Overview of solar refrigeration technology​

Source: MEGA Tech Magazine, May-June 2017

ระบบทำความเย็นที่สามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์มาขับเคลื่อนระบบโดยตรงได้นั้น จะจัดอยู่ในกลุ่มของระบบ ทำความเย็นที่ใช้พลังงานความร้อนในการขับเคลื่อนระบบ (heat powered refrigeration cycle) ซึ่งระบบที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายนั้นคือ ระบบทำความเย็นแบบดูดซึม (absorption refrigeration system) และระบบทำความเย็นแบบดูดซับ (adsorption refrigeration system) อีกทั้งยังมีอีกหนึ่งระบบคือ ระบบทำความเย็นแบบอีเจ็กเตอร์ (ejector refrigeration system)​

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึม ระบบทำความเย็นแบบดูดซับ และระบบทำความเย็นแบบอีเจ๊กเตอร์

 

สำหรับระบบทำความเย็นแบบดูดซึม ไอของสารทำความเย็นความดันตํ่าที่ออกจากเครื่องระเหย จะถูกดูดซึมและทำปฏิกิริยาเคมีจนกลายเป็นสารละลายซึ่งเป็นส่วนผสมของสารทำความเย็นและตัวดูดซึม หลังจากนั้นจะถูกเพิ่มความดันเพื่อส่งไปที่หม้อต้ม (generator) สารละลาย เพื่อแยกไอสารทำความเย็นออกจากสารละลายโดยใช้พลังงานความร้อน ซึ่งพลังงานส่วนใหญ่ที่ใช้ในระบบนี้จะเป็นพลังงานความร้อนแทบทั้งสิ้น สำหรับระบบทำความเย็นแบบดูดซับสารทำความเย็นจะถูกดูดซับด้วยตัวดูดซับที่เป็นของแข็งรูพรุน ยกตัวอย่างเช่น นํ้ากับซิลิกาเจล ซึ่งเมื่อเราทำให้ซิลิกาเจลเย็นตัวลง มันจะสามารถดูดซับไอสารทำความเย็น (นํ้า) จากเครื่องระเหย (evaporator) ได้เป็นอย่างดี และเมื่อเราให้พลังงานความร้อนแก่ซิลิกาเจล ไอของสารทำความเย็นจะแยกตัวออกจากซิลิกาเจล ณ สถานะอุณหภูมิ และความดันที่สูงขึ้น และก็จะไปไหลไปควบแน่นที่เครื่องควบแน่นเพื่อทำการควบแน่นต่อไป

 

ระบบทำความเย็นแบบอีเจ็กเตอร์เป็นอีกหนึ่งที่สามารถใช้พลังงานความร้อนในการขับเคลื่อนระบบ เช่นเดียวกับระบบเครื่องทำความเย็นแบบดูดซึม แต่มีความเรียบง่ายมากกว่า คือ ใช้สารทำงานชนิดเดียวในระบบ ไม่มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นภายในระบบโดยอีเจคเตอร์ (ejector) และหม้อต้มสารทำความเย็น (boiler) จะทำหน้าที่เป็นเครื่องอัดไอสำหรับระบบนี้

การประยุกต์ใช้งานจริงสำหรับระบบทำความเย็นจากพลังงานแสงอาทิตย์แต่ละชนิด

 

