شکل ۲-۱ بیانگر پایه بسیاری از تحقیقات و آزمایشات در ۳ دهه اخیر در مورد سیستم­های جذبی خورشیدی است. همانطور که ملاحظه می­ شود، آب گرم شده توسط کالکتورهای خورشیدی توسط یک پمپ سیرکولاسیون در یک تانک ذخیره و به سوی سیستم متداول قبلی که در قسمت قبلی توضیح داده شد، می­رود. از انرژی این آب داغ برای تأمین انرژی ژنراتور استفاده می شود. بقیه مراحل سیکل همانند سیکل متداول قبلی است. برای سادگی از اجزاء داخلی چیلر جذبی صرفنظر شده است. همانطور که مشاهده می­ شود، برای دور ریزش حرارتی از یک برج خنک کن استفاده شده است که آب آن توسط یک پمپ سیرکولاسیون ابتدا وارد جذب کننده و سپس رهسپار کندانسور می­ شود.علت این امر آن است که درجه حرارت جذب کننده تأثیر بسیار بیشتری را نسبت به درجه حرارت کندانسور بر روی ضریب عملکرد سیستم می­ گذارد

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

اولین ژنراتور تجاری برای مصارف تهویه مطبوع و کاربردهای خورشیدی بر مبنای مبدل مشابه سوخت گازی ساخته شد. این واحد در بین مهندسانی که در زمینه سرمایش خورشیدی کار می­ کنند شهرت زیادی دارد و در پروژه­ های تجربی بیشماری مورد استفاده قرار گرفته است. قیمت آن برای واحدهای کوچک کمی بالاست. دیری نگذشت که تولید کننده­ های دیگری چیلرهای جذبی با سیال آب و لیتیم برماید را با قابلیت به کارگیری در سیستم­های خورشیدی روانه بازار کردند.

شکل۲-۱ نمایش شماتیک سیستم های اولیه جذبی با کمک انرژی خورشیدی[۳۲]

۲-۱-۱ هیترهای های کمکی^[۵۱]

در طراحی سیستم­های تبرید جذبی خورشیدی دو مسأله مهم وجود دارد که آن را از سیستم­های تبرید با سوخت فسیلی رایج متمایز می­سازد، نخست آن که تبادل حرارت ژنراتور در این واحدها با دمای پایین صورت می­گیرد که این معمولاً پایین­تر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد می­باشد، زیرا که دماهای قابل دسترسی در کالکتورهای تخت محدود به ۱۰۰ درجه سانتیگراد (حداکثر) می­باشد و دوم اینکه نیاز به یک سیستم پشتیبان است که در زمان کاهش انرژی گرفته شده از خورشید جبران انرژی ورودی به سیستم برای سرمایش را انجام دهد. برای مشکل اول طراحی ژنراتور بر اساس انتقال حرارت استخری رایج می ­تواند بسیار کارگشا باشد، همچنین استفاده از یک پیش گرمکن پس از مبدل و قبل از ورودی ژنراتور می ­تواند سهم بسزایی در کاهش هزینه و اندازه سیستم و همچنین افزایش عملکرد مجموعه داشته باشد (شکل ۲-۱‌). مشکل مربوط به سیستم پشتیبان پیچیده­تر است. یک طرح خوب طرحی است که در آن سیستم سرمایش نه تنها قادر به تأمین تمام تقاضای سرمایش باشد بلکه بتواند از انرژی خورشیدی چه در زمان تابش مستقیم و چه در لحظاتی که تابش کم است (و یا نیست) استفاده کافی بنماید. در واقع هیتر کمکی در سیکل­های جذبی خورشیدی, همان گرمکن آب ورودی به ژنراتور در سیکل­های جذبی عادی است که با توجه به نوع کاربرد، آرایش و نحوه قرار گیری آن در سیکل تغییر یافته است.
شبیه­سازی­های انجام شده نشان می دهد که در شرایط کاهش تابش خورشیدی، کالکتورهایی که به صورت سری با منبع حرارتی کمکی (فسیلی) قرار گرفته اند به عنوان چاه حرارتی عمل می­ کنند تا چشمه حرارتی و این موجب کاهش کارآیی سیکل می شود.لذا معمولاً سعی می شود که از چیدمان موازی استفاده شود.در این حالت تا زمانی که دمای تانک به زیر مقدار معینی نرسد، مدار کمکی به جریان نمی­افتد. [۳۱]

