تحقیق بررسی پمپ هاي حرارتي سازگار با محيط زيست

دسته بندي : فنی و مهندسی » فنی و حرفه ای
تحقيق بررسي پمپ هاي حرارتي سازگار با محيط زيست در 35 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه

گرمايش و سرمايش ساختمانها در ايران در پنجاه سال گذشته سير تكاملي قابل توجهي را طي كرده است . اين سير شامل گرمايش از طريق كرسي با استفاده از خاكه ذغال ، بخاري يا گرم كننده هاي نفت سوز با دودكش و بخاري هاي گاز سوز با دودكش براي هر يك از اتاقهاي مورد استفاده ساختمان و گرمايش مركزي با استفادهاز نفت گاز يا گاز طبيعي و بالاخره آب گرم در يك مركز و گرمايش اتاقهاي مورد استفاده به كمك رادياتور يا فن كويل بوده است .

سير سرمايش ساختمانها نيز شامل مراحل زير بوده است . باز گرداندن در و پنجره هاي ساختمان و اجازه بر قراري جريان هوا در مواقعي كه دماي هواي بيرون كمتر از دماي هواي اتاقهاست و يا جريان هوا مي تواند به خنك كردن بدن ساكنان ساختمان كمك كند ، استراحت در سايه درختان حياط در روز ، گذراندن روزهاي بسيار گرم در زير زمين ها و شبها در بالاي بامها ، استفاده از بادبزنهاي دستي ، استفاده از بادبزنهاي برق روميزي يا سقفي در اتاقها ، استفاده از كولرهاي آبي ، استفاده از كولرهاي گازي نوع تراكمي براي هر يك از اتاقهاي مورد استفاده ،استفاده از سرمايش مركزي به كمك چيلر هاي تراكمي و جذبي وتوليد آب سرد در يكمركز و خنك كردن يا سرمايش اتقاهاي مورد استفاده به كمك فن كويل .

امروزه تقريباً تمامي ساختمانها گرمايش خود را با استفاده از سوختهاي فسيلي و آب يا هواي گرم در اتاقها و سرمايش خود را كمك كولرهاي آب و توليد هواي خنك ولي مرطوب تامين مي كنند . در ساعاتي از شبانه روز در تابستان كه دما و رطوبت نسبي هوا بالاست (و تعداد اين ساعات با تغييرات اقليمي كره زمين در حال افزايش است ) كولرهاي آبي قادر به تامين آسايش برودتي ساكنان بسياري از شهرهاي ايران نيستند .از اين نظر بسياري از ساختمانها ، بويژه برجها ، از دستگاههاي تبريد تراكمي و يا جذبي براي توليد برودت در تابستان استفاده مي كنند .

بسياري از شركتهاي تاسيساتي اقدام به ساخت دستگاههاي تبريد جذبي - با استفاده از گاز طبيعي موجود در شهرها - در ظرفيتهاي پايين براي آپارتمانها كرده اند . اين اقدام كه سوزاندن گاز را در طول سال در شهرها افزايش ميدهد باعث افزايش آلودگي محيط زيست مي شود . به علاوه دستگاههاي تبريد جذبي در مقايسه با انواع تراكمي ، داراي ضريب كارايي بسيار پايين تري هستند و براي توليد مقدار معيني برودت ، ارنژي بيشتري نسبت به سيستم ها يتبريد تراكمي مصرف مي كنند و چنانچه كندانسور آنها با آب خنك مي شود نياز به آب بيشتري در برج خنك كن دارند كه در كشور كم آبي مانند ايران اين موضوع مسائل مربوط به مصرف زياد آب را به همراه دارد .

استفاده از پمپ هاي حرارتي براي سرمايش و گرمايش ساختمانها

با استفاده از پمپ هاي حرارتي نوع تراكمي مي توان برودت مورد نياز را در زمستان تامين و از آلوده تر شدن محيط زيست نيز جلوگيري كرد . استفاده از پمپ هاي حرارتي را مي توان مدرت ترين و از نظر حفاظت محيط زيست بهترين روش براي تامين نياز برودتي و حرارتي ساختمانها دانست . در ارتباط با اثرات زيست محيطي استفاده از پمپ هاي حرارتي مي توان گفت كه با جايگزين سوختهاي فسيلي با برق ، مصرف سوختهاي فسيلي در شهرها و آلودگي هوا (كه به خصوص در زمستانها به دليل وارانگي هوا به حد بحراني خود مي رسد )كاهش مي يابد.

بررسي مختصر كارايي پمپ هاي حرارتي از نوع تراكمي

پمپ حرارتي يك دستگاه تبريد است كه از حرارت دفع شده در كندانسور براي گرمايش ساختمان استفاده مي كند و اين عمل ازمنبع دماي پايين و انتقال حرارت به منبع دماي بالا انجام مي شود . طرح پمپ حرارتي دفع شده در كندانسور را براي گرمايش ساختمان امكان پذير كند و اين در حالي است كه همين سيستم از برودت توليد شده در اوپراتور براي خنك كردن ساختمان در تابستان استفاده مي كند . لازم است اضافه شود كه در بعضي از كاربردهاي خاص ، پمپ حرارتي ممكن است بتواند به طور همزمان سرمايش و گرمايش مورد نياز قسمتهاي مختلف يك ساختمان را تامين كند.

منابع انرژي در پمپ هاي حرارتي ، منابع حرارتي اي هستند كه پمپ حرارتي مي تواند انرژي حرارتي مورد نياز اوپراتور خود را از انها بگيرد. پمپ هاي حرارتي مي تواند از منابع حرارتي مختلف مانند هوا ، آبهاي جاري ، انرژي خورشيدي و حتي آب دور ريخته شده در هنگام استحمام و ساير شستشوها استفاده كند . لذا پمپ هاي حرارتي را مي توان علاوه بر حسب سيكل ترموديناميكي آنها ، بر حسب منابع حرارتي نيز تقسيم بندي كرد .

شكل 1 يك پمپ حرارتي را نشان مي دهد كه از هواي محيط به عنوان منبع انرژي استفاده مي كند . اجزا اصلي اين سيستم شامل كمپرسور ،‌كندانسور ،‌اوپراتور ، شير انبساط يا لوله هاي مويي و شر چهار راهه است .


سيستم گرمايي و گرمايش با بخار آب داغ

گرمايش با بخار:

بخار يكي از موثرترين رسانه هاي گرمايي و قابل كاربرد در سيستم لوله كشي اغلب ساختمانها ست . يكي از ساده ترين سيستمهاي گرمايش با بخار ، سيستم تك لوله اي ثقلي است . اين سيستم براي نصب در خانه هايي با مسات متوسط كه رادياتورهاي آن را به توان در ارتفاع حداقل 60 سانتي متري بالاي سطح آب ديگ بخار نصب كرد ، مناسب است عملكرد آن ساده و با هزينه اوليه پايين است برخي از نقطه ضعفهاي سيستم تك لوله اي ثقلي گرمايش با بخار به شرح زير است .

1- براي آنكه بخار تقطير شده سيستم (كندانس) بتواند در خلاف جهت حركت بخار در لوله اي مشترك جريان بايد ، نياز به لوله ها و شيرهاي رادياتور با قطر بزرگ است .

2- بخار و كندانس در خلاف جهت يكديگر حركت مي كنند و احتمال وقوع ضربه قوچ وجود دارد .

3- استفاده از شيرهاي هوا گيري لازم است . اگر شيرهاي هوا گيري براي خروج هوا ، هميشه باز نگه داشته شوند ميزان انتقال حرارت كاهش و مصرف سوخت افزايش مي يابد .

4- براي گرم كردن دماي مطبوع اتاق ، بايد شيرهاي رادياتور را باز و بسته كردن آنها تنظيم كرد . با تنظيم خودكار جريان بخار خروجي از ديگ مي توان دماي داخلي اتاق را تغيير داد .

براي غلبه بر مشكلات ناشي از حركت بخار و كندانس در خلاف جهت . از سيستم دو لوله اي ثقلي گرمايش با بخار استفاده مي كنند به غير از موارد

1-اگر پره هاي مياني رادياتور آ بند نباشند هوا مي گيرند . اين موضوع در موقع گرم شدن نزديك ترين رادياتور به ديگ بخار و ورود بخار به لوله برگشت اتفاق مي افتد .

2-براي قطع جريان بخار بايد در هر دو طرف رادياتور شير نصب كرد . در غير اين صورت بخار مي تواند از هر دو لوله رفت و برگشت خارج شود .

3-خروجي هاي هر رادياتور بايد به طور جداگانه به لوله اصلي برگشت متصل شوند . در سيستم بخار مرطوب ، روي هر رادياتور و در انتهاي لوله اصلي بخار ، بله ترموستاتي نصب مي كنند .

