پیشگفتار
از روزگاران قدیم، آب به عنوان مایه حیات و آبادانی مورد توجه انسان بوده است. بسیاری از شهرها در مناطقی احداث شده و شکل گرفته اند که در نزدیکی آنها منابع قابل استحصال آب وجود داشته است. شهرهای متعددی نیز به دلیل خشکسالی و کمبود آب متروک و رها شده اند. با پیشرفت تکنولوژی و سطح رفاه و بهداشت جوامع، وابستگی انسان به آب افزایش یافت به گونه ای که در دهه های اخیر مقدار مصرف سرانه آب به عنوان یک شاخص پیشرفته بودن کشورها مورد استفاده قرار می گیرد. مصارف عمده آب را به چند گروه می توان تقسیم کرد:
- مصارف بهداشتی و آشامیدنی از قبیل شرب، پخت و پز، استحمام، شستشوی البسه و ظروف و ...
- مصارف کشاورزی و فضای سبز
- مصارف صنعتی
- مصارف خدماتی از قبیل سیستم های تهویه مطبوع، آتش نشانی، شستشوی خودرو، شستشوی محوطه و ....
استان خراسان و بویژه شهر مشهد در ایام گذشته به عنوان یک منطقه ییلاقی و خوش آب و هوا مورد توجه مردم کشور بوده است. متاسفانه تغییر شرایط جوی موجب گردیده است مقدار نزولات جوی کاهش یابد و این موضوع سبب پایین رفتن سطح آبهای زیرزمینی شده است به گونه ای که در سالهای اخیر در رسانه ها با بکاربردن واژه هایی چون بحران آب، خشکسالی، کم آبی و .... مردم به صرفه جویی در آب فراخوانده می شوند. در ادامه استراتژی ترغیب مصرف کنندگان به صرفه جویی در ایام پیک مصرف تابستانی گاهی اوقات برنامه های قطع های زمانبندی آب در شهر مشهد به اجرا در می آید.
درمقاله حاضر در مورد مصارف سیستم های تهویه مطبوع که در گروه مصارف خدماتی قرار دارند بحث خواهد شد و تاثیر کم آبی بر انتخاب سیستم سرمایش مورد بررسی قرار می گیرد.
2- مصارف عمده آب در سیستم های تهویه مطبوع
در سیستم های رایج تهویه مطبوع، برجهای خنک کن که در سیستم های سرمایش کاربرد دارند عمده ترین مصرف کننده آب می باشند. بنابراین در این مقاله فقط سیستم های سرمایش مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سیکل های تبرید که اساس کار دستگاه های چیلر هستند به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.
1-2- سیکل های تراکم بخار
فرآیند 2-1 فرایند تراکم ایزنتروپیک است که در کمپرسور رخ می دهد و طی آن فشار سیال عامل افزایش می یابد. در طی فرایند 3-2 و در فشار ثابت، حرارت موجود در سیال خروجی از کمپرسور به محیط دفع می شود. فرایند 4-3 نمایانگر فرایند انبساط ایزنتروپیک است که در یک لوله موئین یا شیر انبساط صورت می گیرد و در فرایند 1-4 در اواپراتور یا چیلر، حرارت به سیال عامل منتقل می شود و بدین ترتیب سیکل کامل می گردد. در سیکل تراکمی بخار همواره رابطه زیر برقرار است:
کار خالص انجام شده در کمپرسور- حرارت جذب شده در اواپراتور(چیلر) = دفع حرارت در کندانسور
یا:
QH = QL + W
در سیکل های تبرید در عوض واژه کارایی حرارتی که در سیکلهای حرارتی و توانی کاربرد دارد، از واژه ضریب عملکرد استفاده می شود. این ضریب عبارتست از:
کار ورودی به سیکل / اثر سرمایشی = ضریب عملکرد
COP = QH / Win
تجهیزات تبرید( از قبیل چیلرها، کولرهای گازی، پکیج ها و ...) که دارای کمپرسورهای رفت و برگشتی، گریز از مرکز، و دنده ای یا پیچی هستند همگی در سیکل تبرید تراکم بخار کار می کنند. چیلرهای تراکمی بخار ساخت سازندگان داخلی عموما دارای کمپرسورهای رفت و برگشتی یا کمپرسورهای دنده ای هستند. چون کمپرسورهای دنده ای دارای کارایی بیشتری هستند در بخش های بعد فقط چیلرهای دارای این نوع کمپرسور بررسی و تحلیل می شوند.
2-2- سیکل های تبرید جذبی
از زمان ابداع این سیکل، چیلرهای جذبی گوناگونی ساخته شده است. در چیلرهای جذبی اولیه از آمونیاک به عنوان ماده جاذب استفاده می شد که به علت سمی بودن در سالهای بعد لیتیوم بروماید جایگزین آن شد. در چیلرهای جذبی رایج از لیتیوم بروماید به عنوان جاذب و از آب به عنوان مبرد استفاده می شود. نسل های ابتدایی چیلرهای جذبی از نوع یک مرحله ای یا تک اثره بودند ولی با پیشرفت تکنولوژی و به منظور افزایش کارایی چیلرها، چیلرهای دو مرحله ای یا دو اثره نیز تولید گردیدند. در چیلرهای جذبی در عوض انرژی الکتریکی ای که در سیکل های تبرید تراکم بخار برای به حرکت در آوردن سیال عامل مصرف می شود، از انرژی حرارتی استفاده می شود. این انرژی حرارتی می تواند توسط حرارتهای بازیافت شده، آب گرم، آب داغ، بخار آب، و یا احتراق مستقیم سوخت تامین گردد. چیلر های جذبی دو مرحله ای شعله مستقیم که در آنها انرژی حاصل از احتراق سوخت بطور مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد، در سال های اخیر به دلایل گوناگون از جمله بیشتر بودن ضریب عملکردشان نسبت به سایر گونه های چیلر جذبی مورد استقبال و توجه مهندسین تاسیسات قرار گرفته اند. بهمین دلیل، در ادامه بحث فقط به این نوع چیلر جذبی توجه خواهد شد.