-
ارزيابي فني و اقتصادي چيلرهاي جذبي خورشيدي
تاریخ انتشار : یکشنبه، ۰۴ مهر ۱۳۹۵
سيستم هاي مختلف تهويه مطبوع خورشيدي:
سيستم هاي مختلف تهويه مطبوع خورشيدي كه تاكنون توسط دانشمندان پيشنهاد شده است بصورت تقسيم بندي زير مي باشد كه اين سيستم ها هر كي داراي ويژگي هاي فني و اقتصادي خاص مي باشد كه گسترش و توسعه اين سيم ها را با مشكلات و محدوديت هايي روبرو كرده است. در حال حاضر در سيستم چيلر جذبي خورشيدي و سيستم دسكنت جامد داراي قابليت هاي تجاري بيشتري از سيستم هاي ديگر مي باشند.
1- چيلرهاي جذبي خورشيدي از نوع جاذب مايع "Absorption Chillers"
اين سيستم داراي سيكل بسته مبرد مي باشد و براي توليد آب سرد استفاده مي شود، مبرد و جاذب سيكل تبريد به ترتيب آب و محلول ليتيم برمايد و يا آمونياك و آب مي باشد كه در بازار چيلرها با توان kw35 تا حداكثر mw5 موجود است.
دما لازم براي گرمايش ژنراتور چيلرها از 75 تا 110 درجه سانتي گراد براي چيلرهاي يك مرحله اي و از 140 تا 180 درجه سانتي گراد براي چيلرهاي دو مرحله اي هست. تكنولوژي خورشيدي لازم گرد آوردنده لوله خلاء "Vacuum tube collectors " مي باشد.
2- چيلرهاي جذبي خورشيدي از نوع جاذب جامد: Adsorption Chillers""
اين سيستم داراي سيكل بسته مبرد مي باشد و براي توليد آب سرد تازه هاي اين صنعت
اگر درون كلكتور آب استفاده شود امكان يخ زدن آن در حالتي كه دماي محيط در حدود 3 تا 4 درجه است نيز وجود دارد. (در شب هاي صاف) چون آسمان دور دست داراي دمايي به مراتب پايين تر از صفر درجه سانتي گراد مي باشد. لذا از طرف تشعشع آب حرارت خود را از دست مي دهد و ممكن است به دمايي حتي زير صفر هم برسد. چرا كه اولاً كلكتور داراي سطح نسبتاً وسيعي است و همچنين دقيقاً رو به آسمان مي باشد. يكي از راه هاي مقابله با اين مشكل استفاده از سيستم هاي بسته و مايعات واسطه مي باشد و مي توان از مخلوط اتيلن گليكول و آب و يا ساير ضد يخ ها استفاده كرد.
يك شركت معتبر در اين زمينه ماده شيميايي ويژه اي را با نام Hartmarx توليد نموده كه داراي تركيب شيميايي زير مي باشد.
< >90% پروپيلن گليكول 5/4% دي پتاسيم – مونوهيدروژن فسفات 008/0% رنگ آبي اديكول 6% آب مقطر ويژگی هاي اين ماده به شرح زير مي باشد :
< > تا دماي oC10- هيچ گونه بلور يخ تشكيل نمي شود. از 10- تا oC15- بلورها تشكيل مي شوند اما مايع به راحتي جاري مي شود. تا oC 25- كاهش چگالي محسوسي ندارد. تا oC 40- به طور كامل يخ نمي زند. از پوسيدگي و خوردگي جلوگيري مي كند. چون حاوي موادي است كه اولا خوردگي را دفع مي كند و ثانياً از اسيدي شدن مايع جلوگيري مي كند فاسد نمي شود و احتياج به شارژ مجدد ندارد. با دماي جوش حدود 188 در مقابل تغييرات زياد دما فاسد نمي شود. سمي نيست. يكي از شركت هاي مقتدر در زمينه ساخت آبگرمكن خورشيدي در استراليا درباره نحوه مقابله با زياد گرم شدن آب در تابستان و كم گرم شدن آن در زمستان معتقد است:بيشتر اتلاف حرارت سيستم از مخزن ذخيره مي باشد، در صورتي كه ميزان اتلاف و دريافت انرژي در مخزن برابر باشد به حالت تعادل خواهد رسيد. همچنين هر چه سرعت اتلاف پايين تر باشد دماي تعادل مخزن بالاتر خواهد رفت. از طرف ديگر دماي تعادل مخزن بايد پايين تر از دماي جوش آب بوده و اگر به نقطه جوش آب برسد فشار بالا رفته و لذا ضريب اطمينان مخزن را بايد بالاتر برد. دو روش جهت كنترل ميزان سرعت اتلاف گرما در مخزن مي توان مورد استفاده قرار داد.
