سیستم های تهویه مطبوع خوردشیدی

سیستم های تهویه مطبوع خورشيدي داراي مزاياي بسياري در صرفه جويي مصرف سوخت ساختمان و حفظ محيط زيست مي باشند ولي اين سيستم ها داراي ويژگي هاي فني و اقتصادي خاص خود مي باشند كه گسترش آنها را با مشكلاتي روبرو كرده است. با بررسي سیستم های تهویه مطبوع مي توان به اين نتيجه رسيد كه دو سيستم چيلر جذبي خورشيدي و سيستم دسيكنت جامد داراي قابليت هاي تجاري بيشتري از سيستم هاي ديگر مي باشند و در حال حاضر بكارگيري چيلرهاي جذبي خورشيدي برای به کار گیری انرژی خورشیدی در ساختمان با توجه به امكانات ساخت داخل كشور از نظر فني مسير است.

با بررسي اين سيستم در سطح كلان اقتصاد كشور و در نظر گرفتن هزينه يارانه هاي پرداختي دولت براي قيمت هاي انرژي و هزينه هاي زيست محيطي سيستم هاي تهويه مطبوع رايج مي توان به اين نتيجه رسيد كه استفاده از چيلرهاي جذبي خورشيدي به سود كشور است و موجب  صرفه جویی مصرف انرژی می شود.

مواد جاذب و مبرد در سیستم های تهویه مطبوع صنعتی خورشيدي

انرژی خورشیدی در ساختمان

در سيستم سرمايش خورشيدي دقت در انتخاب زوج ماده جاذب و مبرد به همان اندازه انتخاب كلكتور، طراحي سيستم و آرايش زير سيستم ها داراي اهميت است. عملكرد سيستم سرمايش خورشيدي به انتخاب مواد جاذب مختلف بستگي دارد. مواد جاذب براي تأمين يك سطح دماي مشخص و نيز نوع كاربرد مورد نياز متفاوت مي باشد. از جمله ويژگي هايي كه براي ماده جذب مي توان اشاره كرد آن است كه ماده جاذب بايد ظرفيت جذب بالا در شرايط دماي محيط و فشارهاي پايين را داشته باشد و سطح ويژه آن زياد باشد. در انتخاب ماده جاذب براي ايجاد سرمايش عوامل زير لازم است در نظر گرفته شود:

  1.  ظرفيت جذب و دفع بالا براي دستيابي به اثر سرمايي بالا
  2. ضريب هوايت حرارتي خوب براي كم كردن زمان سيكل
  3. ظرفيت حرارتي ويژه پايين
  4. سازگاري شيميايي با ميرد انتخاب شده

ماده جاذب شونده (سيال عامل) نيز بايد داراي خصوصياتي باشد كه به مهمترين آنها عبارت اند از:.

  1. گرماي نهان بالا به ازاي واحد حجم
  2. ايجاد ملكولي به اندازه كافي كوچك براي جذب شدن آسان
  3. ضريب هدايت حرارتي بالا

ساير خواص مبرد مشابه خواص ترموديناميكي مبردها در سيستم تراكمي است. از جمله مواد جاذب مورد استفاده ابزوپشن در كاربردهاي تهویه مطبوع مي توان به ليتيوم كلرايد، سيليكازل و زئوليت نام برد. محلول ليتيوم برومايد مهمترين ماده جاذب است كه در سيستم هاي ابزوپشن براي كاربردهاي تهويه مطبوع مورد استفاده قرار مي گيرد.

