بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق یک سیستم تهویه مطبوع دسیکنت جامد خورشیدي با ظرفیت 5 تن تبرید براي منطقه آب و هوایی گرم و مرطوب، طراحی، ساخته و مورد آزمایش قرار گرفته است. مقایسه عملکرد این سیستم با سیستم تبرید متداول در این آب و هوا - کولرگازي - نشان می دهد که در شرایط یکسان، سیستم ساخته شده در حدود 30 درصد توان الکتریکی کمتري مصرف می نماید. از دیگر مزایاي این سیستم، تأمین صد در صد هواي تهویه از هواي تازه میباشد.
-1 مقدمه
انرژي الکتریکی مورد نیاز جهت تهویه مطبوع ساختمانها در مناطق داراي آب و هواي مرطوب، سهم به سزایی در میزان انرژي مصرفی کل ساختمان داشته و به ویژه در ماههاي گرم سال این امر جدي تر می شود .[1] سیستمهاي تهویه مطبوع متداول در آب و هواي گرم و مرطوب در ایران، از نوع سیستمهاي تبرید تراکمی - کولر گازي - بوده و به تعداد وسیعی به ویژه در مناطق جنوبی مورد استفاده قرار می گیرد.
در این سیستمها، کاهش رطوبت هوا با سرد کردن هوا و نتیجتاً میعان رطوبت موجود در هوا انجام میشود و بدین ترتیب این سیستمهاي تبرید تراکمی بار الکتریکی بسیار زیادي جهت غلبه بر بار سرمایشی نهان یا همان رطوبت موجود در هوا - به ویژه در مناطق داراي آب و هواي گرم و مرطوب - بر شبکه برق کشور وارد مینمایند.
در سیستمهاي تهویه مطبوع دسیکنت، رطوبت هوا با استفاده از مواد جاذب رطوبت - مواد دسیکنت - گرفته میشود و سپس هواي خشک شده، با روشهاي مختلف خنک می گردد. ماده جاذب رطوبت که می تواند مایع و یا جامد باشد، با جذب آب به تدریج اشباع می شود و لذا می بایست آنرا با حرارت دادن بازیافت نمود. از آنجا که میزان دماي مورد نیاز در سیستمهاي دسیکنت در مقایسه با سیستمهاي دیگر نظیر سیستمهاي جذبی پایین تر است، سیستمهاي دسیکنت به سادگی قابلیت استفاده از انرژي حرارتی خورشیدي را براي بازیافت ماده دسیکنت دارا میباشند .[2]
پروژه تحقیقاتی »طراحی و ساخت سیستم تهویه مطبوع دسیکنت جامد خورشیدي با ظرفیت 5 تن تبرید« با سرمایهگذاري مشترك پژوهشگاه نیرو و سازمان انرژيهاي نو ایران توسط گروه انرژيهاي نو پژوهشگاه نیرو انجام شده است. پس از طی مراحل طراحی و ساخت، این سیستم براي انجام آزمایشات عملکرد، جهت تهویه یک سالن کنفرانس در سازمان آب و برق کیش نصب گردید.
-2 سیستم دسیکنت جامد
اگرچه سیستمهاي دسیکنت در انواع و فرمهاي مختلفی مورد استفاده قرار گرفته اند 3] تا [6 ولی اساس کارکرد همه آنها بر جذب رطوبت هوا توسط ماده دسیکنت استوار است. در سیستمهاي دسیکنت جامد، بخش دسیکنت معمولاً به صورت یک دیسک متخلخل ساخته میشود که هر نیمه آن در یک کانال هوا قرار دارد.1 از یک نیمه هواي تهویه عبور داده می شود تا رطوبت آن گرفته شود و از نیمه دیگر یک جریان هواي داغ جهت بازیافت ماده دسیکنت عبور می نماید.
چرخ دسیکنت به آرامی در درون این دو کانال دوران میکند و نتیجتاً ماده دسیکنت از یک کانال به کانال دیگر جابجا می شود. لازم به ذکر است که هوا در اثر این رطوبتزدایی داغ شده، لذا آن را با استفاده از مبدل حرارتی هوا به هوا خنک می نمایند. بدین ترتیب هواي گرم و مرطوب تبدیل به هواي گرم و خشک می شود که آنرا می توان به روشهاي مختلفی نظیر تبرید تراکمی و یا تبرید تبخیري خنک نمود.
-3 طراحی سیستم تهویه مطبوع دسیکنت
چنانچه در شکل - 2 - نشان داده شده است، دستگاه تهویه مطبوع دسیکنت جامد خورشیدي ساخته شده داراي دو جریان هوا می باشد: الف - جریان هواي تهویه که از نقطه - 1 - تا نقطه - 7 - ادامه دارد و در آن هواي تاز ة محیط پس از رطوبتزدایی و خنک کاري به ساختمان وارد میگردد و ب - جریان هواي بازیافت که از هواي بازگشتی از ساختمان گرفته شده و از آن براي خنک کردن هواي تهویه و همچنین بازیافت چرخ دسیکنت استفاده می گردد.
همانطور که ملاحظه می گردد هواي تازه در نقطه - 1 - از یک سو و هواي بازگشت در نقطه - 8 - از سوي دیگر وارد یک مبدل حرارتی هوا به هوا از نوع تبخیري غیرمستقیم می گردند تا بدین ترتیب به منظور افزایش عملکرد ماده دسیکنت، هواي تازه قبل از ورود به چرخ دسیکنت پیش خنک گردد. هواي تهویه پس از خروج از مبدل اولیه به چرخ دسیکنت وارد می گردد که در طی این فرآیند خشک و داغ میگردد. هواي بازیافت نیز پس از خروج از مبدل اولیه مجدداً به وسیله یک رطوبت زن، خنک شده و به همراه هواي خروجی از چرخ دسیکنت وارد مبدل هوا به هواي ثانویه می گردد.
