vav-advances

هواساز حجم متغیر (سیستم VAV) چیست؟

توسط با بدون دیدگاه مقالات علمی

هواساز حجم متغیر (سیستم VAV) چیست؟

روند ترقی علم و دانش به نحوی است که روز به روز شاهد ظهور فناوری ­های نو در عرصه ­های مختلف هستیم. اگر نگاه خود را به حوزه سیستم­ های تهویه مطبوع معطوف کنیم، می­توان به­ آسانی گفت که هدف اصلی سیستم ­های تهویه مطبوع، فراهم آوردن شرایط مناسب و بهبود کیفیت هوای ساختمان در راستای راحتی ساکنان آن است.

در این مقاله از بلاگ جهان تهویه اعتماد، به موضوعی بسیار پراهمیت در حوزه سیستم­های تهویه مطبوع، یعنی هواساز حجم متغیر یا سیستم VAV پرداخته ­ایم. سیستمی که با بهینه‌سازی مقدار و دمای هوای توزیع شده در محیط، موجب کاهش مصرف انرژی در سیستم­های تهویه مطبوع می شود.

اگر در عرصه سیستم­ های تهویه مطبوع فعال هستید یا قصد افزایش اطلاعات خود را در این زمینه دارید، تا انتهای مقاله هواساز حجم متغیر (سیستم VAV) همراه ما باشید.

نگاهی بر هواساز حجم متغیر یا سیستم VAV

سیستم VAV بر اساس عبارت Variable Air Volume مختصر شده است. در تعریف کلی و ابتدایی ازاین سیستم، می توان گفت که هوا را با دما و نرخ جریان متغیر، از یک واحد کنترل هوا (AHU) تامین می­کند. هواساز حجم متغیر یکی از بهترین گزینه­ ها برای استفاده در ساختمان­ های تجاری است، چرا که می­تواند نیازهای گرمایشی یا سرمایشی این نوع از ساختمان­ ها را به خوبی برآورده کند.

در تصویر اول، می­توانید سیستم توزیع هوایی که مبتنی بر سیستم VAV طراحی شده است را مشاهده کنید.این سیستم از بخش های AHU و VAV در هر قسمت تشکیل شده است. معمولا در هر منطقه یک جعبه VAV یا VAV Box وجود دارد.

هر VAV Box این قابلیت را دارد تا با باز یا بسته کردن یک دمپر یکپارچه، دمای هر بخش را تنظیم کند. در برخی از قسمت­ ها ممکن است درصورت نیاز تغییر دمای بیشتر، هر جعبه vav به یک گرم کن کمکی مجهز شود. برای مثال در یک بخش با پنجره بیشتر، چنین چیزی برای افزایش دما در زمستان مورد نیاز خواهد بود.

در ادامه این مقاله از بلاگ جهان تهویه اعتماد، درمورد VAV Box بیشتر توضیح داده شده است.

هواساز حجم متغیر

انواع جعبه vav یا VAV Box

به طور کلی جعبه­ های VAV به دو دسته تقسیم می­شوند که به هریک بطور مجزا پرداخته ایم.

جعبه vav وابسته به فشار

جعبه VAV زمانی از نوع وابسته به فشار در نظر گرفته می­شود که سرعت جریان عبوری از جعبه با فشار ورودی در مجرای تغذیه تغییر کند. این نوع از کنترل محبوبیت و مطلوبیت کمتری دارد، زیرا دمپر در جعبه فقط در پاسخ به دما کنترل می­شود و می­تواند منجر به نوسانات دما و صدای بیش از حد شود.

جعبه vav مستقل از فشار

یک جعبه VAV زمانی مستقل از فشار تلقی می­شود که از یک کنترل کننده جریان برای حفظ نرخ جریان ثابت بدون توجه به تغییرات فشار ورودی سیستم استفاده کند. این نوع جعبه VAV نسبت به نوع وابسته به فشار رایج تر است. VAV Box مستقل از فشار امکان تهویه فضا را به صورت یکنواخت ­تر و راحت­تر فراهم می­کند.

در شکل 2 می­توانید نمایی از جعبه مستقل از فشار را مشاهده کنید. در این تصویر، VAV Box دارای یک کویل حرارتی است.

جعبه مستقل از فشار

هواساز حجم متغیر و معادله دارسی

در طراحی ساختمان هوای درون کانال ­ها و داکت­ ها تراکم ناپذیر در نظر گرفته می­شود. بدین معنی که حجم با فشار تغییر نمی‌کند. (حجم مخصوص با دمای هوا تغییر خواهد کرد.)

با توجه به اینکه هوا در امتداد یک مجرا جریان دارد، برای راحتی کار آن را براساس فشار استاتیک (pS)، فشار سرعت (pV) و فشار کل (pT) در نظر می­گیرند. به این­صورت که:

pT = pS + pV

با در نظر گرفتن جریان هوا از طریق یک مجرا مانند شکل زیر، جریان حجمی (q) را می­توان از میانگین سرعت هوا(c)، ضرب در مساحت مجرا (A) بر حسب مترمربع، تعیین کرد. به طور معمول برای سیستم­ هایی که سیال جریان یافته هوا است، چگالی (ρ) برابر با 1.2kg.m-3 درنظر گرفته می­شود (این میزان +/- 4٪ در محدوده شرایط HVAC معمولی متفاوت است).

بنابراین؛ pV معمولاً 0.6c2 ذکر می­شود. (در یک سیستم گردش هوای مجرایی، فشار سرعت هوا ممکن است با استفاده از تراورس لوله پیتوت-استاتیک یا به طور عملی­ تر، در یک سیستم عامل از طریق یک دستگاه اندازه­ گیری ثابت مانند لوله ­های سرعت یا شبکه پیتوت تعیین شود.)

از “معادله دارسی” برای ارائه رابطه بین پارامترهای یک مجرا (مانند یک لوله یا مجرا) و افت فشار (به دلیل مقاومت اصطکاکی) در سیال (آب یا هوا) استفاده می­شود:

ضریب اصطکاک:  λ

طول مجرا: L

قطر هیدرولیک: D

مجرا: m = چهار برابر مساحت تقسیم بر محیط 

سرعت سیال : c

چگالی سیال: ρ 

فشار: P

 

برای تعیین ضریب اصطکاک سیال (λ) از عدد رینولدز (Re) استفاده می­شود که از رابطه زیر به دست می­آید:

Re = ρ c d/μ

در این رابطه نماد μ مربوط به ویسکوزیته دینامیکی سیال (در اینجا هوا) است. ویسکوزیته هوا به طور قابل توجهی در محدوده شرایط معمولی در کانال های HVAC تغییر نمی­کند. ویسکوزیته هوا در دمای 25 درجه سانتی گراد برابر است با: 

0.18 × 10-4Pa.s

این مقدار معمولاً به عنوان یک مقدار مشخص و از پیش تعیین شده استفاده می­شود.

 

لازم به توضیح است که جریان در زمانی که Re<2300 به صورت آرام (روشن) و زمانی که    Re> 3000 باشد آشفته در نظر گرفته می­شود.

وقتی جریان آرام است، ضریب اصطکاک طبق معادله Poisseuille (λ = 64/Re) داده می­شود.

با این وجود به دلیل وجود سرعت در کانال های سیستم ­های تهویه مطبوع، جریان آشفته ایجاد شده که از معادله کلبروک وایت یا معادله هالند استفاده می­شود:

فرمول-2

زبری سطح مجرا : K

زبری نسبی بسته به متریال به کار رفته متفاوت است. برای مثال این مقدار برای فولاد گالوانیزه برابر با 0.15 میلی­-متر است.

