طراحي يك سيستم چيلر جذبي خورشيدي در شهر تهران و بررسي عملكرد اين سيستم در مقايسه با چ

[MTHAMID2]

چكيده
كاربري انرژي خورشيدي به منظور تامين آبگرم مصرفي، گرمايش و سرمايش فضاها در ايران در دهه اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است.
در اين مقاله، يك سيستم چيلر جذبي خورشيدي براي يك ساختمان اداري با زيربناي 1300 متر مربع در شهر تهران طراحي شده است.همچنين ميزان مصرف انرژي چيلر جذبي خورشيدي در مقايسه با چيلر جذبي هاي رايج مورد بررسي قرار گرفته است.
ساعات كاركرد سيستم سرمايشي از 8صبح الي 17 ،طي روزهاي پانزدهم ارديبهشت الي پانزدهم مهرماه در نظر گرفته شده است. اين پژوهش نشان مي دهد كه سازگارترين نوع چيلر جذبي خورشيدي، چيلر جذبي تك اثره با تغذيه آبگرم و مناسب ترين گردآور خورشيدي جهت كاربري سرمايش، گردآورهاي از 542 متر / نوع لوله تخليه اي مي باشد.توان ژنراتور اين چيلر جذبي تك اثره 236 كيلووات مي باشد كه با استفاده از 5 مربع گردآور لوله تخليه اي،توان مورد نياز تامين خواهد شد

مقدمه
مقدمه انرژي خورشيدي يكي از پاك ترين و بزرگ ترين منابع انرژي هاي تجديدپذير است كه به علت نياز نداشتن به فن آوري هاي پيشرفته و پرهزينه، به عنوان يك منبع مفيد و تأمين كننده انرژي در اكثر نقاط جهان رو به وسعت است .
فن آوري هاي پيشرفته و پرهزينه، به عنوان يك منبع مفيد و تأمين كننده انرژي در اكثر نقاط جهان رو به وسعت است . 99 درصد از مجموع انرژي هايي كه به زمين منتقل مي گردند منشأ خورشيدي دارد كه مقدار آنها در / امروزه بيش از 9 1.8 است. علاوه بر روند رو به رشد قيمت انرژي هاي فسيلي، اثرات مخرب زيست محيطي آن ها از ×105Tw حدود قبيل: آلودگي ها، افزايش دماي كره زمين و تخريب لايه ي اوزون ميل به استفاده از اين انرژي در دسترس را دو چندان حاصل از فرآيند سوختن سوخت هاي فسيلي نقش اساسي را در تشديد گرمايش كره زمين ايفا مي كند.

با استفاده از انرژي خورشيدي علاوه بر كاهش استفاده از سوخت هاي فسيلي غيرقابل تجديد، افزون بر 20 % از ميزان انتشار گاز co2 كاسته خواهد شد.

در ايران، استفاده از انرژي خورشيدي جهت تأمين سرمايش ساختمان ها از ديرباز مورد توجه بوده و مي توان گفت اولين گردآورنده سرمايش خورشيدي براي به گردش در آوردن هواي خنك در ساختمان نزديك شهر يزد توسط معماران ايراني ساخته شده است.
واقع شدن ايران در عرض جغرافيايي بين 25درجه تا 40 درجه شمالی ، میانگین انرژی خورشيدي حدود 19.23 در سال و و ميزان ساعات آفتابي بيش از 2800 ساعات همچنين سياست هاي دولت براي گسترش توليد انرژي از روش هاي نوين، همه نشان از پتانسيل بالاي ايران در زمينه انرژي خورشيدي است.
سالهاست كه استفاده از سيستم هاي نوين سرمايشي در ايران با سوخت هاي فسيلي همراه شده و توجه به استفاده از سيستم هاي تجديدپذير در تأمين سرمايش نزد طراحان و متخصصان علوم تأسيسات از درجه پائيني برخوردار شده است. در اين پژوهش بر آن شديم با طراحي يك چيلر جذبي سازگار با سيستم خورشيدي بدون نياز به سوخت هاي فسيلي و بررسي عملكرد آن مهندسين، طراحان و مسئولان كشور را براي استفاده از انرژ ي هاي تجديدپذير و بالاخص انرژي خورشيدي، ترغيب كنيم.

