هزینه مصرف انرژی چیلر جذبی و تراکمی و مقایسه بین آنها
راهبرد انرژي در استفاده از چیلرهاي جذبی و تراکمی در برج تهران
نویسندگان
محمدعلی زاهد ، جعفر برخورداري ،حمیدرضا وفایی
چکیده:
چیلرها از مهم ترین تجهیزات تولید برودت در ساختمانهاي بزرگ محسوب میشوند که موضوع راهبرد انرژی در آنها یکی از موضوعات بسیار مهم می باشد. شناخت صحیح و استفاده مناسـب از این ماشینها، از عوامل اساسی در بهینه سازي مصرف انرژي در ساختمان می باشد . براي برج مسکونی تهران بـا بـار برودتی 1830 تـن تبرید، دو نوع چیلر تراکمی سانتریفیوژ و جذبی شعله مستقیم دو اثره به همراه برج هاي خنک کن و پمپ هـا ي گـردش آب کندانسـور انتخاب شده و تحلیل ساعتی بار برودتی مورد نیاز ساختمان و شبیه سازي مصرف انرژي و هزینه هاي آن بر اساس هـر دو نـوع چیلـر،توسط نرم افزار 5.4 HAP انجام شده است. نتایج نشان میدهد به رغم بالاتر بودن مقدار مصرف انرژي در چیلرهاي جذبی نسبت به نوع سانتریفیوژ (حدود 4 برابر) ، به دلیل سیاستگذاريهاي دولـت در بخـش بـرق و گـاز هزینـه انـرژي مصرفی در چیلـر جذبی سانتریفیوژ تقریبا برابر میباشند.
حدود ۲۴ درصد از گاز دی اکسید کربن در نتیجه مصرف انرژی در ساختمانها انتشار می یابد و محدودیت منابع تأمین آن در حال حاضر باعث ایجاد نگرانی هایی در جوامع مختلف در جهت چگونگی تأمین انرژی شده است. حدود ۴۰ درصد انرژی تولیدی در ساختمان ها مصرف می شود که ۲۲ درصد آن در ساختمانهای مسکونی و ۱۸ درصد دیگر در ساختمان های غیر مسکونی به مصرف میرسد [۲] (شکل 1). تقریبا ۱۵ درصد از انرژی الکتریکی تولید شده در دنیا در بخش تبرید مصرف می شود [۳] . در ساختمانهای مسکونی بلندمرتبه میزان مصرف انرژی در موتورخانه های مرکزی و مشخصا سیستم سرمایش محسوس است. این مقاله به راهبرد انرژي مصرفی سیستم های تبرید جذبی شامل چیلرهای جذبی از نوع شعله مستقیم دو اثره با بالاترین راندمان بین چیلرهای جذبی متعارف [۴] و چیلرهای تراکمی سانتریفیوژ ، برای برج مسکونی تهران به عنوان یک ساختمان شاخص در شهر تهران می پردازد و میزان راهبرد انرژي در این دو سیستم ، بر اساس سیاست گذاری های دولت در بخش انرژی مورد بررسی قرار می گیرد.
چیلرها
از چیلرها به عنوان ماشین های تولید برودت و به عنوان یک گزینه ارزشمند اقتصادی جهت تأمین برودت مورد نیاز ساختمان ها نمی توان براحتی چشم پوشی کرد. چیلرهای تراکمی با استفاده از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی با استفاده از انرژی گاز طبیعی، تولید سرما می کنند، اما با توجه به محدودیت های کارکردی آنها، بسته به شرایط آب و هوایی، منطقه جغرافیایی، هزینه انرژی مصرفی و …. ممکن است در مناطق مختلف تنها امکان استفاده از برخی از انواع چیلرها وجود داشته باشد، در شکل (۳)، سیکل پایه کارکرد هر دو ماشین آورده شده است.
در جدولهاي (1 )و (2) انواع چیلرهاي جذبی و تراکمی از نظر راندمان، ظرفیت و قابلیت ذخیره انرژی و به عبارتی راهبرد انرژي آنها مورد مقایسه قرارگرفته اند.
همانگونه که در جدول (2) مصرف انرژي چیلر ها مورد مقایسه قرار گرفته مشخص شده، کمترین میزان نسبت بازدهی انرژي مربوط به چیلر هاي جذبی و بهتـرین نسبت مربوط به چیلر هاي سانتریفیوژ آب خنک می باشد. در این بین، چیلر هاي هوا خنک و سیستم هاي اسپلیت یونیـت تقریبا در یک رده قرار می گیرند.
