Alternative HVAC technology: Solar powered-absorption refrigeration system

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์

               ในยุคที่ทั่วโลกให้ความสนใจกับคำว่า “พลังงานทดแทน” มากขึ้นทุกวัน และมีความพยายามผลักดันให้มีการใช้งานกันมากขึ้นเพื่อทดแทนการใช้พลังงานที่แปรรูปมาจากเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการเกิดสภาวะโลกร้อน และถ้าพูดถึงพลังงานทดแทนที่มีใช้กันอย่างพร่หลายในบ้านเราคงหนีไม่พ้นพลังงานทดแทนที่แปรรูปมาจาก “พลังงานแสงอาทิตย์” ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเราคงนึกถึงการนำมาใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นอันดับแรก แต่ในแง่ของการทำความเย็นนั้นก็มีโอกาสที่จะนำ “พลังงานแสงอาทิตย์” มาใช้เป็นพลังงานในการขับเคลื่อนระบบได้เช่นกันได้เช่นกัน โดยเราจะไม่พูดถึงการนำ “พลังงานแสงอาทิตย์” มาผลิตเป็นกระแสไฟฟ้าก่อนแล้วค่อยนำไปใช้กับระบบการทำความเย็น แต่เราจะพูดถึงระบบทำความเย็นที่สามารถขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ได้โดยตรง โดยที่จะพูดถึงในบทความนี้ คือ ระบบทำความเย็นแบบดูดซึม (Absorption refrigeration system)

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ (Absorption refrigeration system driven by solar energy)

               รูปที่ 1 แสดงถึงแผนผังการทำงานของระบบทำความเย็นแบบดูดซึมที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์  โดยสารทำความเย็น (Refrigerant) ในระบบนี้สามารถนำน้ำบริสุทธ์มาประยุกต์ใช้ได้ (1-2-3-4)โดยสารทำความเย็นจะคายความร้อน (Q_c) ให้กับน้ำที่มาจากหอหล่อเย็น (Cooling tower) และควบแน่นที่เครื่องควบแน่น (Condenser, 1-2) จนกลายเป็นของเหลวอิ่มตัวและจะไหลผ่านวาล์วลดความดัน (2-3) จนสถานะกลายเป็นของผสมก่อนเข้าเครื่องระเหย (Evaporator) เพื่อไปสร้าง Refrigeration effect (Q_e) และออกจากเครื่องระเหยในสถานะไออิ่มตัว โดยสารทำความเย็นจะทำงานควบคู่กับสารดูดซึม (Absorbent) (Ammonia หรือ Lithium bromide) กลายเป็นสารละลาย (Solution)

สารละลายเข้มข้น (Strong solution) จะไหลมากจากเครื่องแยกไอ Generator และผ่านวาล์วลดความดัน (8-9-10) ซึ่งจะส่งผลให้ความดันและอุณหภูมิลดลงแต่ค่าความเข้มข้นยังคงคงที่ จากนั้นสารละลายเข้มข้นจะไหลเข้ามาที่เครื่องดูดซึม (Absorber) เพื่อดูดซึมไอของสารทำความเย็นที่มาจาก Evaporator ส่งผลให้ความค่าความเข้มข้นลดลงกลายเป็นสารละลายเจือจาง (Weak solution) และระหว่างกระบวนการดูดซึมนั้นจะมีความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากปฎิกริยาเคมี ดังนั้นจึงต้องมีการระบายความร้อน (Q_a) เราอาจจะใช้น้ำที่มาจากหอหล่อเย็นมาระบายความร้อนส่วนนี้เพื่อควบคุมอุณหภูมิของสารละลายในเครื่องดูดซึมให้มีค่าคงที่ สารละลายเจือจางจาก Absorber จะถูกปั๊มไปที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อ(Heat exchanger, 5-6-7) ส่งผลให้สารละลายเจือจางมีอุณหภูมิสูงขึ้น ในขณะที่สารละลายเข้มข้น (8-9) จะมีอุณหภูมิลดลง การติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความระหว่าง Generator กับ Absorber จะส่งผลให้ระบบมีค่าสัมประสิทธิ์การทำความเย็นที่สูงขึ้นเนื่องจาก พลังงานความร้อนที่ใช้ที่ Generator จะมีค่าน้อยกว่าระบบที่ไม่ติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยการประยุกต์ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ของระบบนี้จะเกิดขึ้นที่ Generator ซึ่งจะทำงานร่วมกับ Parabolic trough collectorโดยองค์ประกอบสำคัญของ Parabolic trough collector คือ แผ่นสะท้อนแสงอาทิตย์ (Reflector) ที่ทีลักษณะเป็นแผ่นโค้งรูปทรง Parabola และ ท่อสุญญากาศ (Evacuated tube receiver) ที่ใช้รับพลังงานความร้อนจากแผ่นสะท้อนแสงอาทิตย์ ซึ่งหลักการทำงานนั้นแสดงอยู่ในรูปที่ 2โดยภายในท่อสุญญากาศนั้นจะบรรจุสารทำงานที่มีชื่อว่า Therminol VP-1 ซึ่งเป็น Heat transfer fluid ชนิดหนึ่งซึ่งอุณหภูมิทำงานสูงสุดของ Therminol VP-1 คือ 400°C โดยเมื่อสารทำงานได้รับพลังงานความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ อุณหภูมิของสารทำงานก็จะสูงขึ้นและจะถูกนำไปใช้เพื่อสร้างไอน้ำที่ Storage tank โดยไอน้ำที่ได้จาก Storage ก็จะถูกนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานความร้อนที่เครื่องแยกไอของระบบทำความเย็นแบบดูดซึมต่อไป ซึ่งในประเทศไทยก็ได้มีอาคารพานิชณ์บางแห่งได้นำระบบทำความเย็นแบบดูดซึมที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้บ้างแล้วแต่อุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนแปลงพลังงานความร้อนคือ Flite plate solar collector ซึ่งประสิทธิภาพก็จะด้อยกว่าแบบ Parabolic trough collector

Article by: Pornphimol Winyuchakrit (Ph.D.)