ในตลาดปัจจุบันพบว่ามีเพียงสองระบบเท่านั้น คือ ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมและระบบทำความเย็นแบบดูดซับ ที่มีการผลิตออกมาจำหน่ายในเชิงพานิชย์ ส่วนระบบทำความเย็นแบบอีเจ็กเตอร์ไม่พบข้อมูลแต่อย่างใด ถ้าพูดถึงระบบทำความเย็นแบบดูดซึม จะมีความ สามารถผลิตนํ้าเย็น (chilled water) ที่อุณหภูมิ 5°C ที่ความสามารถการทำความเย็นอยู่ในช่วง 50 – 8000 kW โดยประมาณ โดยสามารถใช้ทั้งไอนํ้าจากเครื่องกำเนิดไอนํ้า หรือนํ้าร้อนที่ได้จากแผงผลิตนํ้าร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นตัวขับเคลื่อนระบบ โดยอุณหภูมิของนํ้าร้อนที่ใช้จะอยู่ในช่วง 80 ถึง 180°C ขึ้นอยู่กับขนาดของระบบทำความเย็นแบบดูดซึมส่วนระบบทำความเย็นแบบดูดซับก็มีหลายบริษัทผลิตออกมาจำหน่ายแล้วเช่นกัน ซึ่งความสามารถในการทำความเย็นจะตํ่ากว่า 1000kW แต่สามารถใช้นํ้าร้อนที่อุณหภูมิพียงแค่ 60°C ในการขับเคลื่อนระบบนํ้าเย็นที่ผลิตได้ก็จะมีอุณหภูมิตํ่าสุดใกล้เคียงกับระบบทำความเย็นแบบดูดซึม ข้อได้เปรียบของระบบทำความเย็นแบบดูดซับ คือ ไม่มีปัญหาการกัดกร่อนภายในระบบ เนื่องจากใช้ของแข็งเป็นตัวดูดซับสารทำความเย็นแตกต่างจากระบบทำความเย็นแบบดูดซึม ที่ส่วนใหญ่จะใช้ลิเทียมโบรมายด์ เป็นตัวดูดซึมสารทำความเย็น ส่วนระบบทำความเย็นแบบอีเจกเตอร์นั้นยังอยู่คงในช่วงของการพัฒนาและปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ มีทีมนักวิจัยบางกลุ่มทั้งในไทย และต่างประเทศได้จัดสร้างเครื่องต้นแบบเพื่อทำการทดลองระบบ เพื่อพิสูจน์ว่าระบบสามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้จริง และหลายๆ งานวิจัยที่เผยแพร่ออกมาก็ยืนยันได้ว่า มีความเป็นไปได้ที่จะนำระบบทำความเย็นแบบอีเจกเตอร์มาประยุกต์ใช้ในงานปรับอากาศ

การประยุกต์ใช้งานภายในประเทศไทย

 

สำหรับในประเทศไทยได้มีการจัดทำโครงการพัฒนาและสาธิตการปรับอากาศด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นมาแล้ว โดยมหาวิทยาลัยนเรศวร จ. พิษณุโลก โดยใช้ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมที่มีความสามารถในการทำความเย็น 10 ตันโดยแหล่งพลังงานความร้อนที่ใช้ในการขับเคลื่อนระบบได้มาจากนํ้าร้อนที่ผลิตจากหลอดสุญญากาศจากพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 72 m2 ผลการทดลองพบว่าสามารถทดแทนการใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อการปรับอากาศได้ถึง 81% อีกหนึ่งตัวอย่างคือ บริษัทน้อมจิตต์ได้มีการติดตั้งระบบทำความเย็นแบบดูดซึมขับเคลื่อนโดยพลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อแบ่งเบาภาระการทำงานของระบบปรับอากาศที่ใช้ไฟฟ้าสำหรับระบบทำความเย็นแบบดูดซับและระบบแบบอีเจกเตอร์ยังไม่ปรากฏว่ามีการนำมาประยุกต์ใช้งานจริงภายในประเทศไทยแต่อย่างใดซึ่งนี่เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนของนำระบบทำความเย็นจากพลังงานแสงอาทิตย์มาประยุกต์ใช้งานจริงภายในประเทศ อย่างไรก็ตามอุปสรรคที่สำคัญที่สุดของระบบทำความเย็นจากพลังงานแสงอาทิตย์ คือ ราคาของระบบนี้ส่วนมากจะเป็นค่าใช้จ่ายในส่วนของ แผงผลิตนํ้าร้อน นอกเหนือจากนั้นสิ่งที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่ควรคำนึงถึงคือ เมื่อนำมาประยุกต์ในบ้านเราซึ่งมีสภาพภูมิอากาศที่แตกต่างจากฝั่งยุโรป สิ่งสำคัญอีกข้อหนึ่งคือความรู้ ความเข้าใจที่ต้องมีอย่างเพียงพอ เพื่อที่จะสามารถเดินระบบให้มีความเสถียร และมีประสิทธิภาพสูงสุด

a) http://www.alfalaval.com/waste-heat-recovery/profiting-on-waste-heat/transforming-energy/chilled-water/

b) http://www.r718.com/articles/3432/the_basics_of_r718_the_adsorption_cycle_br

c) สุดาภรณ์ ฉุ้งลู้, ระบบปรับอากาศชนิดดูดซึมใช้พลังงานแสงอาทิตย์สำหรับอาคาร, วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ปีที่ 19 ฉบับที 1 ม.ค.-มี.ค. 54

The refrigeration system which can directly utilize solar energy to drive the system and produce the useful refrigeration is classified as a heat-powered refrigeration system. Absorption refrigeration and adsorption refrigeration systems are already extensively well known. However, there is another system which is called an ejector refrigeration system.

