تحقیق بررسی پمپ های حرارتی سازگار با محیط زیست در 35 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه

گرمایش و سرمایش ساختمانها در ایران در پنجاه سال گذشته سیر تکاملی قابل توجهی را طی کرده است . این سیر شامل گرمایش از طریق کرسی با استفاده از خاکه ذغال ، بخاری یا گرم کننده های نفت سوز با دودکش و بخاری های گاز سوز با دودکش برای هر یک از اتاقهای مورد استفاده ساختمان و گرمایش مرکزی با استفادهاز نفت گاز یا گاز طبیعی و بالاخره آب گرم در یک مرکز و گرمایش اتاقهای مورد استفاده به کمک رادیاتور یا فن کویل بوده است .

سیر سرمایش ساختمانها نیز شامل مراحل زیر بوده است . باز گرداندن در و پنجره های ساختمان و اجازه بر قراری جریان هوا در مواقعی که دمای هوای بیرون کمتر از دمای هوای اتاقهاست و یا جریان هوا می تواند به خنک کردن بدن ساکنان ساختمان کمک کند ، استراحت در سایه درختان حیاط در روز ، گذراندن روزهای بسیار گرم در زیر زمین ها و شبها در بالای بامها ، استفاده از بادبزنهای دستی ، استفاده از بادبزنهای برق رومیزی یا سقفی در اتاقها ، استفاده از کولرهای آبی ، استفاده از کولرهای گازی نوع تراکمی برای هر یک از اتاقهای مورد استفاده ،استفاده از سرمایش مرکزی به کمک چیلر های تراکمی و جذبی وتولید آب سرد در یکمرکز و خنک کردن یا سرمایش اتقاهای مورد استفاده به کمک فن کویل .

امروزه تقریباً تمامی ساختمانها گرمایش خود را با استفاده از سوختهای فسیلی و آب یا هوای گرم در اتاقها و سرمایش خود را کمک کولرهای آب و تولید هوای خنک ولی مرطوب تامین می کنند . در ساعاتی از شبانه روز در تابستان که دما و رطوبت نسبی هوا بالاست (و تعداد این ساعات با تغییرات اقلیمی کره زمین در حال افزایش است ) کولرهای آبی قادر به تامین آسایش برودتی ساکنان بسیاری از شهرهای ایران نیستند .از این نظر بسیاری از ساختمانها ، بویژه برجها ، از دستگاههای تبرید تراکمی و یا جذبی برای تولید برودت در تابستان استفاده می کنند .

بسیاری از شرکتهای تاسیساتی اقدام به ساخت دستگاههای تبرید جذبی - با استفاده از گاز طبیعی موجود در شهرها - در ظرفیتهای پایین برای آپارتمانها کرده اند . این اقدام که سوزاندن گاز را در طول سال در شهرها افزایش میدهد باعث افزایش آلودگی محیط زیست می شود . به علاوه دستگاههای تبرید جذبی در مقایسه با انواع تراکمی ، دارای ضریب کارایی بسیار پایین تری هستند و برای تولید مقدار معینی برودت ، ارنژی بیشتری نسبت به سیستم ها یتبرید تراکمی مصرف می کنند و چنانچه کندانسور آنها با آب خنک می شود نیاز به آب بیشتری در برج خنک کن دارند که در کشور کم آبی مانند ایران این موضوع مسائل مربوط به مصرف زیاد آب را به همراه دارد .

استفاده از پمپ های حرارتی برای سرمایش و گرمایش ساختمانها

با استفاده از پمپ های حرارتی نوع تراکمی می توان برودت مورد نیاز را در زمستان تامین و از آلوده تر شدن محیط زیست نیز جلوگیری کرد . استفاده از پمپ های حرارتی را می توان مدرت ترین و از نظر حفاظت محیط زیست بهترین روش برای تامین نیاز برودتی و حرارتی ساختمانها دانست . در ارتباط با اثرات زیست محیطی استفاده از پمپ های حرارتی می توان گفت که با جایگزین سوختهای فسیلی با برق ، مصرف سوختهای فسیلی در شهرها و آلودگی هوا (که به خصوص در زمستانها به دلیل وارانگی هوا به حد بحرانی خود می رسد )کاهش می یابد.

