بخشی از مقاله
چکیده
امروزه بکارگیری تهویه مطبوع با استفاده از چیلر جذب سطحی خورشیدی از چشم اندار خوبی در مناطق گرم و خشک برخوردار است. در این مقاله به طراحی، شبیه سازی دینامیکی و بررسی عملکرد سامانهی سرمایش خورشیدی شامل چیلر جذب سطحی، جمع کنندهی خورشیدی سهموی خطی و مخزن ذخیرهی انرژی گرمایی با هدف تأمین توان سرمایشی پایدار حتی در ساعات فاقد تابش آفتاب در ظرفیت پایین مسکونی در شرایط آب و هوایی شهر تهران در روز 25 تیر ماه پرداخته شده است. معادلات حاکم بر چیلر و مخزن ذخیرهی گرما بر اساس روش رانگ -کوتای مرتبه 4 به صورت همزمان حل شدهاند.
چیلر جذب سطحی به کار گرفته شده در این تحقیق از نوع دو بستره با جفت کاری سیلیکاژل و آب و جمع کنندهی خورشیدی سهموی خطی از نوع Ls-3 متصل به مخزن ذخیرهی گرما حاوی سیال انتقال حرارت روغن ترکیبی ترمینول وی. پی. یک است. میزان انرژی مفید دریافتی از سوی خورشید در طول روز و میزان انرژی گرمایی مورد نیاز چیلر جذبی به گونهای طراحی و تنظیم شده است که دمای آب داغ تغذیه جهت احیای بستر جاذب در تمام مدت عملکرد سامانه بر روی مقدار مناسب 86/3 ثابت بماند تا از نوسانات دمای آب سرد خروجی از اواپراتور چیلر تا حد امکان کاسته شود، بدین وسیله ظرفیت سرمایش متوسط سیکلی با مقدار تقریبی 4 تن تبرید با ضریب عملکرد 0/5 در طول 24 ساعت شبانه روز تولید شد که در مقایسه با نتایج سایر محققین قابل توجه است.
-1 مقدمه
افزایش جمعیت، گرمایش کرهی زمین و بحران انرژی، از موضوعات پر چالش قرن بیست و یکم در کشورهای در حال توسعه است. تهویه مطبوع با استفاده از چیلر جذب سطحی یکی از بهترین در عین حال مطمئنترین و با دوامترین نوع در بین دستگاهای تهویه مطبوع کلاسیک است. سیاستهای اخیر دولت در زمینه حذف یارانهها، استفادهی بیشتر از انرژیهای تجدیدپذیر را ضروری میگرداند .
از آنجا که انرژی تجدیدپذیر منجر به تولید مقادیر بسیار ناچیز و در برخی از موارد بدون گاز-های گلخانهای میگردد لذا یکی از سوختهایی که بهزودی در دنیا رتبهی اول مصرفی را به خود اختصاص میدهد، انرژی سبز خورشید است. در چند سال گذشته مطالعات تجربی و نظری فراوانی در این باره صورت گرفته است که نتایج آن پیرامون طراحی، شبیه سازی، بررسی اجزاء و کارایی سامانه خورشیدی و چیلر در مقالات سایر محققین آورده شدهاند. مقالهی حال حاضر نیز با تحلیل عملکرد دینامیکی سامانهی چیلر جذب سطحی خورشیدی به دنبال اثبات مفید بودن چنین سامانههایی است.
-1-1 مروری بر مطالعات پیشین در زمینهی چیلر جذب سطحی
از آنجایی که سیستم سرمایش جذب سطحی قابلیت کار با دمای منبع گرمایی پایین را داراست؛ بکارگیری منبع گرمایی خورشیدی در چنین سامانههای مفید است. اولین مطالعات انجام شده پیرامون چیلر جذب سطحی با جفت کاری سیلیکاژل-آب که به مدلسازی عملکرد آن پرداختند توسط - Sakoda and Suzuki, 1984 - که از انرژی خورشیدی جهت تامین گرمایش بستر جاذب استفاده کردند و - Cho and Kim, 1992 - و همچنین - Saha et al, 1995 - صورت گرفت که برای اولین بار از شبیه سازی کامپیوتری جهت ارزیابی این سامانهها استفاده کردند.
تولید یخ توسط تکنولوژی جذب سطحی خورشیدی نیز توسط - Leite and Daguenet, 2000 - و بابرکری - Boubakri, 2003 - مطالعه شده است. - Yong and - Sumathy, 2004 از مدل پارامتر فشرده برای چرخهی جذب سطحی خورشیدی با جمع کنندهی صفحه تخت بهره بردند. - Clausse et al, 2008 - سیستم تهویه مطبوع سرمایش از کف در ساختمان مسکونی را برای تحقیق در مورد عملکرد این گونه سامانهها بررسی کردند. - Alam et al, 2008 - چرخهی جذب سطحی خورشیدی سیلیکاژل-آب را در شرایط اقلیمی توکیو مطالعه کردند. - Rouf et al, 2013 - نیز به بررسی چند عامل مهم در چرخهی تبرید جذب سطحی خورشیدی در آب و هوای شهر تاکای بنگلادش پرداختند.
- Chua et al, 1999 - اولین مدلسازی وابسته به زمان چیلر جذب سطحی را ارائه دادند. آنها همچنین تاثیر شرایط اولیه را بر عملکرد چیلر سیلیکاژل-آب بررسی کردند و نشان دادند که عملکرد چیلر بعد از چهار سیکل به حالت پایا رسیده و مستقل از شرایط اولیه میشود. - Wu and Li, 2009 - نیز عملکرد چیلر جذب سطحی سیلیکاژل-آب را در دو حالت منبع حرارتی دما ثابت و دما متغیر بهصورت تئوری مطالعه و مقایسه کردند. - El-Sharkawy et al, 2014 - نیز در عملکرد چیلر جذب سطحی سیلیکاژل-آب را در دو حالت استفاده از تانک آب گرم و بدون آن، به صورت تئوری در اقلیم خاورمیانه مقایسه کردند.
