بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تأثیرآب و هواي محیط بر عملکرد کولرهاي گازي دوتکه با کندانسور تبخیري
چکیده
کاهش ضریب عملکرد کولرهاي گازي دوتکه یکی از مشکلاتی است که در شرایط آب و هوایی گرم بروز کرده و سبب اختلال در کار کولر میشود.
بکارگیري سیستم سرمایش تبخیري در کنار کندانسور هوایی یک راه حل مناسب براي حل این مشکل میباشد. در این تحقیق یک سیستم تبخیري طراحی شده و در کنار کندانسور هوایی کولرهاي دوتکه نصب شده است و تأثیر آن بر عملکرد سیکل تحت دماهاي مختلف هوایی تا دماي 49œC نشان داده شده است. نتایج آزمایشات نشان میدهد که استفاده از سیستم تبخیري در کولر باعث بهبود چشمگیر در افزایش ضریب عملکرد کولر می- شود. هر چه افزایش دماي محیط بیشتر باشد میزان بهبود ضریب عملکرد نیز بیشتر خواهد شد. مشخص گردید که با استفاده از کندانسور تبخیري در شرایط آب و هوایی گرم، توان الکتریکی مصرفی میتواند تا %21 کاهش یافته و ضریب عملکرد سیکل تا %52 بهبود یابد.
کلمات کلیدي: کندانسور تبخیري، کولر گـازي دوتکـه، صـرفه جـویی در انرژي، کندانسور.
مقدمه
کاهش توان مصرفی سیستمهاي سرمایشی که از سیکل تبرید تراکمی استفاده میکنند یکی از مهمترین موضوعات مورد تحقیق در این زمینه میباشد. این امر در مورد کولرهاي خانگی که از کندانسور هوایی استفاده میکنند اهمیت بیشتري پیدا میکند. این کندانسورها نسبت به کندانسورهاي آبی در فشار بیشتري کار می نمایند زیرا در تابستان دماي هوامعمولاً از دماي آب بالاتر میباشد لذا کندانسورهاي هوایی برق بیشتري مصرف نموده و قدرت خنک کنندگی آن نیز پائین می آید. دماي هوایی که کندانسور را خنک میکند تابع شرایط محیط است و در شرایط گرم تابستان دماي هواي ورودي به کندانسور افزایش یافته و متعاقب آن توان مصرفی کولر نیز زیاد میشود.
افزایش دماي کندانسور همچنین منجر به کاهش مایع درون اواپراتور و کاهش ظرفیت تبرید سیکل میشود. افزایش مصرف برق و کاهش ظرفیت تبرید منجر به کاهش ضریب عملکرد سیکل میشود .[1]
به منظور افزایش ضریب عملکرد کولرها نیاز به کاهش دماي کندانسور میباشد. براي رسیدن به این هدف، یکی از سادهترین راهها استفاده از سیستم سرمایش تبخیري مستقیم در مسیر هواي ورودي به کندانسور به منظور پایین آوردن دماي هوا میباشد. استفاده از کولرهاي تبخیري که با کندانسورهاي هوایی کوپل شدهاند میتواند به صرفهجویی در مصرف انرژي، بهبود محیط زیست و کاهش هزینه کمک کند و منجر به بهبود عملکرد کولرها در شرایط آب و هوایی متفاوت شود. با توجه به اینکه تعداد کولرهاي موجود در مصارف خانگی و اداري بسیار زیاد است لذا اگر افزایش کمی نیز در عملکرد سیکل ایجاد شود تأثیر آن در کاهش کلی مصرف انرژي بسیار مؤثر خواهد بود. مصرف آب در این سیستم بسیار کم بوده و براي لولههاي کندانسور مضر نمیباشد زیرا که تماس مستقیمی بین آب و لولههاي کندانسور وجود ندارد.
