پایان نامه تهویه مطبوع خورشیدی

دانلود پایان نامه تهویه مطبوع خورشیدی – مقاله بررسی سیستم های تهویه مطبوع و تبرید خورشیدی و سیستم سرمایش خورشیدی با مواد جاذب مایع و محاسبات بار حرارتی و برودتی ساختمان نمونه
فصل ششم : نتيجه گيري و پيشنهادات نتيجه گيري :
تكنيك هاي رطوبت زدايي با جاذب مايع در دهه هاي اخير گـام هـاي بلنـدي برداشـته انـد و بعضي از آنها تجاري شده و براي رفع نيازهاي مسكوني و صنعتي بكـار گرفتـه شـده انـد. مـدل هـاي تئوريك درباره سيستم هاي رطوبت زداي با جاذب، بوجود آمده و تحقيق هاي كاملي انجام شده است. اما ،هنوز فرآيندهاي دقيق انتقال حرارت و جرم مانند توزيع گرماي جذب بين فيلم محلـول جـاذب و هواي فرآيندي، نرخ خيس شدن صـفحات آكنـده بوسـيله محلـول جـاذب در رطوبـت زدا و… ،كـام لاً شناخته نشده اند.
اگرچه در سيستم هاي رطوبت زدايي جاذب-مايع مي توان دما و نرخ رطوبت هواي فرآيندي را به طور مستقل و جداگانه كنترل نموده ولي اين سيستم دراندازه هاي بزرگ ناموفق است. و كاركرد ناپايداري دارد كه اين موجب كند شدن سرعت گسترش آن مي شـود و بـه عـلاوه كـاركرد پيوسته و بازده آن تحت تاثير شرايط آب و هوايي قرار دارد زيرا چگونگي عملكرد كلكتور خورشـيدي تا حدي توسط شرايط هواي محيط و ميزان تابش خورشيدي تعيين مي شود.
بنابراين، درمقايسـه بـا واحدهاي تهويه مطبوع رايج، عملكرد سيستم كمي ناپايدار است. ظهـور سيسـتم هـاي هيبريـدي تـا حدي ناپايداري سيستم را كاهش مي دهد، به علاوه، ظرفيت سيستم هاي هيبريدي در كنترل خنك سازي محسوس هواي فرايندي بسيار بيشتر از قابليت خنك كن هاي تبريدي در اين زمينه است كـه معمولا در رطوبت زداهاي با جاذب مايع رايج و سيستم هاي خنك سازي، از خنك كن هاي تبخيري استفاده مي شود. و ديگر اينكه، بازده خنك كن هاي تبخيري تحت تاثير شرايط آب و هوايي محلـي، محدود مي باشد.
مهمتر از همه، بايد توجه خاص به سيسـتم هـاي هيبريـدي داشـت تـا اسـتفاده از تكنيك هاي رطوبت زدايي با جاذب براي تهويه اماكن، گسترش يابد؛ و همچنـي ن، بـه منظـور بهبـود بازده كلي سيستم و درك عميق تر چگونگي وقوع انتقال حرارت و جرم در درون رطوبت زداهـا، بايـد تحقيقات آزمايشي و تحليل بيشتري انجام شود.
پيشنهادات :
۱- بر روي فرآيندهاي دقيق انتقال حرارت و جرم مانند توزيع گرماي جذب بين فـيلم محلـول جاذب و هواي فرآيندي، نرخ خـيس شـدن صـفحات آكنـده بوسـيله محلـول جـاذب در رطوبـت زدا تحقيقات بيشتري انجام شود.
۲- در زمينه سيستم هاي هيبريدي تحقيقات گسترده تري صورت گيرد.
۳- به منظور بهبود بازده كلي سيستم و درك عميق تر چگونگي وقوع انتقال حرارت و جرم در درون رطوبت زداها، بايد تحقيقات آزمايشي و تحليل بيشتري انجام شود.
۴- به منظور پايدارتر كردن عملكرد سيستم در اندازه هاي بزرگ مطالعات جامع تـري صـورت گيرد. محاسبات بار حرارتي و برودتي ساختمان نمونه ساختمان نمونه، موقعيت و مشخصات آن در اين قسمت به بررسي سيستمهاي حرارت مركزي و تهويه مطبوع مربوط به ساختمان اداري آموزشي واقع در شهرستان ساري ميپردازيم. اين سـاختمان داراي۶ طبقـه مـيباشـد و بـه منظـور گرمايش و سرمايش آن از فن كويل (fan-coil) بهره گرفته شده است. زير بناي ساختمان فوق الذكر حدوداً ۲m2700 ميباشـد و داراي فضـاهاي گونـاگوني اسـت از قبيل سالن غذاخوري، اتاق اداري، كلاس آموزشي، آبدارخانه و نمازخانه و غيره ميباشد.
