تقدیر

در اینجا لازم است که از زحمات مادر، پدر و همسر گرامی خود تشکر و قدر دانی کنم. بی تردید، بدون حمایت های آنها، عبور از این مسیر برای من ممکن نبود.

از استادان محترم، مجید عمیدپور، حسین صیادی، علی بهبهانینیا سپاس گذاری می کنم. سهمِ زیادِ تواناییهایِ علمیِ اندکِ من، توسط این استادان به من منتقل شد.

از آقایان علی بهبهانی نیا وحسین صیادی اساتید راهنمای این تحقیق، تشکر ویژه دارم. راهنمایی های کلیدی و فنی ایشان مرا، در رسیدن زودتر به نتیجه، کمک کرد.

از دوست خوبم کامبیز انصاری بخاطر مشورت با او تشکر می کنم.

چکیده
در سالهای اخیر امکان استفاده از انرژی خورشیدی برای سرمایش و رطوبت زدایی، ذهن بشر را به خود مشغول کرده است. سیستمهای سرمایش جذبی خورشیدی(Solar Absorption Cycles) دارای مزیتهایی از قبیل عدم خطرناک بودن از لحاظ زیست محیطی و کم بودن مصرف انرژی به ویژه در ساعات پیک الکتریکی میباشند. علاوه بر آن، از آنجاییکه هزینه دریافت انرژی خورشیدی تنها شامل هزینه تجهیزات جذب انرژی از قبیل کالکتورهای خورشیدی و تانک ذخیره آب داغ هستند، میزان سوخت مصرفی در این حالت نسبت به سیکلهای متداول جذبی کمتر میباشد. به طور کلی بهینهسازی سیستمهای حرارتی بر پایه اصول ترمواکونومیک انجام میشود. تحلیل ترمواکونومیک، آنالیزهای ترمودینامیکی و اگزرژتیکی و قیود اقتصادی را جهت نائل شدن به ساختار بهینه عملی سیستم تلفیق میکند. در این رساله تحلیل ترمواکونومیک سیکلهای جذبی خورشیدی در مورد یک نمونه آرایش متداول خانگی با بار خنککنندگی 10 کیلووات و با کارکرد توسط یک نمونه چیلر جذبی تک اثره با سیال عامل لیتیم برماید-آب مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با توجه به متغیر بودن میزان تابش خورشیدی در طول ماهها و ساعات مختلف فصول گرمایی سال، آنالیز حرارتی و ترمودینامیکی به صورت وابسته به زمان (دینامیکی)، در طی ساعات شبانه روز ماههای گرمایی سال بر روی سیکل تبرید جذبی خورشیدی مورد نظر اعمال خواهد شد. در مرحله بعد آرایش کامل سیستم های جذبی خورشیدی از نظر موضوعات اگزرژی و قانون دوم مورد بررسی قرار گرفته و منبع ناکارآمدی سیستم تعیین خواهد شد. با تلفیق خروجی نتایج حاصل از تحلیل حرارتی دینامیکی سیکل تبرید جذبی خورشیدی( تعیین میزان مصرف سوخت سالیانه در هیتر کمکی و هزینه سرمایه گذاری سالیانه تجهیزات) و آنالیز اگزرژتیک سیکل مورد نظر، با استفاده از معادلات ترمواکونومیک میزان نرخ هزینه سالیانه جریان های ورودی و خروجی به هر جزء از سیستم تعیین خواهند شد. در این رساله نشان داده می شود که بیشترین اتلافات اگزرژی را به دلیل اختلاف دمای بالا مابین جریانهای ورودی و خروجی به کندانسور و جاذب شاهد هستیم. همچنین مشاهده میشود که میزان نرخ هزینه سالیانه محصول کل سیستم تبرید جذبی خورشیدی به شدت وابسته به دمای آب ورودی به ژنراتور(این پارامتر بر روی میزان مصرف سوخت سالیانه در هیتر کمکی تأثیر گذار خواهد بود) و سطوح کالکتورهای خورشیدی بوده و برای هر دو پارامتر ذکر شده، در نقاطی به کمترین میزان خود میرسد.
لغات کلیدی: سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی،لیتیم برماید-آب،کالکتور خورشیدی،منبع ذخیره آب داغ،ترمواکونومیک،اگزرژی

