بخشی از مقاله
ارزيابي روش سرمايش تبخيري براي انتقال گرما در کندانسور کولرهاي گازي
چکيده - کاهش مصرف انرژي الکتريکي در سيستمهاي تبريدتراکمي يکي از ضرورتهاي اساسي در طراحي اين سيستمهاست .هنگام استفاده از سيستمهاي تهويه مطبوع خانگي موسوم به کولر در مناطق بسيار گرم ، ضريب عملکرد آنها کاهش يافته و مصرف جريان الکتريکي افزايش مي يابد. اين مشکل سبب شده که براي مناطق بسيار گرم استفاده از روشهاي جديد افزايش انتقال گرما در کندانسور کولرها مورد بررسي و ارزيابي قرار گيرد. در اين مقاله ابتدا طرح جديدي براي استفاده از روش سرمايش تبخيري در کندانسور کولرهاي گازي در مناطقي که داراي شرايط آب و هوايي بسيار گرم اند ارائه شده و سپس اين طرح بر روي کولر پنجره اي اجراو آزمايش شده است .در اين طرح ديوارهاي پوشالي مجهز به سيستم پاشش آب در طرفين کولرو در مسير مکش هواي ورودي کندانسور قرار گرفته و سبب خنک شدن هواي عبوري مي شوند. نتايج تجربي به دست آمده نشان مي دهد که مشخصات ترموديناميکي سيستم به طور محسوسي بهبود يافته و توان مصرفي کمپرسور به ميزان ١٥%
کاهش و ضريب عملکرد سيکل نيز در حدود ٥٥%افزايش مي يابد.
واژگان کليدي : کولر گازي ، سرمايش تبخيري ،ضريب عملکرد کولر، تزريق آب ، کاهش مصرف انرژي
١- مقدمه
معمولاً دروسايل تهويه مطبوع خانگي موسوم به کولرهاي گازي پنجره اي و يا دو تکه ، از کندانسور هوايي براي دورريزي گرما به هواي محيط استفاده مي شود. اين کندانسورها در مناطقي که داراي تابستانهاي بسيار گرم نباشند (حداکثر حدود
40C) عملکرد مناسبي را از خود نشان داده وبه علت داشتن ساير مزاياي ديگر مانند سادگي ، کم هزينه بودن و عدم احتياج به آب الويت بيشتري نسبت به ساير روشهاي ديگر دورريزي گرما در کندانسورها پيدا کرده اند.
در مناطقي که داراي تابستانهاي بسيار گرم و طولاني اند (در حدود 50C) عملکرد کندانسورهاي هوايي با مشکلاتي روبرو مي شود زيرا اختلاف بين دماي هواي محيط و دماي متوسط کندانسورکاهش يافته و مقدار دورريزي گرما توسط کندانسور به محيط نيزکاهش مي يابد. در اين حالت سيستم نقطه کار خود را تغيير داده و دماي کندانسور را افزايش مي دهد تا اختلاف دما مجدداً افزايش يافته و انتقال گرما بيشتر شود. با افزايش دماي کندانسور فشار مبرد در کندانسور نيز افزايش يافته و در نتيجه کمپرسور مجبور به کار در نسبت تراکم بيشتري خواهد شد.
افزايش نسبت تراکم سبب افزايش مصرف جريان الکتريکي و توان مصرفي کمپرسور خواهد شد که متعاقباً کاهش ضريب عملکرد کولر را به همراه خواهد داشت . لازم به تذکر است که معمولاً ظرفيت تبريد کولرهاي گازي و ساير مشخصات ترموديناميکي و الکتريکي آن بر اساس استاندارد BS٢٨٥٢ در دماي هواي C٤٣ تعيين مي شود [١].