بررسی مختصر کارایی پمپ های حرارتی از نوع تراکمی

پمپ حرارتی یک دستگاه تبرید است که از حرارت دفع شده در کندانسور برای گرمایش ساختمان استفاده می کند و این عمل ازمنبع دمای پایین و انتقال حرارت به منبع دمای بالا انجام می شود . طرح پمپ حرارتی دفع شده در کندانسور را برای گرمایش ساختمان امکان پذیر کند و این در حالی است که همین سیستم از برودت تولید شده در اوپراتور برای خنک کردن ساختمان در تابستان استفاده می کند . لازم است اضافه شود که در بعضی از کاربردهای خاص ، پمپ حرارتی ممکن است بتواند به طور همزمان سرمایش و گرمایش مورد نیاز قسمتهای مختلف یک ساختمان را تامین کند.

منابع انرژی در پمپ های حرارتی ، منابع حرارتی ای هستند که پمپ حرارتی می تواند انرژی حرارتی مورد نیاز اوپراتور خود را از انها بگیرد. پمپ های حرارتی می تواند از منابع حرارتی مختلف مانند هوا ، آبهای جاری ، انرژی خورشیدی و حتی آب دور ریخته شده در هنگام استحمام و سایر شستشوها استفاده کند . لذا پمپ های حرارتی را می توان علاوه بر حسب سیکل ترمودینامیکی آنها ، بر حسب منابع حرارتی نیز تقسیم بندی کرد .

شکل 1 یک پمپ حرارتی را نشان می دهد که از هوای محیط به عنوان منبع انرژی استفاده می کند . اجزا اصلی این سیستم شامل کمپرسور ،‌کندانسور ،‌اوپراتور ، شیر انبساط یا لوله های مویی و شر چهار راهه است .


سیستم گرمایی و گرمایش با بخار آب داغ

گرمایش با بخار:

بخار یکی از موثرترین رسانه های گرمایی و قابل کاربرد در سیستم لوله کشی اغلب ساختمانها ست . یکی از ساده ترین سیستمهای گرمایش با بخار ، سیستم تک لوله ای ثقلی است . این سیستم برای نصب در خانه هایی با مسات متوسط که رادیاتورهای آن را به توان در ارتفاع حداقل 60 سانتی متری بالای سطح آب دیگ بخار نصب کرد ، مناسب است عملکرد آن ساده و با هزینه اولیه پایین است برخی از نقطه ضعفهای سیستم تک لوله ای ثقلی گرمایش با بخار به شرح زیر است .

1- برای آنکه بخار تقطیر شده سیستم (کندانس) بتواند در خلاف جهت حرکت بخار در لوله ای مشترک جریان باید ، نیاز به لوله ها و شیرهای رادیاتور با قطر بزرگ است .

2- بخار و کندانس در خلاف جهت یکدیگر حرکت می کنند و احتمال وقوع ضربه قوچ وجود دارد .

3- استفاده از شیرهای هوا گیری لازم است . اگر شیرهای هوا گیری برای خروج هوا ، همیشه باز نگه داشته شوند میزان انتقال حرارت کاهش و مصرف سوخت افزایش می یابد .

4- برای گرم کردن دمای مطبوع اتاق ، باید شیرهای رادیاتور را باز و بسته کردن آنها تنظیم کرد . با تنظیم خودکار جریان بخار خروجی از دیگ می توان دمای داخلی اتاق را تغییر داد .

برای غلبه بر مشکلات ناشی از حرکت بخار و کندانس در خلاف جهت . از سیستم دو لوله ای ثقلی گرمایش با بخار استفاده می کنند به غیر از موارد

1-اگر پره های میانی رادیاتور آ بند نباشند هوا می گیرند . این موضوع در موقع گرم شدن نزدیک ترین رادیاتور به دیگ بخار و ورود بخار به لوله برگشت اتفاق می افتد .

2-برای قطع جریان بخار باید در هر دو طرف رادیاتور شیر نصب کرد . در غیر این صورت بخار می تواند از هر دو لوله رفت و برگشت خارج شود .