عملكرد سرمايش خورشيدي

ظرفيت سرمايش به تن تبريد

۵۰

۱۰۰

۳۰۰

سطح زمين خالص (m2)

۴۱۰

۸۲۰

۵۵۰/۲

سطح زمين (m2)

۵۰۰

۰۰۰/۱

۰۰۰/۳

گاز پشتيباني مورد نياز (terms)

۱۵۰/۱۰

۳۰۰/۲۰

۰۰۰/۶۱

كاهش بار بيك برق (kw)

۵۹

۱۱۷

۳۵۲

آب گرم توليد شده (۳۴oC m3)

۲۶

۵۲

۱۵۵

كاهش مصرف انرژي الكتريكي (kwh/yr)

۰۰۰/۴۵

۰۰۰/۹۰

۰۰۰/۵۵۰

كاهش انتشار Co2 (ten / year)

۱۸۵

۳۷۱

۱۵۷۵

* براي يك تقاضاي سرمايش ۹ ساعت در روز در تابستان

برآورد مقادير هزينه ها و صرفه جويي هاي اقتصادي:

ارزيابي اقتصادي چيلرهاي جذبي خورشيد

ظرفيت سرمايش چيلر جذبي خورشيدي

(بر حسب تن تبريد )

۵۰

۱۰۰

۳۰۰

قيمت دستگاه چيلر جذبي

 (بر حسب ميليون ريال )

۳۱۱

۵۰۲

۸۳۱

هزينه كلكتورهاي خورشيدي محاسبه با چيلرهاي تراكمي (برحسب ميليون ريال)

۳۵۹

۷۱۸

۲۲۳۱

صرفه جويي در يارانه مصرف برق (در يك سال) وبر حسب ميليون ريال در مقايسه با چيلرهاي تراكمي

۱۰۸

۳۷

۲۲۴

صرف جويي در يارانه مصرف گاز (در يك سال)

(برحسب ميليون ريال) در مقايسه با چيلرهاي جذبي

۲۸

۵۵

۱۶۵

صرفه جویی مصرف انرژی در هزينه زيست محيطي (در يك سال)

(برحسب ميليون ريال)

۳۶

۷۱

۳۰۲

تاريخچه چيلرهاي جذبي خورشيدي:

ايده توليد سرما با استفاده از سيستم جذبي در طي سال های ۱۸۵۹-۱۸۶۰ متولد شد. اولين دستگاه جذبي را يك مخترع فرانسوي بنام فرديناند كروي با استفاده از ميل تركيبي زوج سيال آب و آمونياك اختراع كرد. دستگاه كروي توسط چندين دانشمند ديگر تكميل شد و در سال ۱۹۳۹ اولين چيلر جذبي ساخته شد. توليد چيلرهاي جذبي در سال ۱۹۶۸ توسط شركت ARKLA آغاز شد و بعدها گروه ROBUR نيز آن را ادامه داد. از چيلرهاي جذبي خورشيدي در كشورهاي آسيايي (ژاپن، چين، هند) و كشورهاي اروپايي و آمريكا در ساختمان ها ( درحال حاضر ) استفاده مي شود از نمونه هاي آن در ژاپن به ساختمان بيمارستان توياما مي توان نام برد كه ظرفيت برودتي چيلر آن ۵۰ تن با سطح شبكه ۴۱۰ متر مربع مي باشد.

ارزيابي عملكرد چيلرهاي جذبي خورشيدي:

نحوه عملكرد جذبي خورشيدي براي سه ظرفيت ۵۰، ۱۰۰، ۳۰۰ تن تبريد بر حسب كلكتورهاي خورشيدي مورد نياز سطح زمين مورد نياز گاز شيميايي مورد نياز مقدار صرفه جويي در برق مصرفي در سال و مقدار كاهش انتشار دي اكسيد كربن در جدول صفحة بعد آورده شده است.

سيستم هاي خنك كننده دسيكنت مايع “Liquid Desiccant Cooling System”

اين سيستم ها نيز مانند سيستم هاي قبل داراي يك سيكل باز مي باشد و اساس كار آن ها در رطوبت زدايي از هوا بوسيله جاذب مايع مانند محلول آب و كلريد كلسيم و يا محلول آب و كلريد ليتيم و خنك كردن با تبخير آب مي باشد. دمای لازم جهت عملكرد بين ۴۵ تا ۷۰ درجه سانتي گراد مي باشد و توسط تكنولوژي خورشيدي گرد آورنده هاي صفحه تخت و كلكتورهاي هوايي خورشيدي قابل تأمين مي باشد.

