وبلاگ

 
در این پژوهش بررسی بر روی سیستم های تبرید جذبی غیرقابل برگشت براساس برگشت ناپذیری داخلی و خارجی با توجه به ظرفیت های حرارتی محدود مخازن خارجی ارائه شده است. برای بهینه سازی سیستم  سه سناریو تعریف شد که در این سناریوها توابع هدفی نظیر  ضریب عملکرد (COP) ، تابع محیط زیست (E) و معیار ترمواکونومیک ( ) و نرخ تولید آنتروپی ویژه در فرایند بهینه سازی به طور همزمان درگیر شده اند .سناریو اوّل که شامل دو تابع هدف ، به حداکثر رساندن ضریب عملکرد زیست محیطی ECOP و به حداقل رساندن نرخ تولید آنتروپی ویژه به طور همزمان می باشد. الگوریتم های تکاملی چند هدفه (MOEAs  ) بر مبنای الگوریتم NSGA-II استفاده شده است در حالی که دمای سیال کاری در ژنراتور (  ) ، دمای سیال کاری در اواپراتور (  ) و دمای سیال کاری در کندانسور و دمای سیال کاری در جذب کننده (  ) به عنوان متغیرهای تصمیم گیری در نظر گرفته شده است .
سناریوی دوّم وسوّم شامل توابع هدف ضریب عملکرد (COP) ، تابع محیط زیست (E) و معیار ترمواکونومیک (F ) می باشد که درآن ها این توابع به طور همزمان بهینه شده اند و نتایج بدست آمده با  تحقیقات گذشته مقایسه گردید. الگوریتم های تکاملی چند هدفه (MOEAs  ) بر مبنای الگوریتم
NSGA-II استفاده شده است در حالی که نرخ دمای سیال کاری ( , ) و نرخ سطح انتقال حرارت ( , ) به عنوان متغیرهای تصمیم گیری در نظر گرفته شده است . مرز مطلوب پارتو انجام شده است و یک راه حل بهینه نهایی با بهره گرفتن از روش تصمیم گیری های مختلف مثل روش LINMAP و روش TOPSIS و روش Fuzzy انتخاب شد
کلمات کلیدی: ضریب عملکرد ، روش NSGA-II ، ترمودینامیکی ، تبرید جذبی
 
 

• مقدّمه

با توجه به این كه تاسیسات یک ساختمان به عنوان قلب آن ساختمان محسوب شده و طراحی و انتخاب تجهیزات آن از اهمیت شایانی برخوردار بوده و هم چنین با توجه به اهمیت موضوع كاهش مصرف انرژی در این مقاله سعی بر آن شده تا مزایای چیلرهای جذبی نسبت به تراكمی و طرز كار آن ها جهت تهیه آب سرد جهت سرمایش ، آب گرم جهت گرمایش و هم چنین آب گرم مصرفی در راستای صرفه جویی در مصرف انرژی مورد بحث و بررسی قرار گیرد .
چیلرها از جمله تجهیزات بسیار مهم در سرمایش هستند كه به طور كلی می توان آن ها را به دو دسته چیلرهای تراكمی و چیلرهای جذبی تقسیم كرد. به طور كلی چیلرهای تراكمی از انرژی الكتریكی و چیلرهای جذبی از انرژی حرارتی به عنوان منبع اصلی برای ایجاد سرمایش استفاده می كنند.
در سال های اخیر سیستم های تبرید جذبی بسیار مورد علاقه قرار گرفته اند. این سیستم ها
می توانند از انرژی حرارتی اتلافی، خورشیدی ، بیوماس[4] و انرژی گرمایی به عنوان منبع حرارتی استفاده کنند. معمولاً سیستم های جذبی براساس سیکل های لیتیم برماید/آب و آب/آمونیاک می باشند. مزیت آمونیاک به عنوان مبرد نسبت به آب این است که می تواند در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد تبخیر شود و هم چنین دمای نقطه انجماد آمونیاک 77- درجه سانتی گراد است.بنابراین آمونیاک می تواند برای کاربردهای دما پایین استفاده شود. سیستم تبرید جذبی مزایای بسیاری نسبت به سیستم تبرید فشرده سازی بخار (تراکمی) دارد که شامل : الف) ارزش گذاری یک منبع گرم با دمای متوسط (گرمای زائد از صنایع مختلف ، انرژی خورشیدی و انرژی زمین گرمایی) که بدون آن قابل استفاده خواهد بود ، ب)کاهش مصرف منابع انرژی اولیه ؛ ج) کاهش اثرات منفی روی محیط زیست ؛ د) سادگی عملیات آن ، ر) طول عمر بالا و عدم وجود قطعات متحرک ( آرام و مطمئن )  می باشد. بنابراین سردکننده های جذبی برای مصارف صنعتی و خانگی در کل دنیا مورد توجه قرار گرفته اند. با این حال ، سیستم تبرید جذبی ضریب عملکرد کم تر از ضریب سیستم تبرید تراکمی دارد.
ادوین آندرسن[5] در کتاب «تبرید: خانگی و تجاری» در مورد زوج مبرد و جاذب چیلرهای جذبی که دارای ماده جاذب مایع هستند، 9 ویژگی مهم مبرد و جاذب را که می توانند نقش تعیین کننده در انتخاب برای استفاده در این گونه سیستم ها داشته باشند را چنین برمی شمارد :
اوّل: عدم حالت جامد – زوج مبرد و جاذب نباید در طی فعل و انفعالات و دامنه دمایی طبیعی عملیات سرمایش جذبی به حالت جامد درآیند.

