أقرأ أيضاً
التاريخ: 28-7-2019
1908
التاريخ: 15-6-2021
1851
التاريخ: 10-7-2021
1943
التاريخ: 9-7-2021
2434
|
التطبيقات الحرارية للطاقة الشمسية: التبريد الشمسي
يمكننا تعريف التبريد شكل عام بأنه عمية ضخ الحرارة من داخل حيز معين الى الخارج، وهذا فإن عملية التبريد هي نقيض عملية التدفئة، ومن أجل تحقيق هذا الغرض يجب استعمال أداة ميكانيكية تقوم بضخ الحرارة الى الخارج، والأسلوب الشائع لضخ الحرارة هو دفع هواء بارد الى داخل الحيز ليقوم بنقل الحرارة الى الخارج مباشرة أو لنقلها الى مبادل حراري يتولى بدوره نقلها الى الخارج.
تتكون أجهزة التبريد الشائعة من ضاغط (Compressor) ومبادلين حراريين يقوم أحدها (المبخر) باكتساب الحرارة من داخل الحيز، بواسطة تبريد الهواء، ونقلها الى المبادل الحراري (المكثف) بواسطة الضاغط، وفي المكثف تتم عمية طرد الحرارة الى الأجواء المحيطة، ولوضع مضخة الحرارة هذه موضع العمل فلابد من توفر مصدر طاقة لتشغيل الضاغط، وفي أنظمة التبريد الشائعة يجري استعمال الموتور الكهربائي لتشغيل الضاغط، وفي هذه الالة تشكل الطاقة الكهربائية مصدر الطاقة الملائم لتشغيل أجهزة التكييف.
وبالإضافة الى نظام التبريد السابق فكره هناك أنظمة أخرى تؤدي نفس الغرض التبريدي لكنها تعمل بالطاقة الحرارية وليس بالطاقة الميكانيكية أو الكهربائية. ومن ضمن هذه الأنظمة نظام يدعى بالتبريد الامتصاصي Absorption Cooling.
يتكون نظام التبريد الامتصاصي من أربعة أقسام أساسية هي المولد Generator و الماص Absorber والمكثف Condenser والمبخر Evaporator. وبالمقارنة مع أنظمة التبريد التقليدية الشائعة نجد أن الفرق يكمن في غياب الضاغط واستبدال المولد والماص به، وحيث تستعمل أنظمة التبريد التقليدية غازات الغريون كوسيط تبريدي فإن أنظمة التبريد الامتصاصي تستعمل مزيج بروميد الليثيوم والماء أو مزيج الأمونيا والماء.
في نظام مزيج بروميد الليثيوم والماء يقوم الماء بدور الوسيط التبريدي بينا يقوم بروميد الليثيوم بدور الوسيط المساعد لإتمام الدورة التبريدية ، أما في نظام مزيج الأمونيا والماء فإن الأمونيا هي الوسيط التبريدي بينما يقوم اماء بدور الوسيط المساعد، ونظراً لكون الماء هو الوسيط التبريدي في نظام التبريد الأول فإن هذا يفرض بعض التحديدات على مجالات استعمال هذا النظام ذلك أن الماء يتجمد عند درجة الصفر المئوي، ولذلك يصلح هذا النظام التبري دي في أعمال تبريد الهواء أو تبريد المياه الى درجة حرارة لا تقل في العادة عن ٨ درجات مئوية، وهي الدرجة الصالحة لأعمال التكييف وتبريد المواء الشائعة، أما في نظام مزيج الأمونيا وبخار الماء فبالامكان تحقيق درجات منخفضة تقل عن الصفر المئوي وذلك لأن الأمونيا هي الوسيط التبريدي ودرجة تجمدها منخفضة جداً، لكن وبسبب اعتبارات السلامة الصحية والعملية فإن هناك الكثير من التحديدات حول استعمال الأمونيا بحيث يقتصر ذلك على بعض العمليات الصناعية كمصانع الثلج، ولذلك ففي حديثنا عن التبريد الشمسي فإننا نقصد التبريد بواسطة مزيج بروميد الليثيوم والماء.
