بخشی از مقاله
چکیده
امروزه افزایش روز افزون مصرف سوخت و تولید گازهای گلخانهای در سطح جهان، پیامدهای زیستمحیطی فراوانی را به همراه داشتهاست. از طرفی یکی از رایجترین مصرفکنندگان سوخت و تولید گازهای گلخانهای خودروهای سبک و سنگین هستند. بدیهی است اگر بتوان مصرف سوخت را در خودروها کاهش داد و از تولید گازهای گلخانهای و گرمکردن محیط توسط آنها کاست، میتوان امیدوار بود که هم از مصرف انرژی و سوخت کاستهشود و تاثیرات نامطلوب زیستمحیطی کاهش یابد.
یکی از روشهای کاهش مصرف سوخت در خودروها، جایگزین کردن سیستم کمپرسوری تهویه مطبوع آنها با سیستم تبرید جذبی است. با بهکارگیری این نوع تهویه مطبوع میتوان از انرژی گازهای خروجی اگزوز جهت راهاندازی سیستم تهویه مطبوع استفاده کرد. بنابراین کاهش مصرف سوخت و گازهای گلخانهای، نتیجه این جایگزینی خواهدبود.
در این پژوهش شبیهسازی مصرف سوخت در خودروی دیزل FAW در دو حالت تهویه مطبوع کمپرسوری و جذبی توسط نرم افزار GT-POWER انجامشد. نتیجه بهدستآمده حاکی از آن است که استفاده از سیکل تبرید جذبی با زوج کاری آمونیاک-کربن فعال، علاوه بر تامین برودت کافی، کاهش مصرف سوخت تا 12درصد را به همراه دارد، که از مزایای آن حذف مصرف توان 10درصدی کمپرسور از قدرت موتور و استفاده از انرژی رایگان خروجی از اگزوز، میباشد.
-1 مقدمه
تهویه مطبوع خودرو امری حیاتی در آسایش سرنشینان خودرو میباشد. دمای کابین خودرو یکی از فاکتورهای مهم در تصادفات می باشد. با تحقیقی که توسط زلاتوفر روی ده فاکتور اصلی تصادفات در ایالات متحده انجام شدهاست، دما بعنوان سومین عامل موثر در تصادفات شناخته شدهاست. علاوه بر اینکه دمای کابین با تصادفات رابطه مستقیم دارد، توجه به دمای داخل و تهویه مطبوع مناسب در خودرو آسایش حرارتی را افزایش میدهد و موجب هوشیاری راننده و افزایش کارایی رانندگی میشود. در نتیجه ایمنی سفر در شرایط مختلف آب و هوایی افزایش مییابد
از طرفی به طور متوسط برای سرمایش کابین خودروها، سالانه در حدود 26 بیلیون لیتر سوخت مصرف میشود. امروزه با افزایش آگاهی از محدودیت منابع انرژی و سوخت های فسیلی در دنیا، مطالعات زیادی در خصوص بهینهسازی مصرف انرژی در دست انجام میباشد و استفاده از منابع جدید انرژی و جلوگیری از هدرفتن آن، بسیار مورد توجه قرار گرفتهاست. مطالعات اخیر نشان میدهد که متوسط تاثیر بودن سیستم تهویه مطبوع در خودروهای مسافربری و حمل کننده مواد فاسد شدنی موجب افزایش مقادیر زیر میگردد:
-1 افزایش مصرف سوخت تا %28
-2 میزان خروج منوکسید کربن به میزان %71
-3 میزان خروج اکسید نیتروژن به میزان %81 میزان هیدروکربنهای متانی به میزان %30
بدیهی است در چنین شرایطی بهکارگیری یک روش بهصرفه-تر، به منظور ارائه تهویه مطبوع در خودرو، می تواند در کاهش مصرف انرژی، جلوگیری از اتلاف انرژی و بالا بردن توان موتور، حائز اهمیت باشد. به همین دلیل تا کنون تحقیقات بر روی انواع سیستمهای تهویه مطبوع، با هدف کارایی بیشتر و تاثیر کمتر بر محیط زیست، ادامه داشته است. یکی از این راهها جایگزین کردن سیکل تبرید جذبی به جای کمپرسور میباشد.
هرچند تکنولوژی تبرید و تهویه مطبوع ملزم به تطابق با قوانین زیست محیطی میباشد - پروتوکل مونترال در سال . - 1987 بین سالهای 1990 - لندن - تا 2007 - مونترال - در این قانون اصلاحاتی در مورد کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه صورت گرفت. طبق توافقی که در در سال 1995 - مونترال - صورت گرفت، کشورهای توسعه یافته موظف شدند تا تولید ترکیبات - CFC - را متوقف کنند و تصمیم حذف کامل ترکیبات - HCFC - تا سال 2030 تصویب شد. شکل - - 1 این فرایند را در قالب یک نمودار نشان میدهد.