۲- ۱-۲ منبع ذخیره آب گرم

در یک سیستم جذبی خورشیدی ، وجود منبع ذخیره آب گرم^[۵۲] بسیار اهمیت دارد. چرا که همانند یک دریافت کننده و بهبود دهنده عمل کرده وحرارت خروجی از کالکتورها را در طول روز به منظور استفاده در ژنراتور یکنواخت می­ کند. Lof و Tybout [33]در تحقیقاتی که بر روی این مخزن انجام دادند حجم بهینه آن را در حدود ۵۰ کیلوگرم به ازای هر متر مکعب کالکتور گزارش دادند. یک مشکل مهم در این مخازن میزان افت حرارتی قابل توجه آنها به محیط اطراف است که ممکن است حتی به میزانی در حدود ۲ ساعت انرژی لازمه برای ژنراتور برسد. [۳۱] البته با عایق­کاری مناسب این مخازن می توان میزان اتلافات را به حداقل رساند.

۲-۱-۳ منبع ذخیره آب سرد^[۵۳]

همانند منبع ذخیره آب گرم به منظور یکنواخت نمودن آب لازمه برای مطبوع نمودن محیط مسکونی از منبع ذخیره آب خنک شده^[۵۴] در اواپراتور استفاده می­ شود. تفاوت این مخزن با قبلی در این است که به علت پایین بودن درجه حرارت محیط مطبوع، مشکلات تلفات حرارتی از مخزن مشاهده نمی­ شود.
مهمترین پارامتری که که بر روی عملکرد یک چیلر تاثیر می­ گذارد، دمای آب خنک کننده است. این امر بدین علت است که چنانچه این دما کاهش یابد، فشار اواپراتور و در نتیجه جذب کننده نیز کاهش و در نهایت این امر سبب افزایش غلظت محلول خروجی از مبدل حرارتی و در نهایت عمل کریستال زدایی خواهد شد و ضریب عملکرد سیستم به شدت کاهش خواهد یافت. [۳۱] در سیستم­های خورشیدی که امکان کار در بارهای پایین چیلر، به علت نوسان در میزان حرارت ورودی به ژنراتور، به میزان زیاد وجود دارند، این امر بسیار محتمل تر است. البته تولید کریستال در این سیستم­ها می تواند توسط کاهش یافتن دمای آب خنک کننده در برج خنک­کن نیز حاصل شود که با در نظر گرفتن پیچیدگی و تعمیرات این تجهیزات محققان در سالیان اخیر توجه خویش را بر روی استفاده از سیستم های خنک­کن هوایی در سیکل­های لیتیم برمایدمعطوف کرده اند. در سال ۱۹۷۹Chartersو Chen [34]گزارش کاملی از مقایسه این دو سیستم و انتخاب آنان گزارش داده اند. برای حل مشکل کریستال زدایی اخیراً محققان راه حل­هایی از قبیل اضافه نمودن نوعی نمک تحت عنوانLiSCN به محلول لیتیم برماید انجام داده­اند که سبب پایین آمدن فشار بخار محلول ودر نتیجه بهبود در مشخصه­های محلول برای استفاده در نوع هوا خنک اینگونه سیکل­ها شده است.
آزمایش­های انجام شده بر روی پروژه­ های صورت گرفته سیستم­های جذبی تک اثره با سیال آب – لیتیم برماید خورشیدی نشان داده­اند که محدودیت اصلی به کارگیری این سیستم­ها مسائل مالی است که توسط بخش تأمین انرژی توسط خورشید ایجاد شده است.
سیستم­های تک اثره در محدوده­ دمایی ۸۰ تا۱۰۰ درجه سانتیگراد بهترین بازده را دارند. در صورت افزایش دما از ۱۰۰ تا ۱۶۰ بهتر است که نوع سیستم به سیستم دو اثره تبدیل شود، همچنین در صورت تأمین دمای بالاتر ۱۶۰ بهتر است که از سیستم سه اثره استفاده کنیم.
با استفاده و کابرد قوانین اول و دوم ترمودینامیک،Mansooriو Patel [35]در سال ۱۹۷۹ حدود بالا و پایینی را برای ضریب عملکرد چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحله­ ای ارائه دادند. این اشخاص نشان دادند که حدود بالایی و پایینی عملکردی این تجهیزات نه تنها به پارامترهای محیطی و اجزاء سیکل وابسته بوده، بلکه به شدت وابسته به خواص ترمودینامیکی مواد مبرد، جاذب و محلول آن دو دارند. از روی این مفهوم است که می­توان یک مقایسه کمی و کیفی برای مجموعه­های متفاوت ماده جاذب و ماده مبرد ارائه داد.
هم اکنون یکی از مهمترین تکنیک­های توسعه تکنولوژی این تجهیزات، انجام مقایسه و انتخاب بهترین مجمموعه از بین زوج هایی از قبیل H2O-NH3,NH3-NaSCN,LiBr-H2O می­باشد.

