لغات کلیدی: سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی،لیتیم برماید-آب،کالکتور خورشیدی،منبع ذخیره آب داغ،ترمواکونومیک،اگزرژی فهرست مطالب مقدمه1مرور تحقیقات انجام شده قبلی4فصلیکم-تکنولوژی چیلر های جذبی7مقدمه71-1اصول اولیه ترمودینامیکی81-2 سیکل سرمایش جذبی9فصلدوم-تکنولوژی چیلرهای جذبی خورشیدی22مقدمه222-1 چيلرهاي جذبي خورشيدي تك مرحله اي252-1-1 هیترهای هاي كمكي262- 1-2 منبع ذخيره آب گرم262-1-3 منبع ذخيره آب سرد272-2 چيلرهاي جذبي خورشيدي تك مرحله اي با تانك ذخيره مبرد و آب داغ282-3 چيلرهاي جذبي خورشيدي دو اثره292-4 تکنولوژی کالکتورهای خورشیدی312-4-1 كالكتورهاي تخت312-4-2 كالكتورهاي لوله‌اي غيرمتمركز34فصل سوم – تحلیل ترمودینامیکی و حرارتی سیستمهای جذبی خورشیدی36مقدمه363-1 خواص ترمودینامیکی محلول لیتیم برماید – آب363-1-1 غلظت363-1-2 فشار بخار373-2 تحلیل ترمودینامیکی سیکل جذبی خورشیدی:جزء جذبی سیستم39فصلچهارم-تحلیل اگزرژی و ترمواکونومیک سیکل های جذبی خورشیدی59مقدمه594-1 تحلیل اگزرژی604-1-1 تفاوت انرژی و اگزرژی604-1-2 تعریف محیط604-1-3 حالت مرده یا سکون604-1-4 حالت مرده محدود614-1-5 موازنه اگزرژی614-1-6 اجزاء اگزرژی614-1-7 بالانس اگزرژی624-1-8 تخریب (اضمحلال) اگزرژی634-2 تحلیل اگزرژی سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی654-3 تحلیل ترمواکونومیک704-3-1 کاربرد ترمواکونومیک704-3-2 اصول ترمواکونومیک704-3-3 هزینه گذاری اگزرژی714-3-4 معادلات کمکی هزینه ها724-3-5 مدلهای اقتصادی764-3-6 بهینه سازی774-4 تحلیل ترمواکونومیک سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی:77فصل پنجم-تحلیل ترمودینامیک,اگزرژی و بهینه سازی ترمواکونومیک وابسته به زمان در یک نمونه تبرید جذبی خورشیدی تجاری85مقدمه855-1 معرفی مدل نمونه جهت تحلیلهای فنی و اقتصادی855-2 معرفی حالات پایه جهت تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژتیکی مساله نمونه875-3 نتایج ترمودینامیکی و اگزرژتیکی تحلیل جزء جذبی سیکل جذبی خورشیدی885-4 شبیه سازی وابسته به زمان و دینامیکی سیکل تبرید جذبی خورشیدی905-5 تحلیل و بهینه سازی ترمواکونومیک سیکل تبرید جذبی خورشیدی985-5-1 تعیین پارامترهای تصمیم و تابع هدف جهت بهینه سازی سیستم985-6 نتایج حاصل از تحلیل ترمواکونومیکی سیکل جذبی خورشیدی و آنالیز حساسیت سیستم995-6-1 بررسی تغییر نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در مقادیر ورودی و پایه سیستم(آنالیز حساسیت)1015-7 بهینه سازی سیکل تبرید جذبی تک اثره خورشیدی انتخابی110فصل ششم- نتیجه گیری و تحقیقات آتی113فصلهفتم-پیوست1167-1 بررسی شرایط کارکردی سیکل جذبی تک اثره لیتیم برماید:آنالیز پارامتری1167-1-1 اثر تغييرات دما ها و فشار های نقاط مختلف سیکل بر عملکرد آن1187-1-2 اثر مبدل بازیاب حرارتی محلول در کارکرد سیکل1227-2 روابط و جداول مورد نیاز جهت تعیین خواص ترمودینامیکی محلول لیتیم برماید –آب1267-2-1 تعیین فشار محلول لیتیم برماید- آب بر حسب غلظت و دمای محلول.........................1267-2-2 تعیین آنتالپی محلول لیتیم برماید- آب بر حسب غلظت و دمای محلول127مراجع131 فهرست جداولجدول2- 1مقايسه فني و اقتصادي چيلرهاي جذبي خورشيدي يك اثره با دو و سه اثر31جدول3- 1خلاصه حالت ترمودینامیکی نقاط سیکل نشان داده شده در شکل3-3.............................42جدول3- 2خلاصه معادلات بقای جرم و انرژی جهت تحلیلی سیکل های تک اثره جذبی44جدول4- 1خلاصهای از آنالیز سوخت – محصول و اتلافات برای سیکل تبرید جذبی تک اثره لیتیم