بخشی از مقاله
اندازه گیري آزمایشگاهی پارامترهاي موثر بر بازده سیستم سرمایش تبخیري غیرمستقیم
چکیده
در این مقاله اثر پارامترهاي مختلف از جمله سرعت و رطوبت هواي ورودي بر روي بازده و دماي هواي خروجی در یک سیستم سرمایش تبخیري غیر مستقیم به صورت اندازهگیري آزمایشگاهی بررسی شده است. بدین منظور طرح جدیدي از یک سیستم سرمایش تبخیري غیرمستقیم طراحی و ساخته شده است. دستگاه آزمایشگاهی شامل دو محفظه مجزا، که یکی داراي مبدل حرارتی صفحهاي و دیگري داراي مبدل حرارتی لولهاي است میباشد. پارامترهاي مهم شامل دما، رطوبت و دبی هوا در قسمتهاي مختلف اندازهگیري شدهاند. عدم قطعیت نتایج آزمایشگاهی محاسبه شده و حداکثر مقدار آن % 3 بوده، که نشان دهنده خطاي قابل قبولی در نتایج میباشد. جهت اطمینان از صحت نتایج اندازهگیري، آنها با دادههاي آزمایشگاهی معتبر مقایسه شدهاند که تطابق خوبی دارند. نتایج نشان میدهند سرعت هواي ورودي بر روي بازده دستگاه موثر می-
باشد بطوریکه با کاهش سرعت هواي ورودي به مبدل، بازده ابتدا افزایش و سپس ثابت مانده است. همچنین نتایج نشان میدهند که در دماي هواي ورودي یکسان با افزایش نسبت رطوبت، بازده حباب تر کاهش و بازده نقطه شبنم افزایش یافته است. نتایج نشان میدهند با افزایش دماي هواي ورودي به مبدل در نسبت رطوبت ثابت بازده حباب تر و نقطه شبنم افزایش مییابند.
واژه هاي کلیدي : سرمایش تبخیري غیرمستقیم، سرمایش تبخیري مستقیم، نسبت رطوبت
-1 مقدمه
امروزه فراهم نمودن شرایط آسایش و تهویه براي محل زندگی و کار یکی از فاکتورهاي مهمی است که مد نظر پژوهشگران و محققین تجهیزات و لوازم تهویهاي میباشد. شرایط
آسایش براي مکانهاي مختلف بسته به نوع کارایی آنها متفاوت میباشد. بدین منظور سیستمهاي گرمایش و سرمایش مختلفی ساخته و مورد استفاده قرار گرفته است.
اما هر سیستمی داراي مزایا و معایبی میباشد، به طور مثال سیستم سرمایش تبخیري مستقیم رطوبت هوا را افزایش میدهد و از طرفی سیستم سرمایش تبرید تراکمی داراي هزینه زیادي میباشد. در این پژوهش سیستم سرمایش تبخیري غیر مستقیم مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم سرمایش تبخیري یک جایگزین بالقوه سیستم سرمایش تبریدي در تهویه مطبوع محسوب میشود. این سیستمها فقط به یک سوم انرژي الکتریکی سیستم تبرید فعلی نیازمند هستند .(1)
سیستم هاي سرمایش تبخیري غیرمستقیم میتوانند، فرایند کاهش دماي هواي تئوري را تا نزدیکی دماي حبابتر و حتی پایینتر از آن برسانند. فرایند سیستم سرمایش تبخیري مستقیم و غیرمستقیم در نمودار سایکرومتریک در شکلو2 1 نشان داده شدهاند(.(2
شکل1 شماتیکی از عملکرد سرمایش تبخیري مستقیم و فرایند آن بر روي نمودار سایکرومتریک را نشان میدهد. دراین فرایند، انرژي هوا تغییر نمیکند بلکه حرارت هوا براي تبخیر آب استفاده میگردد و باعث کاهش دما و افزایش رطوبت هوا میشود، فرآیند را میتوان آدیاباتیک در نظر گرفت .(3) سیستمهاي تبخیري مستقیم عموما بازدهی بین 70 تا90 درصد دارند، البته این بازده بستگی به میزان رطوبت هواي ورودي دارد بطوریکه در مناطق مرطوب استفاده از این سیستمها توصیه نمیشود. عیب اصلی سیستمهاي تبخیري مستقیم افزایش رطوبت هوا میباشد که باعث خارج شدن از شرایط طرح آسایش میشود. به همین دلیل با وجود هزینه و مصرف انرژي پایین این سیستمها، از آنها استقبال کمتري میشود.