 سيستم هاي فتوولتابي – تراكمي “Photo Voltaic Compression System “

اين سيستم شامل يك سري سلول هاي فتوولتائيك براي توليد برق و چيلر تراكمي مي باشد كه در عمل به علت كم بودن ضريب عملكرد و بالا بودن قيمت از نظر فني و اقتصادي مورد توجه قرار نگرفته است.

سيتسم هاي مكانيكي – حرارتي “Thermomechonical System “

اين سيستم در دو گروه فرايند سيكل رانكين – تراكمي و سيكل افشانك بخار قابل تقسيم مي باشد. در سيستم رانكين – تراكمي انرژي خورشيد به انرژي مكانيكي تبديل مي شود و سپس توسط يك چيلر تراكمي تهويه مطبوع ساختمان تأمين مي گردد ولي توليد توان مكانيكي از تشعشع خورشيد نشان نمي دهد كه در ابعاد تهويه مطبوع ساختمان اقتصادي باشد استفاده مي شود. مبرد و جاذب جامد سيكل تبريد به ترتيب آب و سيليكاژل و يا آمونياك و نمك مي باشد. در بازار اين ماشين هاي حرارتي از ظرفيت kw50 تا kw430 موجود مي باشد. دما لازم براي گرمايش ژنراتور درمحدوده ۶۰ تا ۹۰ درجه سانتي گراد هست و تكنولوژي خورشيدي لازم گرد آورنده هاي صفحه تخت و گردآورده هاي لوله خلامي باشد.

سيتسم هاي خنك كننده دسيكنت جامد “Solid PepsiCo Ant Cooling Systems”

اين سيستم ها داراي سيكل باز مي باشد و اساس كار آنها در رطوبت زدايي از هوا بوسيله جاذب جامد مانند شليكاژل و كلريد ليتيم – سلولز و خنك كردن با تبخير آب مي باشد. تكنولوژي موجود بر اساس ساخت چرخ آنتالپي (جهت رطوبت زدايي) مي باشد. ظرفيت سيتسم هاي دسيكنت جامد از kw20 تا حدود kw350 مي باشد.

دما لازم جهت عملكرد سيستم بين ۴۵ تا ۹۵ درجه سانتي گراد و توسط تكنولوژي خورشيدي گردآورنده هاي صفحه تخت و كلكتورهاي هوايي خورشيدي قابل تأمين مي باشد بايد توجه شود سيستم فوق در آب و هواي مرطوب داراي كاربرداشت و در مناطق بسيار گرم و مرطوب مانند سواحل خليج فارس بصورت تركيبي با سيستم چيلر تراكمي مورد استفاده قرار گرفته كه بطور چشم گير موجب صرفه جویی مصرف انرژی مي شود.

در سيستم دسيكنت هواي اتاق سير كوله مي شود و هواي محيط براي بازيافت ماده جاذب بكار مي رود هواي اتاق توسط چرخ دسيكنت رطوبت گيري شده و حرارت داده مي شود و قبل از ورود به اتاق خنك مي شود هوايي كه در محيط تهيه شده گرم شده است. از ماده جاذب عبور داده شده و آن را بازياب مي كند در اين سيستم مواد گرمايي محسوس و ماده رطوبت اجزاي چرخاف مي باشند. اين سيستم ها مي توانند از گاز طبيعي انرژي خورشيدي و گرماي تلف شده از ساير فرآيندها استفاده نمايند و به كاهش يا اوج مصرف برق كمك كرد.