 زیرا بروز فاز جامد منجر به کندی حرکت محلول یا حتی انسداد مسیرهای سیال می شود.

دوّم: نسبت فراریت زیاد – فراریت ماده مبرد باید خیلی بیش تر از فراریت ماده جاذب باشد تا امکان جداسازی  آن ها طی عملیات تغلیظ که در ژنراتور صورت می گیرد به سهولت امکان پذیر باشد. امکان جداسازی آسان ماده مبرد از جاذب که به صورت محلول وارد ژنراتور می شوند، تاٌثیر مستقیمی بر کاهش مقدار انرژی گرمایی داشته و از هزینه های مربوط به عملیات تغلیظ می کاهد.
سوّم: میل شدید به جذب – تمایل ماده جاذب به جذب ماده مبرد با توجه به خواص هریک از آن ها در دامنه عملیاتی چیلر جذبی از مهم ترین مشخصه های یک زوج خوب محسوب می شود. چنین میلی منجر به نوعی وابستگی و پیوستگی به هنگام هم نشینی با یک دیگر می شود. از همین رو سرعت ترکیب و درهم ادغام شدن افزایش یافته و ضریب فعالیت مبرد کمتر از واحد می شود و از سوی دیگر مقدار ماده جاذب برای جذب مبرد کاهش یافته و در نتیجه از میزان انرژی گرمایی مورد نیاز کاسته می شود. هم چنین اندازه مبدل حرارتی که امکان تبادل حرارت بین محلول غلیظ ماده جاذب خروجی از ژنراتور و محلول رقیق محلول جاذب و مبرد تحت فشار پمپ را به وجود می آورد کوچک تر می شود. در عین حال تحقیقات ژاکوب[6]، آلبرایت و تاکر[7]   [1-4] نشان می دهد که تمایل شدید ماده جاذب به ماده مبرد مشکل غلیظ سازی را در ژنراتور به همراه دارد، زیرا در ژنراتور انرژی گرمایی بیش تری باید صرف جداسازی این دو ماده شود، که البته با آن میل شدید به وصل، چنین عاقبتی قابل پیش بینی است.
چهارم: فشارمتوسط – فشار عملیاتی ماده مبرد و جاذب برای انجام فرایند جذب و سپس جداسازی که منجر به سرمایش می شود باید در حد متوسط باشد . زیرا نیاز به فشارهای زیاد باعث افزایش ضخامت دیواره های دستگاه و استفاده از تجهیزات و وصاله های فشار قوی می شود که این گونه موارد بر سنگینی و هزینه های آن می افزایند. از طرف دیگر نیاز به فشارهای خیلی پایین و خلأ نیز منجر به افزایش حجم دستگاه برای عملیات جذب شده و تجهیزات خاصی را برای حفظ خلأ در درون دستگاه طلب می کند.
پنجم: پایداری – مواد جاذب و مبرد باید از پایداری و ثبات شیمیایی خوبی برخوردار باشند و خواص اولیه خود را در طی سالیان متمادی حفظ کنند. پایداری شیمیایی امکان شکل گیری گازها و مواد جامد را کاهش داده و خوردگی را به حداقل می رساند.
ششم: خوردگی و فرسایش کم – مواد جاذب و مبرد به هرحال کم یا زیاد موجب خوردگی و فرسایش سطوح فلزی دستگاه می شوند و طبیعتاً در این میان موادی مناسب تر هستند که پایداری آن ها بیش تر و اثرات فرسایشی آن ها کم تر باشد. برخی اوقات برای جلوگیری از اثرات فرسایشی مواد لازم می شود تا ترکیبات شیمیایی دیگری به عنوان بازدارنده به زوج جاذب و مبرد اضافه شود.
