تهویه مطبوع خورشیدی

سیستم‌های تهویه مطبوع یکی از پرمصرفت‌ترین تجهیزات هر ساختمانی هستند. لذا مهندسین همواره در پی راهی برای کاهش میزان مصرف انرژی و هزینه‌های ناشی از آن در سیستم‌های تهویه مطبوع هستند.

امروزه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر خصوصاً انرژی خورشیدی با توجه به مزایای زیادی که دارد، بسیار گسترش یافته است. یکی از کاربردهای انرژی خورشیدی در سیستم‌های تهویه مطبوع است که در ادامه این مقاله به بررسی انواع سیستم‌های تهویه مطبوع خورشیدی و روش کار آن‌ها خواهیم پرداخت.

انرژی خورشیدی

برای بهره‌ بردن از انرژی خورشید می‌تواند به دو شکل عمل کرد:

• استفاده از گرمای خورشید
• تبدیل مستقیم نور خورشید به الکتریسیته

در روش اول که به آن انرژی گرمایی خورشید نیز گفته می‌شود، هدف متمرکز کردن نور خورشید به منظور استفاده از حرارت آن است. مثل نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی ویا آب‌ گرم‌کن خورشیدی. در روش دوم اما با استفاده از پنل‌های فتوولتائیک، نور خورشید مستقیماً به جریان الکتریکی تبدیل می‌شود. این صفحات را می‌توان در ابعاد مختلفی تولید کرد. حتماً بر روی ماشین حساب از این صفحات دیده‌اید.

سیستم تهویه مطبوع

موضوع اصلی این مقاله تهویه مطبوع خورشیدی است، پس بهتر است ابتدا برداشت درستی از تهویه مطبوع داشته باشیم. تهویه مطبوع به مجموعه روش‌هایی گفته می‌شود که هدف آن ایجاد جریان هوایی مطبوع و دلپذیر برای ساکنین یک اتاق یا ساختمان است. با استفاده از سیستم‌های تهویه مطبوع دما، رطوبت و کیفیت هوا با توجه به شرایط اقلمی منطقه به شکل مطبوع تنظیم می‌شود.

سیستم تهویه مطبوع خورشیدی

در سیستم تهویه مطبوع خورشیدی، از انرژی خورشیدی به منظور تامین انرژی لازم برای سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شود. روش‌های مختلفی برای تهویه مطبوع با استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد. استفاده از انرژی خورشیدی به جای سوخت‌های فسیلی باعث کاهش هزینه‌های مصرفی و هم‌چنین کاهش تولید گاز‌های گل‌خانه‌ای و تخریب محیط زیست می‌شود.

امروزه در اکثر کشورهای دنیا استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به جای سوخت‌های فسیلی، در اولویت قرار گرفته و فناوری‌های مختلفی به منظور جایگزین کردن انرژی‌های پاک طراحی و ساخته می‌شوند.

از جمله نیروگاه‌های تجدیدپذیر، خودروها برقی و …. یکی از این فناوری‌ها سیستم‌های تهویه مطبوع خورشیدی است که در آن‌ها به جای استفاده از برق تولید شده توسط نیروگاه‌های فسیلی ویا استفاده مستقیم از سوخت‌های فسیلی از انرژی خورشیدی بهره برده می‌شود.

این سیستم‌ها انواع مختلفی دارند. همان طور که اشاره شد، هدف از سیستم تهویه مطبوع تنظیم دما و رطوبت است. پس ابتدا به بررسی روش‌های سرمایش خورشیدی، سپس گرمایش خورشیدی و در آخر به بررسی روش تنظیم رطوبت خورشیدی خواهیم پرداخت.

سیستم‌های سرمایشی خورشیدی

یکی از مهم‌ترین وظیفه سیستم تهویه مطبوع کاهش دما، یا همان برودت هواست. همان طور که اشاره شد خورشید نور و گرما از خود ساطع می‌کند، اما چگونه می‌توان از آن برای سرمایش استفاده کرد؟ دو راه برای این منظور وجود دارد:

• چیلر جذبی خورشیدی
• چیلر تراکمی فتوولتائیک

چیلر جذبی خورشیدی

یکی از انواع سیستم‌های برودتی یا سرمایشی، سیکل تبردی جذبی است. این سیکل با مصرف انرژی حرارتی عمل سرمایش را انجام می‌دهد.

ابتدا بهتر است مروری داشته باشیم بر سیکل تبرید جذبی. در این سیکل محلول رقیق لیتیوم بروماید، با دریافت حرارت در ژنراتور غلظت آن افزایش می‌یابد و آب از محلول جدا می‌شود. سپس آب بخار شده به سمت کندانسور هدایت می‌شود تا در آن‌جا به مایع تبدیل شود. محلول غلیظ لیتیوم بروماید نیز به سمت جاذب باز می‌گردد.

