دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک

گرایش :  سیستم­های انرژی

عنوان : بهینه سازی ترمواکونومیک سیستم های جذبی خورشیدی

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکده مهندسی مکانیک

 

پایان نامه کارشناسی ارشد

گرایش سیستم­های انرژی

 

 

عنوان:

 

بهینه سازی ترمواکونومیک سیستم های جذبی خورشیدی

 

 

اساتید راهنما:

دکتر علی بهبهانی ­نیا

دکتر حسین صیادی

 

تابستان 1388

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در سالهای اخیر امكان استفاده از انرژی خورشیدی برای سرمایش و رطوبت زدایی، ذهن بشر را به خود مشغول كرده است. سیستم­های سرمایش جذبی خورشیدی(Solar Absorption Cycles) دارای مزیت­هایی از قبیل عدم خطرناك بودن از لحاظ زیست محیطی و كم بودن مصرف انرژی به ویژه در ساعات پیك الكتریكی 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 می­ کند. 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 بهره گرفتن 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

 

مقدمه. 1

مرور تحقیقات انجام شده قبلی.. 4

فصل یکم-تکنولوژی چیلر های جذبی.. 7

مقدمه. 7

1-1اصول اولیه ترمودینامیکی.. 8

1-2  سیکل سرمایش جذبی.. 9

فصل دوم-تکنولوژی چیلرهای جذبی خورشیدی.. 22

مقدمه. 22

2-1 چیلرهای جذبی خورشیدی تك مرحله ای.. 25

2-1-1 هیترهای های كمكی.. 26

2- 1-2 منبع ذخیره آب گرم. 26

2-1-3 منبع ذخیره آب سرد. 27

2-2  چیلرهای جذبی خورشیدی تك مرحله ای با تانك ذخیره مبرد و آب داغ. 28

2-3 چیلرهای جذبی خورشیدی دو اثره 29

2-4  تکنولوژی کالکتورهای خورشیدی.. 31

2-4-1 كالكتورهای تخت… 31

2-4-2 كالكتورهای لوله‌ای غیرمتمركز. 34

فصل سوم – تحلیل ترمودینامیکی و حرارتی سیستمهای جذبی خورشیدی.. 36

مقدمه. 36

3-1 خواص ترمودینامیکی محلول لیتیم برماید – آب… 36

3-1-1  غلظت… 36

3-1-2  فشار بخار 37

3-2 تحلیل ترمودینامیکی سیکل جذبی خورشیدی:جزء جذبی سیستم.. 39

فصل چهارم-تحلیل اگزرژی و ترمواکونومیک سیکل های جذبی خورشیدی.. 59

مقدمه. 59

4-1 تحلیل اگزرژی.. 60

4-1-1 تفاوت انرژی و اگزرژی.. 60

4-1-2 تعریف محیط… 60

4-1-3 حالت مرده یا سکون.. 60

4-1-4 حالت مرده محدود. 61

4-1-5 موازنه اگزرژی.. 61

4-1-6 اجزاء اگزرژی.. 61

4-1-7 بالانس اگزرژی.. 62

4-1-8 تخریب (اضمحلال) اگزرژی.. 63

4-2 تحلیل اگزرژی سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی.. 65

4-3 تحلیل ترمواکونومیک…. 70

4-3-1 کاربرد ترمواکونومیک…. 70

4-3-2 اصول ترمواکونومیک…. 70

4-3-3 هزینه گذاری اگزرژی.. 71

4-3-4 معادلات کمکی هزینه ها 72

4-3-5 مدلهای اقتصادی.. 76

4-3-6 بهینه سازی.. 77

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 تجاری  85

مقدمه. 85

5-1 معرفی مدل نمونه جهت تحلیلهای فنی و اقتصادی.. 85

5-2 معرفی حالات پایه جهت تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژتیکی مساله نمونه. 87

5-3 نتایج ترمودینامیکی و اگزرژتیکی تحلیل جزء جذبی سیکل جذبی خورشیدی.. 88

5-4 شبیه سازی وابسته به زمان و دینامیکی سیکل تبرید جذبی خورشیدی.. 90

5-5 تحلیل و بهینه سازی ترمواکونومیک سیکل تبرید جذبی خورشیدی.. 98

5-5-1 تعیین پارامترهای تصمیم و تابع هدف جهت بهینه سازی سیستم.. 98

5-6 نتایج حاصل از  تحلیل ترمواکونومیکی سیکل جذبی خورشیدی و آنالیز حساسیت سیستم.. 99