1- يكي استفاده از عايق ضخيم تر در قسمت بالاي مخزن مي باشد. بدين صورت كه وقتي دماي مخزن بالا باشد اتلاف از قسمت پايين بالاتر مي رود و لذا دماي مخزن پايين آمده و به حالت تعادل مي رسد. وقتي دما پايين باشد، اتلاف پايين بوده و تانكر اجازه مي يابد تا افزايش دما داشته باشد.
2- در صورتي كه دماي محيط بالا و ميزان تابش خورشيد زياد باشد، مي توان از سيستم كمكي لوله اتلاف نيز بهره گرفت، لوله اتلاف از دو قسمت جاذب و دفع كننده (كندانسور) تشكيل شده است در داخل آن خلاء نسبي برقرار است و لذا موجب شده آب درون لوله تحت فشار كمتري از فشار جو قرار گرفته و لذا در دماي پايين تر از oC 100 و در حدود oC 70 به جوش آيد. قسمت جاذب آن در پايين تانكر و قسمت دفع كننده آن بيرون تانكر قرار مي گيرد.
توصيه شده در ساخت مخازن از مس استفاده نشود چون در مقابل فشار معمولي آب داغ نيز آسيب پذير است به ويژه وقتي آب مقدار زيادي كلر ادشته باشد از استيل ضد زنگ استفاده نشود. اما بهتر است از فولاد به به همراه سراميك استفاده شود. در جاهايي كه ميزان تابش خورشيد كم است به منظور دريافت انرژي خورشيدي بالاتر و راندمان بهتر كلكتورها را به 35 لوله در هر متر عرض كلكتور ساخته شود. به منظور كاهش اتلاف در اين نوع كلكتور از نوع finishing"" مي توان استفاده نمود:
2- استفاده از پوشش پودرهاي پلي استر و ديگري استفاده از كروم روي صفحه جاذب مي باشد.
عملكرد اين دو نوع پوشش خيلي نزديك به يكديگر هستند ولي پوشش كروم سياه و راندمان بالاتري دارد چون "Heat – lost" تشعشعي كمتري داد.
معرفي آبگرمكن خورشيدي :
پس از بحران انرژي در سال 1352 (1937) و گراني قيمت انرژي فسيلي ، اقدامات وسيعي در جهت استفاده از منابع ديگر انرژي به خصوص منابع انرژي نو توسط بسياري از ممالك دنيا به عمل آمد. انرژي خورشيدي به عنوان اصلي ترين و مهم ترين منبع انرژي نو ، از لحاظ كاربردهاي حرارتي و فتونيكي مورد مطالعه و تحقيق قرار گرفته و سيستم هاي مختلف حرارتي و فتوويتائيكي در اين زمينه ساخته و به بازار عرضه گرديده است. يكي از سيستم هاي حرارتي كه بسيار مورد استفاده قرارگرفته است آبگرمكن خورشيدي مي باشد. آبگرمكن خورشيدي سيستم هاييي هستند كه انرژي خورشيدي را درون كلكتورها تبديل به انرژي حرارتي نموده و سپس اين انرژي به وسيله صفحات جذب كننده جمع آوري شده و معمولاً به سيالي كه در درون لوله هايي كه بر روي صفحات جذب كننده قرار دارند، منتقل مي گردد. سيال در اثر گردش اجباري (استفاده از پمپ) و يا طبيعي (ترموسيفوني) انرژي خود را به سيال درون منبع ذخيره اي كه در فاصله نزديكي از كلكتور قرار دارد، منتقل مي نمايد.