برماید-آب69جدول4- 2 خلاصهای از روابط ترمواکونومیکی برای سیکل تبرید جذبی تک اثره لیتیم برماید-آب81جدول4- 3قیمت انواع مختلف کالکتور های خورشیدی بر واحد سطح کالکتور82جدول5- 1مقادیر پایه جهت تحلیل ترمودینامیک و اگزرژتیک سیکل جذبی تک اثره لیتیم برماید-آب88جدول5- 2میزان پارامتر های ترمودینامیکی و اگزرژتیکی حاصله از تحلیل سیکل در حالت پایه89جدول5- 3 میزان مشخصه های مفید اگزرژتیکی حاصله از تحلیل سیکل در حالت پایه.....................90جدول5- 5میزان مقدار كل تابش خورشيد روي كالكتور در ساعات گوناگون ماه های گرمایی کشور ایران...........................................................................................................................................................................91جدول5- 6نتایج حاصل از شبیه سازی دینامیکی سیستم جهت ماه های می ،ژوئن و جولای...........94جدول5- 6ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی دینامیکی سیستم جهت مه های می ،ژوئن و جولای..95جدول5- 7 میزان پارامتر های ترمو اکونومیکی نقاط مختلف سیکل حاصله از تحلیل سیستم در حالت پایه با در نظر گرفتن سیستم تامین حرارت خورشیدی..............................................................................100جدول5- 8میزان مشخصه های مفید ترمواکونومیکی حاصله از تحلیل سیکل در حالت پایه..........101جدول5- 9مقادیر بهینه در قیاس با مقادیر پایه حاصل از بهینه سازی ترمواکونومیک سیکل جذبی خورشیدی تک اثره لیتیم برماید-آب...............................................................................................................111جدول5- 10پارامترهای بهینه ترمواکونومیکی در قیاس با وضعیت پایه..............................................112 جدول7- 1 ضرایب عددی جهت استفاده در معادله (7-15)127جدول7- 2ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-16)..................................................................... 127جدول7- 3ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-17)128جدول7- 4ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-18)129جدول7- 5ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-19).................................................................... 129جدول7- 6ضرایب عددی جهت استفاده در معادله(7-20)...................................................................130شکل(1) نماي يك سيكل تهويه مطبوع خورشیدی3 شکل1- 1 شرح ترمودینامیکی سیستم سرمایش9شکل1-2 تشریح شماتیکی چیلر جذبی تک مرحله ای10شکل2- 2 فلوديگرام سيكل جذبي خورشيدي همراه با منابع ذخيره مبرد و محلول28شکل2- 3نمونهاي از چيدمان و نحوه كنترل سيكلهاي جذبي خورشيدي با منبع ذخيره آب داغ29شکل2- 4 نمونه اي از سيكل هاي متداول سيستم هاي جذبي خورشيدي دو اثره30شکل2- 5سطح مقطع يك نوع كالكتور تختو چیدمان آن در یک ساختمان32شکل2- 6آرایش کالکتورهای لولهای و سطح مقطع آن34شکل2- 7سطح مقطع يك لوله از كالكتورهاي لوله‌اي غيرمتمركز با جزئيات آن35شکل1- 3نمودار تعادلی محلول آبی لیتیم برماید – آب(Duhring Chart)38شکل3- 2نمودار آنتالپی-غلظت جهت محلول آبی LiBr39شکل3- 3 شماتیکی از سیکل جذبی تک اثره آب-لیتیم برماید40شکل3- 4شماتیکی از سیکل جذبی تک اثره آب-لیتیم برماید با در نظر گرفتن جریان سیال در حلقههای خارجی مبدل های حرارتی47شکل3- 5شماتیکی از کارکردسیکل جذبی تک اثره آب-لیتبم برماید بر روی دیاگرام Duhring50شکل3- 6نماي يك سيكل تهويه مطبوع خورشید....................................................................................... 