پایان نامه بررسی عملکرد سیستم های تبرید جذبی با 3 سطح و 4 سطح دمایی متفاوت

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد(M.Sc)  

گرایش : تبدیل انرژی

چکیده

در این پژوهش بررسی بر روی سیستم های تبرید جذبی غیرقابل برگشت براساس برگشت نا پذیری داخلی و خارجی با توجه به ظرفیت های حرارتی محدود مخازن خارجی ارائه شده است. برای بهینه سازی سیستم  سه سناریو تعریف شد که در این سناریوها توابع هدفی نظیر  ضریب عملکرد (COP) ، تابع محیط زیست (E) و معیار ترمواکونومیک ( ) و نرخ تولید آنتروپی ویژه در فرآیند بهینه سازی به طور همزمان درگیر شده اند .سناریو اوّل که شامل دو تابع هدف ، به حداکثر رساندن ضریب عملکرد زیست محیطی ECOP و به حداقل رساندن نرخ تولید آنتروپی ویژه به طور همزمان می باشد. الگوریتم های تکاملی چند هدفه (MOEAs  ) بر مبنای الگوریتم NSGA-II استفاده شده است در حالی که دمای سیال کاری در ژنراتور (  ) ، دمای سیال کاری در اواپراتور (  ) و دمای سیال کاری در کندانسور و دمای سیال کاری در جذب کننده (  ) به عنوان متغیرهای تصمیم گیری در نظر گرفته شده است .

کلمات کلیدی: ضریب عملکرد ، روش NSGA-II ، ترمودینامیکی ، تبرید جذبی

مقدّمه

با توجه به این که تاسیسات یک ساختمان به عنوان قلب آن ساختمان محسوب شده و طراحی و انتخاب تجهیزات آن از اهمیت شایانی برخوردار بوده و هم چنین با توجه به اهمیت موضوع کاهش مصرف انرژی در این مقاله سعی بر آن شده تا مزایای چیلرهای جذبی نسبت به تراکمی و طرز کار آن ها جهت تهیه آب سرد جهت سرمایش ، آب گرم جهت گرمایش و هم چنین آب گرم مصرفی در راستای صرفه جویی در مصرف انرژی مورد بحث و بررسی قرار گیرد .

چیلرها از جمله تجهیزات بسیار مهم در سرمایش هستند که به طور کلی می توان آن ها را به دو دسته چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی تقسیم کرد. به طور کلی چیلرهای تراکمی از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی از انرژی حرارتی به عنوان منبع اصلی برای ایجاد سرمایش استفاده می کنند.

ادوین آندرسن[5] در کتاب «تبرید: خانگی و تجاری» در مورد زوج مبرد و جاذب چیلرهای جذبی که دارای ماده جاذب مایع هستند، 9 ویژگی مهم مبرد و جاذب را که می توانند نقش تعیین کننده در انتخاب برای استفاده در این گونه سیستم ها داشته باشند را چنین برمی شمارد :

اوّل: عدم حالت جامد - زوج مبرد و جاذب نباید در طی فعل و انفعالات و دامنه دمایی طبیعی عملیات سرمایش جذبی به حالت جامد درآیند. زیرا بروز فاز جامد منجر به کندی حرکت محلول یا حتی انسداد مسیرهای سیال می شود.

دوّم: نسبت فراریت زیاد - فراریت ماده مبرد باید خیلی بیش تر از فراریت ماده جاذب باشد تا امکان جداسازی  آن ها طی عملیات تغلیظ که در ژنراتور صورت می گیرد به سهولت امکان پذیر باشد. امکان جداسازی آسان ماده مبرد از جاذب که به صورت محلول وارد ژنراتور می شوند، تاٌثیر مستقیمی بر کاهش مقدار انرژی گرمایی داشته و از هزینه های مربوط به عملیات تغلیظ می کاهد.

سوّم: میل شدید به جذب - تمایل ماده جاذب به جذب ماده مبرد با توجه به خواص هریک از آن ها در دامنه عملیاتی چیلر جذبی از مهم ترین مشخصه های یک زوج خوب محسوب می شود. چنین میلی منجر به نوعی وابستگی و پیوستگی به هنگام هم نشینی با یک دیگر می شود. از همین رو سرعت ترکیب و درهم ادغام شدن افزایش یافته و ضریب فعالیت مبرد کمتر از واحد می شود و از سوی دیگر مقدار ماده جاذب برای جذب مبرد کاهش یافته و در نتیجه از میزان انرژی گرمایی مورد نیاز کاسته می شود. هم چنین اندازه مبدل حرارتی که امکان تبادل حرارت بین محلول غلیظ ماده جاذب خروجی از ژنراتور و محلول رقیق محلول جاذب و مبرد تحت فشار پمپ را به وجود می آورد کوچک تر می شود. در عین حال تحقیقات ژاکوب[6]، آلبرایت و تاکر[7]   [1-4] نشان می دهد که تمایل شدید ماده جاذب به ماده مبرد مشکل غلیظ سازی را در ژنراتور به همراه دارد، زیرا در ژنراتور انرژی گرمایی بیش تری باید صرف جداسازی این دو ماده شود، که البته با آن میل شدید به وصل، چنین عاقبتی قابل پیش بینی است.

