برآورد بار سرمايشي توسط نرم افزار
برآورد بار سرمايشي اين پروژه توسط نرم افزار ( 4.3 Hap Carrier كه يكي از رايج ترين نرم افزارهاي محاسبه و شبيه سازي انرژي و بار حرارتي و برودتي ساختمان ها مي باشند صورت گرفته است.
جدول ( 2) نتايج بار برودتي ساختمان فوق را نشان مي دهد كه با احتساب 10 % ضريب اطمينان توسط نرم افزار، بار برودتی ساختمان 145.5 کیلو وات به ازای 894 متر مربع فضاي مفيد تهويه شده است.



جدول ( 3) براي روز اول جولاي (بحراني ترين شرايط طراحي) به ازاي ساعات مختلف كاركرد سيستم و نيز ميزان دماي هواي محيط، مقدار بار سرمايشي سيستم را نشان مي دهد و همان طور كه در جدول مشاهده مي شود براي بيشترين دماي هواي بيرون در ساعت 3 بعدازظهر ميزان سرمايش حداكثر خواهد بود.




طراحي دستگاه سرماساز

همان طور كه در قسمت هاي قبل اشاره شد سيستم مناسب براي تلفيق سيستم خورشيدي و سرمايشي، نوعي چيلرجذبي تك اثره با تغذيه آبگرم است كه دماي آب ورودي از سيستم خورشيدي به اين چيلرها حدود 88 درجه سانتی گراد بو ده و با اختلاف دماي حدود 5 درجه اين آب از ژنراتور خارج شده و بار ديگر به سمت گردآورنده هاي خورشيدي باز مي گردد.
بالانس هواي يك چيلر جذبي به صورت زير است:
Qg +Qe = Qc
با محاسبه بار برودتي توسط نرم افزار كه عددي تقريباً برابر با Qe و همچنين با به دست آوردن حرارت جذب شده توسط برج خنك كن Qc با توجه به دماي آب ورودي به جاذب و دماي آب خروجي از چگالنده كه حتي خنك كاري )سيستم است) مي توان ميزان توان موردنياز ژنراتور Qg را محاسبه كرد.
براي كاركرد چنين چيلر جذبي محدوده هاي دماي آب ورودي به ژنراتور بايد بين 95 تا 70 درجه سانتيگراد باشد تا دماي آب سرد حاصل چيلر به 7 درجه برسد. ميزان ظرفيت سرمايشي cop اين چيلر رابطه مستقيمي با دماي آب ورودي جهت خنك كاري (از برجخنك كن) و همين طور دماي آب ورودي به ژنراتور دارد به طوري كه اگر دماي آب ورودي به سيستم از طرف برج خنك كن 30 درجه و دماي آب ورودي به ژنراتور در دماي 95 درجه باشد ظرفيت سرمايشي دستگاه به 1.2 خواهد رسيد كه ميزان مطلوبي است.
شكل ( 3) صحت اين گفته را نمايش مي دهد.




با توجه به اينكه دماي سرمايشي بالاي صفر درجه بوده يعني دماي آب خروجي از اوپراتور 7 درجه مي باشد از آب و ليتيم برومايد به عنوان مبرد و جاذب استفاده مي كنيم كه ماده اي ايمن، بي بو و غيرسمي و بدون ضرر براي محيط زيست است.
البته اين سيال با سيال كاري سيستم خورشيدي متفاوت است و بايد گفت كه آب ارجح ترين گزينه براي يك سيكل خورشيدي است. دماي موجود در گردآورنده ها در طول سال ممكن است بين 15 تا 150 درجه متغيرباشند.
درنتيجه آب گزينه مناسبي نمي تواند باشد بنابراين از ضديخ كه همان پروپيلن گليكول است استفاده مي كنيم. در طراحي اين چيلر بايد توجه كرد كه محلول آب و ليتيم برومايد با محلول آب و پروپيلن گليكول نبايد با هم در تماس مستقيم باشند و يا با يكديگر مخلوط شوند. بلكه ژنراتور به عنوان يك مبدل حرارتي بين اين دو سيال عمل مي كند.
براي جلوگيري از كريستاليزاسيون از يك پمپ محلول و سيستم Drain back استفاده مي كنيم كه اين پمپ محلول بهتر است از نوع هرمتيك باشد. در كنترل اين چيلر بايد توجه داشت كه حداكثر فشار در اين چيلر588kpa طراحي شده و فشار جريان آب نبايد از اين مقدار بيشتر شود.
سؤال ديگري كه ممكن است مطرح شود اين است كه در 7 ماه مابقي سال كه از چيلر جذبي استفاده مي كنيم اين گردآورنده ها چه نقشي خواهند داشت؟

