بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله، یک تحلیل جامع انرژی و اگزرژی از اجزا و همچنین کل سیستم تهویه مطبوع حرم مطهر رضوی در دو حالت خارج کردن تمام هوای بازگشتی به محیط و بازیابی انرژی هوای بازگشتی از فضا، با استفاده از رکوپراتور ارایه میدهد. روابط تحلیلی برای اتلاف اگزرژی، بازدهی اگزرژی، نسبت اتلاف اگزرژی، درجه کمال ترمودینامیکی و ضریب اتلاف اگزرژی برای تمامی اجزا و کل سیستم ارایه شده است.
این تحلیل در حالت سرمایش انجام شده است. نتایج این بررسی میتواند برای طراحی و بهینه سازی یک سیستم تهویه مطبوع مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از رکوپراتور برای بازیابی انرژی هوای برگشتی از فضای تهویه، مقدار گاز مصرفی به ازای هر متر مربع مساحت کف اماکن حرم مطهر رضوی، از 0/04 به مقدار 0/0326 متر مکعب در ساعت کاهش پیدا میکند. این یعنی کاهش حدود 18 درصدی در مصرف گاز حاصل خواهد شد. همچنین پس از آنالیز اگزرژی، بازده اگزرژی کل سیستم بعد از نصب رکوپراتور بین 6/3 تا 25/7 درصد، در ماه های مختلف افزایش مییابد.
.1 مقدمه
در طول دو دهه گذشته، بالا رفتن قیمت انرژی، آسیب های زیست محیطی و نیز محدود بودن منابع انرژیهای تجدیدناپذیر باعث ایجاد مشکلات متعددی برای بشر شده است. با توجه به این مسایل، نیاز استفاده از انرژیهای پاک و با پایداری بیشتر احساس شده است. در نتیجه، استفاده از سیستم های تولید و تبدیل انرژی با راندمان بیشینه جهت صرفه جویی انرژی، روز به روز اهمیت بیشتری یافته است. ارایه راهکارهای بهینه سازی انرژی در بخش تهویه مطبوع و سرمایش نیز میتواند موجب صرفه جویی قابل توجهی در مصرف سوخت های فسیلی شود.
طی دوره های اخیر، افزایش قابل توجهی در استفاده از تحلیل قانون دوم ترمودینامیک در طراحی سیستمهای انرژی روی داده است
یک طراحی بر طبق قانون اول ترمودینامیک، تنها موازنه انرژی سیستم را بررسی میکند، اما قانون دوم ترمودینامیک، دید مناسبتری برای بررسی کارآیی سیستم ارایه میدهد. تحلیل اگزرژی، روشی مناسب برای سنجش کارکرد اجزا سیستم است. با این روش میتوان اگزرژی نقاطی را که در آنها تبدیل انرژی صورت میگیرد، بدست آورد و راندمان اجزای سیستم را محاسبه کرد. این نوع تحلیل میتواند در شناخت منبع اصلی بازگشت ناپذیری و همچنین کاهش تولید آنروپی در فرآیند های مختلف، نقش بسیار موثری داشته باشد
تحلیل اگزرژی، بهترین ابزار برای تصمیم گیری در جهت بهینه سازی سیستم با توجه به دادههای ورودی سیستم است.
طبق مطالعات دینسر1 و روسن2، تحلیل اگزرژی، یک روش ترمودینامیکی موثر برای به کار بردن همزمان معادلات بقای جرم و انرژی به همراه قانون دوم ترمودینامیک برای طراحی و تحلیل سیستم های انرژی می باشد، ضمن اینکه با استفاده از آن میتوان میزان بازگشت ناپذیری سیستم را نیز به دست آورد. کاهش بازگشت ناپذیریها به بهینه سازی ترمودینامیکی سیستم میانجامد
موضوع مقاله حاضر، بررسی جامع اگزرژی یک سیستم تهویه مطبوع با چیلر های جذبی دو اثره میباشد. تمامی فرآیندهای موجود در این سیستم به طور کامل بررسی شده و شاخص های مختلف اگزرژی در تمامی اجزا و کل سیستم، در هر دو حالت با و بدون بازیافت انرژی مورد تحلیل و محاسبه قرار گرفته است. همچین میزان مصرف سوخت در هر دو حالت محاسبه شده است.