51شکل3- 7مقدار كل تابش خورشيدي و مقدار تابش مستقيم53شکل3- 8تغييرات ضريب تلفات حرارتي (UL) نسبت به دماي صفحه كلكتور و درجه حرارت محيط54شکل3- 9پارامتر (– ) بر‌حسب راندمان (η)55 شکل4- 1دسته بندی تعادل اگزرژی61شکل4- 2شماتیک سیستم حرارتی74شکل4- 3 تعیین قیمت بر واحد حجم تانک های ذخیره آب داغ در سیکل های جذبی خورشیدی...83 شکل5- 1پلانی از خانه به کار رفته جهت تهویه با بار خنک کنندگی 11kw86شکل5-2 میزان درجه حرارت محیط در ساعات گوناگون ماه های گرمایی کشور ایران92شکل5-3 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 . 96شکل5-4میزان تغییر بار حرارتی هیتر کمکی در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=1500 Kg ،=85 . 96شکل5- 5میزان تغییر درجه حرارت گره میانی مخزن در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=50 ،=85 . 97شکل5- 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 . 97شکل5- 7 روند تغییر در نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در سطح کالکتور خورشیدی102شکل5-8روند تغییر در نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در حجم تانک ذخیره آب داغ.................. 102شکل5-9 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 ژنراتور103شکل5-10روند تغییر سطوح تبادل حرارتی در تجهیزات سیکل جذبی و میزان نرخ اتلافات اگزرژی کل سیکل نسبت به تغییر دمای آب داغ ورودی به ژنراتور104شکل5-11روند تغییر نرخ تولید محصول در اواپراتور نسبت به تغییر دمای آب داغ ورودی به ژنراتور104شکل7- 3تغییرات بار حرارتی با دمای تبخیرکنننده (، =، ، ،=)119شکل7- 4تغییرات بارهای حرارتی با دمای کندانسور (= ، ، ، = )............................................................................................................................................................... 120شکل7- 5تغییرات بارهای حرارتی با دمای جاذب (= ، = ، ،=)120شکل7- 6تغییرات پارامترهای کارایی با دمای ژنراتور کننده (= ، = ، ،=)............................................................................................................................121شکل7- 7 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای تبخیرکننده( = ، ،=)121شکل7- 8تغییرات پارامترهای کارایی با دمای کندانسور (= ، = ، ، =)..........................................................................................................................122شکل7- 9 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای جاذب (= ، = ، ،=).............................................................................................................................122شکل7- 10 تغییرات دمای محلول با اثرگذاری SHX (= ، = ،=)123شکل7- 11تغییرات کاهش بار حرارتی با اثرگذاری SHX (= ، = ، =)123شکل7- 12 تغییرات PIR با اثرگذاری SHX(= ، = ، =)124شکل7- 13- تغییرات پارامترهای کارایی با اثرگذاری SHX (= ، ، ،=).....................124شکل7- 14تغییرات با غلظت LiBr125 شکل7- 15تغییرات با دمای ژنراتور و همچنین اثر SHX بر روی خط بلورینگی()125 فهرست علائم و اختصاراتCOPضریب عملکرددما()حرارت()غلظت()جرم()LiBrلیتیم برمایدآنتالپی ویژه()دبی جرمی()نسبت گردش محلول()کار پمپ محلول،وزن تانک ذخیره آب داغ()حجم مخصوصفشار()ضریب انتقال حرارت کلی ()سطح تبادل حرارتی()اختلاف دمای لگاریتمی()کارآیی