فهرست مطالب
مقدمه1
مرور تحقیقات انجام شده قبلی4

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

فصل یکم-تکنولوژی چیلر های جذبی7
مقدمه7
1-1اصول اولیه ترمودینامیکی8
1-2 سیکل سرمایش جذبی9
فصل دوم-تکنولوژی چیلرهای جذبی خورشیدی22
مقدمه22
2-1 چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحله ای25
2-1-1 هیترهای های کمکی26
2- 1-2 منبع ذخیره آب گرم26
2-1-3 منبع ذخیره آب سرد27
2-2 چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحله ای با تانک ذخیره مبرد و آب داغ28
2-3 چیلرهای جذبی خورشیدی دو اثره29
2-4 تکنولوژی کالکتورهای خورشیدی31
2-4-1 کالکتورهای تخت31
2-4-2 کالکتورهای لوله‌ای غیرمتمرکز34
فصل سوم – تحلیل ترمودینامیکی و حرارتی سیستمهای جذبی خورشیدی36
مقدمه36
3-1 خواص ترمودینامیکی محلول لیتیم برماید – آب36
3-1-1 غلظت36
3-1-2 فشار بخار37
3-2 تحلیل ترمودینامیکی سیکل جذبی خورشیدی:جزء جذبی سیستم39
فصل چهارم-تحلیل اگزرژی و ترمواکونومیک سیکل های جذبی خورشیدی59
مقدمه59
4-1 تحلیل اگزرژی60
4-1-1 تفاوت انرژی و اگزرژی60
4-1-2 تعریف محیط60
4-1-3 حالت مرده یا سکون60
4-1-4 حالت مرده محدود61
4-1-5 موازنه اگزرژی61
4-1-6 اجزاء اگزرژی61
4-1-7 بالانس اگزرژی62
4-1-8 تخریب (اضمحلال) اگزرژی63
4-2 تحلیل اگزرژی سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی65
4-3 تحلیل ترمواکونومیک70
4-3-1 کاربرد ترمواکونومیک70
4-3-2 اصول ترمواکونومیک70
4-3-3 هزینه گذاری اگزرژی71
4-3-4 معادلات کمکی هزینه ها72
4-3-5 مدلهای اقتصادی76
4-3-6 بهینه سازی77
4-4 تحلیل ترمواکونومیک سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی:77
فصل پنجم-تحلیل ترمودینامیک,اگزرژی و بهینه سازی ترمواکونومیک وابسته به زمان در یک نمونه تبرید جذبی خورشیدی تجاری85
مقدمه85
5-1 معرفی مدل نمونه جهت تحلیلهای فنی و اقتصادی85
5-2 معرفی حالات پایه جهت تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژتیکی مساله نمونه87
5-3 نتایج ترمودینامیکی و اگزرژتیکی تحلیل جزء جذبی سیکل جذبی خورشیدی88
5-4 شبیه سازی وابسته به زمان و دینامیکی سیکل تبرید جذبی خورشیدی90
5-5 تحلیل و بهینه سازی ترمواکونومیک سیکل تبرید جذبی خورشیدی98
5-5-1 تعیین پارامترهای تصمیم و تابع هدف جهت بهینه سازی سیستم98
5-6 نتایج حاصل از تحلیل ترمواکونومیکی سیکل جذبی خورشیدی و آنالیز حساسیت سیستم99
5-6-1 بررسی تغییر نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در مقادیر ورودی و پایه سیستم(آنالیز حساسیت)101
5-7 بهینه سازی سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی انتخابی110
فصل ششم- نتیجه گیری و تحقیقات آتی113
فصل هفتم-پیوست116
7-1 بررسی شرایط کارکردی سیکل جذبی تک اثره لیتیم برماید:آنالیز پارامتری116
7-1-1 اثر تغییرات دما ها و فشار های نقاط مختلف سیکل بر عملکرد آن118
7-1-2 اثر مبدل بازیاب حرارتی محلول در کارکرد سیکل122
7-2 روابط و جداول مورد نیاز جهت تعیین خواص ترمودینامیکی محلول لیتیم برماید -آب126
7-2-1 تعیین فشار محلول لیتیم برماید- آب بر حسب غلظت و دمای محلول…………………….126
7-2-2 تعیین آنتالپی محلول لیتیم برماید- آب بر حسب غلظت و دمای محلول127
مراجع131
فهرست جداول
جدول2- 1 مقایسه فنی و اقتصادی چیلرهای جذبی خورشیدی یک اثره با دو و سه اثر31
جدول3- 1 خلاصه حالت ترمودینامیکی نقاط سیکل نشان داده شده در شکل3-3………………………..42
جدول3- 2 خلاصه معادلات بقای جرم و انرژی جهت تحلیلی سیکل های تک اثره جذبی44
جدول4- 1 خلاصهای از آنالیز سوخت – محصول و اتلافات برای سیکل تبرید جذبی تک اثره لیتیم برماید-آب69
جدول4- 2 خلاصهای از روابط ترمواکونومیکی برای سیکل تبرید جذبی تک اثره لیتیم برماید-آب
81
جدول4- 3 قیمت انواع مختلف کالکتور های خورشیدی بر واحد سطح کالکتور82
جدول5- 1 مقادیر پایه جهت تحلیل ترمودینامیک و اگزرژتیک سیکل جذبی تک اثره لیتیم برماید-آب88
جدول5- 2 میزان پارامتر های ترمودینامیکی و اگزرژتیکی حاصله از تحلیل سیکل در حالت پایه89
جدول5- 3 میزان مشخصه های مفید اگزرژتیکی حاصله از تحلیل سیکل در حالت پایه…………………90
جدول5- 5 میزان مقدار کل تابش خورشید روی کالکتور در ساعات گوناگون ماه های گرمایی کشور ایران………………………………………………………………………………………………………………………………………………………91
جدول5- 6 نتایج حاصل از شبیه سازی دینامیکی سیستم جهت ماه های می ،ژوئن و جولای………..94
جدول5- 6 ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی دینامیکی سیستم جهت مه های می ،ژوئن و جولای..95
جدول5- 7 میزان پارامتر های ترمو اکونومیکی نقاط مختلف سیکل حاصله از تحلیل سیستم در حالت پایه با در نظر گرفتن سیستم تامین حرارت خورشیدی……………………………………………………………………100
جدول5- 8 میزان مشخصه های مفید ترمواکونومیکی حاصله از تحلیل سیکل در حالت پایه……….101
جدول5- 9 مقادیر بهینه در قیاس با مقادیر پایه حاصل از بهینه سازی ترمواکونومیک سیکل جذبی خورشیدی تک اثره لیتیم برماید-آب…………………………………………………………………………………………………111
جدول5- 10 پارامترهای بهینه ترمواکونومیکی در قیاس با وضعیت پایه……………………………………….112
جدول7- 1 ضرایب عددی جهت استفاده در معادله (7-15)127
جدول7- 2 ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-16)…………………………………………………………… 127
