بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهينه سازي و تحليل ترمواکونوميکي چيلر جذبي خورشيدي ليتيوم برومايد
چکيده
باتوجه به بحران انرژي در سال هاي اخير به ويژه در تابستان ، محدود بودن منابع سوختي و آلايندگي آنهـا، انـرژي خورشـيدي از منـابعي است که امروزه بسيارمورد توجه قرار گرفته است . باتوجـه بـه انـرژي دريافتي قابل ملاحظه ي زمين از خورشيد مي توان بـا بهـره گيـري مناسب از اين انرژي در سيستم هاي تبريد، بار سرمايشي و گرمايشي مورد نياز خانه را در تابستان و زمستان تامين کنـيم . در ايـن مقالـه عملکرد يک چيلر جذبي خورشيدي مورد بررسي قرار گرفت . سيستم مورد نظر شامل يک چيلر جذبي ليتيوم برومايد با حـداکثر ظرفيـت kWh ١٧٦٠٠ و کلکتور تخت خورشيدي به سطح m2 ٥٠ مي باشد. با استفاده از اطلاعات هواشناسي، گرمـاي جـذب شـده توسـط ايـن کلکتورها محاسبه و پس از ترکيب با چيلر جذبي خورشـيدي شـبيه سازي گرديد. پس از انجام آناليز اگزرژتيک ، ترموديناميکي و تلفيـق آن با آناليز ديناميکي جزء خورشيدي ، آناليز ترمواکونـوميکي بـرروي سيستم اعمال و ميزان مصرف سوخت و نرخ توليد سرمايش سـاليانه آن محاسبه گرديد. سپس تاثير پارامترهاي مختلف سيستم بـر روي ميزان مصرف ساليانه سوخت و هزينه ساليانه توليد سـرمايش مـورد بررسي قرار گرفت . در نهايت سيستم در حالـت پايـه از منظـر ترمـو اکونوميکي بهينه سازي شد.
واژه هاي کليدي : چيلر جذبي خورشـيدي ، بهينـه سـازي ، تبريـد، ترمواکونوميک
مقدمه
هزينه نصب چيلرهاي خورشيدي از تراکمي بسيار بيشـتر اسـت امـا باتوجه به هزينه عملياتي کمتر چيلرهاي خورشيدي و مصـرف بـرق کمتر، تا حدودي جبران مي شود. کلکتورهاي خورشيدي بخش اصلي هزينه ساخت اين چيلرها را به خود اختصاص مي دهند، ولي با رشد تکنولوژي و توليد در مقياس بالا اين هزينه هـا نيـز کـاهش خواهـد يافت . همچنين ، چيلرهاي جذبي برخلاف چيلرهاي تراکمـي از هـيچ گونه ماده CFC يا HCFC که سبب تخريب لايه ازن مي شـوند، استفاده نمي کنند و براي محيط زيست بي خطرنـد. لـذا چيلرهـاي خورشيدي و تراکمي به زودي قابل رقابت خواهند شد. [١] براساس تحقيقات انجام شده به صرفه ترين نوع سيستم هاي جذبي خورشيدي ، سيکل هاي جذبي تک اثره آب ليتيوم برومايد بـا تأمين حرارت به وسيله کلکتورهاي خورشيدي تخت مي باشند. لـذا در اين مقاله به آنـاليز حرارتـي و تحليـل فنـي و اقتصـادي اينگونـه سيستم ها مي پردازيم .