۲-۲ چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحله ای با تانک ذخیره مبرد و آب داغ

یکی از موارد بهبود در توسعه طراحی چیلرهای جذبی خورشیدی، استفاده از منبع ذخیره ماده مبرد می­باشد. ایده و مفهوم کلی استفاده از این تجهیز، قرار گرفتن یک منبع ذخیره ماده مبرد مابین کندانسور و اواپراتور برای ذخیره و در دسترس داشتن ماده مبرد در تمام مدت زمان کاری سیکل در طول روز و استفاده از آن در موقع مقتضی می­باشد .می توان مشابه چنینی منبعی را نیز برای ذخیره محلول رقیق جاذب-مبرد مابین جذب کننده و پمپ قبل از ژنراتور در نظر گرفت. آزمایشات و تحقیقات بر روی این منابع کاهش حجم برج خنک کن و عدم نیاز به گرم کننده کمکی در بسیاری از ساعات روز را نشان دادند [۳۶].در شکل ۲-۲ فلودیگرام سیکل جذبی خورشیدی همراه با منابع ذخیره مبرد و محلول نمایش داده شده است. از معایب این سیستم­ها می توان به هدر رفتن بسیاری از میزان انرژی خورشیدی ذخیره شده در کالکتورها به علت موجود بودن ماده مبرد کافی در بسیاری از ساعات روز قبل از غروب آفتاب، پیچیده بودن سیستم از لحاظ کنترل و عملکرد پایین چیلر به علت کاهش در غلظت محلول و افزایش دما و فشار آن اشاره نمود.

شکل۲-۲ فلودیگرام سیکل جذبی خورشیذی همراه با منابع ذخیره مبرد و محلول [۳۱]
یکی از راه­های دیگر بالا بردن راندمان سیکل­های جذبی خورشیدی، استفاده از دو منبع ذخیره آب گرم به جای یک منبع ذخیره آب گرم است که یکی در دمای پایین تر و با حجم بیشتر و دیگری در دمای بالاتر و با حجم کمتر توسط تجهیزات کنترلی هوشمندی مابین کالکتورها و ژنراتور قرار می­گیرند.

شکل ۲-۳نمونه ای از چیدمان و نحوه کنترل سیکل های جذبی خورشیدی با منابع ذخیره آب داغ [۳۱]
منبع با دمای بالاتر حدود ۷۰ تا ۷۵ درصد از حرارت مورد نیاز در ژنراتور را تأمین و مابقی توسط منبع دما بالا که دارای تمهیدات عایق کاری است، تأمین خواهد شد. در شکل (۲-۳) نمونه ­ای از چیدمان و نحوه کنترل این گونه منابع نشان داده شده­است. آزمایشات بیانگر این مطلب است که استفاده از این نوع منابع سبب افزایش میزان حرارت ذخیره شده توسط کالکتورها را به میزان ۳/۱ تا ۵/۱ برابر و سبب ۱۵ تا ۲۰ درصد بهبود در ضریب عملکرد سیکل خواهد شد. محققان کاهش ۳۰ تا ۴۰ درصدی در سطح کالکتور های مورد نیاز را برای سیکل گزارش دادند. [۳۱]

۲-۳ چیلرهای جذبی خورشیدی دو اثره

راجع به طرز کار و مفهوم استفاده از چیلرهای جذبی دو یا چند اثره در فصل ۱ به طور خلاصه مطالبی شرح داده شد. اصول کار یک چیلر جذبی خورشیدی دو یا چند اثره دقیقا همانند نوع عادی آن است، با این تفاوت که حرارت لازمه برای ژنراتور دما پایین آن توسط کالکتورهای خورشیدی تأمین می­ شود. همانطور که در فصل ۱ اشاره شد، علاوه بر آنکه ضریب عملکرد سیستم­های دو یا چند اثره به میزان قابل توجهی از سیستم­های تک اثره بالاتر است، میزان نیاز بار کندانسور یا به عبارتی دیگر برج خنک کن نیز بسیار کاهش می­یابد. نمونه ­ای متداول از این سیستم­ها در شکل ۴-۲ نمایش داده شده است.

