يتم رش الماء السائل (المبرد) فوق حزمة أنبوبية تحمل الماء الدافئ العائد (على سبيل المثال، 54 درجة فهرنهايت أو 12 درجة مئوية). تحت فراغ عميق - حوالي 0.12 رطل لكل بوصة مربعة (0.008 بار) - يتبخر الماء عند درجة حرارة منخفضة (حوالي 40 درجة فهرنهايت أو 4 درجات مئوية)، ويمتص الحرارة من الأنابيب. يؤدي هذا إلى تبريد الماء بالداخل إلى 44 درجة فهرنهايت (7 درجات مئوية)، على سبيل المثال، ثم يتم ضخه بعد ذلك لتبريد المبنى.
2. امتصاص: ينجرف بخار الماء الناتج إلى المادة الماصة، حيث يلتقي بمحلول بروميد الليثيوم المركز. LiBr، وهو مادة ماصة قوية، يمتص البخار، ويحوله مرة أخرى إلى سائل ويطلق الحرارة في هذه العملية. يتم الاحتفاظ بهذا المحلول المخفف تحت فراغ لتعزيز كفاءة الامتصاص.
3. جيل: يتم ضخ محلول LiBr المخفف الآن إلى المولد، حيث تغلي الحرارة - عادة من البخار أو الماء الساخن (أعلى من 190 درجة فهرنهايت أو 88 درجة مئوية) أو موقد الغاز - من الماء الممتص. يؤدي ذلك إلى تركيز LiBr مرة أخرى، بينما يرتفع بخار الماء إلى المرحلة التالية. مصدر الحرارة هو المحرك هنا، الذي يقود الدورة بدون كهرباء.
4. التكثيف: يدخل بخار الماء إلى المكثف، حيث يطلق حرارته إلى وسط التبريد (عادة الماء من برج التبريد عند 85 درجة فهرنهايت أو 29 درجة مئوية). عندما يبرد، يتكثف مرة أخرى إلى سائل، ويكون جاهزًا للعودة إلى المبخر.
5. كرر الدورة: يتدفق الماء السائل مرة أخرى إلى المبخر من خلال صمام الخانق، مما يؤدي إلى انخفاض ضغطه، بينما يعود LiBr المركز إلى جهاز الامتصاص، مما يبقي الحلقة حية.

تنتج رقصة الحرارة والكيمياء هذه مياهًا مبردة مع الحد الأدنى من الأجزاء المتحركة، وتعتمد على المضخات بدلاً من الضواغط لحركة السوائل. يستخدم المبرد أحادي التأثير مرحلة حرارية واحدة، بينما تضيف النماذج ذات التأثير المزدوج مولدًا ثانيًا لتحقيق كفاءة أعلى، وغالبًا ما يتضاعف ناتج التبريد لكل وحدة من مدخلات الحرارة.

المكونات الرئيسية للمبرد الامتصاص

تم تصميم كل جزء من أجل الدقة:

• المبخر: غرفة مفرغة حيث يتبخر الماء، مما يؤدي إلى تبريد المياه المتداولة. غالبًا ما يكون تصميم الغلاف والأنبوب لتحقيق أقصى قدر من نقل الحرارة.
• ممتص: يمزج البخار مع المادة الماصة (LiBr)، وهي عادة عبارة عن نظام رش أو طبقة معبأة لتعزيز منطقة التلامس.
• مولد: القلب الذي يحركه الحرارة، ويفصل مادة التبريد عن المادة الماصة. يعد البخار عند 15 رطل لكل بوصة مربعة (1 بار) أو الماء الساخن عند 240 درجة فهرنهايت (115 درجة مئوية) أمرًا شائعًا.
• مكثف: يبرد البخار ويكثفه، ويقترن عادة ببرج تبريد لرفض الحرارة.
• مبادل حراري: يقوم بتسخين المحلول المخفف المتجه إلى المولد مع عودة المحلول المركز الساخن إلى جهاز الامتصاص، مما يقلل من هدر الطاقة.
• المضخات والصمامات: تحريك السوائل والحفاظ على الفراغ - صغير ولكنه مهم للتحكم في التدفق.

تستخدم بعض الوحدات الأمونيا كمبرد مع الماء كمادة ماصة، مما يعكس الاقتران في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة مثل التجميد -20 درجة فهرنهايت (-29 درجة مئوية).