شيرهاي ورودي رادياتور در اين سيستم از نوع تدريجي يا روزنه هاي هستند . فشار لازم بسيار پايين است (حتي كمتر از اره اتمسفر ) اين سيستم در ساختمانهايي كه فاصله بين سطح آب و ديگ بخار تا انتهاي لوله برگشت 60سانتي متر است .

سيستم گرمايي با بخار مرطوب ، برترينهاي نسبت به ديگر سيستمها دارد :

1-با توجه به بسته بودن سيستم ؤ امكان ورود به آن وجود ندارد . بنابراين خلاء متوسطي به وسيله تقطير بخار در دما هاي پايين ايجاد مي شود .

2- جريان بي سر و صدا و يكنواخت بخار بدون قفل شدن هوا و صداي قوچ فراهم مي شود .

3-دماي اتاق مي تواند به صورت خود كار به وسيله ترموستات تنظيم شود .

4-نصب شيرهاي هوا گيري رادياتور ها لازم نيست .

معايب سيستم گرمايش با بخار مرطوب عبارتند از :

1-لوله هاي قطور لازم دارد

2- فشار كار بخار ، پايين است .

3-برگشت كندانس به ديگ ، به صورت ثقلي است .

سيستم گرمايش تله برگشت بسيار سيستم گرمايش بخار بدون شير هوا گيري است با اين تفاوت كه در اين سيستم به دليل وجود تله برگشت ، مايع كندانس داراي جريان برگشت مثبت به ديگ بخار است .

اين سيستم مي تواند در تمام ساختمانها بر ساختمانهاي بزرگ به كار رود به شرط آن كه ظرفيت تابش مستقيم معدل كمتر از ظرفيت تله برگشت باشد .

مزاياي سيستم گرمايش با تله را شرح دهيد .

1-به علت بالا بودن فشاذر بخار ، قطر لوله ها كم است .

2- جريان برگشت كندانس به ديگ بخار ، مثبت و سريع است .

3-كنترل سيستم با ترموستات امكان پذير است .

5- توزيع بخار به وسيله شير روزنه اي ، متعادل مي شود .

معايب اين سيستم عبارتنداز :

1-گردش بخار در سيستم تقريباً به طور كامل وابسته به فشار ديگ بخار است .

2-ارتفاع اتاق براي نصب لوله ها در بالاي ديگ بايد كافي باشد .

3-به دليل محدوديت ظرفيت و اندازه هاي تله برگشت ، ظرفيت ديگ نيز محدود مي شود .

مزيت سيستم گرمايش از نوع برگشت كندانس ، امكان پايين تر قرار گرفتن خط لوله برگشت از سحط آب ديگ ، كار در فشار بخار بالا است .اما سيستمهاي خلاء متغير و خط برگشت خلاء ،نياز به لوله ها و تله هاي قطور تري دارند .

سيستم خط برگشت خلاء شبيه سيستم برگشت كندانس است با اين تفاوت كه در آن از يك پمپ خلاء براي ايجاد ضعيف در خط برگشت استفاده مي كنند تا كندانس بتواند از خط برگشت به ديگ برگردد .

مزياي سيستم گرمايش بخار با خط برگشت خلاء به شرح زير است:

1-كندانس داراي برگشت مثبت به طرف ديگر است .

2-هوا به صورت مكانيكي از بخار جدا شده و در نتيجه بخار سرعت گردش زيادي پيدا مي كند .

3-به دليل اختلاف فشار زياد بين خطوط رفت و برگشت ، از لوله هاي كم قطر تري مي توان استفاده كرد .

خط هوا – خلاء گونه اي از سيستم گرمايش تك لوله اي بخار است .هوا گيري هاي رادياتور چاي خود را به شيرهاي هوايي كه خروجي آنها به خط برگشت هوا متصل است مي دهند .

براي خارج كردن هواي داخل سيستم از يك پمپ خلاء استفاده مي كنند . شيرهاي متصل به خط هوا از نوع ترموستاتي هستند .

مزاياي اين سيستم عبارتند از

1- گردش بخار سيستم سريعتر است .

2- بازده حرارتي رادياتور ها ، در فشار هاي پايين تر ، بيشتر است .

3- هوا گيري هاي رادياتور ها لازم نيست .