شکل-1 شماتیکی از عملکرد سیستم تبخیري مستقیم
شکل2، شماتیک سیستم سرمایش تبخیري غیرمستقیم و نمودار سایکرومتریک آن را نشان میدهد. در سیستمهاي تبخیري غیرمستقیم، هوا به دو بخش اولیه و ثانویه تقسیم
شده و وارد یک مبدل حرارتی میگردد. در این سیستم، هواي مرطوب با استفاده از یک مبدل حرارتی، از هواي تهویه جدا میشود. هواي سیستم تهویه از یک سمت صفحه و هواي ثانویه یا سیال عامل از طرف دیگر صفحه عبور میکنند.
سمت مرطوب حرارت را از سمت خشک، از طریق تبخیر آب و حرارت نهان آن جذب میکند بطوریکه دماي هواي تهویه بدون افزایش مقدار رطوبت کاهش مییابد. تحقیقات زیادي در خصوص سیستمهاي سرمایش تبخیري غیرمستقیم تاکنون انجام شده است که در ادامه به آن پرداخته میشود .(5-4)
شکل -2 شماتیک سیستم تبخیري غیر مستقیم
-2 تاریخچه و تحقیقات انجام شده
در سال 2008 آقاي زهو و همکاران بر روي سیستم سرمایش تبخیري نقطه شبنم شبیه سازي انجام دادند که دراین تحقیق دماي هواي ورودي در نسبت رطوبت و سرعت ثابت تا دماي هواي خروجی بدون افزایش رطوبت کاهش پیدا کرد .(6)
در سال 2009 آقاي هانگ و همکاران بر روي سیستم سرمایش تبخیري مستقیم شبیه سازي و آزمایش انجام دادند، که این آزمایش در نسبت رطوبت وسرعت ثابت انجام شد. آقاي هانگ و همکاران توانستند دماي هواي ورودي را تا دماي هواي خروجی کاهش دهند. البته در این
آزمایش افزایش رطوبت در هواي خروجی ایجاد شده بود. به طوري که نسبت رطوبت هواي خروجی به رسیده بود .(7)در سال2010 آقاي کومار و همکاران بر روي سیستم سرمایش تبخیري نقطه شبنم
آزمایشهایی را انجام دادند. این آزمایش در نسبت رطوبت و باسرعت
متغیر انجام شده بود. آقاي کومار و همکاران توانستند دماي را تا دماي بدون افزایش رطوبت در هواي خروجی کاهش دهند .(8)
در مطالعات دیگر از سیستم سرمایشی نقطه شبنم با اشکال مختلف استفاده میکنند. آقاي ایداکس (9) از یک جریان موازي براي انتقال جرم و حرارت بین کانال خشک و تر استفاده میکند، آقاي زهو (6) از جریان مخالف براي انتقال حرارت در یک ساختار پلی گونال و انتقال آب به صورت عمودي براي سیستم سرمایش تبخیري نقطه شبنم استفاده شده است. با وجودیکه تحقیقات متعددي توسط پژوهشگران در خصوص پارامترهاي موثر بر سیستمهاي سرمایشی غیرمستقیم صورت گرفته است ولی هنوز نیاز به تحقیقات بیشتري جهت افزایش بازده و کاهش مصرف انرژي این سیستمها وجود دارد. در این پژوهش طرح جدیدي از سیستم سرمایش تبخیري غیرمستقیم به صورت آزمایشگاهی طراحی و ساخته شده و پارامترهاي مختلف بر روي عملکرد سیستم، مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است.