جدول7- 3 ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-17)128
جدول7- 4 ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-18)129
جدول7- 5 ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-19)………………………………………………………….. 129
جدول7- 6 ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-20)………………………………………………………….130
فهرست اشکال
شکل(1) نمای یک سیکل تهویه مطبوع خورشیدی3
شکل1- 1 شرح ترمودینامیکی سیستم سرمایش9
شکل1-2 تشریح شماتیکی چیلر جذبی تک مرحله ای10
شکل2- 2 فلودیگرام سیکل جذبی خورشیدی همراه با منابع ذخیره مبرد و محلول28
شکل2- 3 نمونهای از چیدمان و نحوه کنترل سیکلهای جذبی خورشیدی با منبع ذخیره آب داغ29
شکل2- 4 نمونه ای از سیکل های متداول سیستم های جذبی خورشیدی دو اثره30
شکل2- 5 سطح مقطع یک نوع کالکتور تخت و چیدمان آن در یک ساختمان32
شکل2- 6 آرایش کالکتورهای لولهای و سطح مقطع آن34
شکل2- 7 سطح مقطع یک لوله از کالکتورهای لوله‌ای غیرمتمرکز با جزئیات آن35
شکل1- 3 نمودار تعادلی محلول آبی لیتیم برماید – آب(Duhring Chart)38
شکل3- 2 نمودار آنتالپی-غلظت جهت محلول آبی LiBr39
شکل3- 3 شماتیکی از سیکل جذبی تک اثره آب-لیتیم برماید40
شکل3- 4 شماتیکی از سیکل جذبی تک اثره آب-لیتیم برماید با در نظر گرفتن جریان سیال در حلقههای خارجی مبدل های حرارتی47
شکل3- 5 شماتیکی از کارکردسیکل جذبی تک اثره آب-لیتبم برماید بر روی دیاگرام Duhring50
شکل3- 6 نمای یک سیکل تهویه مطبوع خورشید…………………………………………………………………………… 51
شکل3- 7 مقدار کل تابش خورشیدی و مقدار تابش مستقیم53
شکل3- 8 تغییرات ضریب تلفات حرارتی (UL) نسبت به دمای صفحه کلکتور و درجه حرارت محیط54
شکل3- 9 پارامتر (t_fi-t_at ) بر‌حسب راندمان (?)55
شکل4- 1 دسته بندی تعادل اگزرژی61
شکل4- 2 شماتیک سیستم حرارتی74
شکل4- 3 تعیین قیمت بر واحد حجم تانک های ذخیره آب داغ در سیکل های جذبی خورشیدی…83
شکل5- 1 پلانی از خانه به کار رفته جهت تهویه با بار خنک کنندگی 11kw86
شکل5-2 میزان درجه حرارت محیط در ساعات گوناگون ماه های گرمایی کشور ایران92
شکل5-3 میزان تغییر درجه حرارت گره میانی مخزن در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=1500 Kg W_TANK،=85 T_1196
شکل5-4 میزان تغییر بار حرارتی هیتر کمکی در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=1500 Kg W_TANK،=85 T_1196
شکل5- 5 میزان تغییر درجه حرارت گره میانی مخزن در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=50 m^2 A_c،=85 T_1197
شکل5- 6 میزان تغییر بار حرارتی هیتر کمکی در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=1500 Kg W_TANK،=85 T_1197
شکل5- 7 روند تغییر در نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در سطح کالکتور خورشیدی102
شکل5-8 روند تغییر در نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در حجم تانک ذخیره آب داغ……………… 102
شکل5-9 روند تغییر دمای تانک ذخیره آب داغ در ساعت 14 از یک روز در ماه می و میزان انرژی مصرفی در هیتر کمکی نسبت به تغییرات دمای آب داغ ورودی به ژنراتور103
شکل5-10 روند تغییر سطوح تبادل حرارتی در تجهیزات سیکل جذبی و میزان نرخ اتلافات اگزرژی کل سیکل نسبت به تغییر دمای آب داغ ورودی به ژنراتور104
شکل5-11 روند تغییر نرخ تولید محصول در اواپراتور نسبت به تغییر دمای آب داغ ورودی به ژنراتور104
شکل7- 3 تغییرات بار حرارتی با دمای تبخیرکنننده (، ?40?^° C = T_C=T_A، ،E_SHX=0.40 ، T_G=?90?^° C)119
شکل7- 4 تغییرات بارهای حرارتی با دمای کندانسور (T_C=5^° C ، ،T_C=T_A=E_SHX=0.40 ،T_G =?90?^° C )…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 120
شکل7- 5 تغییرات بارهای حرارتی با دمای جاذب (T_E=5^° C ، ?40?^° C T_C= ،E_SHX=0.40 ، T_G=?90?^° C)120
شکل7- 6 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای ژنراتور کننده (T_E=5^° C ، ?40?^° C ?T_A=T?_C= ،E_SHX=0.40 ، T_G=?90?^° C)…………………………………………………………………………………………………………….121
شکل7- 7 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای تبخیرکننده(?40?^° C = T_A=T_C ،E_SHX=0.40 ، T_G=?90?^° C)121
شکل7- 8 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای کندانسور (T_E=5^° C ، ?40?^° C ?T_A=T?_C= ،E_SHX=0.40 ، T_G=?90?^° C)…………………………………………………………………………………………………………..122
شکل7- 9 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای جاذب (T_E=5^° C ، ?40?^° C = T_C=T_A ، E_SHX=0.40 ، T_G=?90?^° C)……………………………………………………………………………………………………………..122
شکل7- 10 تغییرات دمای محلول با اثرگذاری SHX (T_E=5^° C ، ?40?^° C = T_A=T_C ،T_G=?90?^° C)123
شکل7- 11 تغییرات کاهش بار حرارتی با اثرگذاری SHX (T_E=5^° C ، ?40?^° C = T_A=T_C ، T_G=?90?^° C)123
شکل7- 12 تغییرات PIR با اثرگذاری SHX(T_E=5^° C ، ?40?^° C = T_A=T_C ، T_G=?90?^° C)124
شکل7- 13- تغییرات پارامترهای کارایی با اثرگذاری SHX (=5^° C T_E ، ?40?^° C T_A=T_C=،E_SHX=0.40 ،T_G=?90?^° C)………………………………………………………………………………………………….124
شکل7- 14 تغییرات T_CRبا غلظت LiBr125
شکل7- 15 تغییراتCOP با دمای ژنراتور و همچنین اثر SHX بر روی خط بلورینگی(T_E=5^° C
?40?^° C T_A=T_C=)125