۵- محاسبات انجام شده مربوط به بار گرمايي و سرمايي اين ساختمان توسط نرمافزار تهويه مطبوع Hap 400) carrier) انجام شده اسـ ت. در ايـن سـاختما ن ۵۹ فضـا وجـود دارد. بـار گرمـايي كـل ساختمان با استفاده از نرمافزار Carrier برابر Btu hr800000 بدست آمده است. بار سرمايي بدست آمده توسط نرمافزار برابر ۸۸/۴ ton ميباشد.
نوع سيستم حرارت مركزي وتهويه مطبوع:
براي سيستم حرارت مركزي از سيستم حرارت مركزي با آب داغ استفاده شده است و در تهويه مطبوع و سرمايش نيز از آب سرد كه توسط چيلر توليد مي شود، بهـره گرفتـه مـيشـو د. بـا در نظـر گرفتن ۰۱ درصد ضريب اطمينان بابت افـت قـدرت و ظرفيـت سـرمايي چيلـر و افـتهـاي ناشـي از فرسايش در آينده داريم:
ton 2/97= 1/1×۴/۸۸ = ظرفيت سرماي چيلر ⇒ ۸۸/۴ton= بار سرمائي كل ساختمان
فصل دوم : بررسي سيستم هاي تهويه مطبوع و تبريد خورشيدي
۲-۱) مقدمه
از انرژي خورشيدي مي توان براي تهويه مطبوع ساختمان ها و يا تبريد جهـت نگهـداري مـواد غذايي استفاده كرد. از آنجايي كه در حداكثر تابش خورشيد قابليت خنك سازي و تبريـد خورشـيدي نيز حداكثر است، اين روش مناسب و كارايي است. اين مزيت و همچنين ضرورت تامين آسايش مردم ساكن در نقاط گرم جهان و ايجاد امكانات جهت نگهداري مواد غذايي انگيزه هاي تحقيق و توسعه در زمينه سيستم هاي سرمايش خورشيدي مي باشد.
علي رغم اينكه در چهار دهه گذشته كارهاي قابـل توجهي در زمينه سيستم هاي سرمايش خورشـيدي انجـام شـده اسـت، بخـاطر پيچيـدگي مفهـوم و ساختمان اين سيستم ها، اين زمينه از انرژي خورشيدي نتوانسته مانند زمينه هـايي نظيـر گرمـايش خورشيدي آب و اماكن به سرعت توسعه يابد. اما چنانچه سيستم سرمايش خورشيدي در ساختمان با سيستم گرمايش خورشـيدي همـراه و تركيـب شـود، آنگـاه سيسـتم تركيبـي سـرمايش و گرمـايش خورشيدي توجيه اقتصادي پيدا مي كند.
بطور مشابه سيستم هـاي يخچـال خورشـيدي و يـا تهويـه مطبوع خورشيدي مقرون به صـرفه مـي شـوند و همچنـين مـي تـوان از يخچـال و سـردخانه هـاي خورشيدي براي نگهداري داروهاي ضروري و غذا در نقاط دورافتاده، با صرفه اقتصادي اسـتفاده كـرد. روش هاي زيادي براي استفاده از انرژي خورشيدي در زمينه سرمايش وجود دارد:
• استفاده از سيستم هاي سيكل جذبي با جاذب مايع نظير
LiBr-H2O,H2O-NH3,LiCl-H2o,NH3-LiNO3,R22-DMF,NH3-NaSCN
• استفاده از سيستم هاي سيكل جذبي با جاذب جامد مانند CaCl2-NH3
استفاده از سيستم هاي سيكل جذب سطحي با جاذب جامد نظير
Silicagel-H2O,Zeolite-H2O
• استفاده از سيكل تراكمي بخار كه كمپرسور آن توسط بـرق (الكتريسـيت ه) توليـدي از پنل هاي فتوولتائيك كار مي كند.