.2 تشریح فرآیند های سیستم تهویه مطبوع با چیلر جذبی دو اثره
حرم مطهر رضوی دارای 4 موتورخانه مرکزی می باشد که مجموعا 13 چیلر جذبی دو مرحله ای برای کارکرد با بخار به ظرفیت 747 تن واقعی، 13 دیگ بخار به ظرفیت 35000 پاوند در ساعت، 26 برج خنک کننده با بدنه فایبر گلاس به ظرفیت 1750 گالن در دقیقه و تجهیزات جانبی دیگر است. به طور میانگین به ازاء هر متر مربع از حرم حدود 700 سرمایش انجام میشود. شماتیک این سیستم در شکل 1 نشان داده شده است. در حال حاضر هوای خنک ورودی به فضا، به دلیل آلودگی و بوهای نامطبوع به طور کامل از فضا خارج میشود و سیستم ما عملا در نقطه 12 به پایان میرسد. در صورتی که از رکوپراتور برای بازیافت انرژی هوای خروجی از فضا استفاده کنیم، نقاط 13، 14، 15 و 16 به سیستم اضافه میشوند.
شکل -1 شماتیک سیستم تهویه مطبوع با استفاده از چیلر جذبی و بازیابی انرژی هوای برگشتی
3. معادلات حاکم
1.3. معادلات حاکم بر دیگ بخار
همانطور که در شکل 1 مشاهده میشود، گاز طبیعی وارد مشعل دیگ بخار شده و عمل سوختن انجام میگیرد. گرمای حاصل از سوختن گاز طبیعی، جریان آب درون دیگ بخار را به بخار با دمای 185 درجه سانتی گراد و فشار 125 تبدیل میکند. بخار تولید شده در دیگ به سمت چیلر جذبی منتقل میشود.
عناصر اصلی روابط - 1 - و - 2 - در ذیل تعریف شده اند.
نرخ انتقال حرارت به آب به ترتیب دبی جرمی بخار خروجی، دبی جرمی آب ورودی و دبی
جرمی سوخت ورودی آنتالپی بخار خروجی و آنتالپی آب ورودی ، ارزش حرارتی پایین سوخت را نشان میدهند.
.3.2 تولید آب خنک در چیلر
بخار وارد شده به چیلر جذبی وارد ژنراتور آن شده و طی فرآیندی باعث تولید آب خنک در اواپراتور چیلر میشود. آب ورودی اواپراتور دارای دمای 50 درجه فارنهایت و خروجی آن 41 درجه فارنهایت است که به سمت کویلهای هواساز هدایت می-شود. جریانهای ورودی و خروجی حجم کنترل چیلر در شکل 1 به صورت شماتیک قابل مشاهده است.
عناصراصلی روابط - 3 - تا - 7 - در ذیل تعریف شدهاند.
به ترتیب نرخ انتقال حرارت در کندانسور چیلر، ژنراتور چیلر و اواپراتور چیلر مقدار گذر آب از کندانسور و اواپراتور چیلر آنتالپی آب ورودی و خروجی کندانسور چیلر و آنتالپی آب ورودی و خروجی اواپراتور چیلر ، ضریب عملکرد چیلر را نشان میدهند.
.3.3 تولید هوای خنک در هواساز
در هوا ساز، هوای گرم محیط با عبور داده شدن از روی کویلهای سرمایش، خنک شده و با دمای 55 درجه فارنهایت از هواساز خارج شده و از طریق کانالهای تهویه مطبوع به سمت فضاهای مورد تهویه هدایت میشود. جریانهای ورودی و خروجی حجم کنترل چیلر در هر دو حالت با و بدون رکوپراتور در شکل 2 و شکل 3 به صورت شماتیک قابل مشاهده است.
