بررسی عملکرد استفاده از چیلر جذبی خورشیدی با چیلر جذبی و تراکمی

نویسندگان :

سعید احمدنژاد ، حسن اطهری 1- کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک تاسیسات ( تبدیل انرژی)، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ایلخچچی

باشگاه پژوهشگران و نخبگان

Email- s ahmadnczhad@vahoo.com

٢- هیئت علمی دانشگاه علم و فن ارومیه

Email – Hassan.atharia atauni.edu.tr

خلاصه

در مطالعه حاضر عملکرد چیلر جذبی خورشیدی مورد ارزیابی قرار گرفته است و مقایسه این نوع چیلر با انواع دیگر آن چیلر تراکمی وجذبی) انجام شده است در بررسی هزینه های اولیه و بلند مدت، با فرض نرخ های تورمی خالص متفاوت سالانه و اثر آن بر تامین هزینه انرژی دستگاه های تهویه مطبوع، نتایج گوناگونی در برتری اقتصادی هر یک از سیستم های تبرید بر دیگری حاصل شده است ، نتایج نشان می دهد که با حذف یارانه های انرژی و افزایش بهای گاز و برق، چیلرهای جذبی خورشیدی با در نظر گرفتن تورم خالص سالیانه بالای ۷ درصد و بالای 15 درصد به ترتیب با چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی رقابت پذیر خواهد بود.

مقدمه

نوسانات قیمت حامل های انرژی، تمایل به کاهش هزینه های مصرفی سوخت و انرژی، گرایش به ذخیره سازی سوخت های فسیلی برای کاربردهایی به جز سوزاندن آنها و همچنین توجه به لزوم کاهش آلایندگی ناشی از مصرف سوخت ها در دهه ی اخیر، دلایل محکمی در لزوم تغییر نگرش در بهره برداری از انرژی است.

در این راستا دستیابی با انرژی های پاک و تجدید پذیر دارای اهمیت ویژه ای می باشد ، زیرا علاوه بر صرفه ی قابل توجه اقتصادی از لحاظ زیست محیطی نیز کاملا توجیه پذیرند. در سال های اخیر با مطرح شدن موضوع هدفمند سازی یارانه ها در کشور، توجه مصرف کنندگان به کمتر کردن هزینه های ناشی از وسایل پر مصرف جلب شده است یک راه کار برای جلوگیری از مصرف بالای سیستم های تامین گرما و سرما، جایگزینی این گونه وسایل با نمونه ی با بازدهی بالاتر خواهد بود.

هر چند استفاده از انواع با بازدهی بالاتر باعث افزایش هزینه ی مازاد در ساخت و ساز خواهد . شد، ولی این اضافه پرداخت مطمئنا در مدت چند سال اولیه، با صرفه جویی انرژی بازگردانده می شود. در بحث ساختمان ، سیستم های مورد استفاده در زمینه ی گرمایش و سرمایش بیشترین مصرف انرژی را دارند که گاهی تا ۸۳ % از مصرف را به خود اختصاص می دهند، در صورت استفاده از انرژی خورشیدی می توان علاوه بر کاهش هزینه ی پرداختی سوخت ، مشارکت بسزایی هم در کاهش هزینه های دولت در زمینه ی یارانه های انرژی داشت،

بدون تردید، کاهش مصرف سوخت های فسیلی، کاهش میزان آلاینده ها و افزایش راندمان را می توان از برتری های چیلرهای جذبی خورشیدی برشمرد. در مقابل، هزینه سرمایه گذاری اولیه نسبتا زیاد در حال حاضر این گونه چیلرها از ایراد أن بشمار می رود، در مطالعه تجربی انجام شده بروی یک چیلر جذبی خورشیدی در آب و هوای گرمسیری بدون سیستم پشتیبان انرژی نتایج قابل توجهی حاصل شد. سیستم راه اندازی شده صرفا از انرژی خورشیدی جذب شده در کلکتورها استفاد شده است.

نتایج نشان میدهد انتخاب چیلر با ظرفیت اسمی کوچکتر از ظرفیت اسمی مورد نظر موجب کاهش ضریب عملکرد چیلر در روزهایی با دمای بحرانی خواهد شد که این امر حاصل نشدن دمای راحتی ساختمان را در این روزها در پی خواهد داشت. در این شرایط برای دستیابی به شرایط راحتی، میبایست از فن های سقفی استفاده کرد.

در انتخابی دیگر ممکن است از چیلری با ظرفیت اسمی بزرگتر از ظرفیت اسمی مورد نظر به کار گرفته شود که همواره زیر ظرفیت اسمی و با کارایی پایین کار خواهد کرد. در این حالت دمای راحتی در داخل ساختمان قابل دسترس خواهد بود. در کشور نیز سلطانی و همکاران در سال ۱۳۸۶ به تشریح کاربردهای انرژی خورشیدی پرداخته و مراحل تبديل یک چیلر جذبی به نمونه جذبی خورشیدی آن بصورت تجربی بررسی قرار گرفته است.

بزرگمهری و لاری در یک ارزیابی فنی و اقتصادی، چیلرهای جذبی خورشیدی را برای بازار ایران در سال ۱۳۸۲ مورد ارزیابی قرار داد اند. تاثیر بارهای گوناگون بر بازدهی سیکل چیلرهای جذبی توسط عربی و دهقانی در سال ۱۳۸۹ انجام شده است بنابراین استفاده از چیلرهای جذبی خورشیدی دارای محاسن و معایب نسبت به دیگر چیلرها است که هدف در این مطالعه بررسی مقدماتی استفاده از این چیلر در کشور است

 انرژی خورشیدی

خورشید را می توان مادر تمام انرژی های قابل دسترسی روی زمین دانست. میزان انرژی در یافتی زمین از خورشید برابر ۱۰۱*۱/۵

کیلو وات ساعت در سال و یعنی بیش از ۱۷۵۰۰ برابر کل مصرف انرژی سالانه جهان و بیش از ۲۰ برابر کل ذخایر نفت، گاز، زغال سنگ و اورانیوم دنیاست. تابش خورشید از خط استوا (صفر درجه) تا حدود 40 درجه عرض جغرافیایی شمالی و جنوبی بالاترین میزان را نسبت به سایر نقاط کره ی زمین دارد.

از این دیدگاه با توجه به قرار گیری ایران در میان عرض 35 تا 40 درجه شمالی، همچنین با زاویه ی مناسبی که تابش خورشید با سطح کشور دارد استفاده از انرژی خورشید به عنوان یک منبع پاک انرژی مورد توجه قرار می گیرد. بر اساس مطالعات انجام شده است.

سواحل دریای خزر کم تابش ترین منطقه ی ایران است که روزانه ۲/۵ تا ۳٫۹ کیلووات ساعت بر متر مربع در سطح افقی انرژی در یافت می کند. منطقه آذربایجان، خوزستان و خراسان شمالی تابشی برابر با ۳٫۹ تا4/۸ کیلووات ساعت بر متر مربع را دریافت می کنند، مناطق مرکزی با بیشترین مساحت به طور متوسط روزانه4/4 تا۵/۳ کیلووات ساعت بر متر مربع را دریافت می کنند و استان فارس و کرمان با دریافت۵/۳ تا5/6 کیلووات ساعت بر متر مربع بالاترین میزان تابش خورشیدی را دارند.

سوخت ها و قیمت های بسیار پایین آنها به دلیل یارانه های دولتی است، بعلاوه هزینه مورد نیاز برای انرژی های نو با سطح درآمد عامه مردم همخوانی ندارد. به عنوان نمونه برای بدست آوردن ۱ کیلووات ساعت انرژی از نیروگاه حرارتی خورشیدی، بطور میانگین ۱۲۰۰ دلار هزینه اولیه نیاز است، که این رقم چیزی در حدود ۱۲/۷ برابر هزینه اولیه برای استحصال این مقدار انرژی از نیروگاه با سوخت فسیلی است.

چیلر جذبی خورشیدی

در ساختمان ها معمولا از انرژی حرارتی خورشید برای گرم کردن آب مصرفی ساختمان در آبگرمکن های خورشیدی واستفاده از آب گرم به منظور سرمایش ساختمان در چیلرهای جذبی خورشیدی استفاده می شود. برای به کار بردن انرژی خورشید در سیستم های نام برده معمولا از سه نوع عمده ی جاذب های انرژی خورشیدی استفاده میشود

جمع کننده های صفحه تخت

(Flat Plate Collectors)

این کلکتورها مانند جعبه ای با پوشش شیشه ای تیره رنگ هستند که انرژی خورشید را جذب و از طریق لوله های فلزی به سیال جاذب انتقال می دهند و دمای سیال را تا محدوده ی 60-40 درجه سانتی گراد بالا می برند، از این کلکتورها برای گرم کردن هوای محیط با آب گرم خانگی استفاده می شود.

جمع کننده های لوله خلاء

(Vacuum Tube Collectors)

لوله های خلاء با توجه به ظاهر استوانه ای شکلشان، می توانند نور خورشید را از هر زاویه ای جذب کنند و به دلیل خلاء میان محفظه شیشه ای ، به عنوان یک عایق حرارتی مناسب با توجه به تیپ این لوله ها، می توانند دمای سیال را از ۷۰ تا ۱۱۰ درجه ی سانتی گراد افزایش دهند. کاربرد اصلی این کلکتورها در سرمایش خورشیدی به وسیله ی چیلرهای تک اثره و فرایندهای حرارتی دما پایین است .

جمع کننده های سهموی خطی

(Parabolic Trough Collectors)

در دو نوع با دهانه کوچک و بزرگ استفاده می شوند. در نوع کوچک، آیینه ی سهمی گون با شعاعی در حدود ۱ متر، نور خورشید را روی سطح لوله ای که در کانون آيينه قرار گرفته است متمرکز می کند، دمای کاری در این نوع به بازه ی ۲۲۰-۱۲۰ درجه ی سانتی گراد محدود می شود و در تامین گرمایش فرایندهای صنعتی، چیلرهای جذبی خورشیدی ۲ و ۳ اثره، آب گرمکن های تجاری و مولدهای قدرت کوچک به کار می رود. نمونه ی با دهانه بزرگ امکان افزایش دمای سیال را از ۲۵۰ تا ۵۰ درجه سانتی گراد دارا می باشد و برای مولدهای قدرت در مقیاس صنعتی به کار می روند.

سیستم عملکرد چیلرهای جذبی خورشیدی اساسا تفاوت زیادی با چیلرهای جذبی رایج ندارد و تفاوت عمده در نحوه دریافت انرژی برای گرم کردن آب است. (شکل شماره ۱)

در چیلرهای جذبی خورشیدی برای دریافت گرما از کلکتور خورشیدی استفاده می شود که معمولا با توجه به کارایی وعمر مفید، این کلکتورها دارای قیمت های متفاوتی هستند، در حال حاضر در بازار ایران محصولات آلمانی، اتریشی استرالیایی و چینی موجود است. البته خط تولید این محصول در کشور نیز راه اندازی شده است.

مقایسه ی چیلر جذبی خورشیدی با چیلرهای تراکمی و جذبی

مصرف انرژی در بخش ساختمان یکی از عمده ترین موارد مصرف انرژی بشمار می رود. بطوریکه ۳۸% از انرژی جهان در بخش ساختمان مصرف می شود این میزان انرژی ۳۸% از سبد مخارج خانواده ها را به خود اختصاص داده است، در ایران ۹۸®ز گاز مصرفی کشور برای گرمایش ساختمان مصرف می گردد. این مقدار مصرف انرژی در بخش ساختمان باعث شده تا ایران 4 برابر استاندارد جهانی در این حوزه مصرف انرژی داشته باشد. با استفاده از انرژی خورشید در کشور می توان از بخش زیادی از مصرف بالای انرژی در کشور جلوگیری کرد. البته صرفه اقتصادی از عوامل بسیار موثر در توجیه پذیر بودن و یا نبودن یک طرح است. به این منظور در جدول (۱) مقایسه هزینه ای بین چیلرهای جذبی و تراکمی با چیلر جذبی خورشیدی که به تازگی در بازار ایران معرفی شده است، صورت گرفته است .