آب تقطیر شده در کندانسور، پس از عبور از شیر انبساط کاهش فشار یافته و در اواپراتور با بخار شدن، گرما را از سیال خنک شونده می‌گیرد و عمل برودت انجام می‌شود. با جذب گرما آب تبخیر شده توسط لیتیوم برومای موجود در  جاذب، جذب شده و سیکل کامل می‌شود. برای آشنایی بیشتر با سیکل تبرید جذبی این مقاله را مطالعه کنید.

همان طور که دیدیم سیکل جذبی نیاز به حرارت دارد. این حرارت اقلب از سوخت‌های فسیلی تامین می‌شود. اما می‌توان به جای آن از گرمای خورشید استفاده کرد. با استفاده از کلکتورهای خورشیدی حرارت خورشید را به یک سیال منتقل کرده و از آن در در ژنراتور استفاده می‌کنند. به این ترتیب دیگر نیازی به سوخت‌های فسیلی وجود نخواهد داشت.

سیکل تراکمی با پنل فتوولتائیک

در سیکل تبرید تراکمی از کمپرسور برای فشرده کردن مبرد استفاده می‌شود که این کمپرسور نیاز به انرژی الکتریکی دارد. مبرد پس از فشرده شدن، در کندانسور حرارت خود را دفع کرده و پس از عبور از شیر انبساط با کاهش فشار وارد اواپراتور می‌شود.

در این‌جا حرارت را از سیال مد نظر گرفته و تبخیر شده و به کمپرسور باز می‌گردد. جهت آشنایی بیشتر با سیکل تبرید تراکمی این مقاله را مطالعه کنید.

همان طور دیدیم در سیستم تراکمی، کمپرسور نیاز به الکتریسیته دارد. این االکتریسیته را می‌توان با استفاده از پنل‌های فتوولتائیک تامین کرد. پنل‌های خورشیدی برق جریان مستقیم تولید می‌کنند که می‌تواند توسط مبدل‌های مخصوص این جریان را به متناوب تغییر داد. همچنین می‌توان به شکل ترکیبی از برق شهری و برق تولید شده توسط صفحات فتوولتائیک انرزی لازم را تامین کرد.

از برق تولید شده از انرژی خورشیدی، می‌توان علاوه بر کمپرسور، برای قسمت‌های دیگر مثل فن‌ها، پمپ‌ها و… نیز بهره برد.

گرمایش خورشیدی

سیستم‌های تهویه مطبوع علاوه بر سرمایش در فصول گرم، در فصول سرد نیز باید بتوانند دمای هوا را افزایش دهند. به این منظور می‌توان از کلکتورهای خورشیدی به منظور افزایش دمای آب یا سیال عامل بهره برد و سپس از این سیال داغ در فن کویل، هواساز، آب گرم مصرفی و دیگر سیستم‌ها بهره برد. کلکتور خورشیدی دستگاه است که پرتو‌های خورشید را طوری متمرکز می‌کند، که سیال وارد شده در آن افزایش حرارت پیدا کند.به این ترتیب با عبور سیال از لوله‌های کالکتور، حرارت آن توسط خورشید افزایش می‌یابد.

رطوبت‌گیر خورشیدی

در کنار تنظیم دما سیستم تهویه مطبوع باید بتواند رطوبت هوا را نیز تنظیم کند. به منظور کاهش رطوبت یا رطوبت‌گیری می‌توان از رطوبت‌گیر (Desiccants) جامد یا مایع استفاده کرد. این سیستم به منظور تجدید ماده جاذب رطوبت خود، نیاز به حرارت دارد. همان طور که می‌توان حدس زد در رطوبت‌گیرهای خورشیدی این حرارت توسط انرژی خورشیدی تامین می‌شود.

جمع بندی

استفاده از انرژی‌ خورشیدی با توجه به رایگان بودن آن و همچنین مزایای زیست محیطی که دارد گزینه‌ای مناسب جهت جایگزینی آن با سوخت‌های فسیلی است. سیستم‌های تهویه مطبوع با توجه به این که مصرف انرژی زیادی دارند، یکی از مهمترین مواردی است که اگر با انرژی خورشیدی کار کنند می‌تواند کاهش هزینه‌ها و همین طور کاهش اثرات مخرب زیست محیطی را همراه داشته باشد. به همین منظور امروزه استفاده از سیستم‌های تهویه مطبوع خورشیدی بسیار مورد توجه است. از انرژی خورشید هم به منظور گرمایش و هم به منظور تولید برق می‌توان استفاده کرد، که هردوی آن‌ها قابلیت تامین انرژی مورد نیاز دستگاه‌های تهویه مطبوع را دارد، که در این مقاله به انواع این سیستم‌ها نگاهی انداختیم. امیدواریم از این مقاله لذت برده باشید.