فهرست علائم و اختصارات
COPضریب عملکردTدما(?)Qحرارت(kw)xغلظت(%)mجرم(kg)LiBrلیتیم برمایدhآنتالپی ویژه(kw?kg)m ?دبی جرمی(kg?s)CRنسبت گردش محلول(%)Wکار پمپ محلول،وزن تانک ذخیره آب داغ(kgوkw)vحجم مخصوصPفشار (kpa)Uضریب انتقال حرارت کلی (kwatt?(?*m^2 ))Aسطح تبادل حرارتی(m^2)?T_lmاختلاف دمای لگاریتمی(?)?کارآیی مبدل حرارتیq_Uمقدار حرارت مفید کسب شده بوسیله کالکتور بر حسب(watt?m^2 )I_t?مقدار کل تابش خورشید روی کالکتور بر حسب(watt?m^2 )?,?)?ضریب عبور پوشش ، ضریب جذب صفحه در زاویه برخورد ?F_Rضریب انتقال حرارت کالکتور?راندمانFضریب تابع کنترلی اعمالی بر سیستم حورشیدیC_Pگرمای ویژه فشار ثابت آب(kj?kg)FNPکسر بار خورشیدی از بار کلاگزرژی(kj)نرخ اگزرژی(kw)راندمان اگزرژتیکراندمان اگزرژتیکنرخ بازگشت ناپذیری(kw)نرخ هزینه($?Year)نرخ هزینه دستگاه($?Year)هزینه واحد اگزرژی($?Gj)نرخ هزینه ثابت($?Year)هزینه تعیرات و نگهداریهزینه خرید تجهیز($)ضریب بازگشت سرمایهنرخ بهرهتعداد سال عملکرد سیستمsآنتروپی(kj)uانرژی داخلی(kj)eاگزرژی ویژه(kj?kg)f_kفاکتور اگزرژواکونومیکqمیزان انتقال حرارت بر واحد جرمPIRنسبت افزایش کاراییRدمای آب ورودی و خروجی برج خنک کن(?)Aدمای آب ورودی و دمای حباب تر(?)Fدبی آب ورودی به برج خنک کنزیرنویسLسطح پایین دمایی، اتلاف حرارتی از کالکتور،اتلاف اگزرژیHسطح بالای دماییAسطح میانی دماییeاواپراتورgژنراتورcکندانسور،کالکتور خورشیدی،کارنوaجاذبshxمبدل حرارتی محلولlلیتیم برمایدwآبsh-hسمت گرم مبدل حرارتی محلولsh-cسمت سرد مبدل حرارتی محلولhighسطح فشاری بالای سیکلlowسطح فشاری پایین سیکلRتبریدیhحرارتیgminحداقل دمای مورد نیاز ژنراتور جهت حصول دمای اواپراتورpسفحه جاذب کالکتورatمحیطfiورودی جریان به کالکتورfeخروجی جریان از کالکتورapمساحت دهانه‌ای از کالکتور که اجازه عبور پرتوهای رسیده را داده است?زاویه تلاقی خورشیدیoffخاموش شدن پمپ مابین تانک و کالکتورonروشن شدن پمپ مابین تانک و کالکتورm,iجریان شبکه در گره iاز تانک ذخیره آب داغS,iوضعیت تانک در گره iاز تانکCOخروجی از کالکتورL,rخروجی از بار(ژنراتور)inter ورود به سطح تماس دو گره در تانک ذخیره آب داغrefمرجع(ورود به ژنراتور)auxهیتر کمکیloadبار(ژنراتور)Dتخریب اگزرژیPمحصولfسوختWکارqانتقال حرارتinsادوات کنترلی و ابزار دقیقSCکالکتور خورشیدیTتانک ذخیره آب داغTankتانک ذخیره آب داغCollectorکالکتور خورشیدیCقیمت بر واحد سطح کالکتور خورشیدیwbحباب ترCooling TowerبالانویسLبار وارده از طرف تانک ذخیره آب داغ به کالکتورcکالکتور خورشیدیCHشیمیاییPHفیزیکیCIهزینه های سرمایه گذاریOMهزینه های عملیاتی و تعمیراتCHشیمیایی
مقدمه
تولید سرمایش در زمینه زندگی روزمره بشری، کابردهای بسیار فراوانی از قبیل تولید مواد غذایی، مصارف تهویه مطبوع، موارد تولید دارو، سرمایش صنعتی و….دارد. سیکلهای سرمایش قدیمی و اولیه مانند سیکلهای تراکمی بخار1 دارای دو مشکل عمده هستند که امروزه نیز با آن دست در گریبانند. این دو مشکل عبارتند از[1]:
-افزایش جهانی مصرف انرژیهای اولیه و فسیلی: سیکلهای سرمایش قدیمی که توسط الکتریسیته و حرارت عمل میکنند، به طور شدیدی میزان زیادی انرژی فسیلی و اکتریکی را مصرف میکنند. انستیتوی بین المللی تبرید و سرمایش در پاریس(IIFIIR) %15از میزان کل انرژی الکتریکی که در جهان تولید میشود را به اهداف سرمایشی و تهویه مطبوع در انواع گوناگون آن اختصاص داده است. مطابق با گزارش این سازمان، %45 از سهم انرژیهای مصرفی برای زمینههای تهویه مطبوع، به مصارف ساختمانهای مسکونی و تجاری اختصاص دارد. علاوه بر آن در تابستان مشکلات بسیار زیاد در افزایش چشمگیر پیک مصرف همچنان ذهن محققان را در کاهش آن به خود مشغول داشته است.
-سیستمهای سرمایش متداول سبب مشکلات زیست محیطی جدی میشدند: سیالات عامل2 مرسوم و غیر طبیعی در سیستمهای تجاری سابق(همانند کلرو فلو کربن ها(CFCs)، هیدروکلرو فلوروکربنها(HCFCs)و هیدروفلروکربنها(HFCs))سبب هر دو مشکل تخریب لایه اوزون و افزایش گرما در سرتاسر جهان میشدند. از زمان تصویب پروتوکل مونترال در سال 1987، توافقات بینالمللی بر کاهش استفاده از این سیالات تأکید کردهاند. به عنوان مثال اتحادیه اروپا بیان کرده که تا سال 2015 تمامی سیستمهایی که با سیال HFCFs کار میکنند میبایست از مدار خارج گردند.
بعد از بحران نفتی دهه 1970 در اروپا و به ویژه در سالهای اخیر، تحقیقات بر روی توسعه تکنولوژیهایی که سبب کاهش در مصرف انرژی، تقاضای پیک اکتریسیته و قیمت انرژی بدون کاهش در سطح شرایط مطبوع لازمه گردند، معطوف گشتهاند. به همین دلیل در سالهای اخیر امکان استفاده از انرژی خورشیدی برای سرمایش و رطوبت زدایی ذهن بشر را به خود مشغول کرده است و موجب پیشرفت در تکنولوژی بهره برداری از انرژی خورشیدی شده است. در مناطق گرم سیری جهان که ضرورت سرمایش و تهویه مطبوع به طور جدی وجود دارد، ذهن بشر متوجه استفاده از انرژی در دسترس خورشیدی است تا بتواند با استفاده از آن رفاه و آسایش زندگی را فراهم آورد. علاوه بر این، کاربرد انرژی خورشیدی در مقایسه با سایر کاربردها جذابیت بیشتری دارد زیرا زمانی که نیاز به آن وجود دارد (سرمایش و تهویه مطبوع) میزان انرژی خورشیدی زیاد است و می توان از آن بهره گیری کرد. سیستمهای سرمایش جذبی خورشیدی3دارای هر دو مزیت عدم خطرناک بودن از لحاظ زیست محیطی و کم بودن مصرف انرژی به ویژه در ساعات پیک الکتریکی را دارا هستند.
در مقایسه با دیگر کاربردهای انرژی خورشیدی این کاربرد پیچیدگی بیشتری دارد چه به لحاظ مفهومی و چه به لحاظ کاربردی. به همین دلیل توسعه و کاربرد جهانی پیدا نکرده است. در این روش تنها دریافت و جذب انرژی خورشیدی کافی نیست، بلکه باید بتوانیم این روش را به سرما تبدیل کنیم و سپس به طرف فضای مورد نظر بفرستیم. باید وسیله ای وجود داشته باشد که حرارت را از دمای پایین (فضای مورد تهویه) گرفته و با دمای بالاتر (فضای بیرون) انتقال دهد یا در اصطلاح ترمودینامیکی به یک پمپ حرارتی4 نیاز است. در شکل 1 نمای یک سیکل تهویه مطبوع خورشیدی با تمام تجهیزات به طور کامل نشان داده شده است.