مشخصات عمومی برج تهران
برج بلند مرتبه تهران در میان سه شاهراه حیاتی شهر تهران از جنوب به بزرگراه حکیم و از شرق مشرف به بزرگراه کردستان و از غرب مشرف به خیابان شیخ بهایی با دسترسی مناسب به نقاط مختلف شهر بزرگ تهران قرار گرفته است. این برج با سه بال پهناور در ۵۶ طبقه ، مشتمل بر ۵۵۵ واحد آپارتمان ( ۴۳ آپارتمان سوئیت، ۱۷۲ آپارتمان دو خوابه، ۳۱۳ آپارتمان سه خوابه، ۱۶ آپارتمان ۴ خوابه، ۱۱ آپارتمان پنت هاوس تریبلکس) و ۱۷ واحد تجاری در همکف می باشد.
جنس جداره های خارجی
دیوارها از جنس GFRC (بتن مسلح به الیاف شیشه ای ) به ارتفاع ۳ متر، عمق ۷۰ سانتی متر، پنجره ها از جنس آلومینیوم با فریم Therinal Break به رنگ برتز پینه و شیشه دوجداره به رنگ سبز رفلکس هستند.
پلان معماری ساختمان پلان برج دارای سه بال متقارن به شکل زیر است.
این سه بال به ترتیب ”WING C WING B ” , WING “ A نام گذاری شده اند. در ورود اطلاعات به نرم افزار هر بال برج یک ناحیه در نظر گرفته شده است. برای محاسبه بار برودتی و راهبرد انرژي ساختمان و نیاز به ضرایب انتقال حرارت المانهای ساختمانی همچون دیوار، سقف و پنجره ها نیاز می باشد که مقادیر آنها از کتابخانه خود نرم افزار HAP و مطابق جدول شماره (۵) می باشند.
محاسبات سیستم سرمایش
بر اساس معماری برج، موقعیت قرارگیری و سایر شاخص های مورد نیاز برای محاسبات سیستم سرمایش، بار برودتی مورد نیاز توسط نرم افزار (HAP ( hourly analysis program [7] ویرایش ۴٫۵ محصول شرکت کریر مدل شده و بار برودتی ساختمان محاسبه شده است. جهت محاسبه بار برودتی ساختمان و مصرف انرژی چیلر ، شرایط هوای طرح خارج مطابق جدول ۴ انجام شده است. [۸] 
مشخصات جداره های خارجی ساختمان
ضرایب انتقال حرارت مواد، در جداره های خارجی ساختمان ضرایب انتقال حرارت مطابق جدول (۵) میباشند.
بر اساس محاسبات انجام شده توسط نرم افزار، میزان بار برودتی موردنیاز مطابق جدول (۶) خواهد بود:
نحوه مدل سازی ساختمان در نرم افزار
برای مدل کردن ساختمان در نرم افزار HAP و بدست آوردن بار برودتی مورد نیاز، ابتدا شرایط آب و هوایی منطقه مطابق جدول (۴) وارد شده و سپس مشخصات مربوط به جداره های خارجی ساختمان شامل دیوار ها، پنجره ها و سقف مشخص شده، پس از آن می بایست اطلاعات مربوط به هر فضا کامل شود. این اطلاعات شامل میزان هوای تازه مورد نیاز، بارهای داخلی که شامل بار ناشی از روشنایی، تعداد افراد و بارهای گرمایشی جزئی دیگر می باشند. در بخش دیگر، مشخصات جداره های خارجی فضاها مطابق با مقادیر مندرج در جدول (۵) وارد شده و نهایتا اطلاعات مربوط به هوای نفوذی مشخص شده است. این مقدار با توجه به هوا بند بودن ساختمان و هوای تازه تامین شده توسط هواساز، صفر در نظر گرفته شده است. در بخش سیستم ها، فن کویل به همراه هواساز هوای تازه به عنوان سیستم سرمایشی انتخاب شده و مجموع فضاها در هر بال ساختمان یک ناحیه در نظر گرفته شده است. نهایتا با تعریف دو نوع موتور خانه سرمایشی بر پایه چیلرهای جذبی و تراکمی میزان بار برودتی ساختمان توسط نرم افزار محاسبه گردیده است.