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 انتخابی.. 110

فصل ششم- نتیجه گیری و تحقیقات آتی.. 113

فصل هفتم-پیوست… 116

7-1   بررسی شرایط کارکردی سیکل جذبی تک اثره لیتیم برماید:آنالیز پارامتری.. 116

7-1-1 اثر تغییرات دما ها و فشار های نقاط مختلف سیکل بر عملکرد آن.. 118

7-1-2 اثر مبدل بازیاب حرارتی محلول در کارکرد سیکل.. 122

7-2  روابط و جداول مورد نیاز جهت تعیین خواص ترمودینامیکی محلول لیتیم برماید –آب… 126

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 محلول.. 127

مراجع.. 131

فهرست  جداول

جدول2- 1 مقایسه فنی و اقتصادی چیلرهای جذبی خورشیدی یك اثره با دو و سه اثر. 31

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 جذبی.. 44

جدول4- 1 خلاصه­ای از آنالیز سوخت – محصول و اتلافات برای سیکل تبرید جذبی تک اثره لیتیم برماید-آب   69

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 کالکتور 82

جدول5- 1 مقادیر پایه جهت تحلیل ترمودینامیک و اگزرژتیک سیکل جذبی تک اثره لیتیم برماید-آب   88

جدول5- 2 میزان پارامتر های ترمودینامیکی و اگزرژتیکی حاصله از تحلیل سیکل در حالت پایه. 89

جدول5- 3 میزان مشخصه های مفید اگزرژتیکی حاصله از تحلیل سیکل در حالت پایه…………………90

جدول5- 5 میزان مقدار كل تابش خورشید روی كالكتور 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 یك سیكل تهویه مطبوع خورشیدی.. 3

 

شکل1- 1 شرح ترمودینامیکی سیستم سرمایش…. 9

شکل1-2 تشریح شماتیکی چیلر جذبی تک مرحله ای.. 10

شکل2- 2 فلودیگرام سیكل جذبی خورشیدی همراه با منابع ذخیره مبرد و محلول.. 28

شکل2- 3 نمونه­ای از چیدمان و نحوه كنترل سیكل­های جذبی خورشیدی با منبع ذخیره آب داغ. 29

شکل2- 4 نمونه ای از سیكل های متداول سیستم های جذبی خورشیدی دو اثره 30

شکل2- 5 سطح مقطع یك نوع كالكتور تخت و چیدمان آن در یک ساختمان.. 32

شکل2- 6 آرایش کالکتورهای لوله­ای و سطح مقطع آن.. 34

شکل2- 7 سطح مقطع یك لوله از كالكتورهای لوله‌ای غیرمتمركز با جزئیات آن.. 35

شکل1- 3 نمودار تعادلی محلول آبی لیتیم برماید – آب(Duhring Chart) 38

شکل3- 2 نمودار آنتالپی-غلظت جهت محلول آبی LiBr. 39

شکل3- 3 شماتیکی از سیکل جذبی تک اثره آب-لیتیم برماید. 40

شکل3- 4 شماتیکی از سیکل جذبی تک اثره آب-لیتیم برماید با در نظر گرفتن جریان سیال در حلقه­های خارجی مبدل های حرارتی.. 47

شکل3- 5 شماتیکی از کارکردسیکل جذبی تک اثره آب-لیتبم برماید بر روی دیاگرام Duhring. 50

شکل3- 6 نمای یك سیكل تهویه مطبوع خورشید…………………………………………………………………………… 51

شکل3- 7 مقدار كل تابش خورشیدی و مقدار تابش مستقیم.. 53

شکل3- 8 تغییرات ضریب تلفات حرارتی (UL) نسبت به دمای صفحه كلكتور و درجه حرارت محیط… 54

شکل3- 9 پارامتر ( –  ) بر‌حسب راندمان (η) 55

 