قطر مجرای هیدرولیک: D

 

با فرض ثابت بودن ضریب اصطکاک و دیگر پارامترها در معادله دارسی، با تغییر سرعت هوا حجم جریان (q) هم تغییر خواهد کرد. در این­صورت افت فشار مجرا با سرعت سیال طبق رابطه زیر متناسب است:

فرمول-3

این رابطه تا زمانی که پارامترهای هندسی ثابت باشند (برای مثال تنظیمات دمپر تغییر نکند) برای کل سیستم صدق می­کند.

از آن­جایی که افت فشار مجرا با سرعت سیال متناسب است، بنابراین برای هر دبی خاص این رابطه برقرار خواهد بود:

فرمول-4

در این رابطه R مقاومت مخصوص سیستم کانال ها است که ممکن است به واسطه افت فشار ناشی از طراحی و دبی ایجاد شود.

همچنین توان (P) مورد نیاز برای به حرکت درآمدن هوا از طریق مجاری و کانال­ها با استفاده از رابطه زیر تعیین می­شود:

فرمول-5

این روابط و پارامترها مفاهیمی اساسی برای طراحی و به کارگیری سیستم ­های VAV به شمار می­روند.

 هواساز حجم متغیر چگونه کار می­کند؟

هواساز حجم متغیر در دهه 60 میلادی به بازار سیستم­ های تهویه مطبوع معرفی شد و توانست دگرگونی عظیمی را ایجاد کند. سیستم VAV در ابتدا با استفاده از کنترل کننده­های پنوماتیکی یا الکتریکی ابتدایی کنترل می­شدند. اما با این وجود، بازهم می­توانستند تغییر شگرفی در کاهش مصرف انرژی را تضمین کنند.

انواع مختلفی از هواسازهای جریان متغیر وجود دارد. ساده ترین نوع آن را می­توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.

این سیستم ساده عناصر مشخصی را نشان می­دهد که در آن هریک از Terminal Unitها هوای اولیه را از واحد مرکزی انتقال هوا (AHU) در همان دما دریافت می­کنند.

اگر بخواهیم به زبان ساده طرز کار سیستم تهویه حجم متغیر را شرح دهیم می­توان گفت که این سیستم با لوله کشی آب سرد (متصل به چیلر) و لوله کشی آب گرم (متصل به بویلر) و در برخی موارد با لوله کشی مبرد (که به آن هواساز با کویل انبساط مستقیم می گویند) اقدام به ایجاد برودت یا حرارت می­کند.

در واقع آب سرد چیلر یا آب گرم بویلر در کویل به گردش در می­ آید و یک فن هوا را از اطراف کویل­ ها می­دمد تا دمای هوا در اثر برخورد با سطح سرد یا داغ کویل، کاهش یا افزایش یابد و از طریق کانال ها وارد ساختمان گردد.

هواساز حجم متغیر با ثابت نگه داشتن دمای سیال درون کویل ها و تغییر در حجم هوا، میزان گرما یا سرمای متناسب با فضا را تنظیم می­کند، به­ همین دلیل است که عبارت “حجم متغیر” را برای این سیستم برگزیده­ اند.

 

 هواساز حجم متغیر چه مزیت هایی دارد؟

·         کنترل دقیق دما

·         کاهش فرسایش کمپرسور (به دلیل ثابت بودن دمای سیکل و تغییر در حجم هوا)

·         کاهش مصرف انرژی

·         کاهش صدا و لرزش فن

·         میزان بیشتر رطوبت ­زدایی از هوای ورودی در حالتی که کم باری رخ می­دهد

سخن پایانی

در این مقاله سعی شد تا نگاهی به هواساز حجم متغیر داشته باشیم.

لازم به یادآوری است که شما عزیزان می‌توانید با مراجعه به صفحه محصولات وبسایت جهان تهویه اعتماد با انواع سیستم های تهویه مطبوع تولید شده در شرکت جهان تهویه اعتماد آشنا شده و کاتالوگ فنی آن را نیز دانلود و مشاهده فرمایید.

برای مطالعه بیشتر در رابطه با سیستم‌های تهویه مطبوع به دیگر مقالات ما در صفحه مقالات علمی مراجعه فرمایید.

همچنین برای دریافت مشاوره در مورد سیستم‌های تهویه مطبوع می‌توانید از طریق صفحه تماس با ما، با واحد فنی ما در ارتباط باشید.

 

منابع:

https://www.cibsejournal.com/cpd/modules/2019-04-vav/

 

https://www.pnnl.gov/projects/best-practices/variable-air-volume-systems#Description%20of%20Technology

 

https://www.youtube.com/watch?v=jXV3i9_QOhQ

دانلود مقاله
آموزش نرم افزار SOLKANE

آموزش نرم افزار SOLKANE + دانلود نسخه اورجینال

توسط مقالات علمی

جهت آموزش نرم افزار solkane نیاز به دانستن برخی پیش نیاز ها می باشد که سعی بر آن می شود تا به صورت ساده به آنها پرداخته شود و سپس به آموزش نرم افزار میپردازیم.

در این بخش به بیان نحوه طراحی سیکل های تبرید تراکمی به کمک نرم افزار solkane خواهیم پرداخت، به این منظور قبل از معرفی این نرم افزار ، اصول طراحی سیکل تبرید تراکمی بیان شده است.

نرم افزار solkane در بیشتر کارخانجات سازنده دستگاه تبرید تراکمی نظیر انواع چیلر و پکیج های انبساط مستقیم استفاده می شود و از طریق آن می توان تحلیلی بر محاسبه آیتم های سیکل نظیر راندمان دستگاه و آنتالپی آنتروپی دبی سیال و سایر مشخصات آن داشت.

سیکل تبرید

مطابق شکل فوق ، وظیفه هر یک از اجزای سیکل تبرید به شرح زیر است:

  1. کمپرسور که بخار را از اواپراتور مکیده , فشار و به تبع آن درجه حرارت آن را افزایش می دهد.
  2. خط تخلیه ( discharge ) که بخار داغ با فشار بالا را از کمپرسور به کندانسور منتقل می کند.
  3. کندانسور که از طریق آن انتقال حرارت از مبرد گرم و پر فشار به عامل سرد کننده و تقطیر که می تواند آب یا هوا یا هر دو باشد صورت می گیرد. دفع حرارت جذب شده در سیکل به عهده کندانسور می باشد.
  4. مخزن ذخیره مایع ( receiver) که مایع تقطیر شده در کندانسور را ذخیره و با دبی ثابتی مبرد را به اواپراتور انتقال می دهد.
  5. خط مایع که مبرد مایع را از مخزن ذخیره به شیر انبساط یا لوله مویین می رساند.
  6. اواپراتور که از طریق آن انتقال حرارت از فضای سرد شونده ( در حال تهویه) به مبرد تبخیر شونده صورت می گیرد .
  7. خط ساکشن یا مکش که بخار کم فشار را از اواپراتور به قسمت مکش کمپرسور انتقال می دهد .

بنابراین به طور کلی مبرد در اثر جذب حرارت از فضایی که باید سرد شود در اواپراتور تبدیل به بخار شده و به صورت گاز ما فوق گرم (سوپر هیت) از اواپراتور خارج می شود .

در خط مکش فقط گاز سوپر هیت وجود دارد. سپس گاز سوپر هیت شده از اواپراتور خارج شده و به کمپرسور می رسد. فشار گاز مبرد در خط مکش همان فشار اواپراتور است که فشار سنج مکش نشان می دهد.

در کمپرسور ، گاز متراکم شده و فشارش افزایش می یابد و در اثر تراکم درجه حرارت گاز خروجی از کمپرسور نیز افزایش می یابد. بنا بر این در خط تخلیه فقط گاز سوپر هیت شده با درجه حرارت و فشار بالا وجود دارد.