در پاسخ به اين سؤال بايد گفت مي توان از چ يلر فوق به عنوان چيلر - پمپ حرارتي استفاده كرد تا در زمستان وظيفه گرمايش را به عهده داشته باشد يعني با ورود آب بين 90 تا 70 درجهسانتيگراد به ژنراتور آب خروجي جهت تأمين گرمايش به درجه 55 خواهد رسيد و راه حل ديگر استفاده از آب گرم حاصل از گردآورنده جهت تأمين آبگرم مصرفي ساختمان مي باشند كه در مبحث اين مقاله نمي گنجد چرا كه بحث ما در اين مقاله تأمين سرمايش ساختمان فوق است.

تلفيق سيستم سرمايش با سيستم خورشيدي
محاسبه ميزان تابش و جذب
براي محاسبه ي ميزان تابش و جذب به داده هاي Nasa مراجعه مي كنيم كه يكي از معتبرترين منابع اطلاعاتي است. اطلاعات زير براساس اين منبع اطلاعاتي در ماه تیر و به صورت ميانگين ميباشد.




با فرض تابش حدود 9 ساعته در اين ماه از تابستان مقدار توان ماهانه تابش خورشيدي به روي سطح افق 834 وات بر متر مربع است .
براي تعيين شيب بهينه گردآور مي توان از الگوي زير استفاده كرد:
1. اگر شيب گردآور را بيشتر از عرض جغرافيايي محل موردنظر فرض كنيم در زمستان خروجي بيشتري از گردآور خواهيم داشت.
2. اگر شيب گردآور را كمتر از عرض جغرافيايي محل فرض كنيم در تابستان خروجي بيشتري از گردآور خواهيم داشت.
3. اگر شيب گردآور را مساوي با عرض جغرافيايي محل موردنظر فرض كنيم هم در زمستان و هم در تابستان خروجي مناسبي خواهيم داشت.
با توجه به اينكه استفاده از اين سيستم در حالت سرمايش و گرمايش اقتصاد ي تر است شيب كلكتور يا همان گردآور را مساوي با عرض جغرافيايي شهر تهران در نظر خواهيم گرفت.
تعيين سطح، قدرت خروجي و بازدهي گردآورنده

براي محاسبه قدرت خروجي گردآور از رابطه ي ( 3) استفاده مي كنيم:
Blow Down) WHO- 2. گند زدايي و تصفيه آب استخر ( بهترين روش توصيه شده سازمان بهداشت جهاني
qcollector = FR (τα )ave .G − FRULΔT
محاسبه بازدهي گردآور خورشيدي به صورت نسبت قدرت خروجي گردآور به ميزان توان تابشي متوسط ماهانه روي سطح شيبدار گردآورنده است:
Z = qcollector/g
همچنين Ac كه سطح موردنياز گردآورنده است از رابطه زير محاسبه مي شود:
Ac= Qg/qcollect