شکل4- 1 دسته بندی تعادل اگزرژی.. 61

شکل4- 2 شماتیک سیستم حرارتی.. 74

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 11kw… 86

شکل5-2  میزان درجه حرارت محیط در ساعات گوناگون ماه های گرمایی کشور ایران.. 92

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   ،=85     …… 96

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   ،=85     ……. 96

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    ،=85     …… 97

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   ،=85     …… 97

شکل5- 7 روند تغییر در نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در سطح کالکتور خورشیدی.. 102

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 ژنراتور 103

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 ژنراتور 104

شکل5-11 روند تغییر نرخ تولید محصول در اواپراتور نسبت به تغییر دمای آب داغ ورودی به ژنراتور 104

شکل7- 3 تغییرات بار حرارتی با دمای تبخیرکنننده (،  = ،  ،  ، = ) 119

شکل7- 4 تغییرات بارهای حرارتی با دمای کندانسور ( =  ،  ،  ،  =  )…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 120

شکل7- 5 تغییرات بارهای حرارتی با دمای جاذب ( =  ،   = ،  ، = ) 120

شکل7- 6 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای ژنراتور کننده ( =  ،   = ،  ، = )…………………………………………………………………………………………………………….121

شکل7- 7 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای تبخیرکننده(  =  ،  ، = ) 121

شکل7- 8 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای کندانسور ( =  ،   = ،  ،   = )…………………………………………………………………………………………………………..122

شکل7- 9 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای جاذب ( =  ،  =  ،    ، = )……………………………………………………………………………………………………………..122

شکل7- 10 تغییرات دمای محلول با اثرگذاری SHX ( =  ،  =  ، = ) 123

شکل7- 11 تغییرات کاهش بار حرارتی با اثرگذاری SHX ( =  ،  =  ،  = ) 123

شکل7- 12 تغییرات PIR  با اثرگذاری SHX( =  ،  =  ،  = ) 124

شکل7- 13- تغییرات پارامترهای کارایی با اثرگذاری SHX (=    ،   ،   ، = )………………………………………………………………………………………………….124

شکل7- 14 تغییرات با غلظت LiBr. 125

 

شکل7- 15 تغییرات  با دمای ژنراتور و همچنین اثر SHX  بر روی خط بلورینگی(

) 125

 


فهرست  علائم و اختصارات

COP ضریب عملکرد
دما( )
حرارت( )
غلظت( )
جرم( )
LiBr لیتیم برماید
آنتالپی ویژه( )
دبی جرمی( )
نسبت گردش محلول( )
کار پمپ محلول،وزن تانک ذخیره آب داغ( )
حجم مخصوص
فشار ( )
ضریب انتقال حرارت کلی ( )
سطح تبادل حرارتی( )
اختلاف دمای لگاریتمی( )
کارآیی مبدل حرارتی
مقدار حرارت مفید كسب شده بوسیله كالكتور بر حسب( )
مقدار كل تابش خورشید روی كالكتور بر حسب( )
t,a)θ ضریب عبور پوشش ، ضریب جذب صفحه در زاویه برخورد θ
ضریب انتقال حرارت کالکتور
راندمان
ضریب تابع کنترلی اعمالی بر سیستم حورشیدی
گرمای ویژه فشار ثابت آب( )
کسر بار خورشیدی از بار کل
اگزرژی( )
نرخ اگزرژی( )
راندمان اگزرژتیک
راندمان اگزرژتیک
نرخ بازگشت ناپذیری( )
نرخ هزینه( )
نرخ هزینه دستگاه( )
هزینه واحد اگزرژی( )
نرخ هزینه ثابت( )
هزینه تعیرات و نگهداری
هزینه خرید تجهیز( )
ضریب بازگشت سرمایه
نرخ بهره
تعداد سال عملکرد سیستم
s آنتروپی( )
u انرژی داخلی( )
e اگزرژی ویژه
فاکتور اگزرژواکونومیک
میزان انتقال حرارت بر واحد جرم
نسبت افزایش کارایی
دمای آب ورودی و خروجی برج خنک کن( )
دمای آب ورودی و دمای حباب تر( )
دبی آب ورودی به برج خنک کن
زیرنویس
سطح پایین دمایی، اتلاف حرارتی از کالکتور،اتلاف اگزرژی
سطح بالای دمایی
سطح میانی دمایی
e اواپراتور
g ژنراتور
c کندانسور،کالکتور خورشیدی،کارنو
a جاذب
shx مبدل حرارتی محلول
لیتیم برماید
آب
سمت گرم مبدل حرارتی محلول
سمت سرد مبدل حرارتی محلول
سطح فشاری بالای سیکل
سطح فشاری پایین سیکل
تبریدی
حرارتی
حداقل دمای مورد نیاز ژنراتور جهت حصول دمای اواپراتور
سفحه جاذب کالکتور
محیط
ورودی جریان به کالکتور
خروجی جریان از کالکتور
مساحت دهانه‌ای از کالکتور كه اجازه عبور پرتوهای رسیده را داده است
θ زاویه تلاقی خورشیدی
خاموش شدن پمپ مابین تانک و کالکتور
روشن شدن پمپ مابین تانک و کالکتور
جریان شبکه در گره از تانک ذخیره آب داغ
وضعیت تانک در گره از تانک
خروجی از کالکتور
خروجی از بار(ژنراتور)
 ورود به سطح تماس دو گره در تانک ذخیره آب داغ
مرجع(ورود به ژنراتور)
هیتر کمکی
بار(ژنراتور)
تخریب اگزرژی
محصول
سوخت
کار
انتقال حرارت
ادوات کنترلی و ابزار دقیق
کالکتور خورشیدی
تانک ذخیره آب داغ
تانک ذخیره آب داغ
کالکتور خورشیدی
قیمت بر واحد سطح کالکتور خورشیدی
حباب تر
 