مبدل حرارتیمقدار حرارت مفيد كسب شده بوسيله كالكتور بر حسب()مقدار كل تابش خورشيد روي كالكتور بر حسب()t,a)θضريب عبور پوشش ، ضريب جذب صفحه در زاويه برخورد θضریب انتقال حرارت کالکتورراندمانضریب تابع کنترلی اعمالی بر سیستم حورشیدیگرمای ویژه فشار ثابت آب()کسر بار خورشیدی از بار کلاگزرژی()نرخ اگزرژی()راندمان اگزرژتیکراندمان اگزرژتیکنرخ بازگشت ناپذیری()نرخ هزینه()نرخ هزینه دستگاه()هزینه واحد اگزرژی()نرخ هزینه ثابت()هزینه تعیرات و نگهداریهزینه خرید تجهیز()ضریب بازگشت سرمایهنرخ بهرهتعداد سال عملکرد سیستمsآنتروپی()uانرژی داخلی()eاگزرژی ویژهفاکتور اگزرژواکونومیکمیزان انتقال حرارت بر واحد جرمنسبت افزایش کاراییدمای آب ورودی و خروجی برج خنک کن()دمای آب ورودی و دمای حباب تر()دبی آب ورودی به برج خنک کنزیرنویسسطح پایین دمایی، اتلاف حرارتی از کالکتور،اتلاف اگزرژیسطح بالای دماییسطح میانی دماییeاواپراتورgژنراتورcکندانسور،کالکتور خورشیدی،کارنوaجاذبshxمبدل حرارتی محلوللیتیم برمایدآبسمت گرم مبدل حرارتی محلولسمت سرد مبدل حرارتی محلولسطح فشاری بالای سیکلسطح فشاری پایین سیکلتبریدیحرارتیحداقل دمای مورد نیاز ژنراتور جهت حصول دمای اواپراتورسفحه جاذب کالکتورمحیطورودی جریان به کالکتورخروجی جریان از کالکتورمساحت دهانه‌اي از کالکتور كه اجازه عبور پرتوهاي رسيده را داده استθزاویه تلاقی خورشیدیخاموش شدن پمپ مابین تانک و کالکتورروشن شدن پمپ مابین تانک و کالکتورجریان شبکه در گرهاز تانک ذخیره آب داغوضعیت تانک در گرهاز تانکخروجی از کالکتورخروجی از بار(ژنراتور)ورود به سطح تماس دو گره در تانک ذخیره آب داغمرجع(ورود به ژنراتور)هیتر کمکیبار(ژنراتور)تخریب اگزرژیمحصولسوختکارانتقال حرارتادوات کنترلی و ابزار دقیقکالکتور خورشیدیتانک ذخیره آب داغتانک ذخیره آب داغکالکتور خورشیدیقیمت بر واحد سطح کالکتور خورشیدیحباب تربالانویسبار وارده از طرف تانک ذخیره آب داغ به کالکتورکالکتور خورشیدیCHشیمیاییPHفیزیکیCIهزینه های سرمایه گذاریOMهزینه های عملیاتی و تعمیراتCHشیمیایی مقدمهتوليد سرمايش در زمينه زندگي روزمره بشري،كابردهاي بسيار فراواني از قبيل توليد مواد غذايي، مصارف تهويه مطبوع، موارد توليد دارو، سرمايش صنعتي و....دارد. سيكلهاي سرمايش قديمي و اوليه مانند سيكلهاي تراكمي بخار[1] داراي دو مشكل عمده هستند كه امروزه نيز با آن دست در گريبانند. اين دو مشكل عبارتند از[1]:-افزايش جهاني مصرف انرژيهاي اوليه و فسيلي: سيكلهاي سرمايش قديمي كه توسط الكتريسيته و حرارت عمل ميكنند، به طور شديدي ميزان زيادي انرژي فسيلي و اكتريكي را مصرف ميكنند. انستيتوي بين المللي تبريد و سرمايش در پاريس(IIFIIR) %15از ميزان كل انرژي الكتريكي كه در جهان توليد ميشود را به اهداف سرمايشي و تهويه مطبوع در انواع گوناگون آن اختصاص داده است. مطابق با گزارش اين سازمان، %45 از سهم انرژيهاي مصرفي براي زمينههاي تهويه مطبوع، به مصارف ساختمانهاي مسكوني و تجاري اختصاص دارد. علاوه بر آن در تابستان مشكلات بسيار زياد در افزايش چشمگير پيك مصرف همچنان ذهن محققان را در كاهش آن به خود مشغول داشته است.-سيستمهاي سرمايش متداول سبب مشكلات زيست محيطي جدي ميشدند: سيالات عامل[2] مرسوم و غير طبيعي در سيستمهاي تجاري سابق(همانند كلرو فلو كربن ها(CFCs)، هيدروكلرو فلوروكربنها(HCFCs)و هيدروفلروكربنها(HFCs))سبب هر دو مشكل تخريب لايه اوزون و افزايش گرما در سرتاسر جهان ميشدند. از زمان تصويب پروتوكل مونترال در سال 1987، توافقات بينالمللي بر كاهش استفاده از اين سيالات تأكيد كردهاند. به عنوان مثال اتحاديه اروپا بيان كرده كه تا سال 2015 تمامي سيستمهايي كه با سيال HFCFs كار ميكنند ميبايست از مدار خارج گردند.