بطور کلی تحقیقات کمی براي بررسی تأثیرات استفاده از سیستم سرمایش تبخیري مستقیم صورت گرفته است. گاسوانی [2] با نصب پد سلولزي در ورودي کندانسور یک کولر گازي 2/5 تنی که در دماي هواي 34œC کار میکرد توانست%20 در مصرف انرژي صرفهجویی کند. ژانگ [3] استفاده از سیستم تبخیري ساخته شده از پرههاي آلومینومی سوراخدار را در کولر گازي مورد بررسی قرار داد. وي تأثیر پارامترهاي مختلف بر عملکرد سیستم تبخیري را بررسی نمود و روابطی را براي پیش بینی عملکرد آن ارائه داد که نشان میداد دماي هوا بطور قابل ملاحظهاي کاهش مییابد.
وي با استفاده از دماي هواي خروجی از سیستم تبخیري و مقایسه با منحنی ضریب عملکرد کولر نشان داد که بهبود %39 در عملکرد کولر حاصل میشود. یو و چان [4] عملکرد یک کولر مجهز به سیستم سرمایش تبخیري را مدلسازي نموده و نشان دادند که %14/4 در مصرف انرژي و %4/6 افزایش در اثر تبرید بوجود میآید. حاجی دولو [5] در تحقیقات خود اثر استفاده از سرمایش تبخیري بر روي کولرهاي پنجرهاي که مجهز به سیستم پاشش آب بر روي پوشالهاي سلولزي بودند را بررسی نمود و نشان داد که %16 کاهش در توان مصرفی و %55 افزایش در ضریب عملکرد کولر حاصل میشود.
علیرغم بالا بودن پتانسیل سیستمهاي تبخیري براي کاهش مؤثر در توان مصرفی کولرها، بنظر میرسد تحقیقات کمی در این رابطه صورت گرفته و لازمست کارهاي بیشتري در این زمینه براي رسیدن به نتیجه مطلوب صورت گیرد. در این تحقیق آزمایشات تجربی براي تعیین میزان تأثیر استفاده از خنک کن تبخیري در کنار کندانسور هوایی بر روي عملکرد کولرهاي گازي دوتکه تحت شرایط آب و هوایی مختلف انجام شده است.
طراحی سیستم و نحوه انجام آزمایش
کولر مورد استفاده داراي ظرفیت 1/5 تن و ساخت شرکت میتسوبیشی (PK-2GKLD) می باشد. بر اساس شکل کندانسور کولر یک قاب فلزي L مانند ساخته شد و درون آن پد سلولزي به پهناي 5 سانتیمتر قرار داده شد و قاب در مسیر هواي ورودي به کندانسور همانند شکل 1 در کنار کندانسور نصب گردید. سیستم گردش آب براي پاشش آب بر روي پد نصب گردید تا آب را بوسیله پمپ روي پد تزریق نماید. هواي گرم بعد از عبور از روي پد سلولزي خیس، خنک شده و وارد کندانسور میشود و از سمت دیگر کندانسور خارج میشد. یک آمپرمتر دیجیتالی (مدل کیروتسو 2017، با دقت (%1/5 براي اندازه گیري جریان برق مصرفی کمپرسور استفاده گردید. فشار ورودي به کندانسور و اواپراتور بوسیله دو فشارسنج عقربهاي مخصوص سیستمهاي تبرید با دقت -0/05 اندازهگیري میشد.
بر اساس آزمایشات صورت گرفته افت فشار در کندانسور در حدود %7 و در اواپراتور در حدود %5 می باشد. یررسی هاي انجام شده نشان داد که افت فشار تاثیر زیادي بر نتایج ایجاد نمیکند.
دماي مبرد و دماي هواي نفاط مختلف سیکل بوسیله ترموکوپلهایی از نوع K اندازهگیري میشد و سیگنالهـاي آنهـا بـه کـامپیوتري کـه از سیسـتم (Data-Acquisition) از نوع MIO-64E-3 بهره مـیبـرد، فرسـتاده میشد و به وسـیله نـرم افـزار Lab View سـاخت شـرکت National-Instrument تحلیل میشد. براي اندازهگیري دما سـطح لولـههـا تمیـز و صاف شد تا از خاك و آلودگی پاك شود و سپس نوك ترموکوپـل بـر روي سطح چسبانده میشد.
