بخشی از مقاله
چکیده
در مطالعه حاضر، به طراحی و یهینه سازی یک سیستم تهویه مطبوع مرکزی به منظور تأمین شرایط آسایش خدمه پرداخته شده است. از آنجایی که مهمترین عامل در انتخاب یک سیستم تهویه مطبوع محاسبه دقیق بارهای حرارتی و دبی هوای ورودی به هر بخش میباشد، در گام نخست با استفاده از کد نوشته شده در نرمافزار متلب و کوپل آن با نرمافزار اکسل بار حرارتی ایجاد شده توسط دیوارهها، کف و سقف، پنجرهها، افراد، روشنایی و ... به صورت دقیق محاسبه گردید و پس از آن دبی هوای ورودی به هر اتاق مشخص شد.
در گام دوم نیز در ابتدا یک هواساز و یک چیلر تراکمی و سپس یک هواساز و یک چیلر جذبی به عنوان سیستم تهویه مطبوع مرکزی معرفی شد که از آن در مواقعی که موتور شناور روشن است به همراه یک مبدل حرارتی که پیشنهاد گردیده و با استفاده از آب خنککاری موتور شناور، آب گرم مورد نیاز آن تامین می گردد استفاده می شود. همچنین برای زمان های خاموشی موتور شناور نیز یک بویلر پیش بینی گردیده است.
نتایج نشان می دهد در صورت عدم استفاده از حرارت آب خنک کاری موتور برای تولید آب گرم مصرفی در چیلر جذبی با توجه به ضریب عملکرد بالاتر چیلرهای تراکمی نسبت به چیلرهای جذبی استفاده از چیلر تراکمی مقرون به صرفه تر است، اما در شرایط کنونی و با توجه به در اختیار بودن و امکان استفاده از آب خنک کاری موتور بهره گیری از چیلر جذبی بهتر می باشد. همچنین نتایج نشان میدهد در صورت استفاده بهینه از حرارت آب خنککاری در مصرف سوخت دیزل ژنراتور صرفهجویی شده، بنابراین پس از مدتی هزینه اولیه بالاتر چیلرهای جذبی به واسطه کاهش مصرف سوخت جبران میگردد.
-1مقدمه
سیستم تهویه مطبوع در داخل یک شناور، وظیفه دارد تا محیطی مطبوع و مناسب را برای زندگی و کار تمامی پرسنل تامین کند. با توجه به اقلیم بسیار گرم آبهای جنوبی و اقلیم مرطوب آبهای شمالی کشور ایران، کارکرد درست و مطلوب این سیستم بسیار مهم بوده بطوریکه اگر این سیستم نتواند شرایط مساعد را برای کار و زندگی افراد فراهم کند، مطمئنا اثر نامطلوبی در کارکرد کل شناور خواهد گذاشت.
سیستم تهویه مطبوع به طور کلی دارای تجهیزات مختلفی میباشد که میتوان آنها را به سه بخش تجهیزات منبع، توزیع و انتقال تقسیم کرد. بخش منبع شامل تجهیزاتی است که سرمایش و رطوبت را تامین میکنند از جمله این تجهیزات میتوان به چیلرهای مختلف برای تامین سرمایش اشاره کرد. بخش توزیع شامل تجهیزاتی است که ابزار مناسب را برای انتقال سرما به نقاط مورد نظر تامین میکنند که از جمله این تجهیزات می-توان به هواسازها و فنکویلها اشاره نمود. بخش انتقال نیز وظیفه انتقال هوای خنک و تهویه شده به نقاط مصرف را بر عهده دارند که از جمله این تجهیزات میتوان به کانالها اشاره کرد.
در سیستم تهویه مطبوع مرکزی، تجهیزات تولید، توزیع و انتقال حرارت یا سرمایش به صورت مستقل و جدا از هم تهیه میشوند و در یک فضای متمرکز به هم متصل میشوند. در معروفترین نوع سیستم تهویه مطبوع مرکزی، سرما در چیلر تولید میگردد و توسط هواساز به کانالهای هوا رفته و سپس به ناحیههای مختلف توزیع میشود. سیستم تهویه مطبوع مرکزی نیز دارای انواع مختلفی میباشد که عبارتند از تمام هوا1، حجم ثابت2، حجم متغیر3، هوا-آب4و تمام آب.
در اکثر شناورها سیستم تهویه مرکزی تمام هوا یا هوا – آب به همراه کمپرسورهای پیچی1 به کار میرود. در سیستم تمام هوا، آب توسط چیلر خنک میشود و وارد کویلهای داخل هواساز میگردد. هواساز با ایجاد جریان هوا و عبور آن از روی کویل آب سرد، جریان هوای خنک به وجود میآورد که توسط کانالها به ناحیههای مورد نظر منتقل میشوند. در سیستم هوا – آب، آب سرد تولید شده توسط چیلر، به وسیله سیستم لوله-کشی به نقاط مصرف منتقل میشوند و در آنجا وارد فنکویل میگردد.
