منوی سایت

بهینه سازی مصرف انرژی در یك ساختمان تجاری اداری

بهینهسازیمصرفانرژیدریكساختمانتجاری- اداریدرشهرتهرانباانتخاب مناسبچیلروبرجخنككنبهمنظورسرمایشمركزی

مهدینوروزی: دانشجوی كارشناسی ارشد مهندسی انرژی ، دانشكده محیط زیست و انرژی ، واحد علوم و

تحقیقات ، دانشگاه آزاد اسلامی

آبتینعتایی: استادیار گروه مهندسی انرژی ، دانشكده محیط زیست و انرژی ، واحد علوم و تحقیقات ، دانشگاه

آزاد اسلامی

چكیده:

مساله انرژی در كشور ما سال ها مورد توجه شایسته ای نبوده است و یارانه های آشكار و پنهان دولتی همواره مردم را از توجه واقعی به ارزش انرژی باز داشته اند. در سال های اخیر، توجه به میزان مصرف انرژی و همچنین صرفه جویی در مصرف، به عنوان یك ضرورت قطعی و چاره ناپذیر پدیدار گشته است. سرعت رشد مصرف داخلی انرژی به حدی است كه با روند موجود توسعه منابع نفتی، شاید با گذشت چند سال و اندی، دیگر قادر به صادرات نفت نباشیم.انرژی مصرفی در ساختمان ها بیش از یك سوم انرژی مصرفی كشور را به خود اختصاص داده، كه به نظر میرسد ارزش آن به قیمت جهانی سالیانه بالغ بر 6 میلیارد دلار می گردد. سامانه های تهویه مطبوع به مانند چیلرها و برج های خنك كن مانند اكثر سامانه های مكانیكی مقدار زیادی انرژی الكتریكی مصرف می كنند. تحقیقات نشان می دهد كه حدود نیمی از انرژی مصرفی در بخش ساختمان، صرف سرمایش و گرمایش می شود.

كمبود منابع انرژی و نوسان قیمت آن ها موجب شده است كه كارشناسان به ایجاد تغییراتی در طراحی كلی سامانه های تهویه مطبوع و كاربردهای آن اقدام نمایند كه البته بیشتر این تغییرات ، بهره گیری از تكنولوژی های كم مصرف انرژی برای تهویه مطبوع ساختمانها می باشد. در این مقاله در مورد مصرف انرژی در سیستم های تهویه مطبوع و تاثیر كم آبی بر انتخاب مناسب سیستم های چیلر و برج خنك كن ، بحث خواهد شد.

كلمات كلیدی: بهینه سازی ، انرژی ، چیلر ، برج خنك كن ، سرمایش مركزی

مقدمه:

تكنولوژی های كم مصرف انرژی، برای سرمایش ساختمان ها از روش هایی ارزان قیمت برای تامین شرایط آسایش در تابستان بهره می برند. این روش های كم مصرف انرژی هزینه عملكرد كمی نسبت به سیستم های سرمایش مرسوم  چیلرها و برج های خنك كننده تراكم بخار و جذبی  دارند. اگر بخواهیم در چگونگی شكل گیری سیستم های كم مصرف انرژی دقیق شویم درمی یابیم كه بسیاری از روش های كم مصرف انرژی برای سرمایش برگرفته از روش های سنتی سرمایش می باشند كه بشر سال ها پیش از این به آنها دست یافته است. برای مثال در بسیاری از مناطق روستایی ایران كه قدمتی بیش از 200 سال دارند، خانه ها دارای دیوارهای بسیار ضخیم از جنس كاه گل می باشند. این ضخامت ، ورود حرارت به داخل اتاق را در روزهای گرم تابستان به تاخیر می اندازد، از طرفی به دلیل جرم حرارتی بالا، این دیوارها خنكی شب را برای مدت طولانی در خود حفظ و در طول روز بعد تا ساعت ها دمای فضای داخل را در حد مطلوب حفظ می كنند. همان طور كه اشاره شد ، شكل های اولیه تكنولوژی های كم مصرف انرژی برای سرمایش، سالهاست كه در بناهای تاریخی مورد استفاده قرار گرفته و می گیرند. این تكنولوژی ها در اشكال پیشرفته نیز امروزه در حال گسترش میباشند. اگرچه هنوز تحقیقات زیادی برای استفاده آسان تر از این سیستم ها نیاز می باشد. با توجه به افزایش جمعیت در مناطق گرمسیر و همچنین گران شدن منابع انرژی موجود، درآینده قطعا تقاضا برای استفاده از تكنولوژی های كم مصرف انرژی جهت تهویه ساختمان ها افزایش می یابد. بنابراین شایسته است كه در كشور ما نیز سازمان ها و وزارتخانه های مسئول در زمینه انرژی توجه بیشتری به این مسئله مبذول دارند.

2-مصارف عمده آب در سیستم های تهویه مطبوع

از روزگاران قدیم، آب به عنوان مایه حیات و آبادانی مورد توجه انسان بوده است. بسیاری از شهرها در مناطقی ایجاد شده اند كه در نزدیكی آنها منابع قابل استحصال آب وجود داشته است. همچنین شهرهای متعددی نیز به دلیل خشكسالی و كمبود آب متروك و رها شده اند. با پیشرفت تكنولوژی و سطح رفاه و بهداشت جوامع، وابستگی انسان به آب افزایش یافته به گونه ای كه در دهه های اخیر مقدار مصرف سرانه آب به عنوان شاخص پیشرفته بودن كشورها مورد بررسی قرار می گیرد. مصارف عمده آب را به چند گروه می توان تقسیم كرد:

- مصارف بهداشتی و آشامیدنی از قبیل شرب، پخت و پز، استحمام، شستشوی البسه و ظروف و ...