• خنك سازي (سرمايش) غير فعال شبانه سيستم هاي آزمايشي گوناگوني بر پايه روش هاي بالا ساخته شده انـد و مـورد آزمـايش قـرار گرفته اند اما براي توليد تجاري و قابليت اطمينان به آنها نيازمند توسعه بيشتري هستند. انتخاب يك سيستم بخصوص نه تنها به عوامل اقتصادي بلكه به عوامل محلي نظير آب و هواي (شرايط جـو ي) در دسترس بودن آب خنك كاري. منابع انرژي كمكي و نـوع كلكتـور موجـود بسـتگي دارد. محـدوديت دمايي كلكتورهاي خورشيدي و همچنين نياز به داشتن يك ابزار ذخيره گرمايي مناسب، سيستم هاي تبريد خورشيدي را پرهزينه و حجيم مي سازد.
ساختاري پيچيدگي و اجزاي زيادي دارد كه برخي از مهمترين آنهـا عبارتنـد از: ميـدان كلكتورهـاي خورشيدي، وسيله ذخيره سازي گرما، يك وسيله خنك كننده خورشيدي (بر پايه سيكل جذبي و يـا رانكين) يك وسيله ذخيره سازي سرما، وسيله دفع گرما، سيستم هواساز و غيـر ه. بـا در نظـر گـرفتن دماي مورد نياز، مي توان از يك كلكتور صفحه تخت خورشيدي يا كلكتور لوله خلا و يـا كلكتورهـاي تمركزي براي گرم كردن سيال كار وسيله سرمايشي (خنك سازي) استفاده نمود.
بخشي از گرما مـي تواند در واحد ذخيره سازي، ذخيره شود. گرمايي كه از ساختمان گرفته مي شود، با اسـت فاده از يـك برج خنك كن و يا هر وسيله دفع گرمايي مناسب ديگر به جو دفع مي شود. اگر هوا توسـط دسـتگاهخنك سازي خنك شود، مستقيما وارد ساختمان مورد نظر مي شود و اگر آب سرد توليد شود، بخشي از آب وارد واحدهاي فن كويل مي شود و بخشي از آن براي استفاده در زماني كه دستگاه خنك سازي (سرمايش) كار نمي كند ذخيره مي شود.
عملكرد يك فرآيند تبريد توسط cop (ضريب عملكـر د) آن ارزيابي مي شود كه عبارتست از نسبت تبريد توليد شده به انـرژي ورود ي. Cop كلـي يـك سيسـتم سرمايش خورشيدي كه با سيكل رانكين كار مي كند حدود ۳/۰ تا ۴/۰ مي باشد كه به مقدار زيادي به بازده كلكتورهاي خورشيدي بستگي دارد. مزيت عمده سيسـتم تبريـد تراكمـي بخـار خورشـيدي رانكيني اين است كه هنگامي كه به سرمايش (تبريد) نيازي نيست، از اين سيستم مي توان به عنـوان پمپ گرمايي و يا براي توليد الكتريسيته (برق) استفاده نمود. بعلاوه اين سيستم را مي توان با حداقل كار پمپ براي هرگونه رنج دمايي طراحي نمود. مشكل اصلي سيستم، كنترل آن در زمان تابش متغير خورشيد است.
سيستم هاي تبريد تراكمي بخار خورشيدي رانكيني در ظرفيت هاي مختلف ساخته و آزمايش شده اند، اما براي بهبود بخشيدن بازده و قابليت اطمينان، به تحقيق و توسـعه بيشـتري نيـاز
است.
سيستم هاي تبريد كه بر پايه سيكل تراكمي بخار كه با پنل هاي فتوولتائيك كـار مـي كننـد،
cop در حدود ۵۲/۰ تا ۵۳/۰ دارند كه اين بخاطر بازده پايين تر سلول هاي خورشيدي مي باشـ د. از اين سيستم همچنين مي توان در حالت پمپ گرمايي استفاده نمود و هنگاميكه به تبريد (سـرماي ش) نيازي نيست مي توان از الكتريسيته براي امور ديگر استفاده نمـو د. در اينجـا بـه هـيچ پمـپ كمكـي ديگري نياز نيست. مشكل عمده سيستم هزينـه زيـاد سيسـتم در نتيجـه بـازده پـايين سـلول هـاي خورشيدي و هزينه بالاي پنل هاي فتوولتائيك و سيستم ذخيره سازي الكتريسيته مي باشد. سيستم تبريد بي صدا كار مي كند؛ قابل اطمينان است و از نظـر عملـي امكـان پـذير اسـت. سيستم تبريد بر مبناي سيكل هاي جذبي بسته، با توجه به بازده كلكتور ،cop در حدود ۱/۰ تـا۲/۰ دارند.
