ניתוח תרמודינמי ואקסרגו‑כלכלי של מערכת קירור בליעתית LiBr/H₂O בעזרת יקטור ומאגר חום תלת‑שכבתי עם סולארי

מדוע מבנים קרירים זקוקים לכוח שמש חכם יותר

כשהקייצים מתחממים ורמת החיים עולה, הביקוש למיזוג אוויר — ובעיקר באזורים שטופי שמש — גדל, והאתגר לשמור על נוחות מבלי להעמיס על רשתות החשמל נהיה דחוף. מחקר זה חוקר דרך חכמה להפוך שפע שמש לקרר זמין, באמצעות מערכת שמצריכה מעט חשמל אך מנצלת חום. על ידי שילוב של קולטי שמש, מיכל מים חמים בשכבות, ורכיב זרמי ייחודי, החוקרים מראים כיצד לספק קירור מבני ביעילות גבוהה יותר ובעלות נמוכה יותר בהשוואה למקררי בליעה סולאריים קונבנציונליים.

דרך שונה ליצור קור

מרבית המיזוגים מסתמכים על מדחסים חשמליים שצורכים הרבה מהמערכת, ובעקיפין מדלקים פוסיליים. המערכת שנבחנה כאן פועלת אחרת: היא משתמשת בחום ככוח המניע העיקרי במקום חשמל. תערובת של ברומיד ליתיום ומים משמשת כנוזל הפעולה במחזור קירור בליעה שיכול להיות מופעל על ידי מים חמים מקולטי שמש. המחברים הולכים צעד נוסף ומוסיפים יקטור על‑קולי — רכיב חסר חלקים נעים שמשתמש בזרם מהיר של נוזל כדי למשוך ולדחוס זרם אחר. יקטור זה משיב אנרגיה שאחרת היתה מתבזבזת, ועוזר להקטין את החום הנדרש להפעלת המחזור. מיכל אחסון תרמי תלת‑שכבתי, המאוכלס על‑ידי קולטי שמש בצינורות מבודדים, מאחסן חום סולארי במנות נפרדות של חם, חמים וקריר כך שהמערכת יכולה לפעול בצורה חלקה ככל שהשמש משתנה במהלך היום.

כיצד השמש, האחסון והיקטור פועלים יחד

בהתקן המוצע, קרני שמש מחממות מים בקולטי גג, שמזינים לאחר מכן מיכל אנכי המחולק לשלוש שכבות טמפרטורה. המים החמים ביותר מצטברים בחלק העליון, שם הם מספקים חום יציב למחולל של מקרר הבליעה; השכבה האמצעית משמשת בוופר, והמים הקרים שוקעים בתחתית. השכבות הללו מצמצמות תנודות טמפרטורה ומנצלות טוב יותר את המשאב הסולארי. תערובת ברומיד‑ליתיום סופגת ומשחררת אדי מים כשהיא מסתובבת בין הגנרטור, הסופג, המעבה והמאייד, ומייצרת מים מקוררים למיזוג המבנה. היקטור מותקן במקום שסתום התפשטות פשוט, כך שבמקום לאפשר לירידת הלחץ לפזר אנרגיה, זרם מהיר עוזר למשוך אדי לחץ נמוך ולדחוסם חלקית, מקל על העומס על הרכיבים האחרים ומשפר את היעילות הכוללת.

מדידת ביצועים ועלות

כדי לכמת את היתרונות, החוקרים בנו מודל מחשב מפורט שעוקב אחרי מסה, אנרגיה ואיכות האנרגיה בכל חלקי המערכת. הם השתמשו בנתוני מזג אוויר שעותיים אמיתיים מקאבול, אפגניסטן — עיר עם שמש קייצית עזה וביקוש גבוה לקירור — כדי לבחון כיצד המערכת תפעל ביום קייצי נקי אופייני. מעבר למדדי יעילות רגילים כגון מקדם הביצועים (כמה קירור מתקבל לכל יחידת חום הנכנסת), הם בחנו גם אקסרגיה, המשקפת כמה מהאנרגיה הנכנסת נשארת אכן שימושית לאחר איבודים, והמירו תובנות טכניות אלו למונחי כסף. על‑ידי שיוך עלויות לציוד ולמאפייני איכות האנרגיה הזורמת במערכת, יכלו להעריך לא רק עד כמה המערכת מקררת, אלא גם עד כמה היא כלכלית לאורך חיי השירות שלה.

מה המספרים חושפים

התוצאות מראות שהשילוב של קולטי שמש, אחסון שכבות ויקטור משפר משמעותית את הביצועים בהשוואה למקרר בליעה סולארי פשוט יותר. בתנאי שמש חזקה בצהריים של כ‑973 וואט למטר רבוע, תצורה מותאמת מגיעה למקדם ביצועים של 0.74 ומדד ביצוע סולארי של 0.58. הוספת היקטור מגדילה את יעילות הקירור בכ־12–13 אחוז ומשפרת את איכות ניצול האנרגיה בכ־11 אחוז, תוך הקטנת עלות ההשקעה הכוללת בכ‑כ‑9 אחוז בקירוב. מיכל האחסון התלת‑שכבתי שומר על הפרש טמפרטורה חדה של יותר מ‑20 מעלות צלזיוס בין האזורים החמים והקרים בצהריים, ומספק מקור חום יציב למחולל גם כשהתנאים החיצוניים משתנים. מחקרי אופטימיזציה מזהים את טמפרטורת הגנרטור והתנהגות היניקה של היקטור כידיות מרכזיות לאיזון בין יעילות לעלות.

מה משמעות הדבר עבור קירור עתידי

ללא צורך בידע מומחה, המסר העיקרי הוא שעיצוב מחודש של הדרך שבה מעבירים חום במערכת קירור יכול להפוך מיזוג אוויר מונע שמש לפרקטי וזול יותר. על‑ידי אחסון חום סולארי במיכל שכבות ולמחזר ירידות לחץ באמצעות יקטור, הקונספט הזה מספק יותר קירור מאותה כמות שמש ובו‑זמנית מצמצם ציוד ועלויות הפעלה. אם יפותח ויושם בהיקף גדול, מערכות כאלה יכולות לעזור לאזורים שטופי שמש והמעוטי חשמל לענות על צורכי הקירור הגדלים שלהם עם פליטות פחותות ותלות מופחתת במזגני חשמל מסורתיים צורכי אנרגיה גבוהים.

ציטוט: Chammam, A., Abbood, R.S., Majid, S.H. et al. Thermodynamic and exergoeconomic analysis of a solar-assisted LiBr/H₂O ejector–absorption refrigeration system with triple-layer thermal storage. Sci Rep 16, 9435 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41158-2

מילות מפתח: קירור סולארי, קירור בליעה, אחסון אנרגיה תרמית, טכנולוגיית יקטור, יעילות אנרגטית