انواع آبگرمكن خورشيدي:
آبگرمكن هاي خورشيدي مي توانند بصورت فعال و غير فعال طراحي شوند. سيستم فعال از يك پمپ الكتريكي براي گردش مايع استفاده مي كند و سيستم غير فعال فاقد چنين پمپي است. آبگرمكن هاي خورشيدي همچنين با مدار باز يا مستقيم و مدار غير مستقيم نيز مشخص مي شوند. در يك سيستم با مدار باز آب مورد نياز خانوار در كلكتور گردش مي كند. يك سيستم با مدار بسته از يك مايع انتقال دهنده گرما ( به عنوان مثال گليكول يا مخلوط آب و ضد يخ ) و مبدل ها براي انتقال گرما به آب خانوار استفاده مي شود.
سيستم فعال:
سيستم هاي فعال از پمپ هاي الكتريكي سيستم تخليه و كنترل كننده ها براي گردش آب يا مايعات انتقال گرماي ديگر استفاده مي كنند. اين سيستم ها معمولاً گرانتر از سيستم هاي غير فعال هستند. و البته كاراترمي باشند. سيستم هاي فعال براي نصب، عموما آسان تر از سيستم هاي غير فعال مي باشند. چون منابع ذخيره اي آن ها احتياج به نصب در بالا يا نزديك كلكتور ندارد.
1- سيستم فعال با مدار باز :
اين سيستم ها از پمپ براي به گردش در آمدن آب خانوار ميان كولكتورها استفاده مي كنند. اين طرح كارا و كم هزينه مي باشند. اما اگر آب مورد استفاده از نوع سخت يا اسيدي باشد. مناسب نيست زيرا با فاسد شدن و جرم گرفتن آن، موجب از کار افتادن سیستم می شود، سيستم هاي با مدار باز در آب و هواي غير سردسيري مانند هاوايي مناسب هستند. اين سيستم ها نبايد در آب و هوايي كه دماهاي خيلي سرد را تجربه مي كنند، نصب شود. البته مي توان آن ها را در آب و هواي متعدل كه گهگاهي هواي سرد دارد، نيز نصب كرد اما بايستي آن را از يخ زدن محافظت نمود. سيستم با گردش اجباري يك نوع مشخص از سيستم هاي با مدار باز هستند كه از يخ زدن جلوگيري مي كند. آن ها در زماني كه درجه هوا پايين است، از پمپ براي گردش از منبع ذخيره آب ميان كلكتورها و لوله ها استفاده مي كنند. بايستي مد نظر داشت كه سيستم هايی با گردش اجباري در جاهايي كه حداكثر يك يا دو بار در سال هوا در آنجا به زير صفر مي رسد، مي تواند مورد استفاده قرارگيرد. البته زماني كه برق قطع شده است، پمپ كار نمي كند و سيسم يخ مي بندد. براي محافظت دوباره آن از سيستم تخليه مي توان استفاده كرد.
2- سيستم هاي فعال با مدار بسته:
اين سيستم سيل انتقال دهنده گرما را (معمولاً گليكول يا مخلوطي از آب و ضد يخ) در ميان كلكتورها پمپ مي كنند و مبدل هاي حرارتي، گرما را از مايع به آب خانوار در منبع ذخيره انتقال مي دهند. دو جداره بودن مبلدهاي حرارتي مانع از آلودگي آب خانوار مي شوند. سيستم هايی با مدار بسته همراه با منبع براي نواحي اي كه دماي پايين دارند، مناسب است زيرا آن ها يك محافظ خوب براي جلوگيري از يخ زدن را پيشنهاد مي كنند. به هر حال سيستم هاي ضد يخ يك مقدار گران تر مي باشند همچنین ضد يخ بايستي هر سال بررسي شود و هر 3 تا 10 سال یک بار بسته به كيفيت ضد يخ و دماهاي سيستم تعویض شود.
در اين سيستم از پمپ الكتريكي براي سير كوله سيال هاي انتقال حرارت، مانند مخلوط آب و گليگول در كلكتور استفاده مي شود، پس از گرم شدن سيال، مبدل هاي حرارتي، گرما را به آب موجود در داخل منبع انتقال مي دهند. گاهي اوقات در طراحي، از يك سيستم تخليه به منظور جلوگيري از يخ زدگي استفاده مي شود. با استفاده از اين سيستم، در شرايطی كه دماي هوا پايين مي آيد، پمپ بخش پاييني كلكتور خاموش شده و سيال موجود در كلكتور و لوله ها به منبع تخليه مي رود.