سیال منتقل کننده حرارت در کالکتورهای خورشیدی تا دمای بالاتر از دمای محیط گرم شده و به عنوان محرک و انرژی در یک سیکل قدرت (که خود یک پمپ حرارتی است) وارد میگردد.
سیال انتقال دهنده گرما ممکن است هوا، آب و یا سیال دیگری باشد. گرما میتواند برای زمانهایی که تابش خورشید وجود ندارد نیز ذخیره گردد. گرمای گرفته شده از سیکل خنککن خورشیدی به محیط اطراف منتقل میشود، این کار به وسیله هوای محیط یا آب خروجی از برج خنک کن خنک میشود.
تجهیزات سرمایش ممکن است اثر سرمایش را به طرق مختلف ایجاد کنند. یکی از روشها تولید آب سرد و فرستادن به سمت تجهیزاتی است که به وسیله ی آب سرد محیط را خنک میکنند (به کمک هواساز) و یا فنهای بادزن. همچنین میتوان هوا را به صورت مستقیم خنک کرد و به سمت فضای مورد تهویه فرستاد.
کالکتورهای خورشیدی5 قسمت مهمی از هر سیستم خورشیدی هستند که انرژی خورشیدی را به گرما در دمای مناسب تبدیل میکنند، که این گرما قدرت مورد نیاز برای سیکل سرمایش است. کالکتورها انواع مختلفی دارند که از صفحات تخت با دمای پایین تا صفحات پیچیده با دمای بسیار بالا را شامل میشوند. با افزایش تقاضا برای تهویه مطبوع در سالهای اخیر به خصوص در مناطق گرمسیر و مرطوب تقاضا برای مصرف انرژی زیاد شده است. از آنجایی که در فصل گرما تقاضا برای مصرف انرژی الکتریکی بسیار زیاد میشود در این فصل با قطعی جریان برق مواجه هستیم و تقاضای بیشتر برای انرژی الکتریکی با مشکل مواجه است. با استفاده از تکنولوژیهای جدید میتوان از انرژی خورشیدی در چنین مواقعی استفاده کرد.