طرح سيستم:

در اين مقاله هدف طراحي يك سيستم خورشيدي براي يك ساختمان اداري با زيربناي 1300متر مربع و با فضای تهویه شده ی 894 متر مربع در شهر تهران است. ساعات كاري اين مجموعه از 8 صبح تا 5 بعدازظهر است كه سيستم m تهويه شده ي 2 سرمايشي يك ساعت زودتر و قبل از حضور كاركنان شروع به كار خواهد كرد. مدت زمان كاركرد سيستم براي 5 ماه سال طي روزهاي 15 ارديبهشت تا 15 مهرماه در نظر گرفته ميشود.
با توجه به دادهای ناسا Nasa در سال 2009 ميلادي شرايط زير براي شهر تهران در نظر گرفته خواهد شد:
1. عرض جغرافیایی : 35.7 شمالی
2. طول جغرافیایی (L) : شرقی 51.4
3. ارتفاع از سطح دریا (E) : متر 1219
4. دمای خشک تابستانی(Tdb) : درجه 37
5. دمای مرطوب تابستانی(Twb) : درجه 23
6. رطوبت نسبی سالیانه (RH) : درجه 23
7. سرعت متوسط سالانه باد (VM) : متر بر ثانیه 5.3
اجزاي سيستم

-3-1 انتخاب نوع سيستم سرمايشي افزايش ميل براي رسيدن انسان به شرايط آسايش از ديرباز مورد توجه بوده كه در سال هاي اخير اين ميل به اوج خود رسيده است. مهمترين عامل در تأمين اين آسايش، سرمايش مطلوب فضاي زندگي انسان است . چرا كه محققان نشان 24 به صورت قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد. عموماً براي تأمين سرمايش 􀁄 c داده اند كه كارايي انسان در دماهاي بالاي
انتخاب نوع سيستم سرمايشي
افزايش ميل براي رسيدن انسان به شرايط آسايش از ديرباز مورد توجه بوده كه در سال هاي اخير اين ميل به اوج خود رسيده است. مهمترين عامل در تأمين اين آسايش، سرمايش مطلوب فضاي زندگي انسان است . چرا كه محققان نشان كه كارايي انسان در دماهاي بالاي 24 به صورت قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد.
عموماً براي تأمين سرمايش فضاها دو نوع سيستم متداول است كه يكي سيستم سرمايش تراكمي و ديگري سيستم سرمايش جذبي است. تفاوت عمده اين دو سيستم ناشي از وجود متراكم كننده در سيستم تراكمي و جايگزيني ژنراتور و جاذب به جاي آن در سيست م هاي سرمايشي جذبي است. هدف از ايجاد اين تغييرات كمين هسازي مصرف انرژي الكتريكي است چرا كه متراكم كننده موجود در سيستم هاي تراكمي براي متراكم كردن سيالي با حجم مخصوص بالا ،انرژي الكتريكي زيادي را مي طلبد در صورتيكه در سيستم هاي جذبي، تنها منابع استفاده كننده از انرژي الكتريكي پمپ ها هستند كه به مراتب مصرف انرژ ي الكتريكي كمتري نسبت به متراكم كننده دارند. بنابراين به اين نتيجه خواهيم رسيد كه سيستم هاي جذبي ميزان انرژي الكتريكي كمتري نسبت به سيستم هاي تراكمي مصرف مي كنند. حال ممكن است اين نظريه مطرح شود كه انرژي الكتريكي موردنياز متراكم كننده را از برق خورشيدي (سلول هاي فتوولتاييك) تأمين كنيم،اما با توجه به دلايل زير اثبات مي كنيم كه استفاده از سيستم حرارتي خورشيدي در يك سيكل سرمايش جذبي بسيار بهتر و مفيدتر از اين نظريه است.

