بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت روزافزون بازدهی انرژی در تأسیسات و سامانههای گرمایشی ساختمانها، لزوم استفاده از دستگاههای پربازده و با حداقل اتلافات حرارتی در کاربردهای مختلف، از جمله گرمایش آب و فضای ساختمان، بیشتر حس میشود .یکی از فناوریهای شناخته شده و مطرح برای این موضوع، سامانههای چگالشی میباشند که در آنها از انرژی حاصل از تقطیر بخار آب موجود در محصولات احتراق نیز بهره گرفته میشود. که در این تحقیق با به کارگیری روابط احتراق ، راندمان و... خواهیم دید که چگونه راندمان بالای پکیج های چگالشی قابل توجه است. در محاسبات صورت گرفته از پکیج های چگالشی و ساده ایولواستار 24کیلووات استفاده شده است. نتایج حاصل از اندازه گیری، افزایش 7/12درصدی راندمان پکیج های چگالشی نسبت به پکیج های سنتی را نشان می دهد. وهمچنین در پایان مزایا وریشه ی بالا بودن راندمان پکیج های چگالشی بصورت فنی به طور کامل بررسی شده است.
-1 مقدمه
در کشورهای توسعه یافته صنعتی از دیگ های چگالشی به میزان قابل توجهی در سامانههای گرمایشی مرکزی، گرمایش آب و پکیج ها استفاده میشود . لیکن در کشور ما هنوز این سامانه ها به درستی شناخته نشده و کاربرد پیدا نکرده است. دیگ های چگالشی به طور کلی دارای فناوری بالاتری از نظر رده بازدهی انرژی میباشند و با جایگزینی آن ها با پکیج های فعلی، به طور قابل توجهی مصرف سوخت و تولید آلاینده های محیطی کاهش مییابد و در نتیجه باعث کاهش هزینههای تحمیلی به دولت و هزینههای سالانه مصرفکنندگان میشود. البته استفاده از دیگهای چگالشی برای دستیابی به حداکثر بازدهی آنها، منوط به شرایط سامانه گرمایشی حیطم دارد که معمولاً باید دارای دمای آب بازگشتی پایینی باشد.
با اجرای طرح هدفمندی یارانه ها و واقعی شدن قیمت حاملهای انرژی، لزوم بهرهبرداری از تجهیزات و سامانهها ی گرمایشی نوین ب یش از پ یش بر همگان مشخص شده است، چراکه بالاترین سهم مصرف انرژی در ساختمانها مربوط به تجهیزات گرمایشی میباشد. طبق اطلاعات ارائه شده توسط سازمان بهینه سازی مصرف سوخت حدود 40 درصد انرژی مصرفی کشور به بخش ساختمان تعلق دارد که حدود 81 درصد از این انرژی صرف گرمایش ساکنان ساختمان ها و آبگرم مصرفی میشود.
بر این اساس، انتخاب و استفاده از تجهیزات با بازده بالا نه تنها تأثیر فراوانی در کاهش مصرف سوخت دارد، بلکه از میزان آلودگی محیط زیست به مقدار زیادی میکاهد ، با توجه به رشد سالانه 11 تا 12 درصدی تقاضای گاز در سطح کشور و مصرف روزانه 540,000,000 متر مکعب گاز در فصل سرد در بخش خانگی، و حداکثر تولید 570,000,000 متر مکعب گاز طبیعی در کل پالایشگاه های کشور، لزوم جلوگیری از هدر رفت انرژی و بکارگیری تجهیزات گازسوز پر بازده در کشور امری ضروری به نظر می رسد.
یکی از مهمترین وسایل گازسوز تولید گرما در بخش خانگی پکیج های گرمایشی است که مقدار قابل توجهی انرژی از طریق گازهای خروجی از دودکش آنها وارد محیط شده و تلف می شوند. برای جلوگیری از تلفات در این بخش از سال 1970 میلادی ساخت بویلرهای چگالشی آغاز گردید. [1-2] در پکیج های ساده - غیر چگالشی - فقط از گرمای محسوس سوخت استفاده می شود؛ در حالیکه حدود 20 درصد انرژی سوخت بصورت گرمای نهان بخار آب در محصولات احتراق می باشد.[3] وهمچنین راندمان بخاری های تولیدی در ایران 60 درصد و آبگرمکن ها 70 درصد می باشد.