شکل (1): نمای یک سیکل تهویه مطبوع خورشیدی
در این نوشتار سیکلهای جذبی خورشیدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. ابتدا مطالعه مقدماتی و حرارتی سیستمهای جذبی متداول و سیستمهای جذبی خورشیدی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به متغیر بودن میزان تابش خورشیدی در طول ماهها و ساعات مختلف فصول گرمایی، آنالیز حرارتی و ترمودینامیکی به صورت وابسته به زمان ( آنالیز دینامیکی) مورد تحلیل وبررسی قرار گرفته است. در مرحله بعد آرایش کامل سیستمهای جذبی خورشیدی از نظر موضوعات اگزرژی و قانون دوم مورد بررسی قرار گرفته تا به کمک آن تحلیل جامع ترمواکونومیک سیستم و بهینه سازی آن قابل بررسی باشد.

مرور تحقیقات انجام شده قبلی
کارایی کلی سیکلهای جذبی در مورد اثر تبریدی در واحد انرژی ورودی ضعیف است. هرچند حرارت اتلافی مانند آنچه از وسایل برقی دفع میشود را میتوان برای به دست آوردن بهرهوری انرژی کلی بکار گرفت. سیستمهای آمونیاک/آب (NH3/H2O) به صورت گسترده درمواردی که دمای کمتر مورد نیاز است، بکار گرفته میشوند. هرچند، سیستمهای آب/ برمید لیتیم (H2O/LiBr) به صورت وسیع در مواردی که دمای معتدل مورد نیاز است، مورد استفاده قرار میگیرند (دستگاه تهویه هوا) و سیستم دوم نسبت به سیستم اول کارآمدتر است. مطالعات گوناگونی برای انتخاب سیال عامل مناسب اجرا شده است.در تحقیق Saravanan و Maiya [2] یک سیستم مبرد جذبی بخار بر پایه آب با چهار مخلوط دو دویی مورد آزمایش قرار گرفت. اختلاف کاراییهای گوناگون پارامترها برای ترکیبات سیالات عامل بر پایه آب مورد مقایسه قرار گرفت. در تحقیق Sun [3]خصوصیات ترمودینامیکی مخلوط های دودویی بر پایه آمونیاک (NH3-H2O,NH3-LiO2,NH3-NaSCN) داده شدو کارایی سیکلها مورد مقایسه قرار گرفت. Yoon و Kown [4] خصوصیت کارکردی سیال عامل جدید (H2O/LiBr + HO(CH2)3OH) را به عنوان جانشین H2O/LiBr ارائه کرد، و یک شبیه سازی سیکل برای بررسی طراحی بهینه و شرایط کارکردی سیستم جذبی هوای خنک شده انجام شد. Kayanaki و Yamankaradeniz [5] اثر مبدلهای حرارتی که برای احیاء انرژی حرارتی در ARS ها بکار میروند، را بر روی ضریب کارایی (COP) مورد بررسی قرار دادند. یک محلول آمونیاک-آب به عنوان یک جفت مبرد- جاذب در نظر گرفته شد. آنالیزهای ترمودینامیکی برروی سیستم انجام شد و خصوصیات ترمودینامیکی آمونیاک و محلول آمونیاک- آب ارائه گردید. Mostafavi و Agnew[6و7] اثر دمای محدود را بر روی واحدهای جذبی که در آنها لیتیم برماید – آب بکار میرفت، آزمودند. آثار دماهای ورودی آب خنک کننده، آب داغ و آب خنک بر روی ناحیه سطحی جاذب و خصوصیات جاذب به وسیله Atmaca و همکاران[8] مورد بررسی قرار گرفت.
Srikhirin و همکاران[9] یک مقاله مروری در مورد تکنولوژی مبردهای جذبی مانند مدلهای گوناگون ARS ها، تحقیقات انجام شده در مورد سیالات عامل و اصلاح فرآیندهای جذبی ارائه کردند. Kececiler و همکاران [10] یک مطالعه تجربی درمورد آنالیز ترمودینامیکی یک ARS بازگشت پذیر با استفاده از مخلوط آب و برمید لیتیم انجام داد. Joudi و Lafta [11] یک مدل شبیه سازی کامپیوتری حالت- ثابت برای پیش بینی کارایی یک ARS که در آن از لیتیم برماید – آب استفاده می شود، ارائه داد.
