بخشی از مقاله
چکیده
سیستم های گرمایشی و سرمایشی ، بزرگ ترین مصرف کنندگان انرژی در ساختمان به شمار می روند. متأسفانه در ایران، نه تنها در تعیین بارهای گرمایشی و سرمایشی ساختمان ها دقت نمی شود، بلکه پایین بودن راندمان تجهیزات تأسیسات ساختمانی، بکار نگرفتن وسائل کنترل کننده و همچنین استفاده نکردن از کاهنده های مصرف انرژی مزید برعلت شده و بررسی های حاکی از بالا بودن انرژی مصرفی در خصوص گرمایش و سرمایش نسبت به کشورهای پیشرفته دارد.
بطور کلی هدف این مقاله ، بررسی و در نهایت طراحی یک سیستم سرمایش هیبریدی است که بتواند در مناطق گرم و خشک و معتدل کارایی بالایی داشته و خلاء وجود یک سیستم تبرید کم مصرف مناسب با اینگونه شرایط آب و هوایی را تا حدودی بر طرف نموده و در کاهش انرژی مصرفی ساختمان تاثیرگذار باشد. در این مقاله سعی بر آن است که از دو سیستم سرمایش تبخیری مدار باز و سیستم تبرید جذبی مدار بسته ی آب - آمونیاک بر پایه استفاده از انرژی خورشیدی ترکیبی بهینه ایجاد شود که از لحاظ میزان تولید برودت در سطحی بسیار بالاتر از سیستم های مشابه برودتی قرار گیرد و نیز از لحاظ اقتصادی و هزینه های مصرف انرژی کاهش چشمگیری را شاهد باشیم. کلیه شبیه سازی ها و مدل سازی ها با نرم افزار EES انجام شده و نتایج آن مورد استفاده قرار گرفته است.
مقدمه و هدف
سیستم های گرمایشی و سرمایشی ، بزرگ ترین مصرف کنندگان انرژی در ساختمان به شمار می روند. مقدار بسیار قابل ملاحظه ای از انرژی به گرمایش و سرمایش اختصاص دارد.
با تمام این توضیحات ، از یک سو؛ موقعیت جغرافیایی ایران و آب و هوای گرم کشور ما که کولر را در رده وسایل ضروری برای تامین رفاه خانواده قرار داده است. بطوری که امروزه براساس آمارهای اعلام شده از سوی مرکز آمار ایران در بخش خانوارهای شهری، بیش از 80 درصد از تجهیزات سرمایشی مختلف به منظور خنکسازی استفاده میکنند که در این میان، حدود 70 درصد از خانوارهای شهری از کولر آبی، 18 درصد از کولر گازی و 12 درصد سایر سیستمهای سرمایشی را به کار میبرند
از سوی دیگر؛ کشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقهای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین ردهها قرار دارد. به گفته متخصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 4/5 - 5/5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است.
پیشینه تحقیق
انرژی خورشیدی و مزایای آن در قرون گذشته بخوبی شناخته شده بود، ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستم هایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستم ها شده بود. افزایش قیمت نفت در سال 1973 باعث شد که کشورهای پیشرفته مجبور شدند به مسئله تولید انرژی از راه های دیگر مانند انرژی های نو - انرژی های خورشیدی، بادی، زمین گرمایی، امواج و... - توجه جدی تری نمایند. از طرف دیگر گرم شدن کره زمین و نیز آسیب دیدن لایه ازون و موارد متعدد دیگر باعث توجه بیشتر به محیط زیست شده که از جمله آن میتوان به پیمان های بین المللی متعددی مثل کیوتو ژاپن اشاره کرد، همچنین سیستم های تبرید جذبی در کاهش استفاده از مبردهایی با ترکیبات فریون و نیز کاهش صدور دی اکسید کربن اثر قابل ملاحظه ای دارند و مبردهای استفاده شده در آنها برای محیط زیست کاملاً بی ضرر هستند. ترکیبات بسیار متداول این سیستم ها عبارتند از ترکیب برمایدلیتیوم و آب،که آب مبرد و ترکیب آمونیاک و آب که آمونیاک مبرد است.