بدین ترتیب دماي هواي تهویه که قبلاً رطوبت آن گرفته نیز شده بود کاهش می یابد. این هواي خشک با استفاده از یک سیستم تبرید تراکمی و یا - در شرایط خاص - با استفاده از یک رطوبت زن خنک شده و به ساختمان هدایت می گردد. هواي بازیافت نیز پس از خروج از مبدل هوا به هواي ثانویه از کندانسور سیستم تبرید تراکمی عبور کرده و گرم می گردد.
سپس این هوا با عبور از یک کویل گرمایی که آب داغ آن توسط کلکتورهاي خورشیدي تهیه شده است، تا دماي مناسب براي بازیافت ماده دسیکنت داغ شده و پس از عبور از چرخ دسیکنت در محیط خارج تخلیه می گردد. در جدول - 1 - دما و رطوبت هوا در داخل دستگاه تهویه مطبوع دسیکنت جامد خورشیدي ساخته شده براي شرایط طراحی تابستان جزیره کیش ارائه شده و در شکل - 3 - نیز فرآیندها بر روي نمودار سایکرومتریک نمایش داده شده است.
اگرچه در این سیستم از یک سیستم تبرید تراکمی - کولر گازي - با ظرفیت 2/5 تن تبرید استفاده شده است، ولی با توجه به اینکه هواي ورودي به این سیستم رطوبت زدایی شده، بار سرمایشی مورد نیاز براي خنک کردن آن به مراتب کمتر از حالتی است که رطوبت زدایی انجام نگردد. همچنین با توجه به اینکه معمولاً هواي خروجی از مبدل ثانویه، دماي کمتري نسبت به محیط خارج دارد، خنک کردن کندانسور سیستم تبرید تراکمی با این جریان موجب بهبود در عملکرد این سیستم میگردد.
بر اساس شرایط هواي داخل و خارج و شرایط مطلوب کاربر، این امکان وجود دارد که دستگاه در حالتهاي کاري متفاوتی، کار کند. حالتهاي کاري دستگاه و اجزاء فعال در هر حالت کاري در جدول - 2 - ارائه شده است. حالت کاري اصلی این دستگاه، سرمایش دسیکنت ترکیبی - Compound Desiccant Cooling - بوده و دستگاه در شرایط طراحی در این حال کار میکند. در این حالت کاري کلیه اجزاء دستگاه به غیر از رطوبتزن بازیافت فعال میباشد.
-4 ساخت دستگاه
پس از طراحی دستگاه و تعیین مشخصات ترمودینامیکی هر یک از اجزاء، تجهیزات مورد نیاز براي ساخت دستگاه تهیه گردید. برخی از اجزاء نظیر مبدلهاي حرارتی به طور خاص براي این دستگاه طراحی و ساخته شدند و برخی دیگر از اجزاء مانند سیستم تبرید تراکمی و فن ها از نمونه هاي موجود در بازار استفاده شدند. شکل - 4 - اجزاء اصلی دستگاه را در کنار یکدیگر نشان میدهد.
پس از آنکه اجزاء و ابعاد آنها مشخص گردید، به منظور طراحی کانالهاي ارتباطی و همچنین سازه نگهدارنده اجزاء، دستگاه و اجزاء آن به صورت سه بعدي مدلسازي رایانه اي شد. در شکل - 5 - مدل رایانه اي سازه و اجزاء دستگاه تهویه مطبوع دسیکنت جامد خورشیدي و در شکل - 6 - دستگاه ساخته شده نشان داده شده است.
محدودیتهاي موجود در ساخت و انتخاب اجزاء از یک سو و نیاز به وجود کانال در بین اجزاء براي یکنواخت شدن جریان و پایدار بودن داده هاي حسگرها از سوي دیگر باعث شد که دستگاه تهویه مطبوع ساخته شده ابعاد و اندازه هاي نسبتاً بزرگی داشته باشد. لذا به منظور راحتی در حمل، این دستگاه - با طول کلی حدود 6 متر - ، به صورت سه بخش جداشدنی طراحی و ساخته شد.
در دستگاه تهویه مطبوع دسیکنت جامد خورشیدي ساخته شده، به منظور بررسی شرایط هوا و فرآیندهاي صورت گرفته بر روي آن، در بین تمام اجزاء حسگرهاي دما و رطوبت تعبیه شده است. در کانالهاي این دستگاه تعداد 14 عدد حسگر دما و رطوبت هوا و همچنین 2 عدد حسگر دبی جریان، هر کدام در یکی از مسیرهاي تهویه و بازیافت، نصب شده است که اطلاعات آنها با استفاده از یک سیستم جمع آوري داده ها، به طور آنی نمایش داده شده و همچنین ذخیره می گردند.
مکان نصب این حسگرها با اعداد 1 تا 14 در شکل - 2 - نمایش داده شده است. این دستگاه همچنین مجهز به یک دستگاه آنالیز توان می باشد که امکان مشاهده آنی جریان، ولتاژ، فاز، توان و سایر خصوصیات مرتبط و همچنین ذخیره میزان انرژي الکتریکی مصرفی دستگاه را در فاصله هاي زمانی مناسب امکانپذیر میسازد. همانطور که گفته شد، دستگاه تهویه مطبوع ساخته شده مجهز به یک سیستم گرمایش خورشیدي است در این سیستم از 48 مترمربع کلکتور خورشیدي تخت استفاده شده و آبگرم تولید شده در این سیستم با استفاده از یک مبدل حرارتی آب به هوا، گرماي لازم جهت بازیافت ماده دسیکنت را فراهم میسازد.