گاز تخلیه شده از کمپرسور وارد کندانسور شده و در اثر انتقال حرارت با عامل تقطیر ( آب یا هوا یا هر دو) تقطیر شده و به صورت مایع از کندانسور خارج می شود. اگر کندانسور صحیح طراحی شده باشد ، مایع خروجی از آن به صورت مادون سرد ( سابکولد) خواهد بود.

بنابر این در خط مایع فقط مایع سابکول شده با فشار و دمای بالا وجود دارد. این مایع بعد از کندانسور به مخزن ذخیره ( رسیور ) رسیده و از آنجا به پشت شیر انبساط منتقل می شود.

وظیفه شیر انبساط کاهش فشار و در نتیجه درجه حرارت مبرد است، بنابر این بعد از شیر انبساط مخلوط مایع و گاز (حدود ۲۰ تا ۲۵ % گاز . ۸۰ تا ۷۵% مایع) وجود خواهد داشت که دما و فشار آن پایین است.

سپس مخلوط مایع و گاز توسط پخش کن در مدار های اواپراتور تقسیم می شود. همچنین شیر انبساط مقدار عبوری مبرد را طوری تنظیم می کند که تمام مایع مبرد در اواپراتور تبخیر شده و هیچ مایعی از اواپراتور خارج نشود.

اثر تبرید:

مقدار حرارتی که در واحد جرم مبرد از فضای سرد شونده جذب می شود اثر تبرید نامیده می شود. اگر درجه حرارت ورودی مبرد به شیر انبساط با درجه حرارت تبخیر آن در اواپراتور برابر باشد کل جرم مایع مبرد در اواپاتور تبخیر شده و تولید برودت می نماید.

در این صورت اثر تبرید واحد جرم مبرد برابر حرارت نهان تبخیر خواهد بود ولی در یک سیکل واقعی درجه حرارت مایع ورودی به شیر انبساط از درجه حرارت تبخیر آن در اواپراتور بیشتر است و قبل از اینکه مبرد بتواند در اواپراتور تبخیر شود باید درجه حرارت اواپراتور سرد شود،

بنابر این فقط قسمتی از مبرد مایع در اواپراتور تبخیر می شود و لذا سرمای تولید شده همواره از حرارت نهان کل تبخیر کمتر است. با توجه به آنچه بیان شد می توان نتیجه گرفت که اثر تبرید واحد جرم مبرد به اختلاف درجه حرارت اثر تبرید کاهش خواهد یافت بنابر این برای افزایش اثر تبخیر باید مبرد به صورت مادون سرد به شیر انبصاط وارد شود.

در هر صورت اثر تبرید مستقیما تعیین کننده ظرفیت سیستم تبرید است به طوری که اگر جرم مبرد در حال گردش در سیکل تبرید با m و ظرفیت سیستم تبرید با Q نشان داده شود ، می توان نوشت :

فرمول

در رابطه فوق  اختلاف آنتالپی دو طرف اواپراتور و همان اثر تبرید است. 

ضریب عملکرد : 

ضریب عملکرد یک سیکل تبرید تراکمی بیانگر راندمان آن سیکل بوده و با COP نشان داده می شود. در واقع COP مخفف  coefficient of performance  است وبرابر است با نسبت مقدار گرمای گرفته شده از اتاق به کار مصرفی(کمپرسور) که  با رابطه زیر بیان می شود :

فرمول 2

به عبارت دیگر COP  یک سیستم تبرید تراکمی برابر است با نسبت میزان برودت تولید شده توسط سیستم به میزان انرژی مصرف شده ( برق)  توسط سیستم جهت تولید آن برودت.

تاثیر دمای مکش و تقطیر بر روی راندمان سیکل:

راندمان یک سیکل تبرید تراکمی به درجه حرارت های تبخیر و تقطیر بستگی دارد به طوری که با ثابت بودن دمای تبخیر و کاهش دمای تقطیر , راندمان سیکل افزایش می یابد. به طور کلی ، تاثیر افزایش دمای تقطیر روی راندمان سیکل ، دقیقا عکس افزایش دمای تبخیر است.

افزایش دمای تبخیر باعث افزایش اثر تبرید واحد جرم مبرد ، افزایش توان تبرید و کاهش کار تراکم می شود، در حالیکه افزایش دمای تقطیر باعث کاهش توان تبرید و افزایش کار تراکم می شود.

تاثیر سوپرهیت شدن بخار مکش بر روی راندمان سیکل:

معمولا در سیکل تبرید بخار با جذب حرارت به دمایی بیشتر از دمای اشباع می رسد و قبل از ورود به کمپرسور به بخار سوپرهیت تبدیل می شود. اینکه سوپرهیت شدن بخار مکش بر ظرفیت و ضریب عملکرد سیکل تراکمی چه تاثیری دارد به نحوه سوپر هیت شدن آن و اینکه حرارت جذب شده برای سوپر هیت شدن سرمای مفید ایجاد می کند یا بستگی دارد.

اگر سوپر هیت شدن بخار موجب ایجاد سرما نشود ، مقدار حرارت دفع شده از کندانسور به ازای واحد ظرفیت تبرید در مقایسه با سیکل اشباع بیشتر بوده و از آنجا که کمپرسور و کندانسور سیکل سوپر هیت از اشباع بزرگتر است، این مسئله باعث کاهش راندمان سیکل خواهد شد.

ولی اگر سوپرهیت شدن بخار موجب ایجاد سرمای مفید شود، ضریب عملکرد سیکل با بخار سوپرهیت از ضریب عملکرد سیکل با بخار اشباع نظیرش بزرگتر خواهد شد.

تاثیر مادون سرد شدن مایع مبرد بر روی راندمان سیکل:

چنانچه مایع مبرد قبل از رسیدن به شیر انبساط مادون سرد شود، اثر تبرید واحد جرم آن و در نتیجه راندمان سیکل اشباع نظیرش افزایش خواهد یافت.

طراحی سیکل تبرید تراکمی :

هدف از طراحی سیکل تبرید تراکمی بدست آوردن کمیت های نظیر کار تراکم، مقدار حرارتی که بایستی دفع گردد.

اثر تبرید ، ضریب عملکرد و دبی حجمی و جرمی جریان است. در واقع همانطور که قبلا توضیح داده شد، اولین قدم در طراحی سیستم های تهویه مطبوع و تبرید بدست آوردن بار سرمایشی است.

با داشتن این بار باید اجزای سیکل تبرید به درستی انتخاب شوند تا دستگاه بتواند به راحتی و با کمترین استهلاک کار کند.

هدف  از این قسمت بدست آوردن مشخصات اجزای سیکل تبرید تراکمی که در بیشتر دستگاه ها نظیر ، پکیج های انبساط مستقیم ، چیلر ها ، کولر های گازی و غیره استفاده می شود ، بوده به نحوی که دستگاه بتواند بار حرارتی و برودتی ساختمان را تامین نماید.

طرح و محاسبه سیکل تبرید با قوانین ترمودینامیکی صورت می گیرد. در شکل زیر سیکل استاندارد تراکمی نشان داده شده است:

همانطور که در شکل مشاهده می شود، می توان کلیات مجهول مورد نظر را به صورت زیر بدست آورد:

  1. کار تراکم کمپرسور برابر است با تغییر آنتالپی ورودی و خروجی از آن و می توان آن را به صورت h1-h2 نوشت .
  2. دفع حرارت در کندانسور برابر است با تغییر آنتالپی در فرایند ۳-۲ که در تعیین اندازه کندانسور تاثیر دارد.
  3. اثر تبرید یا حرارت جذب شده توسط مبرد همان تغییر آنتالپی در فرایند ۴-۱ بوده و مشخصات اواپراتور را تعیین می کند.
  4. ضریب عملکرد سیکل تبرید تراکمی بخار برابر است با اثر تبرید تقسیم بر کار تراکمی کمپرسور.
  5. دبی حجمی در ورودی کمپرسور برابر است با دبی جرمی در حجم مخصوص مبرد در شرایط طراحی و در ورودی به کمپرسور و تعیین کننده ی اندازه ی فیزیکی کمپرسور می باشد. هرچه دبی حجمی در ورودی به کمپرسور بیشتر باشد، حجم جابجایی کمپرسور نیز بیشتر خواهد بود.