علاوه بر اینها، در مطالعات پارامتری Wijeysundera [12]اختلاف بیشترین ظرفیت خنک کنندگی، ضریب کارایی و راندمان قانون دوم یک نوع سیکل جذبی با متغیرهای کارکردی مورد بررسی قرار گرفتند. یک مطالعه مشابه به وسیله Chen [13] انجام شد که در آن نرخ انتروپی تولید و پارامترهای اولیه کارکردی یک سیکل مبرد جذبی مورد محاسبه قرار گرفت. . Kreider و Kreith [14]در 1981 یک سیستم تهویه هوای خورشیدی LiBr-H2O با دو تانک ذخیره آب داغ را معرفی کردند. فواید این سیستم آن است که گرمای جمعآوری شده به وسیله یک آرایه کالکتور داده شده، ممکن است به وسیله فاکتور 3/1 تا 5/1 افزایش یافته باشد. در همین زمان، COP فصلی ممکن است 15% افزایش یابد. Butz و همکاران[15]، یک شبیه سازی کامپیوتری را بر روی سیستم تهویه هوای خورشیدی LiBr-H2O انجام دادند که وابسته بودن بودن خروجی بر سطح کالکتور و طریقهای که در آن راندمان سالیانه سیستم با افزایش سطح کالکتور، کاهش مییابد، را نشان میدهد. Tsilingiris [16]نیز تئوری مدل میکروکامپیوتری مناسب برای پیش بینی کارایی و بررسی رفتار کارکردی نمونه ساده سیستم خنک کننده LiBr-H2O برای کاربردهای خانگی را گسترش داد. نتایج بدست آمده بهینه سازی طراحی و تخمین اقتصادی اولیه سیستم برای کارکرد تحت شرایط آب و هوایی محلی (یونان) را میسر ساخت. همچنین بیان شد که با قیمت حال حاضر سوختهای فسیلی، انرژی الکتریکی و اجزاء مکانیکی، کاربرد تهویه هوای خورشیدی بدون ترکیب با گرم کننده خورشیدی، اقتصادی و کم حاشیه است. Muneer و Uppal[17] مدل شبیهسازی عددی جزئی برای چیلرهای جذبی خورشیدی در دسترس از لحاظ تجاری، ارائه کردند. نتایج نشان داد حجم ذخیره به سطح کالکتور دارای که یک نسبت بهینه است. همچنین، با سطح کالکتورهای نسبتاً کوچک، کسر بالایی انرژی خورشیدی میتوان بدست آورد حتی اگر کالکتورها از نوع ارزان قیمت باشند. نکته جالب این بود که سیستم در شرایط بار طراحی شده با دمای ژنراتور کمتر از ?80 کار میکند با توجه به این حقیقت که در شرایط خشک Sahara دمای خیلی پایین آب خنک کننده در دسترس است. هدف از این مقاله ارائه فواید سیستم ذخیره سازی طبقهبندی شده زمانی که برای یک سیستم جذبی تعریف میشود، میباشد. بنابراین، یک مدل شبیهسازی عددی جزئی برای چنین سیستم خنک کننده جذبی اصلاح شده ارائه میشود و نتایج نشان میدهد که با تانک ذخیره طبقهبندی شده، اثر خنک کنندگی خیلی زودتر از سیستمهای جذبی سنتی با تانک ذخیره یکتا، میتواند آزاد شود.
Misra و همکاران [18و19] روش میانگین هزینهها را برای بهینهسازی سیستم مبرد جذبی لیتیم برماید- آب به کار بردند. این روش شامل آنالیزهای اگزرژی جزئی به همراه میانگین هزینه در واحد اگزرژی همه جریانهای داخلی و محصولات ظاهر شده در سیستم ترمواکونومیک مورد نظر است. Sahin و Kodal [20] و Kodal و همکاران[21] آنالیز کارایی را با استفاده از ترمواکونومیک زمان محدود بر اساس تابع هدف ترمودینامیک برای مبردهای جذبی و پمپهای حرارتی انجام دادند. Sahoo و همکاران [22] در باره حداقل کردن کارکرد کلی و هزینه استهلاک سیستم مبرد جذبی آمونیاک-آب مطالعاتی انجام دادند. Accadia و Vanoli[23] از روش ساختاری برای بهینه سازی ترمواکونومیک کندانسور پمپ حرارتی متراکم کننده بخار استفاده کردند. Al-Otaibi و همکاران[24] بهینه سازی ترمواکونومیک سیستم مبرد متراکم کننده بخار با استفاده از قانون اول ترمودینامیک و آنالیز هزینه سیستم را مورد مطالعه قرار دادند. Accadia و Rossi [25]کاربرد تئوری ترمواکونومیک برای بهینه سازی اقتصادی دستگاه مبرد مرسوم با هدف حداقل کردن کارکرد کلی و هزینه استهلاک را بررسی کردند. Valdes و همکاران [26]راه ممکنی برای بدست آوردن بهینه سازی ترمواکونومیک سیکل ترکیبی دستگاه توربین گازی نشان دادند. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شد.