مزيت اين سيستم در اين است كه با حرارت كيفيت پايين (حتي حرارت اتلافي) مي تواند كـار كند و در هنگام كار بسيار كم صدا است. در اين سيستم براي بكار انداختن پمپ ها و فن ها به انرژي كمكي نياز است. سيستم هاي تجاري بر پايه اصل سيكل جـذبي موجـود هسـتند ولـي بـراي بهبـود عملكرد، قابليت اطمينان و كاربرد تجاري به تحقيق و توسعه بيشتري نياز است. سيستم هاي تبريد (سرمايش) بر پايه سيكل جذب سطحي، ساده و در هنگام فعاليت آرام مـي باشند و با cop در حدود ۲/۰ كار مي كنند. در اينجا نيز براي بكار انداختن پمپ ها و فن ها به انرژي كمكي نياز است.
بعضي سيستم هاي آزمايشي بر مبناي سيكل جذبي سطحي ساخته شـده انـد ولـي براي بهبود عملكرد و قابليت اطمينان، تحقيق و توسعه بسيار بيشتري نياز است. سيستم هاي تجاري كه به اين روش كار مي كنند در حال حاضر موجود نيستند. [۱] ۲-۲) سيكل تبريد كارنو
بين دو بازه دمايي، سيكل تبريد كارنو بالاترين ضريب عملكرد (cop) را دارد و در واقع حالـت عكس پمپ گرمايي است. قبل از انتخاب يك سيكل بخصوص كه با انرژي خورشيدي كـار كنـد. بايـد اصول ترموديناميكي عملكرد آنها را بخوبي بدانيم. در يك يخچال ايده آل كه معكوس يك موتور گرمايي است و در شكل۲-۲(ب) نشان داده شده است، يخچال R مقدار كار W را گرفته و مقدار حرارتـي بـه ميـزانQL در درجـه حـرارتTC را از فضاي مورد نظر گرفته و مقدار حرارتي به ميزان ۳Q در دماي TA به اتمسفر دفـع مـي كنـد. سـيكل تبريد در نمودار انتروپي- دماي شكل ۲-۲(ج) نشان داده شده است. قسمت بـالايي يعنـي مسـتطيل
۱-۲-۳-۴ نشان دهنده كار خالص انجام گرفته و بيانگر:
فرايند ۱-۲، افزودن هم دماي حرات؛ ۲-۳، تراكم آدياباتيك؛ ۳-۴ ، دفع گرما بصورت هم دما
و ۱-۴، انبساط آدياباتيك مي باشد. فرآيند ۱-۲ در واقع فرايند تبريد (سرمايش) است كه حرارت را از محيط سرد مي گيرد. فرايندهاي ديگر بيانگر دفع گرما از محيط سرد به يك سينك گرمايي دما بـالا(اتمسفر) مي باشند. بنابراين ناحيه پايين خط ۱-۲ نشان دهنده تبريد مفيد و ناحيه پايين خـط ۳-۴ نشان دهنده حرارت دفع شده به اتمسفر مي باشد. بنابراين ضريب عملكرد سيكل تبريد بصـورت زيـر است:
عبارت فوق فقط براي سيستم هاي ايده آل صادق است و محدوديت توليـد سـرما (تبريـ د) بـا استفاده از انرژي خورشيدي را نشان مي دهد و حد بالاي (حداكثر) cop را تعيـين مـي كنـد. اگـر از انرژي خورشيدي به عنوان منبع گرمايي استفاده شود، بخاطر پايين بودن دماي منبع TH، بازده موتور
پايين خواهد بود. اين بازده پايين موتور ،cop سيكل تركيبي تبريد/موتور گرمايي را بيشتر پايين مـي آورد. بنابراين براي داشتن cop بالاتر، دماي منبع گرمايي TH (كلكتور خورشيدي) بايد تا حد امكان بالا و دماي دفع حرارت TA تا حد ممكن پايين باشد. بنابراين كلكتورهـاي تمركـزي بـاTH بـالا بـه عنوان منبع گرمايي و آب سرد (خنك) به عنوان سينك حرارتي ترجيح داده مي شوند. سيستم هاي تبريد (سرمايش) بطور كلي به دو دسته تقسيم مي شوند: سيستم بسته و سيستم
باز .