هفتم: ایمنی – زوج جاذب و مبرد نباید سمی یا قابل احتراق باشند و هم چنین استفاده از آن ها نباید تاٌثیرات زیان بار زیست محیطی به دنبال داشته باشد. هرچه عوارض آ نها کم تر و ایمنی استفاده از آن ها بیش تر باشد، از امتیاز کاربری بالاتری برخوردار خواهند بود.
هشتم: ویسکوزیته کم – هرچه مواد جاذب و مبرد روان تر و دارای ویسکوزیته کمتری باشند، حرکت آن ها سریع تر و بهتر انجام می شود و در نتیجه انتقال گرما و جرم راحت تر صورت می گیرد و پمپ ها انرژی کمتری برای جابجایی آن ها صرف می کنند.
نهم: گرمای نهان زیاد مبرد – هرچه گرمای نهان مبرد بیش تر باشد، نرخ گردش ماده جاذب کمتر خواهد بود. بالا بودن گرمای نهان مبرد منجر به افزایش بازده می شود. زوج های شناخته شده جاذب و مبرد همه خواص بالا را به صورت کامل دارا نیستند، اما از میان آن ها زوج جاذب لیتیم بروماید / آب و همین طور آب / آمونیاک شرایط بهتری دارند و با توجه به موارد فوق، انتظارات بیش تری را برآورده می کنند. سایر زوج های جاذب و مبرد که می توانند مورد بررسی و تحقیق قرار گیرند، عبارتند از:
آمونیاک و نمک امتیل آمین و نمک ها،‌ الکل ها و نمک های آمونیاک و محلول های آلی دی اکسید گوگرد و محلول های آلی[8] هیدروکربن های هالوژنه و محلول های آلی بعضی از این مواد دارای برخی ویژگی های مناسب مانند عدم متبلور شدن در چرخه سرمایش جذبی هستند اما در برخی، موارد دیگر همچون پایداری، خوردگی و ایمنی شرایط چندان خوبی ندارند. همان طور که اشاره شد، در حال حاضر زوج های لیتیم بروماید / آب و آب / آمونیاک مناسب ترین زوج های مورد استفاده در سیستم های سرمایش جذبی هستند و بر همین اساس می توان سیستم های سرمایش جذبی را از نظر نوع ماده جاذب و مبرد در دو گروه عمده زیر طبقه بندی نمود :
– سیستم سرمایش جذبی با مبرد آب و ماده جاذب لیتیم بروماید
– سیستم سرمایش جذبی با مبرد آمونیاک و ماده جاذب آب
1-1- سیستم سرمایش جذبی با مبرد آب و ماده جاذب لیتیم بروماید:
چیلرهای جذبی با مبرد آب و جاذب لیتیم بروماید، رایج ترین نوع چیلرهای جذبی هستند که در انواع مختلف هم از نظر چرخه تغلیظ و هم از لحاظ منبع گرمایی در تاسیسات تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرند. این چیلرها بنا به خواص فیزیکی و شیمیایی مبرد آب امکان سردسازی زیر صفر درجه سانتی گراد را ندارند و به همین دلیل برای سرمایش آب تا 5 درجه سانتی گراد و بیشتر به کار گرفته می شوند. برای رسیدن به دماهای پایین تر از صفر درجه سانتی گراد باید از چیلرهای جذبی با مبرد آمونیاک و جاذب آب استفاده نمود. چیلرهای لیتیمی برای ظرفیت های کمتر از 30 تن تبرید نیز کاربرد چندانی ندارند و به طور معمول چیلرهای کم ظرفیت یکپارچه آپارتمانی با ظرفیت های 3 ، 5 و 10 تن تبرید از نوع آمونیاکی هستند.