فصل یکم-تکنولوژی چیلر های جذبی

مقدمه:
در عمل تفاوت چندانی بین تجهیزات پمپ حرارتی و ماشین گرمایی6 وجود ندارد. سیکلهایی که با دفع و جذب حرارت از دو منبع سرد و گرم به تولید کار میپردازند (ماشین گرمایی) دارای کار خروجی قابل مشاهده میباشند و کار آنها به طور مستقیم برای راه اندازی بخشهای دیگر مورد استفاده قرار میگیرد.
در پی بحران انرژی در دهه 1970، تحولات بزرگی در استفاده از انرژی خورشیدی روی داد بهطوری که طی چند سال شاهد افزایش تقاضا برای بهکارگیری انرژی خورشیدی برای راه اندازی سیستمهای موتورگرمایی و پمپ حرارتی بودهایم. موتور گرمایی که میتواند در سیکل استرلینگ یا رانکین به کار گرفته شود، از یک سیال عامل بهره می گیرد. پمپ حرارتی از کمپرسورهای بخار موسوم به تجهیزات سرمایشی کمک میگیرد، هرچند بسیاری از تلاشها در حد کاربرد در مصارف آزمایشگاهی بوده است.
آزمایشها نشان داده است که سیستم سیکل بسته برای سیستمهای خورشیدی بر پایه سیکل جذبی مناسب تر است، که در نهایت تقابل بین دو قسمت ماشین از بین میرود. سیستمهای جذبی دارای مزایای زیر میباشند :
در گسترهی وسیعی از دمای چشمه (منبع حرارتی گرم) و چاه (منبع حرارتی سرد) کار میکنند،
قادرند برای افزایش 7COP تا چند مرحله دمای چشمه را افزایش دهند،
به دلیل نداشتن تجهیزات متحرک زیاد، دارای سر و صدای کمی هستند،
سیال عامل آنها از لحاظ زیست محیطی مناسب است و به ویژه قابلیت عملکرد در فاز خورشیدی به عنوان پشتیبانی حرارتی را دارا میباشد.
علاوه بر این، سیستمهای جذبی قادرند به عنوان تجهیزات سرمایش در سیستمهای خورشیدی به کار گرفته شوند. استفاده و کابرد سیکلهای جذبی از زمان اختراعشان در قرن نوزدهم بر اساس قیمت نسبی سوخت و الکتریسیته و بهبود در تکنولوژی تراکم مکانیکی و جذب ، متغاوت بوده است.

1-1اصول اولیه ترمودینامیکی
با توجه به گزینههای مختلف که برای سیستم پمپ حرارتی به کار گرفته در سیستم خورشیدی وجود دارد، ابتدا باید به اصول ترمودینامیکی تجهیزات سرمایش پمپ حرارتی پرداخته شود. نوعاً سیستم مذکور بین دمای منبع حرارتی در سه سطح دمایی کار میکند: دمای پایین فضای سرمایش یا فضای مورد تهویه، دمای بالای فراهم شده توسط انرژی خورشیدی، که دمای میانی سرد و گرم است و در واقع دمای محیط است که به عنوان چاه حرارتی مورد استفاده قرار میگیرد (شکل 1-1‌).
همان طور که در شکل 1-1 نشان داده شده است تجهیزات سرمایش میتوانند در غالب عبارات ترمودینامیکی به صورت تلفیقی از پمپ حرارتی و موتور گرمایی تشریح شوند. موتور گرمایی حرارت را در دمای از منبع گرم (انرژی خورشیدی) دریافت و به چاه حرارتی در دمای (محیط) انتقال میدهد و کار مکانیکی w را ایجاد مینماید. با توجه به قانون دوم ترمودینامیک میدانیم اگر سیکل تحت شرایط بازگشت پذیر طبق الگوی سیکل کارنو کار کند، بهترین کارآیی را خواهد داشت. تحت چنین شرایط بهینهای، ضریب کلی عملکرد سیستم (8COP) سرمایش عبارت است از :
(1-1)
همان طور که در معادلهی 1-1 مشاهده میشود ضریب عملکرد سیستم سرمایش وابستگی زیادی به دمای عملکرد سیستم دارد که به طور قطع افزایش دمای موجب افزایش کارآیی سیستم میگردد.[27] بنابراین نوع کالکتور به کار گرفته شده در سیستم خورشیدی تأثیر مستقیم روی COP دارد و در واقع عامل محدود کننده (کنترل کننده) COP است.
با استفاده از کالکتورهای صفحه تخت معمولی9، گرمای بهدست آمده در دمایی نه چندان بالا حاصل خواهد شد. کالکتورهای متمرکزکننده10 دمای بالاتری را فراهم میآورند ولی دارای قیمت بالاتری هستند و هم پیچیدگی و مشکلات بیشتری به سبب نیاز به تعقیب مسیر خورشید دارند. نتیجه گیری دیگری که از رابطه 1-1 میتوان کرد این است که می توان کارآیی (COP) را با کاهش دمای (چاه حرارتی، محیط) افزایش داد. با توجه به این نکته میتوان نتیجه گیری کرد که سرمایش با آب نسبت به هوا دارای مزیت است[27].


پاسخ دهید