بخشی از مقاله
در اين مقاله چيلرهاي جذبي به صورت چهار منبع حرارتي شامل: ژنراتور، اواپراتور، كندانسور و جذب كننده فرض شده و به بررسی ترمواکونومیک چیلر بوسیله روابط موجود پرداخته ميشود. براي ساده سازي محاسبات فرض را بر بازگشت پذير بودن فرآيندها گذارده مي شود. از آنجا كه مبدلها ابزار و وسایل گران قیمتی هستند پس کاهش سطح کل انتقال حرارت به عنوان معیار طراحی مد نظر ميباشد. دراين مقاله ابتدا معیار ترمواکونومیک، تحت عنوان قیمت کل واحد بار ســرمایش که شامل هزینه ســرمایه گذاری اولیه و قیمت انرژی مصرفی میباشد، تعریف می شود. در ادامه بوسيله روابط موجود، مقدار بیشــینه معیار ترمواکونومیک و بار تبرید ماکزیمم بدســت آورده شــده است. سپس شرایط کارکرد بهینه چیلرهای جذبی مشــخص گشته و در نهايت به بررسي اثر پارامتر ترمواکونومیک بر معیار ترمواکونومیک بیشینه، ضریب عملکرد و بار تبرید مخصوص متناظر با معیار ترمواکونومیک بیشینه پرداخته ميشود.
داوود دلداده: كارشناس ارشد مهندسي مكانيك، دانشگاه صنعتي خواجه نصير طوسي غالمرضا صالحی: عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسالمی نوشهر کامران خدابخشی: كارشناس ارشد مهندسي مكانيك، دانشگاه صنعتي خواجه نصير طوسي
46
مقدمه
امــ روزه هزینه مصرف انرژی و قیمت باالی انرژی الکتریســیته در قیــاس بــا انرژی حاصــل از ســوختهای فســیلی در اغلب کشــورها مهندســین را به فکر اســتفاده از چیلرهــای جذبی به جــای چیلرهای تراکمی انداخته اســت. امــا هزینههای مصرف ســوخت نی ــز باید بــه گونه ای مهار شــود. از ای ــن رو به طور پیوســته بر روی مساله بهینه سازی چیلرهای جذبی و کم کردن هزینههــای آنهــا از لحــاظ اقتصــادی مطالعــه میشــود.
در ســالهای اخیر برای اندازه گیری میزان بهینه بودن سيکلهای ترمودینامیکــی از معیار جدیــدی به نام معیــار ترمواکونومیک اســتفاده میشــود. معیــار ترمواکونومیــ ک به بررســی اقتصادی ترمودیناميکــی پدیدههــا میپردازد. در این بررســیها با در نظر گرفتــن مســاله هزینههای اولیــه و هزینههــای مصرف انرژی بوســیله روابــط ترمودینامیکی موجود شــرایط را بــه گونهای طراحــی میکنند که از لحاظ اقتصادی بهینه باشــد. در راســتاي اينگونه تحقيقات چن1و اســكوتن2 در ســال 1998 به بررســي و يافتــن مقــدار بهينــه ضريــب عملكرد سيســتم هــاي جذبي غيربازگشــت پذيــر پرداختند.] 1[ ســپس چن در ســال 1999 مقــدار بهينه ضريب عملكرد ســردكننده جذبي 4ســطح حرارتي بازگشــت ناپذير را در بار ســرمايش مخصوص بيشــينه بدست آورد.]2[ در ادامــه تحقيقــات ديگــري نيز باري بهينه ســازي فرآيندهــاي چيلرهاي جذبي و ديگر انواع آنها انجام شــد . من جملــه ميتوان به بهينه ســازي ترمواكونوميك ســيكل هيت پمپ اســترلينگ بازگشــت ناپذيــر توســط تياگي3،چنا4 و كوشــيب5 اشــاره كرد.]3[
در چیلرهــای جذبــی بیشــترین هزینــه اولیــه چیلــر از لحاظ ترمودینامیکــی مربــوط به تهیه مبدلهــای حرارتی بکار رفته در آن در ژنراتور، کندانســور، اواپراتور و جذب کننده میباشــد.
مدلسازي سيكل و روابط
براي ســاده كردن محاسبات ســیکل تبرید جذبی شامل 4 منبع حرارتی جذب کننده، ژنراتور، اواپراتور و 6کندانســور همانطور که در شــکل-1 نشان داده شــده اســت در نظر گرفته میشــود.