نحوه كاركرد چيلر جذبي خورشيدي
همان طور كه در شكل زير (شكل 5) ديده مي شود آب گرم توليدي توسط گردآورنده كه به وسيله ي سيستم كنترل هوشمند روي 88 درجه تنظيم شده است به ژنراتور مي رسد. در روزهاي ابري يا روزهايي كه به هر دليل قادر نباشيم بااستفاده از سيستم خورشيدي دماي آب را به 88 درجه برسانيم منطقي است كه براي جبران ، از يك سيستم كمكي كوچك جهت رساندن دماي آب ورودي به ژنراتور به 88 درجه بهره ببريم و همينطور اگر دماي آب خروجي ازژنراتوركه 83 درجه است به دليل كمبود جذب در گردآور نتواند به دماي مطلوب برسد سيال عامل بعد از خروج از ژنراتور با فرمان سيستم كنترل هوشمند مستقيما به سيستم كمكي فرستاده مي شود .
آب گرم ورودي به ژنراتور باعث تغليظ محلول آب و ليتيم برومايد مي شود و برومايد تغليظ شده به علت اختلاف فشار بين جاذب و ژنراتور و همين طور به دليل نيروي ثقلي به جاذب باز مي گردد و از طرفي بخار حاصله در ژنراتور درچگالنده دستگاه توسط آب خنك كننده برج خنك كن، تقطير و به سمت تبخير كننده مي رود و مايع مبرد آب توسط پمپ مبرد روي لوله هاي مسي تبخيركننده پاشيده شده و بخار مي گردد و بخارات حاصله توسط ليتيم برومايد در جاذب جذب شده و عمل تبخير در تبخيركننده بصورت پيوسته انجام مي پذيرد. مايع ليتيم برومايد با جذب رطوبت رقيق شده لذا جهت تداوم جذب بخار بايد تغليظ گردد. ليتيم برومايد رقيق شده توسط پمپ محلول و از طريق يك مبدل به ژنراتور انتقال مي يابد و سيكل به صورت مستمر تكرار مي گردد. (شکل 5 در ابتدای صفحه قابل مشاهده است )

نتايج محاسبات
با توجه به مطالب ذكر شده در قسمت هاي قبل حال نتايج محاسبات را در زير بيان مي كنيم:سيستم سرمايشي مدنظر يك چيلر جذبي تك اثره با تغذيه آب گرم با ظرفيت تبريد 146kw و با توان ژنراتور 236kw می باشد . نرخ جريان آب خروجي از اواپراتور 0.45 m3/min در فش ار كاري 54kpa با سايز لوله ي ورودي 5.08cm بوده و نرخ جريان آب خروجي از برج خنك كن (ورودي به چيلر 1.07m3/min با فشار 64kpa و همين طور نوع جريان آب گرم ورودي به ژنراتور0.64m3/min با فشار 49kpa مي باشد سايز لوله ي آب ورودي به چيلر از طرف برج خنك كن و سايز لوله ي ورودي آب گرم به ژنراتور 6.35 سانتي متر مي باشد. براي پمپ كردن مبرد يك پمپ با توان 0.15kw براي پمپ كردن محلول ليتيم برومايد يك پمپ با توان0.55kw از نوع هرمتيك مورد استفاده قرار مي گيرد و نيز براي اسپري كردن محلول در چيلر از يك پمپ با توان 0.4kw بهره مي بريم. حجم تقريبي تبخير كننده ، چگالنده و ژنراتور به ترتيب 0.14 , 0.284 , 0.132m3 مي باشد.. سيستم خورشيدي مدنظر يك سيستم خورشيدي فعال مدار بسته تحت فشار است با شيب بهينه 36 براي گردآورها و ميزان تابش خورشيدي روي سطح شيبدارHt آن29.62mj/m2.day و مجهز به گردآورنده هاي لوله تخليه اي است. قدرت خروجي گردآور بر واحد سطح 435w/m2 بوده و ميزان بازدهي گردآور62.11% خواهد شد و مفهوم آن اين است كه از 6.3kw/m2.day انرژي خورشيدي روي سطح گردآور 4.3kwh/m2.day از اين انرژي به صورت خروجي از گردآور دريافت خواهيم كرد و براي تأمين اين خروجي به گردآور نياز داريم كه با فرض سطح 3 متر مربعي گردآورها تعداد 181 گردآور 3 مترمربعي براي اين سيستم موردنياز است. جهت به گردش درآوردن آب در سيستم فوق به يك پمپ كه تواني در حدود 1.72kw دارد نياز خواهيم داشت اين در حالي است كه فشار كاري اين سيستم خورشيدي در حدود 810kpa مي باشد.
مقايسه مصرف انرژي در چيلر جذبي خورشيدي فوق در مقايسه با چيلرهاي جذبي رايج
براي برآورد انرژي نياز است تا تفاوت هاي سيستم سرمايشي خورشيدي را با يك سيستم سرمايشي غيرخورشيدي در شرايط مشابه مقايسه كنيم. تفاوت دو سيستم فوق را مي توان ناشي از تفاوت چگونگي تأمين آبگرم 88 درجه براي ژنراتور دانست. همان طور كه در قسمت هاي قبل محاسبه كرديم ميزان توان موردنياز ژنراتور براي تأمين سرمايش و راه اندازي چيلر 236 kw است. كه در يك سيستم غيرخورشيدي اين توان بايد توسط يك سيستم فسيلي مثل يك بويلر تأمين شود اما با استفاده از سيستم خورشيدي تمامي اين 236 كيلووات را بدون صرف انرژي فسيلي تأمين نموده ايم . البته با توجه به اينكه در طول دوره ي 5 ماهه كاركرد سيستم سرمايشي ( 15 ارديبهشت تا 15 مهرماه ) طبق داده هاي هواشناسي Nasa در شهر تهران حدوداً 5 روز غيرآفتابي داريم براي تأمين آبگرم مورد نياز ژنراتور ناچار به استفاده از سيستم كمكي خواهيم شد.
تفاوت دوم در سيستم سرمايش خورشيدي و غيرخورشيدي ناشي از پمپي 1.7 kwاست كه در سيستم خورشيدي طراحي شده و اين ميزان انرژي نيز در تعيين ميزان صرف هجويي مورد توجه قرار مي گيرد.
در ساير موارد از قبيل پمپ و محلول، پمپ اسپري و پمپ مبرد و يا توان موردنياز جهت راه اندازي سيستم و سيستم هاي كنترلي چيلر 0.45kw هر دو سيستم سرمايش و خورشيدي و غيرخورشيدي مصرف مشابهي دارند كه در ميزان صرفه جويي تأثيري نخواهند داشت.
آب قبل از تصفيه، مشاهده شد كه منعقد كننده تاثير (TOC) -2 در بررسي نقش ازن در كاهش كل كربن آلي بيشتري در كاهش آن دارد و اثر ازن در مقايسه با آن كمتر مي باشد.همچنين تغيير مقدار دز مصرفي ازن تاثير چنداني در كاهش آن ندارد.