 

 

 

 

کار با نرم افزار

 

سیکل تبرید تراکمی مرسوم ترین سیکل مورد استفاده در صنعت تبرید است. در این سیکل ابتدا بخار مبرد متراکم شده و سپس به مایع تبدیل می شود.

جذب حرارت توسط مایعات به هنگام تبخیر اساس کار سیکل های تبرید است. استفاده از مایعات در این سیکل مزایای بسیاری را به همراه دارد زیرا می توان با کنترل فشار تبخیر مایع دمای تبخیر را تغییر داد.

سیکل تبرید تراکمی را می توان از دو جهت بررسی کرد،  سیکل کلاسیک کارنو و دیگری سیکل تبرید واقعی.

سیکل کارنو که فقط در حالت تئوری قابل اجراست سیکلی است که راندمان آن را هنگام کار بین دو درجه حرارت نمی توان تغییر داد.

سیکل تبرید واقعی ، سیکلی است که در عمل به کار می رود و با تغییرات و اصلاحات عملی بر روی سیکل تئوری کارنو حاصل می شود. در این جا ابتدا اصول سیکل تبرید تراکمی مورد بررسی قرار می گیرد و سپس مشخصات سیال عامل در نقاط مختلف سیکل توسط نرم افزار Solkane  محاسبه می گردد.

این مشخصات نقش بسیار عمده ای در طراحی بهینه و صحیح سیکل تبرید تراکمی داشته و مستقیما راندمان سیکل را تحت تاثیر قرار می دهد. به عنوان مثال در محاسبات طراحی سیستم تهویه مطبوع یک ساختمان ، اولین قدم محاسبه بار های حرارتی و برودتی ساختمان است.

بار یک فضا که از جمع بارهای تابشی، هدایتی افراد، و … بدست می آید بار واقعی آن فضاست که همواره باید دستگاهی متناسب با آن ظرفیت  برای آن فضا انتخاب شود. فرایند طراحی سیکل تبرید تراکمی با داشتن شرایط کاری دستگاه که اکثر آنها با مشخص بودن محل پروژه و شرایط هوای ورودی و خروجی معلوم می شود توسط نرم افزار Solkane  به راحتی قابل اجراست.

هم چنین ضریب عملکرد دستگاه ، میزان مبرد در گردش در سیکل و سایر مشخصات سیکل را می توان از طریق نرم افزار بدست آورد.

با انتخاب این نرم افزار و باز نمودن آن منوی اصلی پنجره به صورت زیر مشاهده می شود:

در قسمت فوقانی برنامه لیست انواع مبرد های رایج در صنعت تبرید مشاهده می شود که می توان با کلیک بر هر کدام از آنها مبرد مورد نظر را انتخاب نمود. پایین این قسمت سه گزینه وجود دارد که شرح آن ها به صورت زیر است:

 

Single point : با انتخاب این گزینه و وارد نمودن یکی از مشخصه های درجه حرارت یا فشار ماده ی مورد نظر می توان بقیه ی مشخصات ترمو دینامیکی آن را در حالت اشباع مشخص نمود.

 

Table : با این گزینه می توان خصوصیات ترمودینامیکی مبرد های مختلف را در شرایط مختلف اشباع (wet vapor ) و فوق گرم ( super heat ) مشاهده نمود.

 

Cycle : با انتخاب این گزینه می توان انواع مختلف سیکل های تهویه مطبوع و تبرید را آنالیز نمود. توضیحات مربوط به انواع سیکل ها و اصطلاحات آنها در فصل پنجم به طور کامل توضیح داده خواهد شد. نرم افزار solkane  شش نوع سیکل مختلف را آنالیز می کند که مهمترین آنها عبارتند از:

  • سیکل استاندارد تراکمی بخار ( یک مرحله ای ) ، که دارای یک کمپرسور و یک اواپراتور بوده و در اغلب سیستم های تهویه مطبوع به کار می رود.
  • سیکل تراکمی دو مرحله ای با خشک کن میانی (two –stage with intercooler ) که دارای دو کمپرسور و یک اواپراتور است
  • ORC (Organic Rankine Cycle) که سیکل رانکین را آنالیز می کند.

در  واقع نرم افزار solkane  برنامه کوچکی بوده و سیکل های تبرید کمی را نیز تحلیل می کند ولی به کمک آن به سرعت می توان به مشخصات مختلف سیکل دست یافت.

آموزش نرم افزار SOLKANE

با انتخاب سیکل استاندارد تبرید تراکمی بخار ( cycle 1 ) مشخصات سیکل به صورت زیر باید وارد برنامه شوند:

 

Evaporator temperature  : این گزینه درجه حرارت کاری اواپراتور را تعریف می کند و در واقع درجه حرارت تبخیر اواپراتور یا دمای اشباع مبرد در خط مکش است. مقدار آن با توجه به کاربری ساختمان و نوع سیستم تبرید متفاوت است.

 

Superheating : از آنجا که حالت ترمودینامیکی مبرد در خروجی از اواپراتور بر روی عملکرد کمپرسور تاثیر مستقیم دارد بنابراین درجه حرارت ورودی به کمپرسور بسیار مهم است. چنانچه مبرد با جذب گرما از محیط در اواپراتور خیلی نزدیک به حالت بخار اشباع رسیده و سپس وارد کمپرسور شود ممکن است مایع موجود آن در هنگام ورود به کمپرسور که با سرعت بسیار بالا در حال کار می باشد موجب خوردگی و سایش اجزای داخلی آن شده و کمپرسور را از بین ببرد. برای جلو گیری از این مساله معمولا طول لوله های اواپراتور را کمی بیشتر از حد نیاز مورد نظر می گیرند تا مبرد با جذب گرمای بیشتر به حالت بخار سوپرهیت برسد. مقدار این سوپرهیت توسط این گزینه برای برنامه تعریف شده است.

 

Pressure drop : افت فشار ناشی از اواپراتور و خط مکش را نشان می دهد.

 

Refrigerating cap : بار واقعی برودتی اتاق که سیستم تهویه و یا تبرید قرار است برای آن نصب شود و یا به عبارتی ظرفیت واقعی سیستم بر حسب kw در این قسمت تعریف می شود.

 

Condenser temperature : این گزینه درجه حرارت کاری کندانسور را تعریف می کند و در واقع درجه حرارت تقطیر مبرد گاز در کندانسور یا دمای اشباع مبرد در خط رانش بوده و بر اساس درجه حرارت خشک طرح خارج محاسبه و در نظر گرفته می شود.

 

Subcooling : به علت تاثیر مستقیم درجه حرارت خروجی مبرد از کندانسور روی ظرفیت سیکل تبرید این درجه حرارت تعریف می گردد و در واقع عبارت است از مقدار دمایی که مبرد خروجی از کندانسور را سرد می کنیم تا از حالت اشباع به حالت مایع سابکول ( متراکم یا مادون سرد) برسد. از آنجا که عبور بخار از شیر انبساط باعث کاهش راندمان سیکل تبرید می شود، باید مقدار سابکولینگ به اندازه ای باشد که مبرد در هنگام عبور از شیر انبساط که با کاهش فشار روبرو می شود دچار تبخیر ناگهانی  (flash) نشود.