چیلرهای جذبی لیتیمی شامل انواع مختلف یک اثره، دو اثره، سه اثره، با ژنراتور بخار، آب داغ، آب گرم و شعله مستقیم می شوند. بنابراین شرح و توضیح درباره هر یک از این انواع، به خودی خود متضمن شناسایی چیلرهای لیتیمی به طور اعم نیز می شود. بنابراین در این قسمت ابتدا به خواص آب به عنوان مبرد و لیتیم بروماید به عنوان جاذب می پردازیم و سپس بحث را در این بخش به
گونه ای پی می گیریم تا کلیات مرتبط با تمامی چیلرهای لیتیمی بدون طرح شرایط اختصاصی
گونه های مشخص آن ها مورد بررسی قرار گیرد و به هنگام پرداختن به انواع یک اثره، دو اثره، سه اثره و شعله مستقیم، بازهم مواردی در این باره با نگاه و رویکردی متفاوت طرح خواهد شد. بنابراین به منظور جلوگیری از تداخل موضوعی و پرهیز از تکرار مندرجات، بررسی کامل این گونه چیلرها را به مباحث مربوط به چیلرهای یک یا چند اثره موکول می کنیم. آب، یکی از بهترین حلال های شیمیایی است و از این نظر ماده بسیار مناسبی برای حل نمودن نمک ها از جمله لیتیم بروماید محسوب می شود. در واقع خاصیت حلالیت آب است که منجر به ایجاد محلول رقیق و حمل و انتقال ماده جاذب در چرخه سرمایش جذبی می شود. به دلیل خاصیت حلالیت خارق العاده، دسترسی طبیعی به آن بدون ترکیبات مختلف و به صورت کاملاً خالص بسیار مشکل و تقریباً غیرعملی است. بنابراین آب به صورت طبیعی حاوی انواع عناصر و ترکیبات است. آب می تواند حاوی انواع ترکیبات اکسیژن، کربن، نیتروژن و سولفورها باشد. همچنین وجود فلزاتی مانند مس، روی، آهن، منگنز، سرب، آلومینیوم و انواع عناصر دیگر مثل کلسیم، پتاسیم، سیلیس، فلوئوروید و انواع باکتری ها در آن محتمل است. وجود کربن در آب می تواند موجب خوردگی فلزات شود و همین طور وجود اکسیژن در آب نیز زنگ زدگی و فرسایش قطعات فلزی را به همراه خواهد داشت. وجود سولفات ها ، نیترا تها ، کلریدها و کربنا تها نیز موجب سختی آب و ایجاد رسوب گذاری در لوله ها و کاهش انتقال حرارت و افزایش خوردگی می شوند.
[1] Coefficient of Performance
[2] Multi-objective evolutionary algorithms
[3] Non-dominated sorting genetic algorithm
 
[4] Biomass
[5] Edvin Andersen
[6] Jacob
[7] Taker
[8] Organic