اولين و مهمترين دليل اينكه در اكثر نقاط دنيا از جمله ايران توليد برق خورشيدي بسيار پرهزينه تر از سيستمهاي حرارتي خورشيدي است، لازم به ذكر است كه توليد برق خورشيدي در مقياس هاي كوچك (از 1 تا 100 وات) منطقي تر به نظر مي رسد. دومين دليل اينكه اگرچه امروزه در سيستم هاي تراكمي از مبردهايي استفاده مي شود كه صدمه ي كمتري به لايه ي اوزون مي زنند اما اين مبردها كماكان به صورت قابل ملاحظه اي ميزان گازهاي گلخانه اي را تشديد مي كنند و به طور كلي اين مبرد ها در مقايسه با 2 co صدها برابر نرخ اثرات گلخانه اي را افزايش مي دهند و اين در حالي است كه مبرد هاي مورد استفاده در سيستم هاي سرمايش جذبي چنين عيب بزرگي ندارند.


حال كه مزيت سيستم هاي جذبي نسبت به سيستم هاي تراكمي مشخص گرديد با بررسي انواع سيستم هاي سرمايش جذبي، سازگارترين آنها را با سيستم خورشيدي تعيين خواهيم كرد: از ديدگاه نوع سيال كاري چيلرهاي جذبي مي توان آنها را به دو گروه كلي تقسيم بندي نمود كه كاربري بيشتري در تامين سرمايش فضاها دارند.
گروه اول چيلرهاي آب آمونياك و گروه دوم به چيلرهاي ليتيم برومايد آب موسوم اند .اولي براي كاربردهاي سرمايشي زير صفر درجه و مورد استفاده قرار مي گيرند. دومي براي كاربردهاي سرمايشي بالاي صفر درجه مورد استفاده قرار مي گيرند.
چيلرهاي جذبي را مي توان از لحاظ تعداد ژنراتورهاي آنها نيز تقسي مبندي نمود كه به دو دسته ي كلي چيلرهاي جذبي تك اثره و چيلرهاي جذبي دو اثره تقسيم مي شوند كه تفاوت آنها حاصل از تفاوت تعداد ژنراتورهاي آنها است.
همچنبن چيلرهاي جذبي تك اثره را نيز مي توان براساس چگونگي عملكرد ژنراتو رهاي آنها به 3 دسته ي كلي تقسيم بندي كرد. در دسته ي اول كه به ژنراتورهاي شعله مستقيم موسوم اند، شعله مستقيماً مبرد درون ژنراتور را گرم مي كند و در دسته ي دوم آب داغ يا بخار وارد ژنراتور شده و عامل جداسازي جاذب موجود درون سيستم مي شود و در وارد ژنراتور شده دسته ي آخر كه به چيلرهاي جذبي تك اثره با تغذيه آب گرم موسوم اند، آب گرم حدود 80 درجه جداسازي جاذب و مبرد(ليتيم برومايد و آب) را انجام مي دهد.
هزينه ي اقتصادي اين نوع چيلرها از مدل هاي ديگر بيشتر است و در صنايع كاربرد كمتري دارند و مي توان گفت بعنوان مثال در تنها در صنايع اي استفاده مي شوند كه داراي واحد بازيافت انرژي و حرارت (Cogeneration) هستند.
بعنوان مثال نيروگاه هاي حرارتي مقدار زيادي انرژي، در بخار خروجي از توربين هاي بخار وجود دارند كه مي توان از آن براي گرم كردن آب ورساندن آن به دماي 88 درجه و انتقال اين آب به ژنراتور چيلرهاي جذبي استفاده نمود. از اين رو اين چيلرها در صنايع امروز مصارف خاصي دارند و كاربرد آنها روز به روز در حال كاهش است. در اين مقاله سعي خواهيم كرد كه تا با انتقال آب 88 درجه حاصل از يك سيستم خورشيدي به يك چيلر جذبي تك اثره با تغذيه آب گرم نشان دهيم كه از اين نوع چيلرها مي توان در ايجاد سرمايش خورشيدي بهره برد و ميزان انرژي مصرفي در آنها را نيز به ميزان قابل توجهي كاهش داد و در آينده اي نزديك با تلفيق اين نوع چيلرهاي جذبي با سيستم هاي خورشيدي بار ديگر كاربرد آنها در صنايع و ساختمان هاي مسكوني وسعت خواهد يافت.
انتخاب نوع سيستم خورشيدي
مهمترين قسمت و به تعبيري قلب سيستم خورشيدي، گردآورنده خورشيدي آن سيستم م ي باشد كه با جذب انرژي تابشي ورودي از خورشيد و تبديل آن به گرما، اين حرارت را به سيالي كه در گردآورنده جريان دارد (معمولاً هوا، آب يا روغن) انتقال مي دهد. جدول زير (جدول 1) انواع گردآورنده هاي خورشيدي موجود را تشريح مي كند:


حال اين سؤال پيش مي آيد كه در ميان انواع گردآورنده هاي خورشيدي كداميك از آن ها براي سيستم جذبي تك اثره با تغذيه آب گرم مناسب تر به نظر مي رسد.:
همان طور كه در قسمت هاي قبلي گفته شد ژنراتور اين نوع از چيلرها به آبگرم حدود 88 درجه سانتی گراد نياز دارد و همين طور بايد در نظر گرفت كه استفاده از كلكتورهاي متحرك هزينه ي گزافي را به سيستم سرمايشي ما تحميل مي كنند بنابراين بايد از گردآورنده هاي ثابت يكي را انتخاب نماييم.
شكل ( 1) مي تواند در انتخاب نوع گردآورنده به ما كمك زيادي انجام دهد.



با توجه به اين شكل مي توان دريافت كه دماي كاركرد هر كدام از اين گردآورنده ها نسبت مستقيمي با بازدهي آنها خواهد داشت. به طوريكه با افزايش اين دما در گردآورنده هاي صفحه تخت، نرخ بازدهي آن ها به شدت كاهش مي يابد و از حدود 70 درجه سانتی گراد بازدهي اين گردآورنده از نصف هم كمتر خواهد شد . در حاليكه در گردآورنده هاي لوله تخليه اي با رسيدن دما به 100 درجه سانتی گراد بازدهي حدود 60 % خواهد شد. همان طور كه در شكل مشاهده مي كنيم با دمايكاركرد حدود 90 درجه سانتی گراد 90 بازده حدود 65 % خواهد بود. درصورتيكه در اين دما بازدهي كلكتورهاي صفحه تخت حدود 42 درصد است .
از سوي ديگر كارايي گردآورنده هاي خورشيدي صفحه تخت در شرايط نامطلوب آب و هوايي مانند روزهاي سرد، ابري و طوفاني كاهش مي يابد. همچنين تأثير شرايط جوي مانند تقطير و رطوبت باعث خرابي زودهنگام قطعات داخلي و در نتيجه كاهش كارايي سيستم مي شود در حاليكه گردآورنده هاي لوله تخليه اي بگونه اي متفاوت از اين نوع گردآورنده هاي خورشيدي هستند و از لوله هاي شيشه اي كه هواي داخل آن تخليه شده ساخته مي شوند( شكل 2). بعلت تخليه هواي بين لوله و شيشه و جذب كننده اين نوع گردآورنده داراي افت كم انتقال حرارت از طريق جابجايي، حتي در دماي بالا است.
اين فرآيند تخليه هوا مهمترين عامل در عملكرد گردآورنده هاي لوله تخليه اي مي باشد و بطور كلي مي توان گفت كه خلا ء عايق بسيار خوبي است و اگر اين عمل بصورت صحيح انجام شود وقتي دماي داخل لوله به 150 درجه سلسيوس مي رسد لايه ي خروجي لوله را مي توان با دست لمس كرد و در مجموع اين نوع گردآورند هها تركيبي از يك سطح انتخابي و يك مانع مؤثر انتقال حرارت جابجايي مي باشند و علاوه بر تابش مستقيم خورشيد تاب شهاي پراكنده را نيز جذب مي كنند.
پس با شرايط فوق مي توان گفت مناسب ترين سيستم سرمايشي خورشيدي يك چيلر جذبي تك اثره با تغذ يه آب گرم با گردآورنده هاي لوله تخليه اي مي باشد.

[RM10]

حمید جان واقعا عالی بود