Thermodynamic Analysis and Modeling Study of an Intermittent solar Adsorption Refrigeration System

Abstract

في العقد الماضي زاد الاهتمام بدراسة التبريد بواسطة الامتزاز لما يعطيه من امتيازات كونه رخيص التشغيل ونظيف بيئيا بالإضافة الى امكانية استخدامه لأغراض التبريد والتكيف وحفظ الاطعمة واللقاحات الدوائية. فكرة هذه المنظومة قائمة على قدرة امتزاز المادة الصلبة المسامية – الممتزات - لبخار مائع التبريد - المزازه- عند درجة حرارة منخفضة وايضا طرد المزازة على شكل بخار عند التسخين. تتكون اجهزة الامتزاز من الممتزات المحتوية في مجمع شمسي غالبا ما يكون مسطح بالاضافة الى المكثف والمبخر- المبرد. في هذه الرسالة يتم التحليل الثيروموديناميكي – الحراري- لالة التبريد الممتز عن طريق دراسة اهم العوامل المؤثرة فيها مثل: درجة حرارة الممتز الكبرى ودرجة حرارة الامتزاز الصغرى بالإضافة الى حرارة وضغط كل من المكثف والمبخر. التحليل الحراري يعطينا انطباعا عن الأداء التمهيدي للمنظومة مثل كمية الثلج المتوقع انتاجها ومعامل الاداء وتتم هذه الدراسة باستخدام برنامج EES في حين أن الدراسة الفعلية للمنظومة تتم من خلال النموذجة بواسطة برنامج MATLAB على حسب ظروف مناخ الظهران لإظهار الاداء الفعلي وكمية الثلج المتوقعة خلال الايام الباردة والحارة من السنة. لهذا تهدف هذه الدراسة الى تحسين اداء منظومة الامتزاز الشمسي المتقطع (الذي لا يعمل بصورة مستمرة وينتج تبريدا طوال الليل والنهار) باستخدام الكربون المنشط والميثانول بواسطة دراسة وتحسين العوامل المؤثرة فيه: كنوع الكربون المنشط وسمك معدن الانابيب الماصة للأشعة الشمسية بالإضافة الى امتصاصية وانبعاثيه الطلاء الذي يغطي الماصات الشمسية الى جانب كل من كمية الكربون المنشط و الغلاف الزجاجي المناسب وسماكة المادة العازلة التي تغطي قاعدة المجمع الشمسي وايضا زاوية ميلان المجمع الشمسي مع بداية التشغيل المناسبة. تهدف هذه الدراسة ايضا الى انتاج 5 كجم او اكثر من الثلج لكل متر مربع من المجمع الشمسي باليوم الواحد. نتائج التحليل الحراري تشير الى انه في حالة ارتفاع درجة حرارة المكثف يجب تسخين الكربون المنشط بدرجات حرارة عالية وايضا في حالة الذهاب الى درجة حرارة منخفضة داخل المبخر يجب ان تكون درجة حرارة الامتزاز منخفضة ايضا. اما نتائج دراسة النموذجة توضح ان حوالي .114 كجم من الكربون المنشط NORIT RX3-Extra لكل متر مربع من المجمع الشمسي يعطي نتائج افضل من الانواع الاخرى ويفضل ان يكون سمك الانابيب الماصة اصغر ما يمكن من اجل تحسين اداء المنظومة. كما اوضحت الدراسة الى ان الغلاف الزجاجي الذي يتكون من طبقتين مفصولتين من الزجاج افضل من اللوح الزجاجي الواحد او الانظمة الزجاجية السامحة للأشعة الشمسية والعازلة للحرارة المفقودة (TIM) بالإضافة الى ان سماكة المادة العازلة تزيد من الكفاءة لكن يجب ان لا تزيد المجمع الشمسي عبء اضافي كزيادة سماكته. المنظومة المحسنة بالخصائص السابقة مع تمييل المجمع الشمسي بزاوية مناسبة وبدء الدورة الحرارية عند الوقت المناسب يمكن ان ينتج كميات من الثلج تتراوح بين 5 كجم الى 13 كجم لكل متر مربع من المجمع الشمسي وبمعامل اداء شمسي يتراوح بين 0.12 و 0.24 للأيام الحارة والباردة على التوالي.