سيستم هاي غير فعال
سيستم هاي غير فعال آب مورد نياز خانوار با يك سيال انتقال دهنده، گرما را در سيستم بدون پمپ حركت مي هند. اين سيستم ها هيچ جزء الكتريكي ندارند و اين موضوع، آن ها را معتبرتر و آسان تر براي تعمير كرده و با دوام تر از سيستم هاي فعال مي سازند.
سيستم هاي غير فعال مي توانند ارزان تر از سيستم هاي فعال باشند ولي کارایی کمتری نیز دارند. اين سيستم ها بسته به آب و هواي منطقه مورد نظر مي توانند به صورت سيستم ناپيوسته با سيستم ترموسيفوني باشند.
< >سيستم ناپيوسته اين سيستم مثالي از سيستم هاي غير فعال مي باشد كه شامل يك يا چند منبع ذخيره است كه در جعبه عايقي با يك سطح صيقلي و براق قرار داشته و در مقابل آفتاب قرار مي گيرد. اين سيستم ها ارزان هستند و اجزاءكمي دارند به عبارت ديگر تعمير كم و عيب كمتري دارند.
يك سيستم ناپيوسته روي زمين يا روي پشت بام قرار مي گيرد (بايد مطمئن بود كه پشت بام به اندازه كافي محكم باشد). بعضي از اين سيستم ها سطوح برگزيدهاي را براي جعبه عايق استفاده مي كنند. اين سطوح نور خورشيد را به خوبي جذب مي كنند ولي از نور خورشيد خيلي كم جلوگيري مي كنند. در آب و هوايي كه دماي هوا به زير صفر درجه سانتي گراد مي رسد اين سيستم ها بايستي از يخ زدگي محافظت شوند و يا براي زمستان خشك شوند.
در سيستم هاي با طراحي خوب عمدتاً اجزا، آسيب پذيرند. در مقابل يخ زدگي، لوله ها هستند اگر درجاهايي قرار گفته باشند كه عايق بندي نشده اند. اگر اين لوله ها خوب عايق بندي شده باشند گرماي منبع از يخ زدگي جلوگيري مي كند. سيستم هاي مشخص شده به وضوح سطح دمايي كه موجب زيان مي شود را بيان مي كنند به علاوه براي جلوگيري از يخ زدگي لوله ها شما مي توانيد يك سيستم گرمايي نصب كنيد و يا هر دو كار را انجام دهيد. به خاطر داتشه باشيد كه سيتسم گرمايي احتياج به برق دارد بنابراين تركيب هواي يخ بندان و قطع برق مي تواند به تركيدن لوله ها منجر شود. اگر شما در جايي زندگي مي كنيد كه يخ زدگي كم باشد مي توانيد از لوله پلاستيكي استفاده كنيد كه زماني كه يخبندان است، نمي تركد.
2- سيستم هاي ترموسيفوني:
يك سيستم ترموسيفوني تكيه بر بالارفتن آب گرم دارد. يك پديده اي كه به عنوان انتقال گرماي طبيعي براي گردش آب ميان كلكتور و منبع شناخته شد ه است. در اين نوع سيستم ها منبع بايستي بالاي كلكتور قرارگيرد چنانچه آب در كلكتور گرم شود آن سبك شده و به منبع آب كه در بالاي آن قرار دارد، مي آيد. در اين ميان آب سرد در منبع از طريق لوله ها به پايين مي آيد و در كلكتور قرار مي گيرد اين عمل موجب گردش در سيستم مي شود. منبع ذخيرة آب به بالاي كلكتور تماس داده شده است بنابراين عمل ترموسيفوني مي تواند رخ دهد اين سيستم ها قابل اعتماد و ارزان هستند اما احتياج به طراحي دقيق در ساختمان هاي جديد دارد زيرا منبع آب سنگين است. آن ها مي توانند در يك سيستم بسته بوسيلة گردش محلول ضد يخ در يك مبدل حرارتي براي گرم كردن آب خانوار در زماني كه يخ
بندان است، مورداستفاده قرار گيرند.