فنکویل جریان هوا را به کویلهایی که آب سرد از آن عبور میکنند می-دمد و هوای سرد تولید میکند. در سیستم تمام هوا، به جای اینکه آب توسط چیلر خنک شود، میتوان مایع مبرد داخل چیلر را به طور مستقیم وارد کویلهای اواپراتور هواساز کرد که به این نوع سیستم، سیستم تهویه انبساط مستقیم میگویند که عملکرد تمام سیستمهای یکپارچه بر این اصل استوار میباشد.
-2تحلیل بار و محاسبه بار حرارتی
فضاهای مورد تهویه دائما انرژی جذب و دفع میکنند. در صورتی که دمای فضایی معین برای مدتی نسبتا ثابت باقی بماند، دلیل آن عدم جذب یا دفع گرما از آن فضا نیست. دمای پایا در آن فضا، منحصرا بدین مفهوم است که فضای مذکور با همان سرعتی که از همه منابع گرما جذب میکند، گرمای خود را نیز دفع میکند. آهنگ گرماگیری از فضایی معین به منظور حفظ حالت یا شرایط طراحی آن فضا را بار سرمایش آن فضا مینامند.
شناورها و فضای درونی آنها از طریق رسانش، همرفت - تهویه یا نشت و نفوذ هوای بیرون به درون شناور - و تابش، گرمای محسوس را در تابستان جذب میکنند. ضمناً ممکن است گرمای نهان - نم - را نیز جذب کنند. حاضران و شاغلان و ماشینها و تجهیزات موجود در شناورها، هم گرمای محسوس و هم گرمای نهان تولید میکنند، روشنایی فقط گرمای محسوس تولید میکند.
1- 2 دستهبندی بار در محاسبات بار سرمایش جذب دو نوع گرما مورد نظر است:
-1گرمای محسوس که یا به فضای شناور وارد و یا در آن فضا تولید میشود و به هر حال دما را بالا میبرد.
2 -گرمای نهان که به شکل نم همراه هوا وجود دارد و با اینکه دمای هوا را بالا نمیبرد، حالت هوای فضای شناور را تغییر میدهد، زیرا رطوبت آن را بالا میبرد.
فضای شناورها به راههای مشروح زیر گرما جذب میکنند:
· انتقال گرما از طریق خود شناور به صورتهای رسانش، همرفت و تابش.
· گرمای ورودی به فضای شناور در نتیجه تابش انرژی خورشیدی از پنجرهها
· گرمای ورودی به فضای شناور از راه تهویه یا نفوذ هوای بیرون
· گرمای محسوسی که حاضران و شاغلان تولید میکنند
· گرمای محسوسی که منابع روشنایی - لامپ - ، وسایل و دستگاه ها، موتورها و مانند آنها تولید میکنند
· گرمای محسوسی که از مواد و محصولات وارد شده به فضای مورد تهویه استخراج میشود - عموماً مخصوص شناورهای باری میباشد - راههای جذب گرمای نهان - نم - به شرح زیر دسته بندی میشود:
· گرمای نهان هوای بیرون که به منظور تهویه و یا از راه نفوذ وارد فضای شناور میشود
· گرمای نهانی که حاضران و کارگران شاغل در شناور تولید میکنند
· گرمای نهان ناشی از پخت و پز، حمام، یا دستگاه هایی که تولید نم میکنند
· گرمای نهان محصولات و موادی که به درون فضای تهویه در شناور آورده میشوند
در تحلیل بار تهویه مطبوع، تنها تعیین بار کل کافی نیست، بار کل را باید به بارهای محسوس، نهان، بیرونی و درونی تقسیم کرد تا بتوان مقادیر درست آن ها را بدست آورد و دستگاههای سرمایش مناسب را انتخاب کرد.
2-2 شرایط طرح
چندین سال مهندسان دمای خشک - DB - برابر 75 ℉ و رطوبت نسبی RH=%50 را به عنوان شرایط عمومی طرح فضای بسته برای تأمین شرایط آسایش انسان تعیین کرده بودند، ولی نیاز شدید امروزی به صرفهجویی در مصرف انرژی، مهندسان را وادار کرده است که دمای طرح فضای بسته را کمی بالاتر در نظر بگیرند DB=80 ℉ - و . - RH=%50 در صورتی که بهای انرژی باز هم بالاتر رود دمای طرح تابستانی فضای بسته احتمالاً باز هم بالاتر خواهد رفت.