تكنولوژي هاي سرمايشي خورشيدي

در تكنولوژي سيستم هاي سرمايش خورشيدي معمولاً از دو اصطلاح ابزورپشن و ادزوپشن دربيان ويژگي اصلي سيستم هاي جذبي استفاده مي شود. ابزورپشن هنگامي بكار گرفته مي شود كه ماده جاذب با جذب رطوبت تغيير حالت پيدا نمايد. مثلاً از حالت جامد به حالت مايع تبديل شود. ولي اگر ماده جاذب در اثر جذب رطوبت تغيير حالت پيدا نمايد مثلاً از حالت جامد به حالت مايع تبديل شود. ولي اگر ماده جاذب در اثر جذب رطوبت فقط تغيير وزن پيدا كند و حالت آن تغيير نكند از اصطلاح ادزورپشن استفاده مي شود.

سیستم های تهویه مطبوع خوردشیدی به لحاظ نوع فرايند به سيستم هاي ادزوپشن ناپيوسته، ادزورپشن گاز – جامد وفرايند ديفيوژن ئو فرايند ابزورپشن و سيستم هاي رطوبت گيرد دسيكنت تقسيم بندي مي شوند.

سيتسم ادزورپشن متناوب و ناپيوسته به دليل آنكه تابش خورشيدي نيز متناوب و ناپيوسته است يكي از روش هايي است كه مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين سيستم ها در كاركردهاي تأمين دماي بالا صفر و استفاده در سيستم هاي تهيه مطبوع از مواد سيليكاژل – آب وزئوليت – آب در ظرفيت خانگي، ضريب عملكرد ۴/۰ تا ۵/۰ در آنها مي باشد.

سيستم ادزوپشن پيوسته شامل تكنولوژي هاي چند طبقه ، موج گرمايي و هيبريد مي باشد ضريب عملكرد سيستم با ماده جاذب زئوليت – آب به حدود يك مي رسد در حالي كه براي سيستم متناوب زئوليت – آب ضريب عملكرد ۵/۰ است. ضريب عملكرد زئوليت با آب در سيستم ادزوپشن متناوب ۵/۰ ولي در پيوسته يك مي باشد.

كلكتورها:

سيستم هاي سرمايش خورشيدي از دو جزء اساسي مختلف شامل :سيستم سرماساز و سيستم كلكتور خورشيدي تشكيل مي شود. كار اين سيستم سرماساز با ضريب عملكرد آن و كارايي كلكتور با راندمان آن بيان مي شود. به لحاظ ضريب عملكرد يك سيستم سرمايش خورشيدي به صورت حاصل ضرب دو عامل مذكور بيان مي شود. كه در آن SCOP راندمان سيستم سرمايش خورشيدي و  راندمان كلكتور خورشيدي است ضريب عملكرد سيكل سرمايش با افزايش دماي ورودي افزايش مي يابد.

از طرف ديگر راندمان كلكتورهاي خورشيدي با افزايش دماي ميانگين سيال جريان يافته در ان كاهش مي يابد بنابراين افزايش دماي سيال واسط (كه عمدتاً آب گرم و بخار مي تواند باشد) به گونه اي متضاد در دو جز اصلي سيستم سرمايش خورشيدي تأثير مي گذارد.

ضريب عملكرد يك سيستم سرمايش خورشيدي با يك نوع كلكتور مشخص ماكزيممي افزايش مي يابد و پس از ان افزايش دماي سيال در كلكتور ضريب عملكرد سیستم های تهویه مطبوع خوردشیدی كاهش مي يابد اين مقدار ماكزيمم براي سيستم هايي كه كلكتور آنها با دماهاي بالاتر سيال واسط كار مي كند مقادير بيشتري خواهد . با توجه به اينكه دماي سيال واسط كلكتورها در نتيجه تابش خورشيدي بدست مي آيد در مناطقي كه ميزان تابش خورشيدي بيشتري برخوردار هستند. سيال واسط كلكتور به دماي بالاتري مي رسد بنابراين سيستم ماكزيمم منحني سهمي گون ضريب عملكرد سيستم سرمايش خورشيدي نيز افزايش مي يابد.