 

Condensing pressure drop : این گزینه افت فشار ناشی از کندانسور را نشان می دهد.

 

Compressor isentr efficiency  : راندمان آیزنتروپیک کمپرسور در این قسمت تعریف می گردد. در ترمودینامیک به فرایندهای آدیاباتیک برگشت پذیر فرآیند آیزنتروپیک گفته می شودکه در این فرآیندها آنتروپی سیال در ابتدا و انتهای فرآیند تقریبا با هم مساوی است. فرایند تراکم نیز در کمپرسور به صورت آیزنتروپیک در نظر گرفته می شود. به عبارتی راندمان آیزنتروپیک کمپرسور به صورت ریاضی برابر است با:

فرمول

که در آن Wis کاری است که کمپرسور برای متراکم کردن گاز با فرض فرآیند آدیاباتیک برگشت پذیر انجام می دهد و Wc کار واقعی انجام شده توسط کمپرسور است. در حالت واقعی فرآیندها به صورت بازگشت ناپذیر رخ می دهند. مقدار دقیق راندمان آیزنتروپیک یک کمپرسور را می توان با مراجعه به کاتالوگ سازنده آن بدست آوردو یا می توان از نرم افزار گزینه ی Auto  را انتخاب کرد که با توجه به شرایط کاری سیکل خود نرم افزار مقدار این راندمان را محاسبه می نماید.

Suction line : توسط این گزینه افت فشار ناشی از خط ساکشن وارد نرم افزار می شود. مقدار مجاز این افت فشار به اندازه ای است که مقدار درجه حرارت بیش از ۰.۵  تا ۲ درجه فارنهایت تغییر ندهد.

Discharge line : مقدار افت فشار مجاز در خط دهش نیز مشابه مقادیر خط مکش می باشد که در این قسمت برای نرم افزار تعریف می شود.

با انتخاب سیکل دو از نرم افزار می توان مشخصات سیکل تبرید یک مرحله ای با یک مبدل حرارتی داخلی را که بیشتر در سیستم های هوایی استفاده می شود، تحلیل نمود.

آموزش نرم افزار SOLKANE

با انتخاب سیکل استاندارد تبرید تراکمی بخار ( cycle 1 ) مشخصات سیکل به صورت زیر باید وارد برنامه شوند:

 

Evaporator temperature  : این گزینه درجه حرارت کاری اواپراتور را تعریف می کند و در واقع درجه حرارت تبخیر اواپراتور یا دمای اشباع مبرد در خط مکش است. مقدار آن با توجه به کاربری ساختمان و نوع سیستم تبرید متفاوت است.

 

Superheating : از آنجا که حالت ترمودینامیکی مبرد در خروجی از اواپراتور بر روی عملکرد کمپرسور تاثیر مستقیم دارد بنابراین درجه حرارت ورودی به کمپرسور بسیار مهم است. چنانچه مبرد با جذب گرما از محیط در اواپراتور خیلی نزدیک به حالت بخار اشباع رسیده و سپس وارد کمپرسور شود ممکن است مایع موجود آن در هنگام ورود به کمپرسور که با سرعت بسیار بالا در حال کار می باشد موجب خوردگی و سایش اجزای داخلی آن شده و کمپرسور را از بین ببرد. برای جلو گیری از این مساله معمولا طول لوله های اواپراتور را کمی بیشتر از حد نیاز مورد نظر می گیرند تا مبرد با جذب گرمای بیشتر به حالت بخار سوپرهیت برسد. مقدار این سوپرهیت توسط این گزینه برای برنامه تعریف شده است.

 

Pressure drop : افت فشار ناشی از اواپراتور و خط مکش را نشان می دهد.

 

Refrigerating cap : بار واقعی برودتی اتاق که سیستم تهویه و یا تبرید قرار است برای آن نصب شود و یا به عبارتی ظرفیت واقعی سیستم بر حسب kw در این قسمت تعریف می شود.

 

Condenser temperature : این گزینه درجه حرارت کاری کندانسور را تعریف می کند و در واقع درجه حرارت تقطیر مبرد گاز در کندانسور یا دمای اشباع مبرد در خط رانش بوده و بر اساس درجه حرارت خشک طرح خارج محاسبه و در نظر گرفته می شود.

 

Subcooling : به علت تاثیر مستقیم درجه حرارت خروجی مبرد از کندانسور روی ظرفیت سیکل تبرید این درجه حرارت تعریف می گردد و در واقع عبارت است از مقدار دمایی که مبرد خروجی از کندانسور را سرد می کنیم تا از حالت اشباع به حالت مایع سابکول ( متراکم یا مادون سرد) برسد. از آنجا که عبور بخار از شیر انبساط باعث کاهش راندمان سیکل تبرید می شود، باید مقدار سابکولینگ به اندازه ای باشد که مبرد در هنگام عبور از شیر انبساط که با کاهش فشار روبرو می شود دچار تبخیر ناگهانی  (flash) نشود.

 

Condensing pressure drop : این گزینه افت فشار ناشی از کندانسور را نشان می دهد.

 

Compressor isentr efficiency  : راندمان آیزنتروپیک کمپرسور در این قسمت تعریف می گردد. در ترمودینامیک به فرایندهای آدیاباتیک برگشت پذیر فرآیند آیزنتروپیک گفته می شودکه در این فرآیندها آنتروپی سیال در ابتدا و انتهای فرآیند تقریبا با هم مساوی است. فرایند تراکم نیز در کمپرسور به صورت آیزنتروپیک در نظر گرفته می شود. به عبارتی راندمان آیزنتروپیک کمپرسور به صورت ریاضی برابر است با:

فرمول

که در آن Wis کاری است که کمپرسور برای متراکم کردن گاز با فرض فرآیند آدیاباتیک برگشت پذیر انجام می دهد و Wc کار واقعی انجام شده توسط کمپرسور است. در حالت واقعی فرآیندها به صورت بازگشت ناپذیر رخ می دهند. مقدار دقیق راندمان آیزنتروپیک یک کمپرسور را می توان با مراجعه به کاتالوگ سازنده آن بدست آوردو یا می توان از نرم افزار گزینه ی Auto  را انتخاب کرد که با توجه به شرایط کاری سیکل خود نرم افزار مقدار این راندمان را محاسبه می نماید.

Suction line : توسط این گزینه افت فشار ناشی از خط ساکشن وارد نرم افزار می شود. مقدار مجاز این افت فشار به اندازه ای است که مقدار درجه حرارت بیش از ۰.۵  تا ۲ درجه فارنهایت تغییر ندهد.

Discharge line : مقدار افت فشار مجاز در خط دهش نیز مشابه مقادیر خط مکش می باشد که در این قسمت برای نرم افزار تعریف می شود.

با انتخاب سیکل دو از نرم افزار می توان مشخصات سیکل تبرید یک مرحله ای با یک مبدل حرارتی داخلی را که بیشتر در سیستم های هوایی استفاده می شود، تحلیل نمود.

آموزش نرم افزار SOLKANE

در این صورت min temperature difference  اختلاف دمای ورودی به کمپرسور با خروجی از کندانسور وgas pressure drop   افت فشار ناشی از این مبدل حرارتی است. سیکل های سه و چهار و پنج به بررسی انواع سیکل های دو مرحله ای پرداخته و سیکل شش نیز سیکل رانکین را آنالیز می نماید که در واقع سیکل پایه ی نیروگاه حرارتی است.