در سيستم هاي تبريد بسته، دو حلقه جداگانه وجود دارد: يكي براي فرآينـد تبريـد و ديگـري براي انتقال حرارت از بار. هر دو حلقه، بسته هستند و از مبدل حرارتي استفاده مي كننـ د. هـر حلقـه براي عملكرد با حداكثر بازده و حـداقل هزينـه، بهينـه سـازي مـي شـود. در حاليكـه در فرآينـدهاي سرمايش باز، از طريق تبخير و رطوبت زدايي كنترل شـد ه، سـرمايش ايجـاد شـده و نيـاز بـه مبـدل حرارتي را از بين مي برد. علي رغم اينكه روش هاي زيادي براي تبريد با استفاده از انرژي خورشـيدي موجود است و درباره آن بحث كرديم ترجيحاً بهترين روش ها و قابل اطمينـان تـرين هـا عبارتنـد از: سيكل رانكين و سيكل جذبي. مزيت هاي به خصوصي در رابطه با استفاده از سيكل هاي جذبي وجود دارد كه عبارتند از:
(i) مقدار كار مكانيكي مورد نياز كم است. فرايند كم صدا و هزينه نگهداري پايين است.
(ii) علي رغم اينكه مقدار حرارت ورودي مورد نياز در سيكل هاي تبريد جذبي از كار مكانيكي
مورد نياز در سيكل هاي تراكمي بخار بيشتر است، ولي اگر حـرارت بصـورت ارزانقيمـت توليـد شـود
(مانند انرژي خورشيدي) آنگاه سيكل جذبي از نظر اقتصادي مطلوب و قابل توجه است.
(iii) واحد تبريد را مي توان در ظرفيت هاي بسيار بالا ساخت. (بيشتر از ۲۰۰۰ تن تبريد)
(iv) در بار گرمايي پايين نيز همان بازده در حالت كاركرد با تمام ظرفيت را دارد.
(v) بخار خروجي از توربين را مي توان براي گرمايش در زمستان و يا براي سرمايش با استفاده
از سيكل جذبي در تابستان استفاده كرد.
(vi) وجود مايع در بخاري كه را اوپراتور ترك مي كند، اثر زيان آوري بر روي سيسـتم جـذبي
بخار ندارد در حاليكه در سيستم هاي تراكمي بخار، بخار بايد سوپرهيت شود.
(vii) با افت دماي مطلوب اواپراتور ،ميزان فضاي مورد نياز براي سيستم هاي جذبي، مقبول و
مناسب مي شود.
(viii) سيستم تبريد، بدون آنكه cop آن تغيير كند، در فشارهاي پايين اوپراتور هم كـار مـي
كند. [۱] ۲-۳) تبريد جذبي
در حال حاضر از يخچال ها و هواسازهايي كه با سيكل جذبي خورشيدي كار مي كننـد، بطـور
گسترده اي استفاده مي شود و آنها دو گونه هستند: متناوب و پيوسته. چهـار قسـمت عمـده در يـك
دستگاه تبريد جذبي وجود دارد: ژنراتور، كندانسور، اواپراتور، و جذب كننده. در يك سـيكل تبريـد دو
ســيال كــاري اســتفاده مــي شــوند يــك مبــرد و يــك جــاذب. در فراينــد تبريــد از نــوع متنــاوب(intermittent) دو فرايند جداگانه وجود دارد: احيا و تبريد كه در زمـان هـاي متفـاوت انجـام مـي گيرند. دراينجا ژنراتور با جذب كننده و همچنين كندانسور و اوپراتور به هـم مـي پيوندنـد.
در واحـد ژنراتــور/جــذب كننــده، محلــول جــاذبي كــه غنــي از مبــرد اســت حــرارت داده شــده و در واحــد اواپراتور/كندانسور، بخار مبرد چگاليده شده و ذخيره مي شود. در فرآيند تبريد، مـايع مبـرد در واحـد اوپراتور/كندانسور تبخير شده و ايجاد سرما مي كند و بار ديگر توسط جاذب موجود در واحد ژنراتـو ر/ جاذب جذب مي شود و در اينجا، اثر سرمايش بطور متناوب ايجاد مي شود كه بـراي منـابع گرمـايي متناوب مانند انرژي خورشيدي مناسب است. براي اكثر كاربردها مانند خنك سازي ساختمان هـا بـه سرمايش پيوسته نياز است در حاليكه در آنهـا منبـع انـرژي، كلكتورهـاي خورشـيدي و سـاير منـابع گرمايي كمكي مي باشند.
هنگامي كه فرايند تبريد و بازيابي بطور همزمان اتفاق بيافتد، سـيكل هـاي تبريد پيوسته قابليت اطمينان بيشتري دارند و يك جريان پيوسته ايجاد مي شود. سيكل هاي جـذبي بر اساس اين اصل كار مي كنند كه برخي از مبردها در هنگام فرآيند جذب با تركيب شدن شـيميايي با جاذب، انرژي حرارتي آزاد مي كنند و در هنگام تبخير حرارت را جذب مي كنند