رویکرد شبیه سازی در استفاده بهینه از انرژی های خورشیدی در صنعت ساختمان

رویکرد شبیه سازی در استفاده بهینه از انرژی های خورشیدی در صنعت ساختمان

اسلاید 1: رويكرد شبیه سازی در استفاده بهینه از انرژي هاي خورشيدي در صنعت ساختمان به منظور حركت به سمت ايجاد ساختمان هاي سبز دکترحمیدرضا فیلی استاديار، دانشکده فني مهندسي، دانشگاه الزهراء ، تهران hrfeili@gmail.comپریسا نادری پور کارشناسي ، مهندسي صنايع ، دانشکده فني مهندسي، دانشگاه الزهراء ، تهرانparisanaderipour@gmail.comفاطمه مقدسی کارشناسي ، مهندسي صنايع ، دانشکده فني مهندسي، دانشگاه الزهراء ، تهرانmoghadas.fatemeh@gmail.com

اسلاید 2:

اسلاید 3: چكيدهافزایش هزینه تولید انرژی برق،محدودیت منابع فسیلی و پیامدهای زیست محیطی، فرصت رقابت انرژی خورشیدی با انرژیهای فسیلی خصوصا در کشورهایی با پتانسیل بالای تابش سیستمهای انرژی خورشیدی، فن آوریهای جدیدی برای تامین گرما، الکتریسیته و حتی سرمایش منازل مسکونی، مراکز تجاری و صنعتیدر این تحقیق با مدلسازی کامپيوتري، بررسی و ارزیابی راه اندازي سيستمهای خورشيدي به عنوان تامين كننده تهويه (يك سيستم تركيبي سرمايشي و گرمايشي) این مدل با استفاده از برنامه شبیه سازی Arenaایجاد شده سپس با استفاده از تکنیک بهینه سازی شبیه سازی بررسي و امكان سنجي اقتصادي گامی اثربخش و کارآمد جهت تحلیل وتوسعه فن آوری های نوین و بومی سازی آنها3

اسلاید 4: مقدمه4از آنجا که در راه اندازی سیستم های تهویه خورشیدی بالاترین هزينه مربوط به خريد كلكتورها می باشد ، بر آن شدیم تا از كلكتورهاي خريداري گردیده بيشترين استفاده را نموده و با تغيير در تجهيزات جانبي با توجه به نياز در فصول مختلف، سيستم تهويه را بصورت گرمايشي وهم سرمايشي تبديل كرد. در اين تحقيق به بررسي يك سيستم دو منظوره سرمايشي-گرمايشي پرداختيم و بدلیل جدید بودن ايده تامین سرمایش از انرژی خورشید، در اين تحقيق در باره سيستم سرمايشي به تفصيل سخن گفته خواهد شد. جهت جلوگيري از اطاله كلام ، صرفا به بیان فرایند و نتايج شبيه سازي در مورد سيستم سرمايشي پرداخته و از توضيحات مجدد جهت شبيه سازي براي سيستم گرمايشی صرف نظر خواهد گردید. سيستم مذكور صرفا جهت تهويه مي باشد و نه تهيه آبگرم و ... .

اسلاید 5: مقدمه5آنچه که در این تحقیق دنبال می شود، بررسی این نکته است که با توجه به این که هزینه اولیه راه اندازی سیستم هاي خورشيدي بالاتر از هزینه اولیه استفاده از سيستم هاي گرمايشي و سرمايشي ديگر است ، و با در نظر داشتن اینکه ایران در زمینه استفاده از انرژی خورشیدی قابلیت زیادی دارد، (به علت موقعیت جغرافیایی و قرار گرفتن در عرض جغرافیایی جنوب کمتر از 40 درجه)، آیا استفاده از این سیستمها به صرفه هست و یا خیر؟در آخر لازم به ذكر است که هر يك از اين سيستم ها نيازمند سوخت كمكي هستند تا كمبود تابش خورشيد را در بعضي روزها مانند روزهايي كه گرد و غبار زياد يا هوا ابري است، را جبران كنند. 

اسلاید 6: توصيف سيستم6دو نوع چیلر وجود دارد، چیلر تراکمی ( سیستمهای متداول موجود ) و چیلر جذبیچیلر های جذبی نیز به دو دسته چیلر جذبی با جاذب جامد و چیلر جذبی با جاذب مایعدر این تحقیق، سیستم جذبی با جاذب مایع لیتیم برومید مورد مطالعه قرار گرفته است.مزایای چیلرهای جذبی خورشیدی :کاهش مصرف برق کاهش تولیدگازگلخانه ایعدم وابستگی به سوخت های فسیلی(تا حد زیادی، با در نظر گرفتن سوخت کمکی) کاهش مصرف مبردهای مضر برای محیط زیست مانند CFC

اسلاید 7: توصيف سيستم7اجزاي اصلي اين سيستم عبارتند از : صفحه مسطح جمع کننده خورشيديمخزن ذخيره سازي آب گرمچيلر جذبيبرج خنک کنندهگرم کننده کمکي

اسلاید 8: 8چهار چرخه اصلي اين سيستم : يک چرخه جذب کننده انرژي خورشيدي، که مسئول جذب انرژي خورشيدي از طريق يک سيال است و در مخزن حرارتي ذخيره مي شود؛ يک چرخه براي پشتيباني چيلر جذبي است که قلب سيستم است، به خاطر انرژي موجود در مخازن آب واکنشهاي شيميايي لازم براي توليد آب سرد را انجام مي دهد،چرخه خنک کننده آب، که براي پراکنده کردن انرژي فرايند جذب و تبخير که در داخل چيلر رخ مي دهد لازم است، يک چرخه شارژر که تقاضاي ايجاد سرما براي توليد تهويه مطبوع را تحويل مي دهد. توصيف سيستم

اسلاید 9: 9توصيف سيستم

اسلاید 10: در تحقیق با کمک روش شبیه سازی-بهینه سازی، اهداف زیر را دنبال می شود:کاهش هزینه هاافزایش راندمانویژگی ها ثابت و غیر قابل تغییرمیزان تابش انرژی خورشید در هر شهر وتابع توزیع آنتعداد ساعات تابش انرژی خورشید در هر شهر وتابع توزیع آنتعداد روزهای آفتابی هر شهر و تابع توزیع آنفضای مورد نیاز (که در هر ساختمانی محدودیتی وجود دارد)بودجه محدود برای راه اندازی ( این مورد و مورد قبلی برای هر مصرف کننده متمایز است و مقدار ثابت دارد ) و ...10توصيف سيستم

اسلاید 11: اهداف کمی 11اهداف کمی بصورت زیر است:تعيين تعداد بهينه کلکتور با توجه به تابش آفتاب و ميزان دما در هر شهرحداقل نمودن استفاده از انرژي کمکيافزايش راندمانحداقل نمودن هزينه راه اندازي در پي اين اهداف، تعداد بهينه کلکتور ، راندمان، هزينه ها و سود تعيين مي گردد. تحقق تمامي اين اهداف بوسيله بهينه سازي شبيه سازي امکان پذير خواهد بود.

اسلاید 12: 12به منظور ارزیابی عملکرد سیستم ، در هر زمانی نیاز به یک پایگاه داده ، برای بررسی امکان سنجی فنی سیستم است. در این کار ، پایگاه اطلاعات آب و هوا با استفاده از اطلاعات ارائه شده توسط :اداره هواشناسی جمهوری اسلامی ایران به نشانی www.irimo.ir سایت پایگاه داده جهانی تابش خورشید www.meteonorm.comداده هاي شبيه سازي

اسلاید 13: مراحل شبیه سازی به کمک نرم افزار Arena13

اسلاید 14: 14داده هاي ورودی براي شبيه سازي عبارتند از: دماي هواتعداد ساعات آفتابي ميزان تابش آفتاب پس از تهيه داده هاي اوليه ، به کمک بخش Input analyzer نرم افزار Arena، تابع توزيع هر بخش تخمين زده مي شود. داده هاي شبيه سازي

اسلاید 15: نکاتي درباره مدل 15ميزان ورودي و خروجي بر حسب بسته هاي انرژي بيان مي شود که تصور مي گردد با فاصله هاي زماني بسيار کوچک به سيستم وارد مي شوند. تابع توزیع داده هایی که لازم است وارد سیستم شوند در ابتدا باید تخمین زده شود.تعداد کلکتور ها، مستقيما درجذب انرژي، مؤثر است .واضح است که با افزايش تعداد کلکتورها، مقدار انرژي جذب شده افزايش مييابد. تعداد ساعات آفتابي، مدت زمان شبيه سازي را تعيين مي کند.با داشتن دماي هوا و ميزان تابش آفتاب انرژي ورودي به سيستم تعيين می شود؛

اسلاید 16: نکاتي درباره مدل 16در ابتدا با داشتن دمای هوا و میزان تابش آفتاب می توان انرژی ورودی به سیستم را تعیین کرد، از طرفي درباره هزينه ها هم محدودیت زیر وجود دارد (عمر مفيد سيستم 6 سال در نظر گرفته شده) براي يافتن جواب مورد نظر از الگوريتم صفحه بعد استفاده می شود(البته منطق مذكور شد براي زماني است كه بخواهيم از كلكتورها، تنها براي تامين سرمايش استفاده كنيم؛ اما از آنجايي كه هدف ما، دو منظوره كردن استفاده از كلكتورهاست، این منطق به تنهايي كافي نيست. در ادامه به اين موضوع خواهيم پرداخت.)

اسلاید 17: 17منطقشبيه سازي

اسلاید 18: 18بخشی از مدل Arenaبخشی از مدل طراحی شده در نرم افزار Arena

اسلاید 19: 19منطقشبيه سازيبطور مثال اگر بخواهيم شهر مورد نظر خود را تهران انتخاب كنيم، همانطور كه از شکل 5 پيداست، 2 ماه انتهايي سال و 3 ماهه اول سال دماي هوا پايين بوده و بالطبع به سيستم گرمايشي نياز داريم و از ماه چهارم تا انتهاي ماه دهم نياز به سيستم هاي خنك كننده مي باشد (ماه­ها ميلادي هستند). مي توان داده هاي خود را در جدول زير دسته بندي كرد؛

اسلاید 20: 20منطقشبيه سازيهمانطور كه در جدول 1 ديده مي شود، اگر بتوان كلكتورهايي را همواره در ساختمان مورد نظر داشته و متناسب با نياز، لوازم جانبي آنرا تغيير داده و به صورت سرمايشي و هم گرمايشي تبديل نمود، آنگاه مي توان به صورت بهينه از اين كلكتورها ، كه با هزينه بالايي تهيه مي شوند استفاده كرد. در ادامه، منطق انتخاب تعداد كلكتورها خواهد آمد. (لازم به ياد آوري است كه منظور از سيستم سرمايشي، سيستم سرمايشي تهويه است.)همانطور كه نحوه ی شبيه سازي سيستم خنك كننده تشريح شد، مي توان تعداد بهينه كلكتور هاي مورد نياز براي سيستم گرمايشي را نیز به دست آورد

اسلاید 21: مطابق با منطق نمودار 2 حالات زیر رخ می دهد:21منطقشبيه سازي

اسلاید 22: در حالت 1: تعداد كلكتور مورد نياز عبارتست از : در حالت 2: از رابطه زير استفاده مي گردد:22منطقشبيه سازيحال تعداد حداكثر كلكتور محاسبه مي گردد،آيا هنوز هم اين سيستم ها، تهويه مناسب را فراهم نمي كنند؟اگر جواب هر دو، يا يكي از این سيستم ها هم خير باشد، اين سيستم به صرفه نيست. در حالت 3: اگر جواب سیستم گرمایشی منفی باشد، از منطق ذکر شده در صفحه بعد استفاده می شود.(در مورد سیستم سرمایشی نیز همین منطق بکار می رود.)