بالانویس
بار وارده از طرف تانک ذخیره آب داغ به کالکتور
کالکتور خورشیدی
CH شیمیایی
PH فیزیکی
CI هزینه های سرمایه گذاری
OM هزینه های عملیاتی و تعمیرات
CH شیمیایی

مقدمه

تولید سرمایش در زمینه زندگی روزمره بشری، كابردهای بسیار فراوانی از قبیل تولید مواد غذایی، مصارف تهویه مطبوع، موارد تولید دارو، سرمایش صنعتی و….دارد. سیكل­های سرمایش قدیمی و اولیه مانند سیكل­های تراكمی بخار[1] دارای دو مشكل عمده هستند كه امروزه نیز با آن دست در گریبانند. این دو مشكل عبارتند از[1]:

-افزایش جهانی مصرف انرژی­های اولیه و فسیلی: سیكل­های سرمایش قدیمی كه توسط الكتریسیته و حرارت عمل می­كنند، به طور شدیدی میزان زیادی انرژی فسیلی و اكتریكی را مصرف می­كنند. انستیتوی بین المللی تبرید و سرمایش در پاریس(IIF\IIR) %15از میزان كل انرژی الكتریكی كه 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 زمینه ­های تهویه مطبوع، به مصارف ساختمان­های مسكونی و تجاری اختصاص دارد. علاوه بر آن در تابستان مشكلات بسیار زیاد در افزایش چشمگیر پیك مصرف همچنان ذهن محققان را در كاهش آن به خود مشغول داشته است.

-سیستم­های سرمایش متداول سبب مشكلات زیست محیطی جدی می­شدند: سیالات عامل[2] مرسوم و غیر طبیعی در سیستم­های تجاری سابق(همانند كلرو فلو كربن ها(CFCs)، هیدروكلرو فلوروكربن­ها(HCFCs)و هیدروفلروكربن­ها(HFCs))سبب هر دو مشكل تخریب لایه اوزون و افزایش گرما در سرتاسر جهان می­شدند. از زمان تصویب پروتوكل مونترال در سال 1987،  توافقات بین ­المللی بر كاهش استفاده از این سیالات تأكید كرده­اند. به عنوان مثال اتحادیه اروپا بیان كرده كه تا سال 2015 تمامی سیستم­هایی كه با سیال HFCFs  كار می­كنند می­بایست از مدار خارج گردند.