بعد از بحران نفتي دهه 1970 در اروپا و به ويژه در سالهاي اخير، تحقيقات بر روي توسعه تكنولوژيهايي كه سبب كاهش در مصرف انرژي، تقاضاي پيك اكتريسيته و قيمت انرژي بدون كاهش در سطح شرايط مطبوع لازمه گردند، معطوف گشتهاند. به همين دليل در سالهاي اخير امكان استفاده از انرژی خورشيدي براي سرمايش و رطوبت زدايي ذهن بشر را به خود مشغول كرده است و موجب پيشرفت در تكنولوژي بهره برداري از انرژي خورشيدي شده است. در مناطق گرم سيري جهان كه ضرورت سرمايش و تهويه مطبوع به طور جدي وجود دارد، ذهن بشر متوجه استفاده از انرژي در دسترس خورشيدي است تا بتواند با استفاده از آن رفاه و آسايش زندگي را فراهم آورد. علاوه بر اين، كاربرد انرژي خورشيدي در مقايسه با ساير كاربردها جذابيت بيشتري دارد زيرا زماني كه نياز به آن وجود دارد (سرمايش و تهويه مطبوع) ميزان انرژي خورشيدي زياد است و مي توان از آن بهره گيري كرد. سيستمهاي سرمايش جذبي خورشيدي[3]داراي هر دو مزيت عدم خطرناك بودن از لحاظ زيست محيطي و كم بودن مصرف انرژي به ويژه در ساعات پيك الكتريكي را دارا هستند.در مقايسه با ديگر كاربردهاي انرژي خورشيدي اين كاربرد پيچيدگي بيشتري دارد چه به لحاظ مفهومي و چه به لحاظ كاربردي. به همين دليل توسعه و كاربرد جهاني پيدا نكرده است. در اين روش تنها دريافت و جذب انرژي خورشيدي كافي نيست، بلكه بايد بتوانيم اين روش را به سرما تبديل كنيم و سپس به طرف فضاي مورد نظر بفرستيم. بايد وسيله اي وجود داشته باشد كه حرارت را از دماي پايين (فضاي مورد تهويه) گرفته و با دماي بالاتر (فضاي بيرون) انتقال دهد یا در اصطلاح ترموديناميكي به يك پمپ حرارتي[4] نياز است. در شكل 1 نماي يك سيكل تهويه مطبوع خورشیدی با تمام تجهيزات به طور كامل نشان داده شده است.سيال منتقل كننده حرارت در كالكتورهاي خورشیدي تا دماي بالاتر از دماي محيط گرم شده و به عنوان محرك و انرژي در يك سيكل قدرت (كه خود يك پمپ حرارتي است) وارد ميگردد.سيال انتقال دهنده گرما ممكن است هوا، آب و يا سيال ديگري باشد. گرما ميتواند براي زمانهايي كه تابش خورشيد وجود ندارد نيز ذخيره گردد. گرماي گرفته شده از سيكل خنككن خورشيدي به محيطاطراف منتقل ميشود، اين كار به وسيله هواي محيط يا آب خروجي از برج خنك كن خنك ميشود.تجهيزات سرمايش ممكن است اثر سرمايش را به طرق مختلف ايجاد كنند. يكي از روشها توليد آب سرد و فرستادن به سمت تجهيزاتي است كه به وسيله ي آب سرد محيط را خنك ميكنند (به كمك هواساز) و يا فنهاي بادزن. همچنين ميتوان هوا را به صورت مستقيم خنك كرد و به سمت فضاي مورد تهويه فرستاد.كالكتورهاي خورشیدي[5] قسمت مهمي از هر سيستم خورشيدي هستند كه انرژي خورشيدي را به گرما در دماي مناسب تبديل ميكنند، كه اين گرما قدرت مورد نياز براي سيكل سرمايش است. كالكتورها انواع مختلفي دارند كه از صفحات تخت با دماي پايين تا صفحات پيچيده با دماي بسيار بالا را شامل میشوند. با افزايش تقاضا براي تهويه مطبوع در سالهاي اخير به خصوص در مناطق گرمسير و مرطوب تقاضا براي مصرف انرژي زياد شده است. از آنجايي كه در فصل گرما تقاضا براي مصرف انرژي الكتريكي بسيار زياد میشود در اين فصل با قطعي جريان برق مواجه هستيم و تقاضاي بيشتر براي انرژي الكتريكي با مشكل مواجه است. با استفاده از تكنولوژيهاي جديد ميتوان از انرژي خورشيدي در چنين مواقعي استفاده كرد. شکل (1): نماي يك سيكل تهويه مطبوع خورشیدیدر 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.