-3 تشریح مدل آزمایشگاهی
طرح جدیدي از سیستم سرمایش تبخیري غیرمستقیم که مجهز به دو مبدل حرارتی، ارائه
و به صورت آزمایشگاهی جهت اندازهگیري اثر پارامترهاي مختلف بر عملکرد سیستم سرمایش تبخیري طراحی و ساخته شده است. در این طرح از هواي تولید شده خروجی به عنوان هواي کانالتر استفاده شده است. در شکل3، نحوه کارکرد و فرایند بر روي نمودار سایکرومتریک نشان داده شده است. شماتیک طرح در شکل4، نشان داده شده است. این طرح شامل دو قسمت اصلی میباشد که هر قسمت میتواند به طور جداگانه
و یا با هم در مدار باشند.
شکل -3 نحوه کارکرد و فرایند بر روي نمودار سایکرومتریک
در قسمت اول از سیستم مبدل حرارتی صفحهاي و در قسمت دوم از مبدل حرارتی لولهاي جهت تبادل حرارت استفاده شده است. کانال مرطوب مبدل حرارتی صفحهاي با سیستم غشایی ترکیب شده است تا تبخیر آب سریعتر انجام شده و بازده تبخیر در کانالتر را افزایش دهد. در مبدل حرارتی لولهاي هواي خشک از بین لولهها و هواي مرطوب از روي لولهها و عمود بر آنها و به سمت بالا و قطرات آب به سمت پایین
حرکت میکنند. سیستم داراي سه فن هوا میباشد، یک فن سانتریفوژ اصلی براي تامین هواي ورودي به سیستم و دو فن سانتریفوژ که به صورت مجزا بر روي هر کدام از مبدلهاي حرارتی قرار گرفتهاند. سیستم تغذیه آب در مبدل صفحهاي و لولهاي آب را با فشار 3 bar به پشت افشانکها ارسال میکند. سیستم مجهز به شیر فشار شکن بوده و در صورت افزایش فشار بیشتر از نیاز آب را به مخزن بر میگرداند.
مقدار دبی آب توسط شیرهاي کنترلی تنظیم شده و دبی آب مصرفی در هر مبدل حرارتی اندازه گیري شده است. سیستم هوادهی توسط سه عدد کنترل دور که بر روي هر یک از فنها قرار گرفته تنظیم میشود. دبی، دما و رطوبت هوا در قسمتهاي مختلف اندازهگیري شده است. دستگاه توسط عایق حرارتی پلی اورتان با ضخامت 4 in عایق بندي شده است، بطوریکه میتوان فرایندها را آدیاباتیک فرض نمود. شرایط هواي ورودي در طی آزمایشها توسط یک کانال شامل یک مبدل سرمایش، گرمایش و یک اسپري آب ثابت نگه داشته میشود.
شکل -4 شماتیک دستگاه آزمایشگاهی
جنس جداره مبدل صفحهاي، فولادي و فاصله بین صفحات 20 mm میباشد. براي ساخت این مبدل از ورق گالوانیزه به ضخامت 0/4 mm استفاده شده است. این مبدل از 13 عدد کانال ساخته شده است که 6 کانال آن مربوط به کانال خشک و 7 کانال آن مربوط به کانال تر است. براي بالا بردن اثر انتقال گرما بین کانال خشک و تر، بالا بردن اثر تبخیر آب، افزایش ماندگاري آب و توزیع یکنواخت آب در کانال تر از روکش غشائی مخصوصی استفاده شده است. غشاء در سطح تماس ورق گالوانیزه با آب قرار دارد تا سطح تماس را افزایش داده و باعث افزایش تبخیر آب شود. هواي تامینی در کانال خشک جریان دارد و هواي در حال کار از کانال تر در جهت عمود نسبت به هواي تامینی حرکت میکند. در قسمت مبدل حرارتی لولهاي، از لولههاي مسی استفاده شده