بعد از بحران نفتی دهه 1970 در اروپا و به ویژه در سال­های اخیر، تحقیقات بر روی توسعه تكنولوژی­هایی كه سبب كاهش در مصرف انرژی، تقاضای پیك اكتریسیته و قیمت انرژی بدون كاهش در سطح شرایط مطبوع لازمه گردند، معطوف گشته­اند. به همین دلیل در سال­های اخیر امكان استفاده از انرژی خورشیدی برای سرمایش و رطوبت زدایی ذهن بشر را به خود مشغول كرده است و موجب پیشرفت در تكنولوژی بهره برداری از انرژی خورشیدی شده است. در مناطق گرم سیری جهان كه ضرورت سرمایش و تهویه مطبوع به طور جدی وجود دارد، ذهن بشر متوجه استفاده از انرژی در دسترس خورشیدی است تا بتواند با بهره گرفتن از آن رفاه و آسایش زندگی را فراهم آورد. علاوه بر این، كاربرد انرژی خورشیدی در مقایسه با سایر كاربردها جذابیت بیشتری دارد زیرا زمانی كه نیاز به آن وجود دارد (سرمایش و تهویه مطبوع) میزان انرژی خورشیدی زیاد است و می توان از آن بهره گیری كرد. سیستم­های سرمایش جذبی خورشیدی[3]دارای هر دو مزیت عدم خطرناك بودن از لحاظ زیست محیطی و كم بودن مصرف انرژی به ویژه در ساعات پیك الكتریكی را دارا هستند.

در مقایسه با دیگر كاربردهای انرژی خورشیدی این كاربرد پیچیدگی بیشتری دارد چه به لحاظ مفهومی و چه به لحاظ كاربردی. به همین دلیل توسعه و كاربرد جهانی پیدا نكرده است. در این روش تنها دریافت و جذب انرژی خورشیدی كافی نیست، بلكه باید بتوانیم این روش را به سرما تبدیل كنیم و سپس به طرف فضای مورد نظر بفرستیم. باید وسیله ای وجود داشته باشد كه حرارت را از دمای پایین (فضای مورد تهویه) گرفته و با دمای بالاتر (فضای بیرون) انتقال­ دهد یا در اصطلاح ترمودینامیكی به یك پمپ حرارتی[4] نیاز است. در شكل 1 نمای یك سیكل تهویه مطبوع خورشیدی با تمام تجهیزات به طور كامل نشان داده شده است.

سیال منتقل كننده حرارت در كالكتورهای خورشیدی تا دمای بالاتر از دمای محیط گرم شده و به عنوان محرك و انرژی در یك سیكل قدرت (كه خود یك پمپ حرارتی است) وارد می­گردد.

سیال انتقال دهنده گرما ممكن است هوا، آب و یا سیال دیگری باشد. گرما می ­تواند برای      زمان­هایی كه تابش خورشید وجود ندارد نیز ذخیره گردد. گرمای گرفته شده از سیكل خنك­كن خورشیدی به محیط اطراف منتقل می­شود، این كار به وسیله هوای محیط یا آب خروجی از برج خنك كن خنك می­شود.

تجهیزات سرمایش ممكن است اثر سرمایش را به طرق مختلف ایجاد كنند. یكی از روش­ها تولید آب سرد و فرستادن به سمت تجهیزاتی است كه به وسیله ی آب سرد محیط را خنك می­كنند (به كمك هواساز) و یا فن­های بادزن. همچنین می­توان هوا را به صورت مستقیم خنك كرد و به سمت فضای مورد تهویه فرستاد.

كالكتورهای خورشیدی[5] قسمت مهمی از هر سیستم خورشیدی هستند كه انرژی خورشیدی را به گرما در دمای مناسب تبدیل می­كنند، كه این گرما قدرت مورد نیاز برای سیكل سرمایش است. كالكتورها انواع مختلفی دارند كه 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 كه در فصل گرما تقاضا برای مصرف انرژی الكتریكی بسیار زیاد می­شود در این فصل با قطعی جریان برق مواجه هستیم و تقاضای بیشتر برای انرژی الكتریكی با مشكل مواجه است. با بهره گرفتن از تكنولوژی­های جدید می­توان از انرژی خورشیدی در چنین مواقعی استفاده كرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل (1): نمای یك سیكل 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 بهره گرفتن 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   می­ کند 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، می ­تواند 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک انجام شد.

تعداد صفحه : 156

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.