از طرف ديگر کاربرد کولرهاي گازي در ساختمانهاي چند طبقه با مشکلات متعددي روبرو شده است . زيرا در اين ساختمانها، هواي گرم خروجي از کولرهاي طبقات پايين به سمت بالا حرکت کرده و سبب ايجاد ميدان هواي گرم در اطراف کولرهاي طبقات بالا مي شود، شکل (١). در نتيجه کندانسور اين کولرها به طور موضعي تحت هواي گرم قرار گرفته و ضريب عملکرد آنها کاهش يافته و جريان الکتريکي آنها افزايش مي يابد. در پاره اي از موارد افزايش دما آن قدر زياد بوده که سيستم کنترل کولر عمل کرده و آن را از کار مي اندازد.
در اطراف کولرها
ضريب عملکرد کولر تابع دماي محيط بوده و مقدار آن در شرايط بسيار گرم شديداً کاهش مي يابد. به طور تقريب به ازاي هر يک درجه سانتيگراد کاهش دماي کندانسور ضريب عملکرد کولر بين ٢تا ٤ درصد بهبودمي يابد [٢]. لذا مي توان انتظار داشت که با افزايش دماي هوا در حدود C10 ضريب عملکرد کولر در حدود ٤٠%کاهش يابد.
براي افزايش ظرفيت تبريد و ضريب عملکرد کولر لازم است که ظرفيت انتقال و دفع گرما در کندانسور بالا رود. اين کار از راههاي مختلفي قابل انجام است که يکي از ساده ترين و عمليترين آنها استفاده از روش سرمايش تبخيري است . در روش سرمايش تبخيري مي توان دماي هواي گرم محيط را حداکثر به اندازه دماي حباب تر پايين آوردو از اين هوا براي سرد کردن کندانسور استفاده کرد. براي فراهم آوردن بستر مناسب براي تماس آب و هوا و در نتيجه انجام فرايند تبخير احتياج به آب و ديواره هاي پوشالي است . اين روش براي مناطقي که داراي آب و هواي گرم و خشک بوده کاملاً مناسب است زيرا در اين مناطق هميشه اختلاف دماي قابل توجهي بين استقلال دماي حباب خشک و دماي حباب تر وجود دارد که از اين اختلاف طبيعي مي توان براي کاهش دماي هواي عبوري از کندانسور استفاده کرد. در شرايط آب و هوايي گرم و مرطوب و يا گرم و نيمه مرطوب نيز از اين روش باز هم مي توان استفاده کرد زيرا در اين گونه مناطق با وجود بالا بودن رطوبت در ساعات اوليه صبح و يا ساعات انتهاي روز، در ساعات بعدازظهرکه معمولاً بيشترين استفاده از کولر صورت مي گيرد مقدار رطوبت نسبي هوا پايين مي آيد زيرا در اين ساعات دماي هواي محيط بالا رفته و رطوبت پذيري آن افزايش مي يابد که متعاقباً سبب کاهش رطوبت نسبي هواي موجود مي شود. در نتيجه در اين ساعات نيز اختلاف دماي مناسب بين دماي حباب خشک و دماي حباب تر به وجود مي آيد و استفاده از سرمايش تبخيري قابل قبول است .
هر چند استفاده از سرمايش تبخيري براي سيستمهاي تبريد با ظرفيت بالا به شکل استفاده از برج خنک کن مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته شده و حالتهاي مختلف آن ارزيابي شده است [٣-٦] ولي در مورد استفاده از سرمايش تبخيري براي سيستمهاي کوچک و کولرهاي خانگي تحقيقات چنداني صورت نگرفته است . حاجي دولو [٧و ٨] در تحقيقات خود اثرات استفاده از سرمايش تبخيري در کولرهاي گازي خانگي را به دو روش مورد بررسي قرار داد. در روش اول تزريق آب به صورت مستقيم بر روي کندانسور صورت گرفته و در روش دوم تزريق آب بر روي ديوار پوشالي به ضخامت cm١ صورت گرفت که در فاصله بين فن و کندانسور قرار داده شده بود.
نتايج به دست آمده نشان دادکه ضريب عملکرد سيستم در هر دو مورد در حدود ١٠%بهبود مي يابد. گسواني و همکاران [٩]
در تحقيقات خود بر روي کولر دوتکه با ظرفيت ٢.٥ تن ، از روش سرمايش تبخيري براي سرد کردن هواي عبوري از روي کندانسور استفاده کردند. براي اين کار آنها چهار ديوار پوشالي که آب از بالا بر روي آنها پاشيده مي شود را در اطراف کندانسور تعبيه کردند. هواي محيط ضمن عبور از روي اين ديوارها سرد شده و سپس کندانسور را خنک مي کند. بر پايه
137
نتايج گزارش شده ، کاربرد اين طرح در دماي هواي محيط در حدود 34C سبب کاهش مصرف انرژي الکتريکي به مقدار ٢٠% شد. در تحقيقات مزبور نتايج مربوط به تغييرات ايجاد شده در مشخصات ترموديناميکي سيکل در منحني فشار-انتالپي (P-h) ارائه نشده است و صرفاً جنبه اقتصادي روش مورد ارزيابي قرار گرفته شده است . در اين مقاله ابتدا دو طرح جديد براي استفاده از روش سرمايش تبخيري در کولرهاي خانگي ارائه شده و سپس اين طرحها به صورت عملي در روي کولر مورد آزمايش اجرا شده است . با توجه به نتايج آزمايشات تجربي به دست آمده به ارزيابي ترموديناميکي سيکل پرداخته شده و ميزان تغييرات ايجاد شده در توان کمپرسور، ظرفيت تبريد و ضريب عملکردکولر مشخص شده است .
٢- طرح سرمايش تبخيري
در اين طرح دو ديواره پوشالي در طرفين کولر در مسير ورود هواي خنک کننده کندانسور نصب شده و آب بر روي آنها پاشيده مي شود. هواي مکيده شده توسط فن از روي اين ديواره ها عبور کرده و در اثر فرايند تبخير سرد شده و سپس از روي کندانسور عبور کرده و آن را خنک مي کند. براي اجراي اين طرح از دو روش مي توان استفاده کرد. در روش اول که طرح ديواره هاي پوشالي داخلي نام دارد، ديواره هاي پوشالي در درون قاب خارجي کولر جاسازي مي شوند، شکلهاي (٢) و (٣)، و در روش دوم که طرح ديواره هاي پوشالي خارجي نام دارد، ديواره هاي پوشالي در بيرون قاب کولر جاسازي مي شوند، شکل (٤).
٢-١- طرح ديواره هاي پوشالي داخلي
در اين طرح ديواره هاي پوشالي در داخل قاب کولر جاسازي مي شوند. مزيت اين طرح آن است که مي توان تمامي هواي مکيده شده را از روي ديواره پوشالي عبور داد. در نتيجه دماي هوا کاهش بيشتري پيدا کرده و دماي کندانسور پايينتر مي آيد. آب جرياني توسط پمپ در روي پوشالها تزريق شده و بعد از سرد کردن هوا وارد مخزن ذخيره آب شده و مجددًا توسط پمپ به گردش درمي آيد.
٢-٢- طرح ديواره هاي پوشالي خارجي
در صورتي که استفاده از طرح ديواره پوشالي داخلي براي بعضي از کولرها به دليل نوع چيدمان اجزاي کولر مشکل باشد مي توان از طرح ديواره هاي پوشالي خارجي استفاده کرد. در اين طرح ديواره هاي پوشالي بر روي قاب خارجي کولر در مسير
دريچه هاي عبور هوا در طرفين کولر نصب مي شود. شکل (٤) طرح ديواره هاي پوشالي متحرک نصب شده در روي جداره خارجي را نشان مي دهد.
مزيت اين طرح در ساده بودن آن است به طوري که مي توان بدون انجام هيچ گونه تغييري در اجزاي داخلي کولر اين سيستم را در قاب خارجي آن نصب کرد. مشکل اين طرح در آن است که ممکن است مقداري هوا از شکافها و درزهاي موجود در بدنه به