این گرایش باعث تقاضای قابل توجهی نسبت به سیستم های سرمایشی جایگزین شدهاست. از میان تکنولوژیهای سرمایشی که تا کنون پیشنهاد شدهاند، سیستم سرمایش جذبی از پتانسیل بسیار خوبی بهرهمند میباشد. وسائل حمل و نقل سنگین شامل انواع جادهای، غیر جادهای و ریلی، بیش از 25 درصد از سوخت مورد استفاده در بخش حملونقل را مصرف میکنند.[2] همچنین در یک خودروی دیزل سنگین هنگام حرکت خودرو نیز کمپرسور مکانیکی مربوط به سیستم تهویه مطبوع حدود 12 درصد از توان خروجی موتور را مصرف می کند، که این مقدار در خودروهای سبک حدود 10 درصد میباشد.[3] بنابراین پتانسیل خوبی برای صرفه جویی در مصرف انرژی در صورت حذف کمپرسور مکانیکی وجود دارد. مزیتهای این سیستم کارکرد بی صدا، عمر زیاد، هزینه نگهداری کم، مبردهای غیرآلاینده و سازگاری با محیط زیست میباشد.
سیستم تهویه مطبوع معمول مورد استفاده در خودروها از کار موتور برای به چرخش درآوردن کمپرسور مکانیکی استفاده می-کند. به حرکت درآوردن کمپرسور مکانیکی بار روی موتور و در نتیجه مصرف سوخت، آلایندگی و دمای کارکردی موتور را افزایش میدهد. یک سیستم جذبی میتواند از حرارت اگزوز یا حرارت جذب شده جهت خنک کاری استفاده کند. این حرارت که می توان آن را به عنوان انرژی رایگان در نظر گرفت، میتواند برای راه اندازی یک سیستم برودتی کافی باشد.
شکل - 1 - برنامه حذف ترکیبات HCFC در پروتوکل مونترال
سیستم تهویه مطبوع یک خودروی عادی از یک کمپرسور مکانیکی که حدود 2 تا 5 اسب بخار از توان موتور را می گیرد استفاده میکند. کمپرسور مکانیکی درصدی از کل توان خودرو را بسته به شرایط حملونقل از جمله حرکت با سرعت ثابت، حمل یک محفظه بار بزرگ یا حرکت در سراشیبی مصرف میکند. بسته به بار، کمپرسور میتواند تا 10 درصد از توان خروجی موتور را مصرف کند.
-2-1 سیستم تبرید جذبی
برخلاف سیستمهای تراکم بخار متداول که یک کمپرسور مکانیکی را به کار میگیرند، تکنولوژی جدید از یک بستر جذب ساکن که بهوسیله حرارت به کار میافتد استفاده میکند. و بنابراین میتواند به اندازه %90 از توان ورودی مورد نیازی که به طور عادی برای کار کمپرسور مکانیکی نیاز است صرفهجویی کند. این سیستم از مزیت مواد خاصی از جمله کربن فعال یا زغال چوب برای جذب مقادیرنسبتاً زیادی از بخار ماده مبرد را در دما و فشار پایین استفاده میکند. ماده مبرد سپس در فشار بالاتر به سادگی با بهکارگیری حرارت آزاد میشود.
کربن فعال - ماده جاذب - در یک محفظه - بستر جذب - ذخیره می شود. میتوان با بهکارگیری بسترهای جذب چندتایی - حداقل 4 بستر - یک جریان دائمی از ماده مبرد متراکم شده را در درون سیستم ایجاد کرده به این شکل که یک بستر همیشه داغ نگه داشته میشود - و بخار مبرد را آزاد میکند - و یک بستر همیشه سرد میماند - و بخار مبرد را جذب میکند - در حالی که دو بستر دیگر در دماهای میانی هستند. در حالی که یکی گرم میشود دیگری سرد میشود. یک مایع بازیاب حرارتی میتواند برای افزایش راندمان سیستم بهوسیله انتقال گرما از یک بستر گرم به یک بستر سرد استفاده شود از آنجایی که هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد - به جز شیرها - ، سیستم جذبی به طرز قابل توجهی سادهتر است، روغنکاری نیاز ندارد و بنابراین نگهداری کمتری را میطلبد.
-2 عملکرد تهویه مطبوع جذبی
در شکل - 2 - یک سیکل تبرید جذبی ساده نمایش داده شدهاست که سمت چپ خطچین عمودی همان اجزایی است که در سیکل تبرید تراکمی وجود دارد که عبارتند از کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور. سمت راست آن به جای کمپرسور چهار جزء دیگر جایزگزین شدهاند.
-1 ژنراتور -2 جذب کننده -3 پمپ -4 شیر انبساط
این سیکلها بر این اساس کار میکنند که بعضی مایعات به عنوان جاذب این خاصیت را دارند که مایع یا بخار دیگر را در شرایط مشخصی در خود جذب کنند .[5] با اضافه شدن یک سیال گازی با خواص ویژه میتوان پمپ را حذف کرد. طرز کار این سیستم بدین صورت است: در این سیستم دو سیال به کار میرود که یکی سیال جاذب و دیگری سیال مبرد میباشد.
با حرارت دادن محلول در ژنراتور بخار مبرد از ماده جاذب جدا شده و به کندانسور میرود. بخار مبرد در کندانسور تقطیر شده و پس از عبور از شیر انبساط، وارد اواپراتور میگردد. با تبخیر در اواپراتور گرما از محیط اطراف توسط مبرد دریافت شده و سرما تولید میشود. پس از آن مبرد وارد جذب کننده میشود در آنجا توسط محلول جاذب که از ژنراتور توسط کاهش فشار به جذب کننده آمدهاست، جذب میگردد. حال محلول مبرد و جاذب ایجاد شده در جذب کننده دارای سیال مبرد زیادی میباشد توسط پمپ به ژنراتور فرستاده میشود و بدین ترتیب سیکل جذبی تکمیل میگردد.