برای انتخاب شرایط عمومی طرح فضای بسته عوامل زیر باید درنظر گرفته شود:
-1نوع شناور و کاربری آن
-2طول مدت حضور کارکنان در شناور
-3میزان فعالیت کارکنان در شناور
-4 میزان منابع گرمای تابشی یا به عبارتی تعداد فضاهایی که در معرض تابش خورشید قرار دارند - منظور چیست؟ اصلاح شود -
-5 شرایط طرح هوای بیرون و دماهای حداکثر در طول شبانه روز
در مطالعه حاضر با توجه به نمودار آسایش انسان دمای طرح فضای داخل و رطوبت نسبی برابر با 75 ℉ و RH=%50 در نظر گرفته شده است، شایان ذکر است که حوزه ماموریت های شناور مورد مطالعه در دریای خزر و عمدتا" شهر بندرانزلی فرض شده است و رطوبت نسبی و دمای طرح هوای بیرون برای این شهر با توجه به دادههای هواشناسی در حداکثر مقدار خود برابر با 96/8℉ و RH=%92 می باشد.
3- 2بار حاصل از رسانش دیوارهها در کارهای عملی تهویه مطبوع شناورها، اغلب با رسانش گرما از طریق بدنه شناور سروکار داریم. بدنه شناورها اغلب از لایههای مختلف موادی همچون فلزات و عایقهای حرارتی مختلف که به طور متوالی قرار میگیرند ساخته میشوند. هر ماده در مقابل جریان گرما مقاومت خاص خودش را اعمال میکند. رابطه بین سرعت جریان گرما، مقاومت در مقابل جریان گرما و شیب دما شبیه قانون اهم در جریان برق است. به عبارت دیگر، جریان گرما - شدت جریان گرمایی - نسبت مستقیم با اختلاف دما - پتانسیل گرمایی - و نسبت عکس با مقاومت گرمایی R دارد. این رابطه را به صورت معادله زیر نشان میدهیم:
ضریب رسانایی C را به صورت سرعت زمانی جریان گرما از درون یک ماده، از یک سطح به سطح دیگر آن، به ازای هر درجه اختلاف دما و در ضخامت معینی از آن تعریف میکنند. توانایی رسانش گرمای یک ماده، با مقاومت گرمایی آن ماده نسبت عکس دارد، از طرفی ضریب رسانایی گرمایی در ماده همگنی به ضخامت x اینچ و ضریب رسانندگی گرمایی K، برابر است با:
جریان گرما از هوای فضای باز به سطح بیرونی بدنه شناور و از سطح درونی آن به هوای فضای بسته درون شناور، از طریق تابش، همرفت و رسانش صورت میگیرد. آهنگ زمانی جریان گرما در این سطوح را که ترکیبی از آثار هر سه روش انتقال گرماست، ضریب فیلم هوا، یا رسانایی سطحی f مینامند. ضرایب فیلم هوا با استفاده از مطالعات پژوهشی بسیار، دقیقاً تعیین شدهاند و میتوان آنها را بدون وارد کردن خطای قابل توجه بهکار برد.
ضریب کلی انتقال گرمای بدنه شناور را میتوان با تعیین مقاومت هر یک از اجزای سازنده آن محاسبه کرد بنابراین برای بدنه شناوری که از اجزای مختلف ساخته شده باشد چنین خواهیم داشت:
لازم به ذکر است که U ضریب کلی انتقال گرمای بدنه شناور میباشد، نه ضریب انتقال گرمای دیوار به ازای ضخامت واحد. - جمله مفهئم نیست -
چون جریان گرما در تهویه مطبوع بر حسب Btu در ساعت - یا وات - اندازهگیری میشود، میتوانیم معادله کلی انتقال گرما را بر حسب سرعت جریان گرما و با بهکارگیری ضریب انتقال گرمای U به صورت زیر بنویسیم:
در شناور مورد نظر جنس دیوارهها، کف و سقف از جنس فولاد و آلومینیوم میباشد و ضخامت آن برای دیوارهها در طبقات مختلف0/315in یا0/276inو در کف و سقف شناور0/276in یا 0/197in میباشد. از طرفی برای مقاومت بیشتر در مقابل انتقال حرارت در دیوارهها از عایق پشم سنگ به ضخامت 2/96in و در سقف و کف هم از همین عایق با ضخامت 1/97in استفاده شده است. ضریب رسانندگی گرمایی آلومینیوم و پشم سنگ با توجه به جدولهای کتاب راهنمای ASHRAE از مرجع [1] برابر با 1480 و 0/27 بدست میآید.
4-2بار حاصل از تابش خورشیدی تابش خورشیدی بر سطوح شیشهای سه مؤلفه دارد: 1 - - بخش عمده تابش مستقیماً از شیشه عبور میکند و به درون فضا میرسد - 2 - بخشی از آن را شیشه جذب میکند - 3 - بخش دیگری از تابش بازتابیده میشود.
