بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحي يک چيلر با امکان ذخيره سازي سرما
چکيده :
يکي از نياز هاي هر ساختماني ، تامين سرمايش آن در فصل تابستان است . اين مهم در ساختمان هاي بزرگ با اسـتفاده از چيلـر انجـام مـي پذيرد.
در اين مقاله به طراحي يک چيلر با ذخيره سازي سرما براي ساختمان دانشکده فني - مهندسي دانشگاه اصفهان پرداخته شده است . استفاده از سيستم هاي ذخيره سازي سرما هم به عنوان روشي به منظور جابجايي بار و هم به عنوان روشي جهت کنترل بار در فصل گرما مطرح مي باشد. براي پيدا کردن ظرفيت چيلر با ذخيره سازي نياز به محاسبه بار سرمايشي ساختمان در ساعات مختلف روز مي باشد که اين کار براي اين ساختمان انجام و با استفاده از نمودار بار برودتي – ساعتي و ظرفيت ثابت بدست آمده براي چيلر مورد نظر، محاسـبات ظرفيـت ذخيـره سازي و حجم مخازن ذخيره سازي اتجام شد..
کلمات کليدي : صرفه جويي در مصرف انرژي ، انتقال حرارت ، سرمايش خانه
١ - مقدمه
اوج برق توليدي در کشور در دهه ١٣٧٠ در مـاه هـاي تير و مرداد و با ضريب بار متوسـط ٦٢.٢% بـوده اسـت . در سال ١٣٧٨ اين اوج با ضريب بار متوسـط ٦٣.٦% در مــرداد مــاه و در ســال ١٣٧٩ بـا ضــريب بــار متوســط ٦٣.٩٥% در تير ماه بوده است . علـت وقـوع اوج يـا قلـه هاي مصرف در ماه هاي بـسيار گـرم سـال اسـتفاده از دســتگاه هــاي تبريــد تراکمــي و تهويــه مطبــوع در ساختمان ها مي باشد.
با گسترش ساختمان سازي ، گرم تر شدن هواي کشور، بالا رفتن سطح زندگي مـردم و پاسـخگو نبـودن کـولر هاي آبـي بـراي تـأمين آسـايش حرارتـي در تابـستان ، استفاده از کولر هـاي گـازي و دسـتگاه هـاي تبريـد و تهويه مطبوع تابستاني رو به افـزايش اسـت . ايـن رونـد افزايش مصرف برق در تابستان نياز به احـداث نيروگـاه هاي جديد را بوجـود مـي آورد کـه همـراه بـا سـرمايه گذاري هاي اوليـه بـالا مـي باشـد. يکـي از روش هـاي جلوگيري از احداث نيروگـاه هـاي جديـد و بـالا بـردن ضريب بار در کشور تراشـيدن قلـه (Peak shaving) به کمک ذخيـره سـازي "سـرما" مـي باشـد. هـدف از سيستم هاي ذخيره سازي سرما، کـاهش حـداکثر نيـاز انرژي الکتريکي و يکنواخت نمودن مصرف بـرق در ٢٤ ساعت شـبانه روز در سيـستم تهويـه مطبـوع و تبريـد ساختمان ها مي باشـد. از سـرماي ذخيـره شـده بـراي تهويه مطبوع و يا فرآيند هايي که نياز به سـرماي زيـاد در مدت کم دارند استفاده مي شود.
ازدهه هفتاد ميلادي وقتي که سازمان هاي توليـد بـرق در آمريکا تشخيص دادند که نياز به کاهش اوج مـصرف و توليد و توزيع برق دارند، ذخيره سـازي سـرما جهـت کاربرد هاي تجاري را بطور قابل ملاحظه اي مورد توجه قرار دادند. آنها دريافتنـد کـه اگـر بتواننـد سـرما را در ساعات غير پيک يا قله توليد ذخيره کنند و در سـاعات قله از آن اسـتفاده نماينـد، مـي تواننـد ظرفيـت اوج را کاهش داده و يا براي کاربرد هاي ديگر استفاده کنند.
به چهار روش مي توان از توليـد و ذخيـره سـرما بـراي کاهش مصرف انرژي سيستم تبريد در سـاعات قلـه يـا پيک و انتقال آن به زمان غير پيـک اسـتفاده نمـود. دو روش زير در اين تحقيق مورد توجه قرار گرفته است :
١- کار مداوم يک دستگاه تبريد با ظرفيت پـايين و با ذخيره سازي سرما در شـب و اسـتفاده از آن در روز.
٢- همانند (١)، با اين تفاوت که سيستم تبريد در ساعات پيک مصرف برق (يا هـر مـدت زمـان ديگر) کار نمي کند و نياز برودتي ساختمان از اين ذخيره تأمين مي شود.