با توجه به اینکه در عمل این وسایل گرمایشی در نقطه طراحی کار نمی کنند، راندمان متوسط آنها کمتر از 50 درصد است که تلفات بسیار بیشتری را نسبت به پکیج های چگالشی دارا می باشند. سالانه حدود 300,000 پکیج گرمایشی در کشور تولید و حدود 300,000 نیز واردات می گردد که 10 درصد آن از نوع چگالشی می باشد. بنابراین در صورت بکارگیری پکیج های چگالشی بجای نوع ساده آن و نیز سایر تجهیزات گرمایشی می توان به میزان قابل توجهی در مصرف گاز طبیعی کشور صرفه جویی نمود. در این راستا بررسی عملکرد پکیج چگالشی و عوامل موثر در بهبود آن و قیاس آن با پکیج ساده، صورت گرفته است. در پایان این نکته را قابل ذکر می دانم که در این مقاله فقط از روابط تئوری توجیه راندمان بالا پکیج چگالشی نسبت به پکیج سنتی بررسی شده است. وهمچنین بررسی های فنی از لحاظ کتب دانشگاهی درپایان مقاله ارائه شده است.
-1 پکیج چگالشی
چگالش زمانی روی می دهد که دمای بخار کمتر از دمای نقطه شبنم بخار آب موجود در محصولات احتراق شود. در صنعت این فرآیند معمولا بر اثر انتقال حرارت بین بخار و یک سطح سرد بوجود می آید. گرمای نهان بخار به سطح انتقال یافته و مایع چگالش می یابد.[4] دمای نقطه شبنم برای بخار آب موجود در محصولات احتراق به عوامل متعددی از قبیل درصد هوای اضافه، میزان دی اکسید کربن موجود، فشار جزئی بخار و ارتفاع از سطح دریا یا فشار محیط وابسته است.
[3] اجزاء تشکیل دهنده عمده پکیج ها مشعل، محفظه احتراق، دسته لولهها، پوسته و دودکش میباشد. دمای آب برگشتی پکیج های ساده باید بین 130 تا 140 درجه سانتیگراد باشد تا از تقطیر گازهای داغ خروجی بویلر جلوگیری شود. تقطیر باعث خرابی پکیج و کوتاه شدن عمر مفید آن میشود. اگر طراحی سیستم به حد کافی بالا بودن درجه حرارت آب برگشتی را تضمین ننماید، پکیج های دارای لوله فولادی و یا مسی دچار خرابی می شوند.
[5] بنابراین به علت عدم بکارگیری مبدل حرارتی در مسیر خروج گازهای خروجی از دودکش، از انرژی نهان در پکیج های ساده استفاده نمی شود. برای کاهش تلفات مسیر دودکش و بازیافت حرارت نهان، بویلرهای چگالشی علاوه بر اجزای کلی یک بویلر مجهز به مبدل حرارتی در مسیر دودکش میباشند. در یک سمت مبدل، گازهای داغ خروجی از محفظه احتراق بویلر و در سمت دیگر آن آب سرد برگشتی به پکیج در جریان است.
انتقال حرارت از سمت گاز به آب از یک سو موجب کاهش دمای گازهای ورودی به اتمسفر و در نتیجه بازیافت گرمای محسوس شده و از سوی دیگر با چگالش بخار آب موجود در آن موجب بازیافت گرمای نهان میگردد. همانطور که در شکل - 1 - مشخص شده است مسیر جریان محصولات احتراق و جریان مایعات تقطیر شده هم جهت با هم و در خلاف جهت با جریان آب سرد برگشتی به سیستم می باشد تا انتقال حرارت بهینه صورت گیرد.
شکل: 1 شماتیک پکیج چگالشی
دمای آب برگشتی توصیه شده در این سیستم در حدود 50 درجه سانتیگراد است، که برای پکیج های چگالشی مطلوب است. در صورتی که پایانه های حرارتی از نوع رادیاتور بوده و بیشتر از حد معمول سایز زده شده باشند میتوان این تکنولوژی را جایگزین بویلر سابق آن نمود . با توجه به دمای آب برگشتی در سیستمهای گرمایش کف بین 35 تا 50 درجه سانتیگراد است، بکارگیری بویلرهای چگالشی برای تامین آب گرم آن مناسب میباشد. [6-7]