دانلود مقاله
دانلود نرم افزار Solkane
محاسبه راندمان (COP) در سیستم های تهویه مطبوع

محاسبه راندمان (COP) در سیستم های تهویه مطبوع

توسط مقالات علمی

بررسی روشها و پارامترهای موثر در تعیین راندمان سیستمهای تهویه مطبوع یا تبرید

مقدمه

در این مقاله قرار است در مورد عملکرد سیستم های تهویه مطبوع از جمله چیلرها و پمپ های حرارتی مطالبی را ارائه دهیم.

با استفاده از فرامین این مقاله راندمان و کارایی سیستم را میتوانیم توصیف کنیم و به سبب آن میتوان تخمین زد که سیستم چه مقدار انرژی مصرف خواهد کرد.این موارد سیستم های مسکونی , تجاری و صنعتی را نیز شامل خواهد شد.

وقتی در مورد اندازه و بزرگی سیستم صحبت می شود (تن تبرید TR, BTU/hr و یا KW) منظور ظرفیت خنک کنندگی سیستم می باشد و برای این کار نیاز به توان الکتریکی خواهیم داشت.به خاطر داشته باشید توان الکتریکی مصرفی بر مبنای KW کمتر از سرمایش تولید شونده توسط سیستم بر حسب KW خواهد بود.

در ایالت متحده وزارت نیروو انرژی معیارهایی را برای حداقل عملکرد و راندمان سیستم های تهویه مطبوع مرکزی و پمپهای حرارتی تعیین کرده است و در این مقاله به بررسی آنها می پردازیم.

ضریب عملکرد (Coefficient of Performance)

COP مقدار انرژی ورودی به سیستم در مقایسه با میزان توان و تولید انرژی آن سیستم است.

فرمول

پس COP نماد کارایی سیستم است و هرچه عددی بزرگتر باشد سیستم عملکرد بالاتری خواهد داشت.

 

همچنین COP همانطور که مشخص است عددی بدون بعد است و خیلی سریع قابل اندازه گیری است.یک بخاری برقی ساده را در نظر بگیرید , تقریبا تمامی انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود و در خروجی انرژی خروجی غیر خالص نخواهیم داشت بنابراین COP آن برابر یک می باشد.مسئله مهم این است که COP را میتوان برای هر سیستمی استفاده کرد و فقط مختص سیستمهای گرمایی و سرمایی نیست.

 

سیستم های تهویه مطبوع از انرژی برای انتقال حرارت از جایی به جای دیگر استفاده میکند.سیستمهای سرمایشی حرارت را از فضای خنک شونده به فضای دیگر (معمولا فضای بیرون) منتقل می کنند.ناگفته نماند که پمپ حرارتی علاوه بر این مورد از همان اصول استفاده کرده و همچنین قادر است گرما را به محیط سرد اتاق منتقل کند.

 

با این تفاسیر حداکثر COP  تئوری برای یک سیستم تهویه مطبوع را می توان با استفاده از معادله کارنوت (Carnot) بدست آورد که ساده شده معادله را در زیر میبینیم:

که در آن TC دمای سرد و TH درجه حرارت گرم می باشد برای سیستم سرمایشی دمای سرد همان دمای داخل اتاق و برای سیستم گرمایشی دمای سرد دمای خارج از اتاق یا گرم شونده می باشد و تمامی مقادیر در فرمول ذکر شده بر حسب کلوین خواهد بود.

 

همانطور که مشاهده می فرمایید با افزایش اختلاف دمای سرد و گرم ,ضریب عملکرد کاهش پیدا خواهد کرد و بالعکس و این بدین معناست که وقتی دمای داخل به دمای بیرون نزدیک تر باشد راندمان سیستم بالاتر است و انرژی کمتری مصرف خواهد کرد.

 

به عنوان مثال حداکثر راندمان تئوری یک سیستم تهویه مطبوع که در حال خنک کردن یک اتاق تا ۲۳ درجه سانتیگراد است را در نظر بگیریداگر دمای هوای بیرون ۳۲ درجه سانتیگراد باشد حداکثر راندمان تئوری آن برابر می شود با:

مقادیر COP برای سیستم های تهویه مطبوع معمولا در محدوده ۲-۴ قرار میگیرد که تقریبا یک دهم ظریب عملکرد تئوری ماکزیمم می باشد.با این حال در انتخاب سیستم مناسب کمک شایانی به ما خواهد کرد.

 

پمپ حرارتی که در شکل زیر نشان داده ایم در نظر بگیرید.

Heat pump

مپ حرارتی انرژی را از محیط می گیرد و از انرژی الکتریکی برای انتقال این انرژی به فضای داخل استفاده می کند.واضح است که انرژی بیشتری نسبت به برق مصرفی وارد اتاق می شود.

COP این سیستم ۴ است (انرژی وارد شده به اتاق نسبت به انرژی الکتریکی مصرفی)مقداری از انرژی به عنوان اتلاف انرژی در خارج ساختمان دفع می شود و به این دلیل COP واقعی کمی کمتر از ۴ می باشد.یک سیستم تهویه و تبرید نیز به همین روش کار می کند با این تفاوت که این بار سیستم در حال خارج کردن انرژی گرمایی ار اتاق است.

شکل بالا را بر عکس در نظر بگیرید که در آن سیستم یک کیلو وات انرژی می گیرد تا ۳ کیلو وات گرما را از داخل اتاق به فضای بیرون هدایت کند. سیستم تهویه ۴ کیلو وات انرژی بایستی وارد محیط کند و این مقدار انرژی توسط کندانسور دفع می شود.سیستم های تهویه و تبرید مصرف بیشتری نسبت به سیستم های گرمایشی دارند و از همین رو است که COP در این حالت برابر ۳ شده است.

نسبت بهره وری انرژی (Energy Efficiency Ratio) :

EER یعنی نسبت انرژی خروجی خنک کننده (BTU) به انرژی الکتریکی ورودی (Watt-hour).

فرمول

بنابر این واحد آن در حالت استاندارد BTU/W/h است گرچه میتوان آن را با واحد های دیگر نیز بیان کرد.بنابر این EER بدون بعد نیست و میتوان آنرا پس از گذشت زمان محاسبه کرد.به طور معمول با پایدار شدن سیستم آن را در یک دوره یک ساعته می توان اندازه گیری کرد.

 

بسیاری از نویسندگان به غلط EER را نسبت توان و قدرت (و نه انرژی) می دانند یعنی به شکل معادله زیر:

فرمول 5

واحد ها یکسان است اما اینجا توان تبرید را نسبت به مصرف انرژی الکتریکی سنجیده ایم.اگرچه این دیدگاه نادرست است اما به ما این امکان را می دهد که به راحتی توان مورد نیاز برای فضایی که میخواهیم تهویه کنیم را تخمین بزنیم.

 

برای مثال یک سیستم تهویه مطبوع را در نظر بگیرید که توان تبرید آن ۵ تن می باشد و دارای EER = 11.6 است اگر بخواهیم ببینیم چقدر انرژی مصرف کرده است از معادله استفاده می کنیم:

فرمول 7

EER را می توان تنها در یک اختلاف دمای خاص (اختلاف بین دمای داخل و دمای خارج از اتاق) مشخص کرد زیرا همانطور که از معادله آن برمی آید با تغییر اختلاف دما بازده و راندمان تغییر خواهد کرد.

 

EER معمولاً تحت شرایطی که در جدول زیر نشان داده شده است مشخص می شود.

جدول

برای تبدیل EER به COP باید واحد ها را با هم تطابق دهیم تا به نتیجه دلخواه برسیم.برای این منظور اعداد را تبدیل به اعدادی با واحد های یکسان می کنیم مثل ژول.هر BTU معادل J ۱۰۵۵ است و هر Wh معادل J.S ۳۶۰۰ بنابراین:

یا به عبارتی:

نسبت بهره وری انرژی فصلی (Seasonal Energy Efficiency Ratio) :

همانند EER آیتم SEER نیز یعنی نسبت انرژی خروجی خنک کننده (BTU) به انرژی الکتریکی ورودی (Watt-hour) با این تفاوت که SEER نمایانگر این نسبت در طول یک فصل است که با توجه به متغیر بودن دمای هوای محیط تعیین می گردد.