نتایج آزمایشات
به منظور بررسی اثر سرمایش تبخیري بر روي سیستم و مقایسه نتایج آن در حالت کندانسور هوایی آزمایشات در 2 مرحله صورت گرفت. در مرحله اول کولر با کندانسورهاي هوایی تحت آزمایش قرار گرفت و نتایج آن بعد از رسیدن شرایط کار کولر به حالت پایدار ثبت شد و در مرحله دوم پد سلولزي سریعا بر روي کندانسور نصب گردید و آزمایشات در همان شرایط آب و هوایی، با سرمایش تبخیري و کندانسور هوایی انجام گرفت و نتایج بعد از رسیدن شرایط کار کولر به حالت پایدار ثبت گردید. آزمایشات زیادي در شرایط دمایی مختلف صورت گرفت تا رفتار کولر و مشخصات آن در سرایط مختلف دمایی ثبت شود. نتایج آزمایشات در دماهاي 35œC و 49œC در جداول 1 و 2 نشان داده شده است. همانگونه که در این جداول مشاهده میشود، جریان الکتریکی، فشار کندانسور، دماي مبرد خروجی از کمپرسور براي کندانسور تبخیري در مقایسه با کندانسور هوایی کاهش داشته است. شکل 2 نتایج آزمایشات براي شرایط دماي هواي 35œC، در روي دیاگرام P-h را نشان میدهد. نتایج نشان میدهد فشار کندانسور و فشار اواپراتور در سیستم تبخیري به ترتیب در حدود %15 و %3 کاهش مییابد. همچنین نسبت فشار در طول سیکل در حدود %13 کاهش را نشان میدهد. مقایسه دو سیستم نشان میدهد که دماي هواي خروجی از کندانسور در سیستم تبخیري حدود 7œC کاهش دارد در حالی که دماي هواي خروجی از اواپراتور در حدود 1œC کاهش دارد. جریان برق مصرفی در سیستم تبخیري در حدود %12 کاهش را نشان میدهد.
شکل 3 نتایج آزمایشات براي شرایط دماي هواي 49œCا، در روي دیاگرام P-h را نشان میدهد. همانگونه که در این شکل مشاهده میشود فشار کندانسور از 21/7 bar به 17/3 bar رسیده یعنی حدود %20 کاهش داشته و فشار اواپراتور از 7/1 bar به 6/8 bar رسیده که در حدود %4 کاهش را نشان میدهد. نسبت فشار در سیکل از 3/05 به 2/54 رسیده که در حدود %17 کاهش را نشان میدهد. همچنین دماي هواي خروجی از کندانسور در حدود 10œC کاهش و دماي هواي خروجی از اواپراتور در حدود 1/5œC کاهش را نشان میدهد. جریان برق مصرفی سیستم نیز در حدود %21 کاهش یافته است.
بحث و بررسی نتایج
بر اساس نتایج تجربی بدست آمده، خواص ترمودینامیکی مبرد در نقاط مختلف سیکل محاسبه شده تا به کمک آنها بتوان دبی جرمی، ظرفیت سرمایشی و ضریب عملکرد سیکل را محاسبه کرد. از معادلات 1) تا (4
براي محاسبه این پارامترها استفاده گردید. توان واقعی مصرفی با استفاده از معادله 1 بدست میآید زیرا مقدار جریان، ولتاژ و ضریب توان (cosφ) معلوم می باشد. دبی جرمی از معادله 2 محاسبه میشود. ظرفیت سرمایشی و ضریب عملکرد نیز با استفاده از معادلات 3 و 4 بدست می- آیند. در این معادلات زیرنویس1، 2، 3 و 4 به ترتیب مربوط به شرایط خروجی از اواپراتور، کمپرسور، کندانسور و لوله موئین میباشند.
جداول 2 و 3 نتایج حاصل از محاسبات براي شرایط دمایی 35œC و49 œC را به ترتیب نشان میدهند. این نتایج حاکی از آنند که با افزایش دماي هوا اثر افزایش سرمایش تبخیري نیز بیشتر میشود. کاهش مصرف جریان برق از %12 به %21 ، افزایش اثر تبرید از %6/1 به %13/3 و افزایش ضریب عملکرد از %32 به %52/2 مزایاي استفاده از کندانسور تبخیري میباشد.
دیگر نتایج حاصل شده از انجام آزمایشها با مراجع [3-5] مطابقت دارد.