٢ – طراحي سيستم ذخيره سرمايشي
٢-١ تعيين بار برودتي ساختمان مورد نظر
با استفاده ازيک سري محاسبات نيـاز برودتـي سـاعتي اين ساختمان تعيـين گرديـد. حـداکثر بـار برودتـي در ساعت ٤ بعـد از ظهـر معـادل ٣٣٩٦٨٥.١ وات و نيـاز برودتي ساختمان در١١ ساعت يک روز کاري (از ٧صبح تا ٦ بعد از ظهر) معادل ٣٦٠٦٩٣٣.٦ وات برآورد شد
٢-٢ تعيين ظرفيت دستگاه تبريد با توليد و ذخيره سازي يخ
به دو روش مي تـوان از دسـتگاه تبريـد اسـتفاده کـرد:
روش ذخيره سازي جريي و کامل
الف - سيستم ذخيره سـازي جزيـي : در ايـن روش دستگاه تبريد در تمام ٢٤ ساعت کار کرده و در ساعاتي که نياز به بار برودتي ساختمان از ظرفيت دستگاه کمتر است ، تفاوت ظرفيت و نياز صرف توليـد يـخ شـده و در ساعاتي که نياز برودتي سـاختمان از ظرفيـت دسـتگاه بيشتر است ، مابه التفاوت اين نياز بـا ذوب يـخ توليـد و ذخيره شده تأمين مي گردد.
چنانچه QC نياز برودتي ساختمان در ١٢ ساعت باشـد و دستگاه تبريد داراي توان برودتي -q (بر حسب کيلـو وات ) باشد، مي توان از رابطه (١) ظرفيت را تعيين کرد.
(1)
که در اين رابطه بازده بازيابي سرماي ذخيره شده و t∆ مدت زمان کار دسـتگاه تبريـد انتخـاب شـده مـي باشد.
را برابر ٨٠ درصد و مدت زمان استفاده از دستگاه را ٢٤ ساعت انتخاب مي کنيم . بنـابراين از رابطـه (١)،-q برابر ٢٢٥٤٣٣.٣٥ وات تعيين مي شود. بـا مقايـسه بـا سيــستم تبريــد موجــود در دانــشکده ( بــدون ذخيــره سازي )(که حداکثر ظرفيت آن ٣٦٠ کيلو وات بود ) ملا حظه مي شود که با توليد و ذخيره سازي يـخ ، ظرفيـت دستگاه ٣٧.٤ درصد کا هش مي يابد.
ب- سيستم ذخيـره سـازي کامـل : در ايـن روش دستگاه تبريد انتخابي در ساعات مخـصوصي از روز کـه مصرف برق در شبکه برق رساني در اوج يا پيـک خـود قرار دارد، خاموش بوده و براي تأمين برودت مورد نيـاز ساختمان از يخ توليـد و ذخيـره شـده در سـاعات غيـر
پیک استفاده میشود . چنانچه مدت زمان این خاموشی دستگاه تبرید را 5 ساعت انتخاب کنیم ، با مراجعه به رابطه 1 و انتخاب 19 ساعت برای و 80 درصد برای ، ظرفیت دستگاه برابر با 284757.92 وات عیین میگردد که در مقایسه با سیستم تبرید بدون ذخیره سازی ملاحظه میشود که ظرفیت دستگاه 21 درصد کاهش میابد
٢-٣تعيين ظرفيت مخزن ذخيره يخ
الف - سيستم ذخيره سازي جزيي :
( نياز برودتي ساختمان با سيستم ذخيره سازي جزيي )
در اين شکل sc معـرف ظرفيـت ذخيـره سـازي مـي باشد و QC نياز برودتي ساختمان در ١١ سـاعت مـي باشد.
حجم يخ
جرم يخ
حجم مخزن ذخيره را ١٠ درصد بيشتر از حجم يخ انتخاب مي کنيم در نتيجه : متر مکعب ١٣.٢٣٣ = حجم مخزن ذخيره
حجم مخزن ذخيره را ١٠ درصد بيشتر از حجــم يــخ انـتـخاب مي کنيم در نتيجه : متر مکعب ٢٥.١٩ = حجم مخزن ذخيره
٢-٤ تعيين جريان جرمي و حجمي سـيال رابط بين اواپراتور و کويل يخ سازي
سيال انتخابي مخلوطي از ٣٠% اتيلن گليکول و ٧٠% آب مي باشد که جرم مخصوص و حرارت مخصوص آن در دماي متوسط ٥- درجه سانتي گراد به ترتيب برابر با ١٠٥٣.١١ کيلو گرم بر متر مکعب و ٣.٥٧ کيلو ژول بر کيلوگرم – درجه کلوين مي باشد. با انتخاب اختلاف دماي ٤ درجه سانتي گراد، از رابطه (٢) جريان جرمي و حجمي محلول آب و اتيلن گليکول براي ذخيره سازي کامل و جزيي به ترتيب زير بدست مي آيد:
بدست مي آيد. در اين رابطه mi جرم ، ρجرم مخصوص ، Vi حجم يخ و hif آنتالپي تغيير فاز آب به يخ مي باشد. با مراجعه به جداول ترموديناميکي آب ، در صفر درجه سانتيگراد ρ برابر با ٩١٦.٧٦ کيلوگرم بر متر مکعب و hif برابر با ٣٣٣.٤٢ کيلو ژول بر کيلوگرم به دست می اید .
الف - ذخيره سازي کامل :
ب- ذخيره سازي جزيي :