وزارت انرژی امریکا فرمولی برای محاسبه SEER برای سیستمهای تهویه مطبوع مسکونی کمتر از ۶۵۰۰۰ BTU/hr (19KW) تعریف کرده است. سازندگان سیستم های تهویه مطبوع COP , EER را معمولا در دماهای داخل و خارج مختلف اندازه گیری می کنند و سپس SEER را محاسبه می کنند و نهایتا نتیجه یک عدد است که میتواند به خریدار در امر خرید و مقایسه آن دستگاه با دستگاه های دیگر یاری رساند.

 

برای مثال یک دستگاه پنج تنی (۶۰۰۰۰ BTU/hr) را در نظر بگیرید که به طور متوسط هشت ساعت در روز در یک فصل کار می کند (در اواخر فصل گرما ممکن است سیستم تنها ۴ ساعت کار کنر اما از طرفی در اوج گرما نیز روزانه حدود ۱۴ ساعت کار می کند).فرض کنید فصل گرما ۱۸۰ روز است (حدود ۶ ماه) و همچنین فرض کنید این دستگاه با ۲/۳ ظرفیت خود کار می کند پس انرژی سرمایی تولیدی آن به شرح زیر است:

فرمول 12

حال فرض کنید SEER سیستم عددی معادل ۱۳ باشد.بنابراین انرژی الکتریکی کل برابر میشود با:

اگر هزینه برق برای هر کیلو وات ساعت ۲۵۰ تومان باشد هزینه برق سیستم مذکور در آن بازه زمانی برابر است با:

فرمول

EER معمولا تحت شرایطی که در جدول بالا نشان داده شد مشخص می گردد اما SEER طیف وسیعی از دما را در بر می گیرد. 

می دانیم که با کاهش اختلاف دما راندمان بالا می رود پس SEER از EER بیشتر است (به طور معمول بین ۱۵% تا ۳۰%). 

یک فرمول توسط یک دانشجو برا تبدیل این دو به هم ارائه گردیده است:

بنابراین:

برای مثال اگر EER برابر باشد با ۱۲ میتوان بر طبق محاسبات زیر تخمین زد SEER حدود ۱۴.۴ بدست آید:

این بدان معناست که SEER در حدود ۲۰% بیشتر از EER است اما در عمل و واقعیت با توجه به این که شرایط برای محاسبه SEER را ثابت در نظر می گیریم و بدلیل اینکه ممکن است شرایط محل نصب دستگاه تفاوت زیادی با فرض ما داشته باشد امکان دارد این عدد حتی بیش از این باشد. بنابراین ، نسبت واقعی مشاهده شده در عمل ممکن است تفاوت زیادی با SEER محاسبه شده داشته باشد ، و تخمین دقیق انرژی برای سیستم در طی یک فصل را دشوار می کند.

 

در ایالات متحده ، DoE حداقل ها را برای SEER مشخص می کند ، که در جدول زیر نشان داده شده است. در ژانویه ۲۰۰۶ قانون تغییر یافت به همین خاطر جدول استانداردهای قدیمی و جدید که ملزم به اعمال آن در ساخت و نصب سیستمهای خانگی هستند را برای مقایسه خدمتتان ارائه می دهیم :

این بدان معناست که SEER در حدود ۲۰% بیشتر از EER است اما در عمل و واقعیت با توجه به این که شرایط برای محاسبه SEER را ثابت در نظر می گیریم و بدلیل اینکه ممکن است شرایط محل نصب دستگاه تفاوت زیادی با فرض ما داشته باشد امکان دارد این عدد حتی بیش از این باشد. بنابراین ، نسبت واقعی مشاهده شده در عمل ممکن است تفاوت زیادی با SEER محاسبه شده داشته باشد ، و تخمین دقیق انرژی برای سیستم در طی یک فصل را دشوار می کند.

در ایالات متحده ، DoE حداقل ها را برای SEER مشخص می کند ، که در جدول زیر نشان داده شده است. در ژانویه ۲۰۰۶ قانون تغییر یافت به همین خاطر جدول استانداردهای قدیمی و جدید که ملزم به اعمال آن در ساخت و نصب سیستم های خانگی هستند را برای مقایسه خدمتتان ارائه می دهیم:

سیستم Split به سیستمی اطلاق می گردد که اواپراتور و کندانسور آن در فضایی متفاوت از هم قرار دارند.لازم به ذکر است کمپرسور معمولا در کنار کندانسور قرار دارد و در فضای بیرون یا روی سقف نصب می گردند. شیر انبساط یا لوله مویین و یا هر تجهیزی که وظیفه منبسط کردن مبرد قبل از اواپراتور را بر عهده دارد در مجاورت اواپراتور قرار می گیرد. اما سیستم Package مثل بقیه سیستم های تبرید شامل چهار جزء اصلی (کمپرسور , کندانسور , شیر انبساط و اواپراتور) است با این تفاوت که در این تیپ سیستم تمامی اجزاء در یک واحد قرار می گیرد و معمولا نیز در فضای بیرونی نصب می گردد و هوای مطلوب از طریق کانال به فضای داخل انتقال پیدا می کند. به این ترتیب و با استفاده از معادله میبینیم سیستمی که با SEER = 13 محاسبه شده است در حدود ۳۰% بازدهی بیشتری نسبت به سیستمی با SEER = 10 دارد.

ضریب راندمان گرمایش فصلی (Heating Seasonal Performance Factor)

مانند SEER این راندمان قابل اندازه گیری سیستم و دستگاه ها دارای دو واحد مستقل BTU/hr و Watt است حال آنکه این آیتم نشان دهنده راندمان سیستم در حالت گرمایشی است و نه سرمایشی بنابراین ایتم ذکر شده فقط برای سیستمهایی که مجهز به تجهیزات گرمایشی هستند (مثل پمپ های حرارتی و یا سیستم های تهویه مطبوع برگشت پذیر) قابل استفاده است. به منظور بدست آوردن ضریب راندمان گرمایش فصلی (HSPF) باید از فرمول زیر استفاده کرد :

به عنوان مثال فرض کنید یک سیستم دارای HSPF = 8 باشد بنابراین از معادله بالا COP = 2.3 بدست می آید و بدین معناست که ۲.۳ برابر برقی که سیستم مصرف میکند , تولید گرما می کند به عبارت دیگر به ازای هر ۱ KWh انرژی الکتریکی که توسط سیستم استفاده می شود ۲.۳ KWh انرژی حرارتی وارد فضا می شود.

کیلو وات به ازای هر تن (KW/ton)

راندمان سیستم های بزرگ تهویه مطبوع صنعتی به ویژه چیلرها بر اساس کیلو وات به ازای هر تن تعیین می گردد تا مشخص گردد به ازای مقدار مشخصی سرمای تولید شده چه مقدار انرژی الکتریکی نیاز داریم.در اینجا بر خلاف EER,SEER,COP,HSPF هرچه عدد کوچکتر باشد نمایانگر راندمان بالاتر سیستم است.

با تمام این تفاسیر برای صحه گذاشتن بر تخمین های زده شده بایستی محاسبات و آزمایشات در شرایط مختلف دمای خارج و داخل و اختلاف دما های مختلف بین آب ورودی و خروجی سیستم صورت پذیرد.میتوانیم با یک معادله ساده KW/ton را به COP تبدیل کنیم و برعکس:

فرمول

زیرا هر تن تبرید برابر است با ۳.۵۱۷ KW

برای مثال اگر KW/ton برای یک چیلر برابر باشد با ۱.۸ با استفاده از معادله بالا COP برای این سیستم ۱.۹۵ بدست می آید.