شکل۲-۴ نمونه ای از سیکل های متداول سیستم های جذبی خورشیدی دو اثر [۳۱]
در سیستم­های خورشیدی دو اثره چنانچه دمای تأمین شده از ۱۰۰درجه سانتیگراد کمتر شود، عملکرد سیستم به شدت کاهش یافته به طوری که از سیستم یک اثره مشابه نیز عملکرد پایین­تری ارائه می­دهد. بنابراین وجود یک پشتیبان برای جلوگیری از افت دما در سیستم ضروری می­باشد.
در صورت در دسترس بودن سیستم­های گازسوز دما بالا سوال زیر مطرح می شود :
با وجود COP بالا (در صورت وجود سیستم کمکی) به کارگیری کدام سیستم (تک اثره یا چند اثره) برای کاربرهای سرمایش خورشیدی مناسب تر است؟
برای پاسخ به سوال فوق مقایسه ای توسط بین سیستم­های یک، دو، و سه اثره انجام داده شده است. نتایج مقایسه­ها نشان می­دهد که مسائل اقتصادی به شدت به قسمت خورشیدی وابسته است. به نظر می­رسد که سیستم­های چند اثره نسبت به تک اثره دارای برتری نسبی می­باشند که در آنها COP بالاتر در مساحت کمتر کالکتور به ازای کیلو وات سرمایش تأمین می­ شود، با وجود این سیستم­های چند اثره هزینه زیادتری نسبت به سیستم تک اثره که از دمای پایین­تری استفاده می­ کند، دارند. توسعه انرژی خورشیدی در به کارگیری از دماهای بالاتر در منبع حرارتی، موجب فراهم گشتن COP بالاتر در سیستم­های خورشیدی می­ شود. در جدول ۲-۱ نمونه ای از اولین مقایسات اقتصادی انجام شده بر روی سیستم­های جذبی خورشیدی که توسط Grossmsn [27]ارائه شده است.(این فرد طراح برنامه ای به نامABSIM در زمینه تحلیل و طراحی کامل سیستم های جذبی بوده و صاحب بسیاری از تحقیقات و مقالات در این زمینه است) مطالعه بر روی این جدول صحت مطالب بالا را تأیید می­ کند.
جدول۲-۱مقایسه فنی و اقتصادی چیلرهای جذبی خورشیدی یک اثره با دو و سه اثر [۲۷]

در این فصل به سیستم­های تثبیت شده جذبی خورشیدی و قسمت­ های مختلف آن اشاره کردیم. تمامی این سیستم ها برای دمای ژنراتور پایین ۱۰۰ درجه سانتیگراد به مرحله استفاده تجاری رسیده ­اند. .همانطور که در بالا نشان داده شد، دمای ورودی به ژنراتور و قیمت و نوع کالکتور مهمترین عوامل موثر در طراحی و به صرفه بودن و بررسی نوع عملکرد این تجهیزات است. همانطور که در کنار بعضی از مطالب فصول گذشته اشاره شد، این سیکل­ها دارای پتانسیل بسیار بالایی برای تحقیق و توسعه بوده و آرایش­های بسیار فراوانی توسط محققان کشف و مورد آزمایش قرار گرفته که صرفاًجنبه تحقیقاتی داشته و به مرحله تجاری نرسیده­اند. از جمله مهمترین این آرایش­ها می­توان به سیکل­های دوتاییLiBr-H2O)وNH3-H2Oا)، سیکل­های جدید تلفیقی تراکمی جذبی، سیکل­های جذبی خورشیدی سه مرحله­ ای و سیکل های جذبی خورشیدی با سیال عامل NH3-H2O اشاره نمود که تحقیقات در این زمینه همچنان ادامه دارند.