فــرض میکنیــم کــه فرآیندها به صــورت بازگشــت پذیر انجام پذیرد. فرض میشــود که جریان در اجزای در حال کار ســيکل ثابت اســت و انتقال حرارت اجزا با منابع حرارتی در طولزمان
سیکل کامل τ، دماهای T ,T ,T ,T در ژنراتور، کندانسور،
g a c e
اواپراتــور و جذب کننده باشــد. بی ن منابــع حرارتی خارجی و اجزای در حال ک ار مقاومت حرارتی وجود دارد . دمای اجزای در حــال کار در ژنرات ــور، اواپراتور، کندانســور و جذب کننده T4 ,T3,T2 , T1 میباشــد. ضرایــب انتقال حــرارت کل در ژنراتور،
47
بهينه سازي ترمواكونوميك سيكل تبريد جذبي بازگشت پذیر به صورت 4 منبع حرارتی
شکل-:1 مدلسازي سيكل
اواپراتــور، کندانســور و جــذب کننــده مطابقا U ,U ,U ,U
1 4 3 2
هســتند. همچنی ن ســطوح انتقال حرارت در ژنراتور، اواپراتور، کندانسور و جذب کننده A4 , A3 , A2 , A1 هستند . کار ورودی الزم برای پمپ محلول در سیســتم در مقایســه با حرارت ورودی به ژنراتــور قابــل صرفنظــر کــردن در نظــر گرفتــه میشــود.
فــرض اینکه انتقال حــرارت بین اجزای در حــال کار و منابع حرارتــی خارجی از قانون انتقال حرارت خطی )نیوتنی ( پیروی کنــد و هر چهار فرآیند انتقال حرارت به صورت همدما باشــند. بنابرای ــن روابــط انتقال حرارت چهــار فرآینــد انتقال حرارت بدین صورت نوشــته میشــود:
\1\ Q 1 U1 A1 T g − T1 τ
\2\ Q2 U2 A2 Te −T2 τ
\3\ Q3 U3 A3 T3 −Tc τ \4\ Q4 U4 A4 T4 −Ta τ
کــه Q4 ,Q3 , Q2 ,Q1 انتقــال حــرارت در ژنراتــور، اواپراتور، کندانســور و جذب کننده هســتند. از قانــون اول ترمودینامیک داریــم:
\5\ Q1 Q2 −Q3 −Q4 0
با توجه به قانون دوم و بازگشــت پذیری ســيکل داریم:
0 Q − Q − Q Q
4 3 2 1 \6\
T T T T
4 3 2 1
w w w . t a s i s a t c o n f . i r
48 دومین همایش چیلر و برج خنک کن ایران
29 , 28 اردیبهشت ماه 1390
)021( 88671676
از آنجا كــه مبدلها جزء گــران قیمت چيلرهاي جذبي هســتند.
بنابراين کاهش ســ طح کل انتقــال حرارت ( A) به عنوان معیار طراحــی مــد نظر ميباشــد. در نتيجه با بهينه كردن مقدار ســطح انتقــال حرارت كل ميتوان به معيــار بهينــه دســت پيــدا كــرد.
\7\ A A1 A2 A3 A4
پارامتــر ( (a بــه عنوان نــرخ توزیع کل خروج حــرارت بین کندانســور و جذب کننده تعریف میشــود:
\8\ a Q3
Q4
بــا توجه به تعاریف اســتاندارد از ضريــب عملكرد (COP) و
بار سرمایشــی اختصاصی (r) چیلرهای جذبی و روابط1تا 8 میتــوان ضریــب عملکــرد را بدیــن صــورت بدســت آورد:
\9\
و بــار سرمایشــی اختصاصی با اســتفاده از رابطه زير بدســت ميآيــد:
T2− 1 −T4− 1 aT2−1 −T3−1 1 Q2 r
U1 Tg −T1 T4−1 −T1−1 aT3−1 − T1−1 U2 Te −T2 Aτ
−1 T2−1 −T1−1 a 1 \10\
( aT−1−T−1 T −1 −T −1 ( T−T 3 U T−T 4 U
1 3 1 4 c 3 a 4
چیلـــروبــرجخنــککـــن
سال اول - شمــاره سوم www.tasisatconf.ir
روابــط 9 و 10 روابــط کل ــی بــرای چیلرهای جذبــی 4 منبع حرارتــی بازگشــت پذیــ ر هســتند. از این رواب ــط میتوان برای بدســت آوردن عملکــرد بهینه ترمواکونومیــ ک چیلرهای جذبی چهار منبع حرارتی بازگشــت پذیر اســتفاده کرد.]4[