تحقیقات گسترده ای در زمینه سیستم های سرمایش جذبی خورشیدی انجام گرفته که از میان آنها به موارد زیر اشاره می شود:
حماد [3] در سال1992 عملکرد یک سیستم جذبی یک اثره لیتیوم بروماید ساخته شده را در شهر امان واقع در کشور اردن بررسی کردند. این مجموعه فاقد تانک ذخیره بوده و از یک کلکتور صفحه تخت به مساحت6/3 متر مربع که با یک کلکتور تمرکزی سهموی مرکب با سطح دهانه 0/15 مترمربع سری شده، تشکیل شده است. نتایج نشان داد که در طول ماه های آگوست و سپتامبر، ماکزیمم ضریب عملکرد واقعی سیستم برابر با 0/55 است.
تیسیلینگرز [4] در سال1993 مدلی تئوری برای سیستم تهویه مطبوع خورشیدی برای کاربردهای خانگی ارائه داد و برای مدل سازی از داده های یک چیلر جذبی دو اثره لیتیوم بروماید ساخته شده با ظرفیت 7 کیلووات استفاد کرد و با توجه به داده های آب و هوایی آتن توسط یک برنامه کامپیوتری، سیستم را شبیه سازی کرد.
مظلومی [5] در سال 2008 یک سیستم لیتیوم بروماید تک اثره خورشیدی را توسط یک برنامه کامپیوتری برای شرایط آب و هوای شهر اهواز شبیه سازی کرد که در آن برای تولید بار برودتی یک خانه مسکونی در حدود 17/5 کیلووات در تیرماه نیاز به 57/7 مترمربع کلکتور از نوع سهمی خطی و تانک ذخیره با حجم 1260 لیتر می باشد.
سیستم تبرید تبخیری
فرآیند سرمایش تبخیری در کولر آبی فرآیندی آدیاباتیک2 فرض می شود. سهولت استفاده، سادگی مکانیزم عمل، دوام کافی، قابلیت تعمیر، بکارگیری مجدد و هزینه اولیه مناسب، از اهم عوامل توسعه استفاده از انواع کولرهای آبی جهت مصارف عمومی در اماکن مختلف مسکونی، تجاری و واحدهای کوچک و بزرگ به شمار میآیند.
از این رو پارامترهای مهمی نظیر عملکرد خوب و راندمان مناسب، سهولت کاربرد جهت مصرف عامه، تطابق قابلیت ها با شرایط آب و هوایی اکثر نقاط کشور - به لحاظ گرمسیر و خشک بودن - عوامل موفقیت استفاده از انواع کولر آبی در کشور به حساب می آید و ضرورتی را برای جایگزینی کالاهای دیگر بصورت استفاده گسترده در قیاس با کولر آبی ایجاد ننموده است.
در اثر انتقال جرم و حرارت بین هوا و آب ، همزمان با ثابت ماندن درجه حرارت حباب تر، درجه حرارت حباب خشک هوا کاهش و رطوبت نسبی آن افزایش می یابد. حد نزدیک شدن درجه حرارت هوای خروجی از یک کولر آبی مستقیم به درجه حرارت حباب تر هوای ورودی، یا حد اشباع شدن کامل هوای خروجی را بر حسب بازده اشباع مستقیم1 که با εe نمایش می دهند بیان می کنند.
که :
: 1 درجه حرارت حباب خشک هوای ورودی برحسب ℉
: درجه حرارت حباب خشک هوای خروجی برحسب ℉
: ′ درجه حرارت ترمودینامیکی هوای ورودی برحسب ℉
برای یک کولر قانون اول ترمودینامیک را بین هوای ورودی - نقطه - 1 و هوای خروجی - نقطه - 2 براساس شکل 1 بصورت زیر میتوان نوشت :
شکل 1 فرآیند اشباع ادیاباتیک در یک کولر آبی که در این رابطه hf آنتالپی آب مایع در دمای T2 میباشد.
با توجه به تعریف یک فرآیند آدیاباتیک، آب باید با دمایT2 و آنتالپیhf برای ثابت ماندن سطح آب به محفظه افزوده شود طبیعی است که دمای هوای خروجی 2 باید همان دمای حباب مرطوب ورودی به محیط باشد مقدار ℎ را میتوان از جداول ترمودینامیکی و یا بر اساس تعریف ℎ از رابطه زیر بدست آورد:
