کوتاه پژوهشی

شبیهسازي و بررسی فنی ـ اقتصادي سامانه چیلر جذبی
تک اثرة آب ـ لیتیم برومید مدد یافته با انرژي خورشیدي

حسین کریمینیا، فتح اﷲ فرهادي*+
تهران، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی شیمی و نفت

چکیده: انرژي خورشیدي یکی از انرژي هاي تجدیدپذیر است که براي بسیاري از فرآیندهاي طبیعی کره زمین ،حیاتی میباشد. کاربرد انرژي خورشیدي به منظور تأمین آبگرم مصرفی، گرمایش و سرمایش ساختمانها در ایران در دهههاي اخیر بسیار موردتوجه قرار گرفته است. در این مقاله، شبیهسازي و بررسی فنی ـ اقتصادي یک سامانه چیلر جذبی تک اثره آب ـ لیتیم برومید خورشیدي در شرایط اقلیمی اصفهان مطالعه شده است. بیشترین تقاضاي
انرژي سرمایشی براي این ساختمان 71 کیلو وات میباشد که در تیرماه اتفاق میافتد. بنابراین یک چیلر جذبی با ظرفیت 91 کیلو وات (5 تن تبرید، متناظر با ساختمانی با زیر بناي 002 متر مربع) انتخاب شد. ساعتهاي استفاده مفید از این سامانه سرمایشی خورشیدي از 7 صبح الی 7 بعد از ظهر، در روزهاي یازدهم اردیبهشت تا هشتم مهرماه در نظر گرفته شد. فعالیت سامانه در زمان کمبود تابش خورشیدي با استفاده از انرژي ذخیره شده در مخزن ذخیره گرما و همچنین یک گرمکن کمکی ادامه مییابد. نتیجههاي اقتصادي نشان میدهد که کلکتور لولهاي تخلیه شده با مساحت 03 متر مربع بهترین انتخاب براي این شرایط میباشد. این سامانه در مقایسه با چیلرهاي جذبی شعله مستقیم با ظرفیت یکسان، سالانه 598 متر مکعب صرفهجویی در مصرف گاز طبیعی را به همراه دارد .

واژههاي کلیدي: سرمایش جذبی مدد یافته با انرژي خورشیدي، تک اثره، آب ـ لیتیم برومید، شبیهسازي، بهینهسازي.

KEY WORDS: Solar assisted absorption chiller, Single-effect, Water- lithium bromide, Simulation,
Optimization.

مقدمه
مهار کرد که همگی علمی و امکانپذیر هستند. اما صنعتی شدن و مقرون به صرفه بودن این روشها وابسته به این است که آیا انرژي تأمین شده با این روشها، میتواند با انرژي به دست آمده از سوختهاي فسیلی و هستهاي رقابت کند یا خیر؟ بنابراین کوشش اصلی براي پژوهش و توسعه در زمینه انرژي خورشیدي باید همسو با یافتن راهی اقتصادي باشد .]1[ در سالهاي اخیر مصرف انرژيهاي فسیلی در ایران و جهان چند برابر شده است؛ افزون بر آن روند رو به افزایش قیمت سوختهاي فسیلی و اثرهاي مخرب زیست محیطی آنها مانند آلودگیها، افزایش دماي کره زمین و تخریب لایه اوزون، میل به استفاده از انرژيهاي تجدیدپذیر و پاك، همچون انرژي خورشیدي را دو چندان کرده است. خورشید یک منبع انرژي
بیپایان میباشد که پتانسیل تأمین درصد بزرگی از انرژي مورد نیاز کشور ما بر روي کمربند خورشیدي کره زمین قرار دارد دنیا را دارد. انرژي خورشیدي را میتوان از راههاي گوناگون و از نظر دریافت تابش خورشیدي یکی از مساعدترین مناطق زمین است .

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
35
بر اساس گزارش سازمان انرژيهاي نو ایران [2]، سواحل دریاي خزر کم تابشترین منطقه ایران است که روزانه8 /2 تا8 /3 کیلووات ساعت بر متر مربع در سطح افقی انرژي دریافت میکند .
مناطق آذربایجان، خورستان و خراسان شمالی تابشی برابر با 8/3 تا5 /4 کیلووات ساعت بر متر مربع را دریافت میکنند .
مناطق مرکزي با بیشترین میزان دریافت به طور متوسط روزانه 5/4 تا2 /5 کیلووات ساعت بر متر مربع تابش خورشیدي را دریافت میکنند؛ به عنوان نمونه استانهاي فارس و کرمان با دریافت2 /5 تا4 /5 کیلووات ساعت بر متر مربع، بالاترین میزان تابش روزانه خورشیدي را دارند. این عددها نشان دهنده در دسترس بودن و گستردگی انرژي خورشیدي در ایران میباشد .
در استفاده از انرژي خورشیدي به عنوان منبع تأمین کننده سرمایش باید این نکته را در نظر داشت که تابش نور خورشید مهمترین عامل تعیین کننده دماي محیطی است. بنابراین نیاز به سرمایش در دوره تابستان بیشتر از زمانهاي دیگر است. افزون بر این ساعتها بیشترین دما رابطه نزدیکی با سطح تابش بیشینه خورشیدي دارد. عاملهاي دیگري همچون رطوبت، وزش باد نیز بر نیاز سرمایشی اثر گذاشته و میتوانند همبستگی بین شدت تابش خورشید و تقاضاي سرمایشی را تغییر دهند [3]. به طور کلی میتوان فرض کرد که میزان بار سرمایشی مورد نیاز، همگام با میزان تابش خورشیدي باشد .
براي تأمین سرمایش فضاهاي ساختمانی، سه نوع سامانه سرمایشی در کشور متداول است: تبخیري، تراکمی و جذبی. تفاوت عمده سامانه سرمایش تراکمی و جذبی، جایگزینی ژنراتور و ماده جاذب در سامانههاي سرمایش جذبی بهجاي کمپرسور در سامانه تراکمی است .هدف از ایجاد این تغییرات، کاهش مصرف انرژي الکتریکی است؛ چرا که کمپرسور موجود در سامانههاي تراکمی براي متراکم کردن سیال با حجم مخصوص بالا، انرژي الکتریکی زیادي نیاز دارند. ولی در سامانههاي جذبی، براي تأمین سرمایش مورد نیاز احتیاج به یک منبع گرمایی میباشد .سرمایش جذبی یکی از اولین و قدیمیترین روشهاي تهویه مطبوع و برودت میباشد. اولین چیلر جذبی در سال 0681 میلادي توسط فردیناند کاره(1) فرانسوي اختراع شد و در آمریکا به ثبت رسید. اساس کار دستگاه تبرید جذبی بر این اصل استوار است که میتوان بخار سیال مبرد را در مایعی جذب کرد. هر چه دماي مایع جاذب کمتر باشد، میزان جذب بخار در آن بیشتر است .]4[ این سامانه براي جداسازي محلول رقیق جاذب و جذب شونده
Chilled water
Cooling water
به یک منبع گرم نیاز دارد . سوختهاي فسیلی، بخار آب، آب گرم و انرژي خورشیدي میتوانند به عنوان تأمین کننده گرما در چیلر جذبی مورد استفاده قرار گیرند. همچنین لازم است اشاره شود که در این سامانهها از ترکیبهاي فلوئور ـ کلر استفاده نمیشود ،بنابراین چیلر جذبی مخرب لایه اوزون و محیط زیست نمیباشد .