شرح سيکل و فرآيند سردسازي
اساس تقسيم بندي سيستم هاي جذبي سيال عامل به کار رفتـه در آنها است . زوج ليتيوم برومايـد ـ آب و زوج آب و آمونيـاک -NH3) (H2O معمول ترين سيال هاي رايج در سيستم هاي تبريد جـذبي هستند. در زوج آب ـ ليتيوم ب ومايد، آب به عنوان ماده مبرد و نمک ليتيوم برومايد به عنوان ماده جاذب و در زوج آب- آمونياک ، آب ماده جاذب و آمونياک ماده مبرد است . اکثر واحـدهاي سـرمايش جـذبي تجاري و با ظرفيت هاي بـالا از سـيال عامـل آب ـ ليتيـوم ب ومايـد استفاده مي کنند. اين در حالي است که سيستم هاي آب ـ آمونياک
نياز به دماهاي بالاتري در سطوح انتقال حرارتي مربوطه دارند و نيـز عملکرد آنها نسبتاً پايين است در حاليکه دماهاي پايين تـر از نقطـه انجماد را مي توان در آنان ايجاد نمود (در اين حالت آب نقش جاذب را دارد). بنابراين براي کاربردهاي تبريدي مـورد اسـتفاده قـرار مـي گيرد، در صورتي که سيسـتم تشـريح شـده بـا سـيال آب و ليتيـوم برومايد براي مصارف تهويه به کار مي روند.
چيلر جذبي از پمپ ، ژنراتور(کلکتورهاي خورشيدي )، چگالنـده ، شير انبساط ، تبخير کننده، مبدل حرارتي و جاذب تشکيل شده است (شکل شماره ي ١).
شکل ١: شماتيکي از سيکل جذبي تک اثره آب - ليتيوم برومايد شکل (١) شماتيک يک سيستم تبريد جذبي را در ساده ترين حالت (تک اثره )١ نشان مي دهد. بار سرمايشي (Qe) را براي شبيه سـازي سيکل ، kWh ١٧.٦٠٠در دماي C° ٢٠ با پيـک 11kW در نظـر مي گيريم . نقاط مختلفي در سيکل درنظر مـي گيـريم کـه هرکـدام داراي ٣ مشخصه دما، فشار و دبي جرمي عبوري مي باشند. با نوشتن معادلات مستقل بقاي جرم براي حلقه هاي داخلي سيکل ، معـادلات بقاي انرژي ، قانون اول و انتقال حرارت ، پارامترهاي مختلف در نقـاط مختلف سيکل در حالت پايه بدست مي آيند
شبيه سازي وابسته به زمان و ديناميکي سيکل تبريد جـذبي خورشيدي
براي شبيه سازي دينـاميکي جـزء خورشـيدي و کوپـل آن بـا يـک سيستم جذبي مقادير تابش مستقيم خورشيد با توجـه بـه موقعيـت جغرافيايي مکان مورد بررسي ، در هر ساعت از روز تعيـين و از روي دماي محيط آن مکان در ساعت مورد بررسـي و سـاير پارامترهـاي کلکتور خورشيدي ، ميزان راندمان کلکتور، ميزان انرژي مفيـد جمـع آوري شده ، دماي نقاط مختلف تانک ذخيره آب داغ و ميزان انـرژي ، اگزرژي و در نهايت هزينه سوخت مصـرفي در هيتـر کمکـي و نـرخ هزينه جريان ورودي به ژنراتورسيکل جذبي در بازه زماني ١ ساعت و در ٢٤ ساعت از طول روز مورد بررسي قرار مي گيـرد. در طـي ايـن عمل توابع کنترلي جهت عملکرد اجزاء سيستم جمـع آوري حـرارت خورشيدي با توجه به روابط زير در انتهاي هرسـاعت از روز بـر روي سيستم اعمال و با فرمان بر روي شيرهاي کنترلي و پمپ هـا، قيـود عملکردي سيستم را اعمال خواهد نمود.
که در آن N تعداد گره ها T دماي آب خارج شده از کالکتور،
co
دماي آب خارج شده از ژنراتور دماي تانک در گره مورد بررسي است که به عنوان مثال گره 1=i نشان مي دهد که اين قسمت در بالاي تانک قرار دارد. شبکه اي که بين گره ها جاري است بسته به بزرگي جريان کلکتورmc ،نرخ جريان بار ، و مقادير تابع کنترلي فوق در هر لحظه خاص ، مي تواند به سمت بالا يا پايين تانک باشد.با توجه به روابط ارائه شده در زير، جهت تحليل ترموديناميکي کلکتور خورشيدي نيازمند دانسـتن مقـادير ضـريب عبـور پوشـش ، ضريب جذب صفحه در زاويـه برخـورد ، ضـريب تلفـات حرارتـي کلکتور، ضريب انتقال حرارت کلکتـور، درجـه حـرارت محـيط و در نهايت مقدار کل تـابش خورشـيد روي کلکتـور مـي باشـيم . جهـت استفاده در سـيکل هـاي جـذبي خورشـيدي در خاورميانـه ، ٣ نـوع کلکتورتوسط Ileri [٢] پيشنهاد داده است . در اين شـبيه سـازي از اين نوع کلکتورها استفاده شده است .
که درايـن معـادلات FR عبارتسـت از: نسـبت گرمـاي حقيقـي تحويلي کلکتور به مقدار گرمايي که صفحه جاذب دردرجـه حـرارت T fi تحويل مي دهد. اين پارامتر ضريب انتقال حرارت کلکتور ناميده مي شود.
ul : ضريب تلفات حرارتي برحسب
: ضريب عبور پوشش ، ضريب جـذب صـفحه در زاويـه برخورد
: مقدار کل تابش خورشيد روي کلکتور برحسب
: مقدار حرارت مفيد کسب شده بوسيله کلکتور
جدول ١: کلکتورهاي پيشنهاد شده توسط Ileri A به همراه خصوصيات آنها [٣]
از تحقيقات انجام شده توسـط مظلـومي و همکـاران [٤] بـراي عرض جغرافيايي ايران ، مقدار کل تـابش خورشـيد روي کلکتـور در ساعات گوناگون ماه هاي گرمايي کشـور در جـدول (٢) نشـان داده شده است . به دليل عدم عملکرد کلکتور در ساعات قبل از ٧ صبح و بعداز ٥ بعداز ظهر (به دليل شرايط کنترلي اعمال شده بر روي پمپ
مابين کلکتور و تانک ذخيره آب داغ ) و همچنين کـاهش چشـمگير مقـدار تــابش مسـتقيم در ايـن ســاعات ، از نمـايش ميـزان تــابش خورشيدي در اين ساعات صرفنظر شده است .
جدول ٢: ميزان کل تابش خورشيد روي کلکتور در ساعات گوناگون ماه هاي گرمايي کشور ايران
همچنين از نتايج تحقيقات مظلومي و همکـاران جهـت تحليـل حرارتي کلکتور خورشيدي استفاده شده است . در نهايت جهت تحليل ديناميکي سيستم ميزان سطح پايه کلکتور ٥٠، حجـم پايـه مخـزن ذخيره آب داغ ١٥٠٠ کيلوگرم آب، دبي جرمي آب گـرم ورودي بـه ژنراتور ٠.١٩٧ کيلوگرم برثانيه و در نهايت ميـزان دمـاي لازمـه آب ورودي به ژنراتور جهت تأمين نياز سيکل جذبي تک اثره ، ٨٥ درجـه سانتيگراد در نظرگرفته مي شود. تانک ذخيره آب داغ نيز به صـورت لايه بندي شده با ٣ گره جهت تحليـل دينـاميکي سيسـتم در نظـر گرفته شده است . لازم به ذکراست که جهت ساده سـازي سيسـتم از تغييرات ضريب انتقال حرارت اتلافي کلکتور در طي تغييـر سـطح و دمـاي آب ورودي بـه کلکتـور، صـرفنظر شـده اسـت . نتـايج آنـاليز ديناميکي سيستم براي ساعات شبانه روز ٣ ماه گرم سال ، در جدول (٣) نشان داده شده است . در هنگام شروع بـه کـار سيسـت ٢ دمـاي مخزن آب و همچنين دماي ورودي به کلکتور با دماي