Absorption refrigeration, adsorption refrigeration and ejector refrigeration systems

 

In case of the absorption refrigeration system, the refrigerant vapor at low-pressure leaving from the evaporator will be absorbed into the absorber. Inside the absorber, there is the chemical reaction which creates the solution of refrigerant and absorbent. After that, this solution will be pressurized in order to supply to the generator where the high pressure and temperature refrigerant vapor will be separated from the solution and continuously flow to the condenser. Most of the energy used in this system is heat energy. For adsorption refrigeration system, in contrast with the absorption system, the low-pressure refrigerant vapor will be adsorbed by the porous solid adsorbent. For example, water and silica gel, if the silica gel is cooled by using cooling water, it can efficiently absorb the low pressure refrigerant vapor (water) from the evaporator. In another hand, if the silica gel that already contains the refrigerant vapor is heated up by hot water, the refrigerant vapor will be separated from silica gel with higher temperature and pressure. This hot refrigerant vapor will flow to the condenser to achieve the condensation process. Ejector refrigeration system is another one system that can use heat energy to drive the system. However, it is less complicated than other systems because it needs only one refrigerant substance within the system. Moreover, there is no chemical reaction within the system. The ejector and boiler are used as compressor for ejector refrigeration system.

The application of solar cooling system

 

According to the present market, there are only two systems, absorption and adsorption refrigeration systems, which are available commercially. In case of ejector refrigeration system, there is no information about commercial availability. Considering to absorption refrigeration system, it can approximately produce the chilled water at 5°C with the cooling capacity in the range of 50 to 8000 kW. Steam generated by steam boiler or hot water produced by solar water heater panel can be used to drive the system. The temperature of hot water should be in the range of 80 to 180°C depending on the capacity of the absorption refrigeration system. In case of the adsorption refrigeration system, several companies have also introduced to the present refrigerating machine market. The cooling capacity of the adsorption refrigeration system is less than 1000kW but it can be driven by hot water with rather low temperature of 60°C. The temperature of chilled water generated by adsorption system is almost equal to the chilled water produced by absorption system. The advantage of the adsorption refrigeration system is that there is no internal corrosion problem because it uses a solid as the adsorbent. Unlike the absorption system, it normally use Lithium bromide to absorb a refrigerant. In case of ejector refrigeration system, it is still in the process of efficiency development. There are some Thai and aboard research groups has built a prototype in order to test and to apply to use in real application. According to published researches, it is confirmed that there is the possibility to use the ejector refrigeration system in air conditioning application.

The applications in Thailand

 

For Thailand, the development and demonstration projects of air conditioning system powered by solar energy has been already launched by Naresuan University, Phitsanulok. The absorption refrigeration system with a capacity of 10 TR is used in this project. Heat energy which is used to drive the system is obtained from hot water generated by evacuated tube solar collector with the area of 72 m2. The results showed that it can replace the electricity used for air conditioning system by 81%c. Another good example can be found at Nomjitt building. In order to reduce the electricity used for air conditioning system, the company has installed the absorption refrigeration system which is powered by solar energy. For adsorption refrigeration and ejector systems, it hasn’t been applied to use in Thailand. These are some examples of solar-powered refrigeration system which is already applied to use in Thailand. However, the most important drawback of solar-powered cooling systems is that the major expense of this system is the cost of solar collector. Moreover, when a solar refrigeration system is applied in Thailand where the weather is different from western countries, the sufficient knowledge and understanding of the system is very important to stable the system operation and to obtain the maximum efficiency.

© 2018 Advance Industry Media Plus Co., Ltd. All Rights Reserved.​​

megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching

Advance Industry Media Plus Co., Ltd.
1104/339 Pattanakarn Road Suanluang, Suanluang, Bangkok, 10250 Thailand

Tel. +66 2136 1406-7

Fax. +66 2187 2899

www.aimplus.co.th   

info@aimplus.co.th​

Ms. Khemruji Pruankaewmanee

Tel: +66 2 136 1406-7
Email: khemruji@aimplus.co.th​

aimplus.co.th

Reader voices

Advertisers

Subscribe

ADVERTISE WITH US 

LINKS

FOLLOW US ON SOCIAL MEDIA

megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
www.toyoda-tmsea.com