در ادامه ی ارزیابی می توان با در نظر گرفتن چند فرضیه برای تغییرات قیمت حامل های انرژی، به بررسی مدت صرفه اقتصادی چیلرها پرداخت، به این منظور فرضیات زیر برای این مطالعه انجام شده است؛

اگر هزینه ی انرژی سال جاری را Cر در نظر بگیریم و هزینه ی سال N ام را NC در نظر گرفته شود مجموع هزینه پرداخت شده توسط مشتری برای سال هایی که از دستگاه استفاده می کند برابر با G باشد، خواهیم داشت :

در معادله شماره (۱) پارامتر 1 تورم خالص محاسبه شده است، که برای محاسبه أن مجموع تورم حاصل از افزایش بهای سالانه انرژی و بالا رفتن دستمزد تعمیر کار تاسیسات برای نگهداری از دستگاه و سایر پارامترهای حتمل موثر در تغییر تورم می تواند اثر داده شود، اگر Pه هزینه اولیه نصب، خرید و راه اندازی باشد. می توان با بیان سه مقدار ۱۰و ۳ و ۲۰ درصد برای تغییر در نرخ تورم خالص به مقایسه ی بلند مدت هزینه ها در الگوهای گوناگون تور می پرداخت که نتایج مذکور در جدول( ۲) ارایه شده است.

نتیجه گیری

در این مقاله به بررسی مقدماتی هزینه اولیه و بلند مدت میان چیلرهای جذبی خورشیدی، تراکمی و جذبی که دارای ظرفیت های مشابه اند، پرداخته شد. با توجه به اینکه از دیدگاه مصرف کننده مهم ترین فاکتور در انتخاب سیستم مورد نظر، پارامترهای اقتصادی است، بنابراین سعی شد تا با شبیه سازی در مدل های افزایش هزینه های جاری یک سیستم برودتی ، قدرت مقایسه به خریدار داده شود.

اگرچه در مدل منظور شده در محاسبات از هزینه های پرشمار آلودگی های زیست محیطی چشم پوشی شده است ولی با این وجود، با در نظر گرفتن نرخ تورمی سالانه بیش از ۹/۵ درصد چیلر جذبی خورشیدی در مدت ۲۰ سال از چیلر تراکمی با ظرفیت مشابه پیشی گرفته و با در نظر گرفتن نرخ تورمی بیش از ۲۱/۷ درصد در مقابل چیلر جذبی نیز صرفه اقتصادی بیشتری خواهد داشت. هرچند تا زمانی که بهای برق و گاز با یارانه در اختیار مصرف کننده قرار بگیرد و کلکتورها به صورت تجاری و با بهای قابل قبول در بازار ارائه نشود، احتمال گرایش مصرف کننده برای بهره برداری از این محصول کم است .

منابع

١- بزرگمهری، شهریار، و لاری، حمیدرضا.، بررسی سیستم های تهویه مطبوع خورشیدی و ارزیابی فنی و اقتصادی چیلرهای جذبی خورشیدی، مجموعه مقالات سومین همایش بهینه سازی مصرف سوخت در ساختمان، بهمن ۸۲. ۲-سلطانی، مجید.، انصاری، محمد. و تقوی، سید محمد، طراحی و ساخت چیلر جذبی خورشیدی، ماهنامه تهویه و تبرید، سال دوم شماره ۱۷ سال ۱۳۸۴ ٣- ساخت خانه های جدید، راهنمایی برای داشتن خانه ای با انرژی کارآمد، شرکت ملی نفت ایران، شرکت بهینه سازی مصرف سوخت. ۴-ماهنامه تازه های انرژی، شماره 3، صفحات ۵۲ و ۵۴ ۵- وزارت نیرو، سازمان انرژی های نو ایران، گروه انرژی خورشیدی 6-هفته نامه پیام ساختمان و تاسیسات، سال پنجم ، شماره ۶۱ سال ۱۳۸۸ پایگاه اینترنتی سازمان انرژی های نو ایران

7.www.suna.org.ir 8.Niemeyer, J., Absorption technology for solar air-conditioning. – Proceedings of the 2 .13 nd International Conference 9.Solar Air-Conditioning, Tarragona, 18-19 Oct 2007.-9 10.Uli, J., Cool Climate From The Scorching Sun, Sun & Wind Energy magazine,

2008.-۱۰

1200 – Breakthrough in Solar Process 11.NEP Solar Pty Ltd – The Poly Trough 12.Heat Collectors, Website Presentation, June 2009