شرح سامانه خورشیدي
اولین چیلر جذبی خورشیدي در سال 7791 میلادي توسط شرکت یازاکی ژاپن در ظرفیتهاي 91، 53 و 07 کیلووات به بازار عرضه شد. ظرفیت 53 کیلووات آن در آن موقع، بیشترین تقاضا را داشته است. مهمترین سازندگان چیلر جذبی خورشیدي در قاره اروپا از کشورهاي آلمان و اسپانیا میباشند. بیشترین تقاضا در این کشورها به ظرفیتهاي 91 تا 53 کیلووات محدود میشود [5]. در شکل 1 نماي کلی یک سامانه چیلر جذبی خورشیدي نشان داده شده است .
انرژي دریافت شده از طریق کلکتور توسط سیال سیکل خورشیدي به درون مخزن ذخیره گرما (T) منتقل میشود. مخزن، وظیفه ذخیره انرژي و انتقال آن را بر عهده دارد. درون مخزن، انرژي از جریان با دماي بیشتر (سیال عامل سیکل خورشیدي) به جریان با دماي کمتر(سیال عامل سیکل تبرید) منتقل میشود. در سامانه چیلر جذبی، درون محفظه تبخیر کننده(2)، گرماي جریان برگشتی از درون ساختمان (آب سرد شده(3) گرفته میشود و باعث تبخیر مبرد میشود. بخار مبرد از درون تبخیرکننده گذشته و جذب محلول جاذب (در A) میشود. این فرایند باعث رقیق شدن محلول جاذب میشود .
بنابراین براي بالا بردن قدرت جذب، محلول جاذب توسط نیروي پمپ (P) به ژنراتور (G) فرستاده میشود. درون ژنراتور محلول جاذب رقیق با جذب گرما، تغلیظ شده و مبرد تبخیر میشود. گرماي مورد نیاز ژنراتور از سیال عامل چرخه گرمایی دریافت میشود. مبرد تبخیر شده که داراي دما و فشار بالا میباشد به محفظه چگالنده (CON)
-335021400761

فرستاده میشود. گرماي مبرد تبخیر شده ((Qc درون چگالنده توسط آب خنک کن(4) گرفته شده و سرانجام مایع مبرد از درون روزنههاي ورودي وارد محفظه تبخیرکننده میشود که باعث افت فشار مایع مبرد میشود. براي مواقعی که انرژي خورشیدي جذب شده توسط کلکتور کافی نباشد یک گرمکن کمکی (AU) تعبیه شده تا دماي سیال عامل سیکل جذب را به حد دلخواه برساند. انرژي مصرفی در گرمکن کمکی از سوختهاي فسیلی یا برق تأمین میشود .
Ferdinand Carré
Evaporator

اجزاي سامانه
چیلر جذبی
چیلرهاي جذبی را به چند روش میتوان تقسیمبندي نمود: یک روش متداول براي تقسیمبندي چیلرهاي جذبی، برحسب نوع سیال کاري چیلر میباشد. دو سامانه متداول با استفاده از این روش آب ـ لیتیم برومید و آمونیاك ـ آب هستند. البته سامانههاي دیگري همچون آب ـ سیلیکاژل و متانول ـ کربن فعال نیز ساخته شدهاند اما به علت راندمان پایین، هنوز از آنها استفاده تجاري نمیشود .
چیلرهاي جذبی آمونیاك ـ آب براي کاربردهاي سرمایشی زیر صفر درجه سانتیگراد و سامانه آب ـ لیتیم برومید براي کاربردهاي سرمایشی بالاي صفر درجه5( درجه) سلسیوس مورد استفاده قرار میگیرند .
-395981419482

افزون بر این روش، چیلرهاي جذبی را میتوان از نظر تعداد ژنراتور نیز تقسیمبندي نمود. از این منظر چیلرهاي جذبی شامل دو دسته تک اثره و دو اثره میباشند. راندمان نوع دو اثره بیشتر از نوع تک اثره است؛ از طرفی دماي بالاتري در ژنراتور نوع دو اثره نسبت به نوع تک اثره مورد نیاز است. انرژي مورد نیاز در ژنراتور چیلرهاي جذبی به سه طریق تأمین میشود. در روش اول انرژي گرمایی از طریق شعله مستقیم به سیال ژنراتور انتقال داده میشود
55



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید