ANALIZA RADA APSORPCIONE RASHLADNE MAINE POGONJENE SUNEVOM ENERGIJOM

THE ANALYSIS OF ABSORPTION REFRIGERATION MACHINE DRIVEN BY SOLAR ENERGY

Milena STOJKOVI, mstojkovic@mas.bg.ac.rs

Milan GOJAK, mgojak@mas.bg.ac.rs

Franc KOSI, fkosi@mas.bg.ac.rs

Uro MILOVANEVI, Univerzitet u Beogradu, Mainski fakultet, umilovancevic@mas.bg.ac.rs

U radu je data analiza rada apsorpcione rashladne maine sa rastvorom LiBr-voda kao radnim fluidom, koja je pogonjena Sunevom energijom. Dati su fiziki i matematiki modeli rashladnog sistema sa dva razliita tipa prijemnika Suneve energije vakuumskim i ravnim. Sprovedeni su prorauni dinamikog ponaanja sistema za mesec juli tipine meteoroloke godine za Beograd i

analizirani neki najvaniji tehniki i energetski parametri sistema. Pokazano je da primena vakuumskih kolektora prua mnoge prednosti u odnosu na ravne kolektore.

Kljune rei: apsorpcioni rashladni ureaj; solarni sistem; vakuumski kolektori; ravni kolektori; energetska efikasnost

An analysis of the absorption refrigeration system with a solution of LiBr-water as the working fluid driven by solar energy is presented in this paper. There are given the physical and

mathematical models of the refrigeration system including two different types of solar collectors - vacuum and flat plate. Calculations of the dynamic characteristics of the system for July of the

typical meteorological year for Belgrade are carried out and some of the most important technical and energy parameters are analyzed. It is shown that the application of the vacuum collectors

provides many advantages over flat plate collectors. Key words: absorption refrigeration device; solar system; vacuum collestors;

flat plate collectors; energy efficiency

I. Uvod U dananje vreme u uslovima velikog zagaenja okoline izazvanog poveanom emisijom tetnih

gasova dolazi do efekta staklene bate i oteenja ozonskog omotaa i znaajnih klimatskih promena koje utiu na egzistenciju ivog sveta. Stoga, oveanstvo se sve vie okree istim (obnovljivim) izvorima energije koji ne zagauju okolinu. Jedna od glavnih alternativa konvencionalnim nainima snabdevanja energijom predstavlja korienje Suneve energije. Iako je relativno niskog intenziteta i stohastike prirode, Suneva energija prua mnogo mogunosti za poboljanje energetske efikasnosti tehnikih procesa. Jedna od vrlo obeavajuih mogunosti bila bi primena za pogon rashladnih procesa konverzijom u elektrinu energiju pomou foto-elija za pogon kompresorskih maina, ili direktnim korienjem toplote Sunca za pogon apsorpcionih rashladnih ureaja.

II. Opis rada sistema ematski prikaz apsorpcionog rashladnog ureaja pogononjenog Sunevom energijom dat je na Slici

1. Sunevo zrenje pada n ploe apsorbera solrnih kolektora (prijemnika Suneve energije, PSE) postavljenih na krovu zgrade i predaje toplotu prenosnom fluidu u kolektoru. U razmenjivau toplote RT1

1

prenosni fluid predaje toplotu vodi koja slui kao pogonski fluid za rad apsorpcione rashladne maine (ARM). Prenosni fluid moe biti lako isparljivi fluid ili vodeni rastvor etilen-glikola (u ovom radu analize i prorauni su sprovedeni za etilen-glikol).

Slika 1. ematski prikaz apsorpcionog rashladnog ureaja

Topla voda (pogonski fluid ARM) iz akumulatora, posredstvom cirkulacione pumpe, struji kroz razmenjiva toplote generatora pare G. U sistem za pripremu pogonske tople vode ugraen je regulacioni trokraki ventil TRV, kako bi se temperatura tople vode koja se isporuuje generatoru pare apsorpcione rashladne maine (desorber) odravala konstantnom. Dodatnim zagrejaem vode DG trebalo bi obezbediti potrebnu temperaturu pogonske vode kada ne postoje uslovi da solarni sistem isporuuje odgovarajuu toplotnu snagu za pogon ARM. Slabom rastvoru LiBr/H2O koji kljua u generatoru G predaje se toplotni protok Qg; iz generatora izlazi praktino ista vodena para (rashladni fluid) stanja 1 i vodi se ka kondenzatoru KD gde se hladi i kondenzuje rashladnom vodom (iz rashladne kule) do stanja 2, pri emu se u toku kondenzacije odvodi toplotni protok Qkd. Tenost stanja 2 se priguuje u ventilu PV1 do stanja 3 i na pritisku isparavanja struji u ispariva E gde prima toplotu (toplotno optereenje) Qe, kljuajui do stanja suve pare. Toplotna snaga Qe dovedena rashladnom fluidu predstavlja rashladni uinak ARM i u prikazanom sluaju pokriva toplotna optereenja hlaenog prostora. Vodena para stanja 4 koja pritom nastaje odvodi se u apsorber A gde se izobarski mea sa toplim tenim rastvorom stanja 10, pri emu se odvodi toplota apsorpcije Qa. Jaki teni rastvor stanja 8 koji naputa generator G hladi se u razmenjivau toplote RT2 do stanja 9 i nakon priguivanja u ventilu PV2 dospeva u apsorber sa stanjem 10.

Termodinamiki kvalitet rada ARM se znatno poboljava ugradnjom rekuperativnog razmenjivaa toplote RT2, jer se na taj nain kljuno smanjuje potrebna koliina toplote za zagrevanje rastvora u generatoru, kao i toplote Qa koja se odvodi u apsorberu. Cirkulaciona pumpa potiskuje slabi rastvor stanja 5 koji izlazi iz apsorbera do stanja 6, a nakon toga kroz razmenjiva toplote RT2 do stanja 7 sa kojim ulazi u generator G. Rad za pogon pumpe Wp je veoma mali i najee se moe zanemariti.

Ohlaena voda (sekundarni rashladni fluid) u sistemu klimatizacije stanja 12 vodi se ka ventilator-konvektorima (ili klima-komorama) u hlaenom prostoru i vraa u ispariva ARM sa stanjem 11.

Odvoenje toplote u okolinu iz kondenzatora i apsorbera vri se rashladnom vodom koja sa stanjem 13, iz rashladne kule, prvo struji u apsorber, a nakon toga u kondenzator. Ovakva serijska veza apsorbera i kondenzatora (u pogledu toka rashladne vode) je termodinamiki povoljnija, poto zbog vie temperature kondenzacije u odnosu na temperaturu u apsorberu, razmena toplote u predmetnim aparatima se odvija pri manjim temperaturnim razlikama.

Dinamika toplotnog optereenja apsorpcione rashladne maine je odreena z jedan tipini stambeni objekat, raunajui sa podacima za tipinu meteoroloku godinu (TMY). Kao projektni uslovi za proraun parametara merodavnih za dimenzionisanje komponenata ARM usvojeni su meteoroloki podaci za 21. juli za Beograd.

Napominje se da opisani sistem ne predstavlja jedino mogue reenje. Zavisno od uslova rada i izabrane koncepcije upravljanja rashladnim sistemom, mogue su i druge varijante.

2

III. Matematiki model sistema ARM A. Solarni sistem

Osnovni energetski prmetr kolektora je njegova termika efikasnost, koj je definisn ko odnos korisne energije Qu predate prenosnom fluidu i ukupne energije Sunevog zraenja koja dospeva na apsorber Qt u posmatranom vremenskom intervalu [1]:

= ut

QQ

. (1)

Na osnovu Prvog zakona termodinamike pri stacionarnim uslovima toplota predata prenosnom fluidu jednaka je razlici ukupne dozraene Suneve energije na apsorber kolektora i gubitaka toplote u okolinu kondukcijom, konvekcijom i zraenjem u posmatranom vremenskom intervalu [1], [2]. Postoje razvijeni matematiki modeli za proraun efikasnosti [1] zasnovani na detaljnim karakteristikama konstrukcije kolektora. Meutim, proizvoa daje krivu efikasnosti kolektora dobijenu ispitivanjem. Na taj nain, termiki gubici su definisani koeficijentima termikih gubitaka kolektora (a1 i a2) i razlikom temperatura fluida u kolektoru i okolnog vazduha, pa se efikasnost solarnog kolektora moe formalno i tehniki dovoljno tano predstaviti jednainom drugog reda [3], [4]:

2

1 2

=

m a m ao t

t t

t t t ta a GG G

, (2)

pri emu je: o optika efikasnost, tj. efikasnost kolektora bez gubitaka toplote kada je temperatura fluida jednaka temperaturi okoline, Gt [W/m2] intenzitet Sunevog zraenja na povrinu kolektora, tm srednja tempertur fluida u kolektoru, ta tempertura okolnog vzduh.

Rad solarnog sistema je simuliran pomou razvijenog dinamikog modela, pri emu je rad elemenata sistema (solarni kolektori, deonice razvodnog i povratnog cevovoda, akumulator tople vode) opisan jednainama materijalnog i energetskog bilansa. Diferencijalna jednaina bilansa energije u jedinici vremena solarnog kolektora ima oblik:

( ), , , = m i

c c t i c p f iz f ul i

dtC A G m c t t

d , (3)

gde je: Cc [J/K] toplotni kapacitet kolektora (ispunjenog fluidom), tm,i srednja temperatura i-tog kolektora, mc maseni protok fluida u kolektoru, a (tf,iz tf,ul)i razlika temperatura fluida na izlazu i ulazu u i-ti solarni kolektor. U prethodnoj jednaini lan sa leve strane znaka jednakosti predstavlja koliinu energije koju u jedinici vremena akumulira kolektor, dok lanovi sa desne strane predstavljaju u jedinici vremena korisno apsorbovanu Sunevu energiju, odnosno energiju predatu fluidu koji struji kroz kolektor. U analizi prikazanoj u ovom radu razmatran je solarni sistem koji se sastoji od vie paraleno povezanih baterija od po pet redno vezanih kolektora, pa je u jednaini (3) usvojeno da je temperatura prenosnog fluida na izlazu iz prethodnog jednaka temperaturi fluida na ulazu u sledei redno vezani kolektor.

Jednaina trenutnog bilansa energije i-tog elementa solarnog sistema (deonica razvodnog i povratnog cevovoda, akumulatora tople vode) ima opti oblik:

( ) ( ) ( ), , ,, ,1 1 = =

= k m

m ii f p f f p f i m i a ij ul l izl

j l

dtC m c t m c t U t t

d , (4)

gde je: Ci [J/K] toplotni kapacitet odgovarajueg i-tog elementa solarnog sistema, tm,i srednja temperatura i-tog elementa solarnog sistema, mf maseni protok fluida, Ui [W/K] koeficijent toplotnih gubitaka za dati element sistema, tf temperatura fluida, ta,i temperatura okolnog vazduha u kome se nalazi dati element solarnog sistema. Indeksi ul i izl se odnose na ulaz, odnosno izlaz fluida datog elementa sistema. Slino kao i u jednaini (3), lan sa leve strane znaka jednakosti predstavlja energiju akumuliranu u jedinici vremena u i-tom elementu. lanovi sa desne strane predstavljaju protoke energije koju u dati element unosi, odnosno odnosi prenosni fluid, dok poslednji lan predstavlja gubitak toplotni protok na okolni vazduh.

B. Apsorpcioni rashladni ureaj Iako se danas u svetu ine znaajni istraivaki napori da se prepoznaju novi pogodni parovi radnih

materija za apsorpcine rashladne tehnologije, praktino svi ureaji rade sa vodenim rastvorom amonijaka (H2O/NH3) ili litijum-bromida (LiBr/H2O). Naelno, solarnim sistemima mogu se pogoniti oba tipa ARM, ali

3

komercijalnu primenu u irim okvirima verovatno mogu imati samo ureaji sa litijum-bromidom kao radnom materijom.

U radu e biti razmatran sistem sa rastvorom LiBr/H2O koji je pogodniji za primenu solarnih kolektora za pripremu pogonske tople vode, zbog niih temperatura kljuanja u generatoru pare (oko 7095C) u odnosu na sistem sa rastvorom H2O/NH3 (oko 95170C). Osim toga, rashladni kolinik COP (odnos rashladnog uinka i toplote utroene u generatoru pare), kao i COP su vei kod LiBr/H2O nego kod H2O/NH3 maina (COPH2O/NH3=0,60,7, COPLiBr/H2O=0,60,8 [2]). Pored toga, rashladni sistemi sa H2O/NH3 zhtevju vie pritiske, a postoje odreena ogrnienj pri njihovoj upotrebi u zgradama zbog opsnosti povezne s upotrebom monijk. Takoe, tu je i problem korodivnosti amonijaka, kao i odvajanja vodene pare iz amonijaka, pa su sistemi sa H2O/NH3 sloeniji od sistema sa LiBr/H2O (zahtevaju upotrebu rektifikacione kolone koja bi osigurala da u ispariva ne ulazi vodena para koja bi mogla da se smrzne) [2], [5].

Trebalo bi voditi rauna o tome da je upotreba rastvora LiBr/H2O kao rashladnog fluida u isprivu i psorberu ogrnien, zbog opasnosti smrzvnj vode u isprivu i ovrvnj jkog rastvora LiBr/H2O u psorberu (kristalizacija).

Na Slici 2 dat je grafiki prikaz apsorpcionog rashladnog procesa u Dhring-ovom dijagramu (temperatura rashladnog fluida temperatura rastvora).

Slika 2. Ciklus ARU sa smesom LiBr/H2O u Dhring-ovom dijagramu

Termofiziki parametri radnih fluida koji su merodavni za rad ARM odreivani su prema [6] i [7], koji se mogu smatrati referentnim izvorima podataka.

Prorauni su sprovedeni pretpostavljajui sledee uslove: ustaljeno stanje sistema, termodinamika ravnotea u svim stanjima radnih fluida, rashladni fluid koji naputa ispariva je suvozasiena vodena para, a kondenzator kljuala

tenost, pregrejana para rashladnog fluida na izlazu iz generatora pare je u temperaturnoj ravnotei sa

rastvorom koji u njega ulazi, rastvori koji naputaju apsorber i generator su zasieni, pritisci u generatoru pare i kondenzatoru su jednaki, kao i pritisci u isparivau i apsorberu, proces sabijanja fluida u pumpi je izentropski, u ekspanzionim ventilima proces je adijabatski, toplotni gubici i padovi pritisaka su zanemarljivi u svim komponentama sistema. Za svaku komponentu rashladne instalacije formirane su jednaine materijalnog i energetskog bilansa i

sprovedeni su prorauni na osnovu razvijenog matematikog modela. Pritisak vodene pare u isparivau i kondenzatoru moe se izraunati preko apsolutnih temperatura u

njima Te i Tkd [K] pomou jednaine [6]:

4

2 38 ln( )9 10 11 12 13

+ + + + +

=

C C C T C T C T C TT

p e , (5)

gde su C8, C9, C10, C11, C12 i C13 konstantni koeficijenti [6], a T [K] je odovarajua temperatura. U stanjima 1, 2, 3 i 4 rashladni fluid je ista voda, pa se entalpije fluida u ovim stanjima mogu

izraunati prema ustaljenoj proceduri. Ravnotena temperatura i entalpija rastvora LiBr/H2O definisani su polinomom sa vie promenljivih

koji je funkcija temperature rashladnog fluida tr [C] i koncentracije rastvora X [kg/kg] preko sledeih jednaina [7]:

3 3

0 0= + n nn r nt b X t a X , (6)

4 4 4

2

0 0 0= + + n n nn n nh A X t B X t C X , (7)

pri emu su koeficijenti a, b, A, B i C konstante [7]. Termika efikasnost razmenjivaa toplote RT2 2 definisana je na osnovu izraza:

7 628 6

=

t tt t

. (8)

Energetski pokazatelj kvaliteta ciklusa ARM izraava se rashladnim kolinikom COP:

COP = eg

QQ

. (9)

Bilans mase i energije je uraen za svaku komponentu ponaosob. Maseni bilans: za rastvor u apsorberu:

+ =r ss wsm m m , (10)

za LiBr u apsorberu:

1

=

rss

ss

ws

mm XX

, (11)

za LiBr u generatoru pare:

= ss ss ws wsm X m X . (12)

Energetski bilans: za ispariva:

4 3 ,11 ,12( ) ( )= = e r chw chw chwQ m h h m h h , (13)

za kondenzator:

1 2 ,15 ,14( ) ( )= = kd r cw cw cwQ m h h m h h , (14)

za apsorber:

10 4 5 ,14 ,13( )= + = a ss r ws cw cw cwQ m h m h m h m h h , (15)

za generator:

1 8 7 ,16 ,17( )= + = g r ss ws h h hQ m h m h m h m h h . (16)

U prethodnim jednainama upotrebljene su sledee oznake: m [kg/s] maseni protok fluida, X [kg/kg] koncentracija rastvora, h [kJ/kg] entalpija fluida, kao i indeksi: r rashladni fluid, ss i ws jak i slab

5

rastvor LiBr/H2O, chw voda za hlaenje prostora, cw voda iz rashladne kule, h topla voda za pogon generatora pare.

IV. Rezultati prorauna Proraun merodavnih parametara za dimenzionisanje ARM sproveden je za maksimalno toplotno

optereenje hlaenog objekta. Radi lakeg poreenja razliitih tipova kolektora (vakuumski i ravni), usvojeno je da posmatrani sistem sa ugraenim vakuumskim kolektorima moe u potpunosti da eliminie maksimalno toplotno optereenje u projektnom danu (21. juli, TMY za Beograd). U sluaju primene manje efikasnih ravnih kolektora usvojenim sistemom nee biti mogue pokriti toplotna optereenja objekta, pa e deo toplotnog optereenja biti eliminisan dodatnim zagrevanjem vode (videti Sliku 1).

Analiza rada usvojenog sistema klimatizacije Radni uslovi sistema su: temperatura tople vode za pogon generatora: na ulazu thw,in = 110C, na izlazu thw,out = 105C, temperatura isparavanja rashladnog fluida: te = 4C, temperatura sekundarnog rashladnog fluida (vode) u isparivau: ulaz tcw,in = 12C, izlaz tcw,in = 7C, maksimalno toplotno optereenje (nominalna rashladna snaga ARM): Qe = 38,2 kW, temperatura kondenzacije: tkd = 46C, termika efikasnost razmenjivaa toplote RT2: 2 = 0,65, temperatura rashladne vode: tcoolw,in = 30C, tcoolw,out = 36C. Za opis dinamikog ponaanja sistema za pripremu pogonske tople vode, sistem diferencijalnih

jednaina reavan je numeriki (metodom Runge-Kutta). Cirkulaciona pumpa u solarnom krugu se ukljuuje kada razlika temperatura fluida na izlazu iz poslednjeg kolektora u nizu i vode u akumulatoru dostigne 5C. Kada se pumpa iskljui, staje protok fluida kroz kolektore i cevovode, pa se u jednainama bilansa lanovi u kojima figurie maseni protok fluida u solarnom sistemu gube.

Analiziran je rad solarnog sistema sa dva tipa jednog poznatog proizvoaa solarnih kolektora: vakuumskih kolektora sa toplotnom cevi (heat pipe) i ravnih kolektora sa prekrivkom, ije su karakteristike date u Tabeli 1.

Tabela 1. Energetske karakteristike vakuumskih i ravnih solarnih kolektora

Karakteristika Vakuumski kolektori Ravni kolektori

Povrina apsorbera, m2 2,05 2,32

Optika efikasnost o, / 0,815 0,793

Koeficijent termikih gubitaka a1, W/(m2K) 1,43 3,95

Koeficijent termikih gubitaka a2, W/(m2K2) 0,0076 0,0122

Toplotni kapacitet, kJ/(m2K) 5,4 6,4

Na osnovu jednaine (2) i vrednosti iz Tabele 1 zavisnost termike efikasnosti oba razmatrana tipa kolektora od razlike temperatura fluida u njemu i okolnog vazduha grafiki je prikazana na Slici 3. Primeuje se da to su vrednosti koeficijenata termikih gubitaka manje, efikasnost kolektora sporije opada sa porastom razlika temperatura.

Solarni sistem sa vakuumskim kolektorima je dimenzionisan tako da pri zadatom profilu potrebne rashladne snage (rashladnog uinka) u potpunosti pokrije dnevne potrebe ARM za pogonskom energijom. U zavisnosti od broja, odnosno povrine solarnih kolektora za usvojenu zapreminu akumulacionog rezervoara tople vode od V=10000 l odreivan je udeo Suneve energije (f) u ukupno potrebnoj energiji za pogon ARM. Na Slici 4 prikazana je ta zavisnost za sluaj primene vakuumskih kolektora.

Moe se zapaziti da pri broju od 100 kolektora, odnosno povrini apsorbera od 205 m2, udeo Suneve energije dostie vrednost f=1. Sa poveanjem broja kolektora (i udela Suneve energije) termika efikasnost kolektora (srednja dnevna vrednost) blago opada. To je logino, jer su pri veem broju kolektora temperature fluida u solarnom krugu vie, vea je razlika temperatura izmeu fluida u solarnom krugu i okolnog vazduha, vei su toplotni gubici kolektora u okolinu, a time je efikasnost kolektora neto nia. Po dostizanju solarnog udela f=1 dalje poveanje broja kolektora za date uslove nema smisla, jer se ARM ne isporuuje dodatno kolektorima prikupljena koliina energije. Taj viak energije samo dodatno zagreva fluid u solarnom sistemu dovodei do ubrzanijeg pada efikasnosti kolektora (videti Sliku 4).

6

Slika 3. Zavisnost termike efikasnosti kolektora od razlike

temperatura fluida i okoline

Slika 4. Zavisnost solarnog udela i efikasnosti kolektora

od broja (povrine) kolektora

Za poznate (usvojene) temperature razvodne (110C) i povratne vode (105C), promenom protoka tople vode iz rezervoara prema ARM mogue je menjati (prilagoavati) rashladni uinak ARM, a time menjati i udeo Suneve energije u ukupno potrebnoj energiji za pogon ARM. Na Slici 5 prikazana je promena udela Suneve energije pri razliitim vrednostima snage za pogon (ili rashladnog uinka) i to u sluaju korienja vakuumskih ili ravnih solarnih kolektora.

Radi poreenja uinka vakuumskih i ravnih solarnih kolektora, pri usvojenoj zapremini akumulacionog rezervoara tople vode, njihov broj je biran tako da povrine apsorbera budu to je mogue blie jedna drugoj. Tako su usvojene povrine apsorbera od 205 m2 za vakuumske (100 kolektora) i 208,8 m2 za ravne kolektore (90 kolektora). Iz dijagrama je jasno da je udeo Suneve energije znatno nii u sluaju primene ravnih nego u sluaju primene vakuumskih kolektora. Razlog tome je karakter zavisnosti termike efikasnosti vakuumskih i ravnih kolektora od razlike temperatura fluida u kolektoru i okolnog vazduha. Poto u ovom sluaju solarni sistemi rade pri relativno visokim razlikama temperatura, termika efikasnost vakuumskih kolektora u toj oblasti je znaajnije via od efikasnosti ravnih. Poveanjem rashladnog uinka, a time proporcionalno i snage

za pogon ARM, udeo Suneve energije opada. Solarni sistem radi pri neto niim temperaturama fluida, pa oekivano efikasnost kolektora blago raste. Za sluaj primene vakuumskih kolektora, za potpuno zadovoljavanje rashladnih potreba korienjem Suneve energije potrebno je 205/(530,72)=5,37 m2 povrine apsorbera po kW hlaenja. Ako bi udeo Suneve energije bio manji od f=1, onda bi bila potrebna manja povrina kolektora po kW hlaenja. Za ravne solarne kolektore i za zahtevani temperaturni reim rada ARM potrebne povrine kolektora po kW hlaenja su neuporedivo vee nego u sluaju primene vakuumskih kolektora.

Za razmenjiva toplote RT1, u kom se od prenosnog fluida solarnog sistema toplota predaje pogonskoj vodi iz akumulatora, usvojena je efikasnost 1=0,8.

Rezultati prorauna ARM dati su u Tabeli 2, na osnovu kojih se, zanemarujui utroak rada za pogon cirkulacione pumpe, dobijaju sledee vrednosti toplotnih protoka u stacionarnom stanju:

rashladni uinak isparivaa (hladnjaka vode): 38,2 kW toplotna snaga generatora pare: 53,0 kW toplotna snaga (rashladni uinak) kondenzatora: 40,8 kW toplotna snaga apsorbera: 50,3 kW rashladni kolinik: 0,72

0 20 40 60 80 100 1200,0

0,2

0,4

0,6

0,8

t

G=700 W/m2

Vakuumski Ravni

60 80 100 120 1400,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Efik

asno

st ko

lekto

ra,

Solar

ni ud

eo, f

Broj kolektora

f

60 80 100 120 140

0,3

0,4

0,5

Slika 5. Zavisnost solarnog udela snage za pogon ARM

20 40 60 80 100 1200,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Solar

ni u

deo,

f

Snaga za pogon ARM, kW

Vakuumski Ravni

0,

0,

0,

0,

0,

1,

7

Tabela 2. Veliine stanja radnih fluida u karakteristinim takama ciklusa ARM (videti Sliku 1)

Stanje Radni fluid Temperatura Maseni udeo Pritisak Specifina entalpija Maseni protok

/ / C kg/kg kPa kJ/kg kg/s

1 Pregrejana vodena para 91,2 / 10,10 2670,7 0,016

2 Kljuala tenost 46 / 10,10 192,6 0,016

3 Vlana para 4 / 0,81 192,6 0,016

4 Suvozasiena para 4 / 0,81 2508,4 0,016

5 Rastvor LiBr/H2O 42,3 0,596 0,81 118,1 0,213

6 Rastvor LiBr/H2O 42,3 0,596 10,10 118,1 0,213

7 Rastvor LiBr/H2O 82,0 0,596 10,10 195,1 0,213

8 Rastvor LiBr/H2O 103,4 0,646 10,10 257,3 0,196

9 Rastvor LiBr/H2O 57 0,646 10,10 173,8 0,196

10 Rastvor LiBr/H2O 52,5 0,646 0,81 173,8 0,196

11 Voda za hlaenje 12 / / 50,2 1,823

12 Voda za hlaenje 7 / / 29,3 1,823

13 Rashladna voda 30 / / 125,6 3,629

14 Rashladna voda 33,3 / / 142,3 3,629

15 Rashladna voda 36 / / 150,7 3,629

16 Topla voda 110 / / 466,3 2,501

17 Topla voda 105 / / 445,1 2,501

V. Zakljuak Karakteristino za ARM pogonjene Sunevom energijom je da su rashladne potrebe usklaene sa

raspoloivom energijom koja se moe dobiti sistemom solarnih kolektora. Apsorpcione rashladne maine sa smeom litijum-bromid/voda mogu u kombinaciji sa sistemom za toplotnu konverziju Suneve energije da rade vrlo ekonomino, pogotovo ako se koriste vakuumski kolektori. Poto se sezonski periodi kada je potrebno hlaenje u klimatizacionim sistemima poklapaju sa maksimalnim intenzitetima Sunevog zraenja, primena apsorpcionog hlaenja moe biti vrlo atraktivan koncept, posebno zbog izvesno vrlo kratkih perioda otplate investicija.

VI. Literatura [1] Duffie, J. A., W. A. Beckman, Solar engineering of thermal processes, John Wiley&Sons, INC, New

York, Wiley, 1974. [2] Kalogirou, S, Solar thermal collectors and applications, Progres in Energy and Combustion Science,

2004, broj 30, str. 231-295. [3] Zambolin, E., D. Del Col, Experimental analysis of thermal performance of flat plate and evacuated

tube solar collectors in stationary standard and daily conditions, Solar Energy, 2010, broj 84, str. 1382-1396.

[4] Buonomano, A., F. Calise, A. Palombo, Solar heating and cooling systems by CPVT and ET solar collectors: A novel transient simulation model, Applied Energy, 2013, broj 103, str. 588-606.

[5] Li, Z. F; K. Sumathy, Technology development in the solar absorption air-conditioning systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2000, broj 4, str. 267-293.

[6] ASHRAE, Handbook of Fundamentals (SI), Chapter 1, Psychrometrics, 2009. [7] ASHRAE, Handbook of Fundamentals (SI), Chapter 20, Thermophysical Properties of Refrigerants,

2005.

Rad predstavlja deo istraivanja na projektima pod nazivom Istraivanje i razvoj opreme i sistema za indus-trijsku proizvodnju, skladitenje i preradu povra i voa, broj TR 35043, i Istraivanje korienja solarne energije primenom vakuumskih kolektora sa toplotnim cevima i izgradnja demonstracionog postrojenja, broj TR 33048, koje finansira Ministarstvo prosvete,nauke i tehnolokog razvoja.

8

I. UvodII. Opis rada sistemaIII. Matematiki model sistema ARMA. Solarni sistemB. Apsorpcioni rashladni ureaj

IV. Rezultati proraunaAnaliza rada usvojenog sistema klimatizacije

V. ZakljuakVI. Literatura