3-خروجی های هر رادیاتور باید به طور جداگانه به لوله اصلی برگشت متصل شوند . در سیستم بخار مرطوب ، روی هر رادیاتور و در انتهای لوله اصلی بخار ، بله ترموستاتی نصب می کنند .

شیرهای ورودی رادیاتور در این سیستم از نوع تدریجی یا روزنه های هستند . فشار لازم بسیار پایین است (حتی کمتر از اره اتمسفر ) این سیستم در ساختمانهایی که فاصله بین سطح آب و دیگ بخار تا انتهای لوله برگشت 60سانتی متر است .

سیستم گرمایی با بخار مرطوب ، برترینهای نسبت به دیگر سیستمها دارد :

1-با توجه به بسته بودن سیستم ؤ امکان ورود به آن وجود ندارد . بنابراین خلاء متوسطی به وسیله تقطیر بخار در دما های پایین ایجاد می شود .

2- جریان بی سر و صدا و یکنواخت بخار بدون قفل شدن هوا و صدای قوچ فراهم می شود .

3-دمای اتاق می تواند به صورت خود کار به وسیله ترموستات تنظیم شود .

4-نصب شیرهای هوا گیری رادیاتور ها لازم نیست .

معایب سیستم گرمایش با بخار مرطوب عبارتند از :

1-لوله های قطور لازم دارد

2- فشار کار بخار ، پایین است .

3-برگشت کندانس به دیگ ، به صورت ثقلی است .

سیستم گرمایش تله برگشت بسیار سیستم گرمایش بخار بدون شیر هوا گیری است با این تفاوت که در این سیستم به دلیل وجود تله برگشت ، مایع کندانس دارای جریان برگشت مثبت به دیگ بخار است .

این سیستم می تواند در تمام ساختمانها بر ساختمانهای بزرگ به کار رود به شرط آن که ظرفیت تابش مستقیم معدل کمتر از ظرفیت تله برگشت باشد .

مزایای سیستم گرمایش با تله را شرح دهید .

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

2- جریان برگشت کندانس به دیگ بخار ، مثبت و سریع است .

3-کنترل سیستم با ترموستات امکان پذیر است .

5- توزیع بخار به وسیله شیر روزنه ای ، متعادل می شود .

معایب این سیستم عبارتنداز :

1-گردش بخار در سیستم تقریباً به طور کامل وابسته به فشار دیگ بخار است .

2-ارتفاع اتاق برای نصب لوله ها در بالای دیگ باید کافی باشد .

3-به دلیل محدودیت ظرفیت و اندازه های تله برگشت ، ظرفیت دیگ نیز محدود می شود .

مزیت سیستم گرمایش از نوع برگشت کندانس ، امکان پایین تر قرار گرفتن خط لوله برگشت از سحط آب دیگ ، کار در فشار بخار بالا است .اما سیستمهای خلاء متغیر و خط برگشت خلاء ،نیاز به لوله ها و تله های قطور تری دارند .

سیستم خط برگشت خلاء شبیه سیستم برگشت کندانس است با این تفاوت که در آن از یک پمپ خلاء برای ایجاد ضعیف در خط برگشت استفاده می کنند تا کندانس بتواند از خط برگشت به دیگ برگردد .

مزیای سیستم گرمایش بخار با خط برگشت خلاء به شرح زیر است:

1-کندانس دارای برگشت مثبت به طرف دیگر است .

2-هوا به صورت مکانیکی از بخار جدا شده و در نتیجه بخار سرعت گردش زیادی پیدا می کند .

3-به دلیل اختلاف فشار زیاد بین خطوط رفت و برگشت ، از لوله های کم قطر تری می توان استفاده کرد .

خط هوا – خلاء گونه ای از سیستم گرمایش تک لوله ای بخار است .هوا گیری های رادیاتور چای خود را به شیرهای هوایی که خروجی آنها به خط برگشت هوا متصل است می دهند .

برای خارج کردن هوای داخل سیستم از یک پمپ خلاء استفاده می کنند . شیرهای متصل به خط هوا از نوع ترموستاتی هستند .

مزایای این سیستم عبارتند از

1- گردش بخار سیستم سریعتر است .

2- بازده حرارتی رادیاتور ها ، در فشار های پایین تر ، بیشتر است .

3- هوا گیری های رادیاتور ها لازم نیست .