- مصارف كشاورزی و فضای سبز

- مصارف صنعتی

- مصارف خدماتی از قبیل سیستم های تهویه مطبوع، آتش نشانی، شستشوی خودرو، شستشوی محوطه و ....

در سیستم های رایج تهویه مطبوع، برجهای خنك كن كه در سیستم های سرمایش كاربرد دارند عمده ترین مصرف

كننده آب می باشند. بنابراین در این مقاله فقط سیستم های سرمایش مورد بررسی قرار خواهند گرفت. سیكل های تبرید كه اساس كار دستگاه های چیلر هستند به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

1-سیكل های تراكم بخار

این سیكل در واقع عبارتست از جوشش و تقطیر آب در یك دمای مشخص، كه این دما به فشار سیستم بستگی دارد. محدوده این سیكل بین نقطه انجماد و دمای بحرانی سیال عامل می باشد.در فرآیند جوشش سیال عامل می بایست گرمای نهان تبخیر را دریافت نماید و در فرآیند تقطیر این گرما می بایست به محیط منتقل شود.اجزای اصلی كه در تمامی سیكل های تبرید تراكمی وجود دارند عبارتند از اواپراتور،كندانسور،كمپرسور و شیر انبساط (یا لوله مویین).در كلیه سیستم های تبرید از ماده ای به نام مبرد در یك مدار بسته و نفوذ ناپذیر استفاده میشود. در این سیكل از یك كمپرسور برای متراكم كردن گاز (بخار مبرد) استفاده می شود و به همین دلیل سیكل حاصله را سیكل تراكمی و گاهی سیكل تراكم بخار می گویند.ماده سرما زا در یك قسمت از سیكل، حرارت محیط خود محیط سرد) را جذب كرده و در قسمت دیگر آن را دفع می كند.به عبارت دیگر كمپرسور، مبرد را در وضعیتی قرارمی دهدكه حرارتی را كه قبلا و از محیطی با فشار كم جذب كرده بود، پس بدهد. شكل زیر شماتیكی از سیكل تبرید تراكم بخار را نشان میدهد.

شكل 1 شماتیكی از سیكل تبرید تراكمی

1 فرایند تراكم ایزونتروپیك است كه در كمپرسور رخ می دهد و طی آن فشار سیال عامل افزایش می - فرآیند 2 2 و در فشار ثابت، حرارت موجود در سیال خروجی از كمپرسور به محیط دفع می شود. - یابد. در طی فرایند 3 3 نمایانگر فرایند انبساط ایزونتروپیك است كه در یك لوله موئین یا شیر انبساط صورت می گیرد و در - فرایند 4 4 در اواپراتور یا چیلر،حرارت به سیال عامل منتقل میشود و بدین ترتیب سیكل كامل می گردد. به طور - فرایند 1 كلی برای انتقال حرارت از محلی به محل دیگر، وجود اختلاف درجه حرارت، لازم است و در یك سیكل تبرید برای كسب این اختلاف درجه حرارت، به یك قسمت فشار بالا و یك قسمت فشار پایین ، نیاز می باشد. بخش فشار پایین از خروجی شیر انبساط تا ورودی كمپرسور را شامل می شود. مقدار فشار این قسمت به نوع سیستم و دمای ورودی اواپراتور و همچنین دمای محیط سرد بستگی دارد. بایستی در نظر داشت كه فشار از خروجی شیر انبساط تا ورودی كمپرسور ثابت می باشد. بخش فشار بالا از خروجی كمپرسور تا ورودی شیر انبساط را شامل می شود.در سیكل

تراكمی بخار همواره رابطه زیر برقرار است:

كار خالص انجام شده در كمپرسور- حرارت جذب شده در اواپراتور(چیلر) = دفع حرارت در كندانسور یا:

QH = QL + W (1)

ضریب عملكرد سیكل های تبرید عبارتست از:

كار ورودی به سیكل / اثر سرمایشی = ضریب عملكرد

COP = QH / Win (2)

تجهیزات تبرید( از قبیل چیلرها، كولرهای گازی، پكیج ها و ...) كه دارای كمپرسورهای رفت و برگشتی، گریز از مركز، و دنده ای یا پیچی هستند همگی در سیكل تبرید تراكم بخار كار می كنند.

- سیكل های تبرید جذبی

سیكل جذبی فرآیندی است كه اثر تبرید در آن با استفاده از دو سیال و مقداری حرارت كه توسط ژنراتور به سیستم داده می شود ایجاد می شود. البته این حرارت به مراتب بیشتر از انرژی الكتریكی ای است كه در سیستمهای تراكمی مشابه به سیستم داده می شود. در این سیكل نیز مانند سیكل تراكمی مبرد در فشار پایین و در اواپراتور حرارت را دریافت و در كندانسور و در بخش فشار بالا این حرارت را به محیط با