نتيجه گيري:

در زير مهمترين نتايج اين پژوهش را به اختصار دسته بندي مي كنيم:
الف- انرژي مصرفي در چيلرهاي جذبي به مراتب از انرژي مصرفي در چيلرهاي تراكمي كمتر است.
ب- سازگارترين نوع چيلر جذبي با سيستم خورشيدي، چيلر جذبي تك اثره با تغذيه آب گرم است.
ج- براي سيستم هاي سرمايش خورشيدي بدون جهت ياب (ثابت) بهترين نوع گردآور، گردآورهاي لوله تخليه اي است.
د- ظرفيت سرمايش چيلرهاي جذبي به دماي آب ورودي به ژنراتور وبه دماي آب ورودي از برج به چيلر وابسته است.
ه- شيب بهينه گردآورنده براي يك سيستم خورشيدي كه هم در تابستان و هم در زمستان مورد استفاده قرار مي گيرد برابر با عرض جغرافيايي محل است.
ي- بهترين سيال معادل براي سيستم هاي خورشيدي جهت جلوگيري از يخ زدگي و تبخير سيال، پروپيلن گليكول است.
- براي اولين بار در ايران و توسط اين مقاله يك چيلر جذبي خورشيدي با ظرفيت س رمايش بالاي 40 تن تبريد (حدوداً 45 تن تبريد) طراحي گرديد و اميد آن داريم در آينده اي نه چندان دور گردآورهاي خورشيدي بام هاي ايرانيان را به تصرف درآورند.
ز - راندمان گردآورهاي لوله تخلي هاي با شرايط مفروض فوق 62% مي باشد كه ميزان بسيار مطلوبي است