لماذا نستخدم مبردات الامتصاص؟

تتألق مبردات الامتصاص في سياقات محددة:

• استغلال الحرارة: إنهم يحولون الحرارة المهدورة - على سبيل المثال، من محطة التوليد المشترك للطاقة التي تنتج عادم تبلغ درجة حرارته 300 درجة فهرنهايت (149 درجة مئوية) - إلى تبريد، مما يقلل الطلب على الكهرباء. قد يوفر المستشفى 50% من تكاليف التبريد بهذه الطريقة.
• انخفاض استخدام الكهرباء: نظرًا لأن المضخات تستهلك ما بين 5 إلى 10% فقط من طاقة الضاغط، فهي مثالية عندما تكون الكهرباء باهظة الثمن أو لا يمكن الاعتماد عليها.
• عملية هادئة: عدم وجود ضاغط هادر يعني أن مستويات الضوضاء تحوم حول 60 ديسيبل - مكتبة هادئة مقارنة بـ 80+ ديسيبل لوحدات ضغط البخار.
• صديقة للبيئة: تتميز أنظمة Water-LiBr بقدرة صفر على استنفاد الأوزون (ODP)، وتتميز خيارات الأمونيا بقدرة على إحداث الاحترار العالمي تبلغ 0، مما يتماشى مع الأهداف الخضراء.

التطبيقات

• تبريد المناطق: قد يستخدم الحرم الجامعي مبردًا امتصاصيًا بسعة 1000 طن، يعمل بالبخار من محطة طاقة قريبة، لتبريد مساكن الطلبة والمختبرات.
• العمليات الصناعية: يمكن لمصنع كيميائي يعمل على تبريد التفاعلات الطاردة للحرارة عند درجة حرارة 50 درجة فهرنهايت (10 درجات مئوية) أن يستغل الحرارة المهدرة من المفاعلات، مما يعزز الكفاءة.
• تخزين المواد الغذائية: تعمل مبردات مياه الأمونيا على تجميد الأسماك عند -40 درجة فهرنهايت (-40 درجة مئوية) في المستودعات الساحلية، مما يؤدي إلى الاستفادة من مواقد الغاز حيث تندر الكهرباء.

تخيل مصنع جعة: خزانات التخمير تحتاج إلى تبريد ثابت عند درجة حرارة 55 درجة فهرنهايت (13 درجة مئوية). مبرد الامتصاص، المدعوم بالماء الساخن من غلاية الكتلة الحيوية، يحافظ على جودة البيرة مع تقليل الاعتماد على الشبكة.

الفوائد بالتفصيل

• كفاءة الطاقة: حققت المبردات ذات التأثير المزدوج معامل أداء (COP) يبلغ 1.2 — مما ينتج 1.2 وحدة تبريد لكل وحدة حرارة — مقابل 0.7 للنماذج ذات التأثير الواحد.
• وفورات في التكاليف: في المناطق ذات الحرارة الرخيصة (على سبيل المثال، 5 دولارات لكل مليون وحدة حرارية بريطانية من الغاز مقابل 0.15 دولار أمريكي لكل كيلووات في الساعة من الكهرباء)، تنخفض تكاليف التشغيل بنسبة 30-40%.
• طول العمر: مع وجود عدد أقل من الأجزاء المتحركة، غالبًا ما تدوم الوحدات لمدة 25 عامًا، متفوقة على الأنظمة القائمة على الضاغط المعرضة للتآكل.

الكلمات النهائية

تقوم مبردات الامتصاص بتحويل الحرارة إلى برودة بلمسة ذكية، مما يوفر خيارًا مستدامًا ومنخفض الكهرباء للتبريد على نطاق واسع. من خفض التكاليف في المصانع الغنية بالحرارة إلى الحرم الجامعي الهادئ، فهي أداة متخصصة ولكنها قوية. سواء كنت تقوم بتعديل منشأة ما أو استكشاف التكنولوجيا الخضراء، فإن فهم مبردات الامتصاص يمكن أن يفتح المجال لحلول أكثر ذكاءً. هل لديك فضول لتسخير هذا السحر الذي يحركه الحرارة؟ تواصل مع أحد متخصصي التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) لمعرفة ما إذا كان يناسب لغز التبريد الخاص بك!