۲-۴ تکنولوژی کالکتورهای خورشیدی

کالکتورخورشیدی دستگاهی است که برای جمع‌ آوری انرژی حرارتی خورشید و انتقال و ذخیره آن در محل بهره‌برداری، مورد استفاده قرار می‌گیرد. کالکتورها انواع مختلفی دارند که معمول­ترین آنها عبارتند از‌: کالکتورهای تخت (که پرتوهای مستقیم و پراکنده خورشیدی را جمع‌ آوری می‌کنند) و کالکتورهای متمرکزکننده (که فقط پرتوهای مستقیم خورشیدی را جمع می‌کنند)همانطور که در قسمت های قبلی اشاره شد این دستگاه­ها دارای تنوع بسیاری بوده که به دلیل کاربرد کالکتورهای تخت در سیستم­های سرمایش، در این قسمت به معرفی این نوع از کالکتورها پرداخته و از معرفی مابقی موارد صرفنظر می­کنیم.

۲-۴-۱ کالکتورهای تخت

اقتصادی‌ترین روش جمع‌ آوری انرژی خورشید استفاده از کالکتورهای تخت می‌باشد. از این نوع کالکتورها در انواع مختلف و طرحهای متفاوت به تعداد خیلی زیاد در کشورهای مختلف جهان ساخته شده و تحت آزمایش قرار گرفته است.
یک کالکتور صفحه تخت به طور کلی شامل اجزاء نشان داده شده در شکل (۲-۵) می‌باشد :
۱- ماده شفاف ^[۵۵] که معمولاً شیشه بوده ممکن است یک لایه و یا چند لایه باشد.
۲- صفحه جذب‌کننده که معمولاً به رنگ سیاه می‌باشد و می‌تواند صفحه صاف، موجدار و یا شیاردار باشد که لوله ها و یا گذرگاه­ها به آن متصل می‌شوند.
۳- لوله‌ها و یا گذرگاه­ها که می‌توانند به اشکال مختلف باشند و برای هدایت سیال ناقل حرارت بکار برده می‌شوند.
۴- جمع‌کننده‌ها و تقسیم‌کننده‌ها که برای عبور و تخلیه سیال ناقل حرارت به کار می‌روند.
۵- عایق حرارتی که برای کاهش اتلافات حرارتی کالکتور، از سمت پشت و اطراف به کار برده می‌شود.
۶- پوشش کلی کالکتور که برای حفاظت و نگهداری اجزاء فوق، ساختمان کالکتور را تکمیل می‌کند.
کالکتورهای تخت با طرح‌های مختلف و برای گرم‌کردن سیالاتی مانند : آب، هوا، محلول آب و نمک، محلول آب و گلیکول و سایر مایعات و گازها بکار برده می‌شوند و مهمترین عامل در طرح و ساخت آنها، جمع‌‌آوری هر چه بیشتر انرژی خورشیدی با کمترین هزینه ممکن می‌باشد.
یک کالکتور خورشیدی می‌بایست از موادی ساخته شود که دارای عمر مؤثر زیادی بوده و در مقابل تأثیرات مضر امواج ماوراء بنفش، خوردگی‌های اسیدی و قلیایی، منجمد شدن آب و یا گرفتگی گذرگاه­های آب یا هوا، رطوبت هوا و گرد و خاک محیط، شکستگی شیشه در اثر انبساط و انقباض، خرابیهای ناشی از طوفان و تگرگ و . . . دارای مقاومت کافی باشد.

شکل۲-۵ سطح مقطع یک نوع کلکتور تخت و چیدمان آن در یک ساختمان [۳۶]
کاربرد شیشه بطور وسیع در کالکتورهای خورشیدی تخت، به این علت است که شیشه می‌تواند در حدود ۹۰ % از پرتوهای خورشیدی با طول موج کوتاه را از خود عبوردهد، در حالیکه هیچ‌یک از تشعشعات با طول موج بلندی را که از صفحه جاذب کالکتور انعکاس می‌یابد از خود عبور نداده لذا حرارت جذب شده را در روی صفحه نگهداری می‌کند. ضریب عبور شیشه برای طول موج­های بلند (‌بین ۵/۰ تا ۵ میکرون) که از سطوح گرم شده به آن می رسد معادل صفر می‌باشد.