به اين ترتيب همان طوري كه در شكل نيز ملاحظه شد، آبگرمكن هاي خورشيدي از قسمت هاي زير تشكيل شده اند:
< >كلكتورو گرد آورندة انرژي خورشيدي منبع ذخيره آب گرم لوله هاي اتصال دستگاه كنترل و پمپ (با توجه به نوع آبگرمكن خورشيدي مورد استفاده ) - كلكتور: كلكتور حساس ترين و مهم ترين قسمت آبگرمكن خورشيدي مي باشد که انرژی خورشيدي را به انرژي حرارتي تبديل مي نمايد. اين نوع كلكتورها بايد در محلي باشندكه در آن انرژي خورشيدي را به طور كامل جذب كنند. به عنوان مثال مي توان آن را بر روي سقف خانه و به سمت جنوب قرار داد. كلكتورها به سه دسته تقسيم مي شوند:
- كلكتور صفحه اي: ساده ترين نوع كلكتور مورد استفاده است. ساختار آن به شكل يك جعبه مستطيل شكل بوده كه در داخل آن يك صفحه جاذب فلزي از جنس مس يا آلومينيوم يا پوشش به رنگ سياه تشکیل شده است. اين صفحه، جاذب انرژي حرارتي خورشيد مي باشد. روي صفحه لوله هاي كوچكي قرار گفته كه آب يا سيال انتقال حرارت در آن ها جريان دارد. اطراف كلكتور به منظور كاهش افت حرارتي عايق بندي شده است. روي سطح جعبه از پلاستيك شفاف يا شيشه پوشيده شده است. گرماي جذب شده توسط كلكتور موجب گرم شدن آب مي شود.
1- كلكتور لوله اي تحت خلاء :
1- لوله شفاف 2- لوله شيشه اي 3- محفظه ي تحت خلاء 4- تيوپ جاذب 5- ورودي 6 خروجي
کلکتور لوله ای تحت خلاء از تعداد لوله دو جداره شفاف موازي تشكيل شده است كه در داخل آن يك تيوپ با پوششي ازماده جاذب قرار دارد. هوا ، از فضاي بين دو جداره لوله خارج گرديده و خلاء ايجاد شده از اتلاف حرارت جلوگيري مي كند گرماي جذب شده توسط كلكتور موجب گرم شدن آب مي شود.
- كولكتور سهموي: سطح آيينه اي داشته و براي تجمع انرژي خورشيدي برروي تيوپ جاذب كه شامل سيال انتقال حرارت است به كار مي رود.
2- منبع ذخيره آبگرم : حجم منبع ذخيره
آبگرم در آبگرمكن هاي خورشيدي بايد متناسب با مساخت كولكتورها باشد. گنجايش اين منبع نيز بايد طوري باشد كه بتواند آبگرم مورد نياز روزهاي ابري را در خود ذخيره نمايد. ضخامت ايزولاسيون بايد به اندازه باشد كه از هدر رفتن انرژي ذخيره شده جلويگري نمايد. با توجه به اينكه آبگرمكن هاي ترموسيفوني فاقد نيروي پمپ براي سيركولاسيون سيال مي باشند. در طرح مبدل حرارتي براي اين نوع آبگرمكن بايد دقت كافي به عمل آيد كه نيروي اصطكاك ميان درون مبدل حرارتي حداقل باشد. به منظور انتخاب نوع منبع ذخيره آبگرم با مبدل حرارتي مناسب براي آبگرمكن هاي ترموسيفوني منبع هاي زير مركز تحقيقات و كاربرد انرژي نوساخته شده است و مورد آزمايش قرارگرفته است.
< >منبع ذخيره با مبدل حرارتي لوله مارپيچي مسي در درون آن منبع ذخيره با مبدل حرارتي منبع درون منبع منبع ذخيره با مبدل حرارتي ديوار دو جداره 3- لوله هاي اتصال: لوله هاي اتصال بايستي خوب عايق بندي شوند تا در زماني كه هوا به زير صفر مي رسد از بين نروند البته مي توان از لوله هاي پلاستيكي نيز استفاده كرد.
4- دستگاه كنترل و پمپ: در آبگرمكن هاي پمپي به منظور استفاده از پمپ در مواقعي كه بين سيال درون كولكتور و سيال منبع ذخيره آبگرم اخلاف درجه حرارت معيني وجود داشته باشد .
شرکت تجارت ایرانیان