- Hassan et al, 2015 - به بررسی معادلات حالت جفتهای کاری مورد استفاده در جذب سطحی در قالب مقالهی ریویو پرداختند. - Jaiswal et al, 2016 - نیز تاثیر زمان سیکل و مساحت کلکتور را بر چیلر جذب سطحی خورشیدی بررسی کردند. - حقیقی و همکاران، - 1395 نیز به بررسی سرمایش طبیعی یک ساختمان واقع در مناطق گرم و خشک با استفاده از سامانهی چیلر جذب سطحی خورشیدی پرداختند.
-2-1 مروری بر مطالعات پیشین در زمینهی جمع کنندهی خورشیدی و مخزن ذخیرهی گرما
تحولات و پیشرفت های جدید در زمینهی جمع کنندههای سهموی خطی بر روی کاهش هزینه ها و بهبود تکنولوژی تمرکز دارند؛ نظیر کاهش چشمگیر هزینهی نگهداری از طریق شستوشوی سطح جمع کننده به صورت اتوماتیک Fernandez- - . - Garcia et al, 2010 National confrarence on Interdisciplinary Researches In Computer, Electronic, Mechanic & Mechateronic Engineering. 20 September, 2017, Buein Zahra , Qazvin, Iran. - Forristall, 2003 - مدل تک بعدی و دو بعدی را برای جمع کنندههای سهموی خطی معرفی و با نرم افزار ای. ای. اس آن را مدل سازی کرد.
- باویل و محمودی مهر، - 1394 به مدل سازی و بهینه سازی عملکرد شبه پایای یک نیروگاه خورشیدی دارای میدانی از جمع کنندههای سهموی خطی مجهز به سیستم ذخیره سازی انرژی از نوع نمک مذاب پرداختند. - Kumaresan et al, 2012 - در همین سال کارایی سامانهی جمع کنندهی خورشیدی سهموی خطی با مخزن ذخیرهی گرما حاوی 230 لیتر روغن ترمینول 55 را به صورت عددی و تجربی مطالعه و بررسی کردند و انرژی مفید دریافتی، کارایی سامانه و دمای سیال انتقال حرارت در کلکتور و مخزن را در طول ساعات روز ارائه دادند.
- Xu et al, 2013 - کلکتور سهموی خطی با تعقیب تک محورهی خورشید با وجود مخزن ذخیرهی گرما با سیال انتقال حرارت روغن را از لحاظ خورشیدی و ترمودینامیکی به صورت دینامیک مورد بررسی قرار دادند و موفق به پیش بینی دمای روغن خروجی از جمع کننده و کارایی حرارتی کلکتور شدند. - Kotb , 2013 - در شرایط اقلیمی قاهره به بررسی حرارتی و ترمودینامیکی جمع کنندهی سهموی خطی با سیال انتقال حرارت روغن سینتتیک ترمینول 66 پرداخت و تغییرات شدت تابش آفتاب، انرژی ورودی به کلکتور و دمای سیال انتقال حرارت را در طی ساعات روز و در طول های مختلف کلکتور ارائه داد.
- Boukelia et al, 2015 - به مدل سازی و بررسی عددی نیروگاه خورشیدی 50 مگاواتی شامل میادین جمع کنندهی سهموی خطی با وجود مخزن ذخیرهی گرمای با دو نوع سیال انتقال حرارت روغن ترمینول وی. پی. یک و نمک مذاب خورشیدی پرداختند. - Bellos et al , 2016 - در ادامهی تحقیقشان بر روی کلکتور سهموی خطی، محدودهی دمای کاربری را برای انواع سیالات انتقال حرارت معرفی و تاثیر دبی جرمی و دمای ورودی سیال به کلکتور بر روی راندمان جمع کنندهی سهموی خطی را بررسی کردند.
- Liang et al , 2016 - در همین سال به مقایسهی نوری سه مدل جمع کنندهی سهموی خطی و تحلیل پارامترهای هندسی آن از جمله زاویهی لبه پرداختند. - Jebasingh and Herbert, 2016 - نیز مروری جامع پیرامون جمع کنندههای سهموی خطی ارائه دادند که بر روی عملکرد و کارایی این کلکتورها در کاربردهایی نظیر گرمایش، سرمایش، شیرین کردن آب و تولید برق در نیروگاه های خورشیدی تمرکز دارد.
روش تحقیق
-2 شرح عملکرد سامانه پیشنهادی
در این مقاله به بررسی یک سامانه جذب سطحی خورشیدی با ظرفیت پایین برای کار در یک ساختمان واقع در شهر تهران پرداخته شده است. این طرح شامل سه بخش است که برای اولین بار در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است؛ سامانهی خورشیدی سهموی خطی، دستگاه چیلر جذب سطحی و سامانه ذخیرهی انرژی. نحوه ارتباط این سه بخش به صورت نمادین در شکل 1 نشان داده شده است.
در این پژوهش به تامین سرمایش پایدار حتی در ساعات فاقد تابش آفتاب که یکی از نقاط ضعف سایر سیستم های مشابه محسوب میشود پرداخته شده است، این نکته مشخص است که بر خلاف سامانههای معمول، با جلوگیری از نوسانات دمایی آب گرم تغذیهی چیلر، از نوسانات ظرفیت سرمایش سامانه تا حد امکان کاسته میشود.