اسلاید 23: 23منطقشبيه سازي

اسلاید 24: 24تجزیه و تحلیل نتایجبه جهت درک بهتر نتایج شبیه سازی، خروجی های مورد نظر در جدول زیر ارائه شده است . با توجه به این داده ها دریافت می شود که هر سیستمی برای راه اندازی چه مقدار هزینه دارد و چه میزان راندمان به دست می دهد، حال با توجه به این نتایج می توان هزینه راه اندازی و کارکرد چند ساله سیستم را تخمین زد. بدین صورت به آسانی می توان تصمیم گیری جهت راه اندازی یا عدم راه اندازی سیستم اتخاذ نمود .

اسلاید 25: نتيجه25در این تحقیق سعی شد تا با کمک روش شبیه سازی- بهینه سازی، رویکردی جهت ارزیابی اقتصادی سیستم گرمايشي و سرمايشي خورشیدی ، و با بررسی کارایی سیستم ، متناسب با شرایط اقلیمی کشور، طراحی گردد تا تحلیلگران و مدیران سیستم با صحت و دقت بیشتر ، هزینه های جانبی کمتر، به راحتی قدرت تجزیه و تحلیل در شرایط مختلف را دارا باشند.حاصل این بررسی، اتخاذ بهترین و با صرفه ترین تصمیم خواهد بود، چرا که هر چند راه اندازی سیستم تهويه خورشيدي مزایای بسیاری را در پی دارد اما ممکن است که در بعضی از شهرها و مناطق آب و هوایی، استفاده از يك، يا هر دو اين سيستم ها، توجیه اقتصادی و همچنین راندمان مطلوب در رابطه با راه اندازی آنان وجود نداشته باشد. بدین صورت علاوه بر تعیین بهترین پیکره بندی سیستم تهویه خورشیدی ، توجیه اقتصادی طرح ، بدون هر گونه ریسک نامطلوب فراهم خواهدگردید.

اسلاید 26: 26 [1]عربی،مهسا و دهقانی، محمودرضا. 1389. بررسی فنی و اقتصادی سیستم های چیلر جذبی خورشیدی در ایران ، مجله مهندسی شیمی ایران،دانشگاه علم و صنعت، دانشکده مهندسی شیمی، سال 9، شماره 46، صفحه 72-60 .[2] فیلی، حمیدرضا و مقدسی، فاطمه و نادری پور، پریسا. 1390 . مدلسازي کامپيوتري سيستم تهويه هواي خورشيدي در ايران به کمک تکنيک بهينه سازي- شبيه سازي، اولین همایش رویکردهای نوین درمهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، رودسر.[3] سایت سازمان انرژی های نو ایران (سانا) به نشانی www.suna.org.ir.[4] سایت سازمان هواشناسی جمهوری اسلامی ایران به نشانی www.irimo.ir.[5] Climasol , 2005.Guidelines for Solar Cooling Feasibility Studies and Analysis of the Feasibility Studies, ALTENER Project. ALTENER Project Number 4.1030/Z/02-121/20 Eicker .U, 2003.Solar Technologies for Buildings, Wiley.  [6] Fong K.F, Chow T.T, Lin. Z, Chan L.S, 2010. Simulation–optimization of solar-assisted desiccant cooling system for subtropical Hong Kong, Applied Thermal Engineering 220–228.مراجع

اسلاید 27: 27[7] Mavrotas N George,2009. Effective implementation of the ε-constraint method in Multi-Objective Mathematical Programming problems, Applied Mathematics and Computation, Volume 213, Issue 2, 15 July 2009, Pages 455-465. [8] Syberfeldt Anna, Amos Ng, I.John Robert, Moore Philip, 2009. Multi-objective evolutionary simulation-optimization of a real-world manufacturing problem, Robotics and Computer- Integrated Manufacturing, Volume 25, Issue 6, December 2009, Pages 926-931.  [9] Vidal H, Escobar.R , Colle.S, 2009. Simulation and Optimization of a Solar Driven Air Conditioning System for a house in Chile, Proceeding of the ISES Solar World Congress:Renewable Energy Shaping Our Future. [10] www.meteonorm.com [11] Zhai X.Q,Wang R.Z, Dai Y.J, Wu J.Y, Xu Y.X, Ma. Q, 2007. Solar integrated energyمراجع

اسلاید 28: از حسن توجه شما سپاسگزاریم28