چهارم: فشارمتوسط - فشار عملیاتی ماده مبرد و جاذب برای انجام فرایند جذب و سپس جداسازی که منجر به سرمایش می شود باید در حد متوسط باشد . زیرا نیاز به فشارهای زیاد باعث افزایش ضخامت دیواره های دستگاه و استفاده از تجهیزات و وصاله های فشار قوی می شود که این گونه موارد بر سنگینی و هزینه های آن می افزایند. از طرف دیگر نیاز به فشارهای خیلی پایین و خلأ نیز منجر به افزایش حجم دستگاه برای عملیات جذب شده و تجهیزات خاصی را برای حفظ خلأ در درون دستگاه طلب می کند.

پنجم: پایداری - مواد جاذب و مبرد باید از پایداری و ثبات شیمیایی خوبی برخوردار باشند و خواص اولیه خود را در طی سالیان متمادی حفظ کنند. پایداری شیمیایی امکان شکل گیری گازها و مواد جامد را کاهش داده و خوردگی را به حداقل می رساند.

ششم: خوردگی و فرسایش کم - مواد جاذب و مبرد به هرحال کم یا زیاد موجب خوردگی و فرسایش سطوح فلزی دستگاه می شوند و طبیعتاً در این میان موادی مناسب تر هستند که پایداری آن ها بیش تر و اثرات فرسایشی آن ها کم تر باشد. برخی اوقات برای جلوگیری از اثرات فرسایشی مواد لازم می شود تا ترکیبات شیمیایی دیگری به عنوان بازدارنده به زوج جاذب و مبرد اضافه شود.

هفتم: ایمنی - زوج جاذب و مبرد نباید سمی یا قابل احتراق باشند و هم چنین استفاده از آن ها نباید تاٌثیرات زیان بار زیست محیطی به دنبال داشته باشد. هرچه عوارض آ نها کم تر و ایمنی استفاده از آن ها بیش تر باشد، از امتیاز کاربری بالاتری برخوردار خواهند بود.

هشتم: ویسکوزیته کم - هرچه مواد جاذب و مبرد روان تر و دارای ویسکوزیته کمتری باشند، حرکت آن ها سریع تر و بهتر انجام می شود و در نتیجه انتقال گرما و جرم راحت تر صورت می گیرد و پمپ ها انرژی کمتری برای جابجایی آن ها صرف می کنند.

نهم: گرمای نهان زیاد مبرد - هرچه گرمای نهان مبرد بیش تر باشد، نرخ گردش ماده جاذب کمتر خواهد بود. بالا بودن گرمای نهان مبرد منجر به افزایش بازده می شود. زوج های شناخته شده جاذب و مبرد همه خواص بالا را به صورت کامل دارا نیستند، اما از میان آن ها زوج جاذب لیتیم بروماید / آب و همین طور آب / آمونیاک شرایط بهتری دارند و با توجه به موارد فوق، انتظارات بیش تری را برآورده می کنند. سایر زوج های جاذب و مبرد که می توانند مورد بررسی و تحقیق قرار گیرند، عبارتند از:

آمونیاک و نمک امتیل آمین و نمک ها،‌ الکل ها و نمک های آمونیاک و محلول های آلی دی اکسید گوگرد و محلول های آلی[8] هیدروکربن های هالوژنه و محلول های آلی بعضی از این مواد دارای برخی ویژگی های مناسب مانند عدم متبلور شدن در چرخه سرمایش جذبی هستند اما در برخی، موارد دیگر همچون پایداری، خوردگی و ایمنی شرایط چندان خوبی ندارند. همان طور که اشاره شد، در حال حاضر زوج های لیتیم بروماید / آب و آب / آمونیاک مناسب ترین زوج های مورد استفاده در سیستم های سرمایش جذبی هستند و بر همین اساس می توان سیستم های سرمایش جذبی را از نظر نوع ماده جاذب و مبرد در دو گروه عمده زیر طبقه بندی نمود :

- سیستم سرمایش جذبی با مبرد آب و ماده جاذب لیتیم بروماید

- سیستم سرمایش جذبی با مبرد آمونیاک و ماده جاذب آب

1-1- سیستم سرمایش جذبی با مبرد آب و ماده جاذب لیتیم بروماید:

Abstract

In this research irreversible absorption refrigeration systems based on internal and external irreversibility with respect to limited heat capacity of external vessels are investigated. Three scenarios are defined for system optimization with objective function as coefficient of performance (COP), environmental objective function (E), thermoeconomic criterion (F) and specific entropy production rate, that were considered simultaneously for optimization process. The first scenario, includes objective function to maximize the environmental coefficient of performance ECOP and minimize specific entropy production rate simultaneously. Multi-objective evolutionary algorithms (MOEAs) based on NSGA-II is used as the working fluid temperature at the generator ( ), the temperature of the working fluid in the evaporator ( ) and the temperature of the working fluid in the condenser and the temperature of the working fluid in the absorber ( ) is considered as decision variables. Second and third scenario objective function includes coefficient of performance (COP), the environmental objective function (E) and thermoeconomic criterion (F) where these functions are simultaneously optimized and the results were compared with previous studies. Multi-objective evolutionary algorithms (MOEAs) based on NSGA-II is used while the temperature rate of working fluid  ( , ), and the rate of heat transfer area  ( , ) is considered as decision variables  Pareto optimal frontier is used and  an optimal solutionis selected by LINMAP , Fuzzy and  TOPSIS methods .