شبیه سازی انرژی مصرفی
برای شبیه سازی انرژی در موتور خانه سرمایشی برج، از نرم افزار hap51/4 استفاده شده است. شبیه سازی مصارف هزینه انرژی چیلر در بخش سرمایش ساختمان بر پایه مصارف انرژی در چیلرهای جذبی دو اثره شعله مستقیم و چیلرهای تراکمی سانتریفیوژ به همراه مصرف انرژی در فن برج خنک کن و پمپ گردش آب کندانسور چیلر انجام شده است. راندمان چیلرها مطابق جداول (۹۷) است. این جداول همان الگوهای موجود در نرم افزار می باشند.
هزینه حامل های انرژی
برق
هر کیلووات ساعت برق بر اساس تعرفه پلکانی بخش خانگی وزارت نیرو [۹] که در جدول (۱۰) مشخص گردیده، محاسبه شده است. با توجه به عدم امکان استفاده از واحد پولی ریال، در نرم افزار از نرخ برابری هر دلار معادل ۲۶۵۰۰ ریال استفاده شده است.
گاز
برای محاسبه ریالی هزینه گاز، هر مترمکعب گاز بر اساس تعرفه بخش خانگی شرکت ملی گاز در سال ۱۳۹۲ به طور متوسط برای ۵ ماه سرد سال ۸۰۰ ریال به ازای هر متر مکعب مصرف و در ۷ ماه گرم سال ۱۳۰۰ ریال به ازای هر مترمکعب مصرف [۱۰]، در نظر گرفته شده است. ارزش حرارتی هر مترمکعب گاز طبیعی برابر با ۸۶۵۰ کیلو کالری بر ساعت است.
در نهایت، پس از محاسبه هزینه مصرف انرژی چیلر به طور جداگانه توسط نرم افزار، جداول (۱۱) و (۱۲) برای هزینه های انرژی هر سیستم به دست می آیند.
مقایسه سرمایه گذاری اولیه مورد نیاز
برای مقایسه هزینه های سرمایه گذاری اولیه مورد نیاز برای چیلرهای جذبی بخار دو اثره شعله مستقیم و چیلرهای تراکمی سانتریفیوژ می توان بخشی از هزینه ها را یکسان فرض نمود. این هزینه ها مربوط به هزینه تهیه تجهیزات پمپاژ آب سرد مورد نیاز ساختمان، برج های خنک کن و پمپ های مربوطه و لوله کشی های مورد نیاز می باشند. هزینه تهیه چیلرها برای ساختمان مورد بررسی مطابق جدول (۱۳) می باشد. جهت محاسبه هزینه های مربوط به اسپلیت یونیت ، با توجه به تعداد ۵۵۵ واحد آپارتمانی، برای هر واحد بطور متوسط ۳ دستگاه با ظرفیت اسمی هر دستگاه ۱۲۰۰۰ بی تی یو بر ساعت در نظر گرفته شده است . قیمت چیلر های سانتریفیوژ بر اساس واحد های ۴۰۰ تنی برآورد شده است.
نتیجه گیری
همانگونه که نتایج مندرج در جداول (۱۱) ، (۱۲) و (۱۳) هزینه مصرف انرژی چیلر برای ساختمان مسکونی برج تهران را نشان می دهند . اگر چه چیلرهای جذبی از نظر سرمایه گذاری اولیه نیاز به هزینه ای در حدود نصف چیلر های سانتریفیوژ دارند اما از نظر هزینه پرداختی بابت مصرف گاز و برق با توجه به قیمت حامل های انرژی در ایران، در رده چیلرهای سانتریفیوژ قرار می گیرند، این در حالی است که انرژی مصرفی در این چیلرها به دلیل ضریب عملکرد پایین، برج خنک کن بزرگ تر و پمپ گردش آب کندانسور بزرگتر، حدود ۴ برابر بیشتر از چیلرهای تراکمی می باشد. به رغم مصرف انرژی بالای چیلرهای جذبی، دولت طی بخشنامه ای کلیه دستگاههای دولتی را موظف نمود که در صورت استفاده از سیستم سرمایش مرکزی، صرفا از چیلرهای جذبی جهت تأمین بار برودتی مورد نیاز خود استفاده نمایند. در حالی که نتایج این تحلیل نشان می دهد استفاده از چیلرهای جذبی صرفا در جهت استفاده از حرارت تلف شده توجیه خواهد داشت.
منبع: پژوهشگاه علوم انسانی
دیدگاهتان را بنویسید