بنابراین به ازای هر ۱ KW انرژی الکتریکی دریافتی ۱.۹۵ KW انرژی سرمایی وارد محیط می کند.

اسب بخار (Horse Power)

واحد دیگر مورد استفاده اسب بخار یا HP است  که نمایانگر توان و قدرت یک موتور می باشد. همچنین ممکن است از این واحد جهت مشخص کردن توان ورودی به سیستم های تهویه مطبوع نیز به کار برود.قابل ذکر است که ۱ HP معادل است با ۷۴۶ W.

برچسب انرژی (Energy Star)

بر چسب انرژی که در پایین علامت و لوگوی آنرا مشاهده می فرمایید توسط آژانس حفاظت از محیط زیست امریکا (EPA) به دلیل مشخص کردن محصولاتی که راندمان انرژی بالایی دارند بوجود آمد و به این ترتیب خریدار به راحتی میتواند محصول با راندمان بالاتر را شناسایی و خریداری کند.

energy star

در ایران برچسب انرژی  روی کالاهای مورد استفاده در ساختمان‌ها نصب می‌شود و نشان‌دهنده ی کیفیت محصولات از نظر مصرف انرژی است.در این برچسب که برای وسیله‌های انرژی‌بر به کار می‌رود، شاخص مصرف انرژی وسیله با استفاده از حروف لاتین A تا G مشخص می‌شوند که هر حرف دارای رنگی مخصوص به خود از سبز تا قرمز است. با استفاده از این برچسب می‌توان بازدهی وسایل گوناگون را مقایسه کرد. در این برچسب افزون بر رتبه مصرف انرژی، نام محصول، نام کارخانه تولیدی، مدل محصول و آرم مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران دیده می‌شود. همچنین در برخی از برچسب‌ها ممکن است برخی از شاخص‌های مورد نظر مصرف‌کنندگان نیز نوشته شود.

 

حرف A در برچسب انرژی که با زمینه سبز پررنگ نمایش می‌یابد، نشان‌دهنده کمترین مصرف انرژی و بیشترین کارایی وسیله و حرف G که با رنگ قرمز مشخص می‌شود نشانه ی این است که وسیله دارای بیشترین مصرف و کمترین کارایی است.

 

برچسب انرژی از چند بخش تشکیل می‌شود، بخش‌های اول تا سوم به ترتیب عبارتند از علامت تجاری شرکت سازنده، نام شرکت سازنده و مدل دستگاه. حروف لاتین مشخص‌کننده برچسب انرژی در بخش چهارم برچسب مشخص می‌شوند.مصرف انرژی دستگاه بر اساس استاندارد ملی تدوین شده در بخش آزمون استاندارد، در بخش پنجم می‌آید و سایر بخش‌ها بیانگر اطلاعات ویژه همان نوع وسیله است

خلاصه مباحث:

در جدول زیر حداقل استانداردهایی که بایستی برای سیستمهای تاسیساتی و تهویه مطبوع لحاظ گردد آورده شده است که تا امروز مورد استناد هستند اما قطعا با پیشرفت علم تغییر خواهند یافت.

جدول
  1. توان ورودی که با استفاده از معادله ۱ حاصل می شود.
  2. ۱۰۰۰ BTU/hr = 293.1 W
  3. ۱ ton توان برودتی سیستم که برابر است با ۱۲۰۰۰ BTU/hr
  4. مقادیر COP که با استفاده از معادله ۷ و معادله ۱۳ بدست می آید.این موارد تبدیل های تقریبی هستند که فقط در شرایطی که SEER و EER مشخص شده باشند اعمال می شوند.

برخی از موارد از جدول و بدون استفاده از معادله و فرمول قابل استخراج هستند.مثلا با تقسیم توان ورودی (Power Input) بر حسب KW بر توان تبرید سیستم (Size of system) بر حسب ton میتوانیم فاکتور KW/ton را بدست آوریم.به عنوان مثال فرض کنید یک سیستم آب خنک با ظرفیت ۱۳۵۶۰۰ BTU/hr داریم در این صورت و طبق ردیف پایین جدول ظرفیت سرمایی برابر است با ۱۱.۳ ton پس ۱۲.۲ ÷ ۱۱.۳ = ۱.۱ که اگر با معادله هم جلو برویم به همین نتیجه میرسیم:

 

نتیجه گیری:

راندمان سیستم های تهویه مطبوع با تغییر شرایط تغییر خواهد کرد.اندازه گیری و محاسبه راندمان در شرایط مختلف میتواند دید بهتری نسبت به سیستم به ما بدهد.در مورد سیستم های مسکونی, SEER های ثبت شده به علت متغییر بودن دما لزوما با سیستم ما همخوانی ندارد. همچنین برای سیستم های تجاری ، EER به شما امکان می دهد سیستم های مختلفی را با هم مقایسه کرده و مصرف برق آنها را تقریباً تخمین بزنید.

از آنجا که تولید کنندگان دستگاه ها , سیستم های خود را به روز و بهینه می کنند تا در شرایط تست بهترین عملکرد را کسب کنند ، شما باید در ارزیابی و انتخاب سیستم ها همه جوانب را در نظر بگیرید.

برای یک سیستمی که SEER آن برابر ۱۳ است از معادلات گفته شده در متن میتوان EER = 11.2 و COP = 3.6 را بدست آورد.

حداکثر COP تئوری برای اختلاف دمای ۲ درجه فارنهایت را با استفاده از معادله برابر ۱۰۰ بدست می آوریم که تقریبا ۲۵ برابر این عدد است.

در حالی که در بازار سیستم های مسکونی هستند که SEER بیشتر از ۲۰ دارند اما اکثر سیستم های تجاری و صنعتی راندمانی پایین تر از آنها دارند.

نکته ای که در این مقاله به آن اشاره نشد این است که مهم نیست سیستم در بدو نصب کردن چقدر بهینه باشد بلکه بایستی کارایی آن را پس از گذشت زمان و مواجهه با رسوبات و … سنجید. برای مثال سیستمی که بالافاصله پس از راه اندازی SEER معادل ۱۳ دارد بعد چند سال کار SEER آن به حدود ۱۱ تقلیل پیدا می کند.

  1. اجرای سیستم های تهویه مطبوع با استفاده از گاز یا منابع دیگر انرژی امکان پذیر است. تمرکز این سند بر سیستم هایی است که توسط نیروی الکتریکی هدایت می شوند.
  2. تفکیک بین “انرژی” و “توان” مهم است. انرژی توانایی انجام کار است و واحد آن ژول (J) یا واحدهای انگلیسی (BTU). توان انرژی ای است که در واحد زمان صرف می شود (یا میزان انجام کار در یک زمان مشخص) و واحد آن W = J / s یا BTU/hr است.
  3. گرما انرژی است ، نه توان
  4. سیستمی با SEER بالاتر انرژی کمتری را نسبت به سیستم دارای SEER پایین تر مصرف می کند.
  5. اگر دو سیستم تهویه مطبوع مختلف را ارزیابی می کنید ، EER یکی را با EER دیگری مقایسه کنید ، یا SEER یکی را با SEER دیگر مقایسه کنید. مقایسه EER یک سیستم با SEER سیستم دیگر منطقی نیست.

منابع:

  1. http://www.energystar.gov
  2. http://www1.eere.energy.gov/buildings/appliance_standards/residential/central_ac_hp.html
  3. Standard 90.1-2010 by the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) “Energy Standard for Buildings
دانلود مقاله