يحتاج إتمام الدورة التبريدية في أنظمة التبريد الامتصاصي الى مصدر حراري، وفي أنظمة التبريد الامتصاصي الشمسي تقوم المجمعات الشمسية بدور المصدر الحراري الذي يزود النظام التبريدي بمتطلباته. فتستخدم الحرارة لفصل الماء من المزيج وذلك بتبخيره، ولذلك فان درجة حرارة الماء المطلوبة لإتمام عملية الفصل تساوي أو تزيد عن ٨٠ درجة مئوية، ويمكن فصل الماء عن المزيج على هذه الدرجة لأن المزيج يكون تحت ضغط منخفض في مراحل العملية التبريدية كلها (٦ - ٦٦ ملم زئبق). وتتم عملية فصل الماء في المولد ويتحرك بخار الماء بعدها الى المكثف بينا يتحرك بروميد الليثيوم،-ويكون عندها مزيجا عالي التركيز الى الماص، وفي المكثف يتم تكثيف بخار لماء وتحويله الى سائل وذلك بواسطة عملية تبريدية تستخدم المياه القادمة من برج تبريدي على درجة حرارة ٢٤ - ٣٢ درجة مئوية، وبعدها يدخل الماء الى المبخر الذي يكون الضغط داخله أقل بكثير من الضغط داخل المكثف، الأمر الذي يؤدي الى تبريد الماء الداخل على حساب تبخير جزء منه، وهذا يتواجد في داخل المبخر مفعول تبريدي بشكل ماء باد على ضغط منخفض، وللحصول على هذا المفعول التبريدي تمرر المياه حول هذا البخر لتقوم بنقل حرارتها الى الماء البارد داخل المبخر، وتؤدي هذه العملية الى تبريد الماء الخارجي وتبخير الماء الموجود في داخل المبخر، ولأجل اتمام دورة مزيج بروميد الليثيوم يجب اعادة مزج بخار الماء مع مزيج بروميد الليثيوم شديد التركيز الذي انتقل في مرحلة سابقة من المولد الى الماص، وتتم عملية المزيج هذه في الماص، وبعدها يتحرك المزيج المخفف من الماص الى المولد لتبدأ الدورة من جديد، وطالما استمر تزو يد جهاز التبريد الامتصاصي بالمياه الحارة على درجة الحرارة الملائمة وبمياه التكثيف من برج التبريد وبالياه المطلوب تبريدها فان النظام يستمر بالعمل، وحينا يتوقف تزويده بالماء الحار (مصدر الطاقة) يتوقف الجهاز عن العمل.
لننظر الآن الى ميزان الطاقة في نظام التبريد الامتصاصي، كما هو الحال مع الأنظمة الديناميكية الحرارية فان مقدار الطاقة الداخلة الى النظام الحراري تساوي الطاقة الخارجة منه، بعني أن النظام الحراري لا يخلق الطاقة ولا يفنيها لكنه قد يولما من شكل الى آخر. وبالنسبة لنظام التبريد الامتصاصي فان ميزان المدخلات والمخرجات هو كما يلي:-
١- المدخل الحراري في المولد والمطلوب لفصل الماء عن مزيج بروميد الليثيوم والماء، ويتخذ هذا المدخل شكل الماء الحار القادم من المجمعات الشمسية أو سخان الماء.
٢- المدخل الحراري في المبخر لذي يقوم بتبخير لما ء الشديد البرودة الموجود داخله، ويتخذ هذا المدخل شكل المياه المطلوب خفض درجة حرارتها لتقرم بدورها باكتساب الحمل التبريدي من الحيز موضع الاهتمام.
٣- المخرج الحراري من الماص والمتمثل بالحرارة الناتجة عن امتزاج بخار الماء مع مزيج بورميد الليثيوم شديد التركين ويجب التخلص من هذه الحرارة وقذفها الى الخارج..
٤- المخرج الحراري من المكثف والمتمثل بالحرارة المفقودة نتيجة لتكثف بخار لماء وأيضا يجب التخلص من هذه الحرارة وقذفها الى الخارج، وهوما تقوم به مياه التبريد.
ولان مجموع المدخلات يساوي مجموع المخرجات فان:-
المدخل الحراري في المولد + المدخل الحراري في المبخر = المخرج الحراري من الماص + المخرج الحراري من المكثف.
يبين الشكل رقم (١) مخططا هيكليا لنظام تبرد امتصاصي يعمل بالطاقة الشمسية حيث شكل المجمعات الشمسية المصدر الحراري الذي يقوم بتسخين المياه الى درجة الحرارة المطلوبة لعملية فصل الماء عن بروميد الليثيوم في المولد، وأما خزان الماء الساخن فيشكل مخزن الطاقة الحرارية وتزويد نظام التبريد بجاجته من الطاقة الحرارية أو جزء منها أثناء عدم توفر الاشعاع الشمسي الكافي، وأما سخان الماء المساعد فانه يقوم بمهمة تسخين المياه حينا لا يتوفر اشعاع شمسي ولا مخزون من المياه الحارة، وهذا فان المجمعات الشمسية وخزان الماء الحار وسخان الماء المساعد تشكل مصدر الحرارة المطلوب لأحداث عملية فصل الماء عن بروميد الليثيوم في المولد.
ويتمثل المدخل الحراري الآخر في نظام التبريد في الشكل رقم( 12) بدائرة الماء بين المبخر والمبادل الحراري في وحدة مناولة الهواء
شكل 12: نظام تبريد امتصاصي بالطاقة الشمسية
اذ يقوم المبادل الحراري بتبريد الهواء الداخل الى الحيز المطلوب على حساب رفع درجة حرارة الماء الذي يعود الى المبخر في جهاز لتبريد ليقذف بالحرارة التي اكتسبها من المواء الى المبخر، ويعود مرة أخرى الى المبادل الحراري وقد انفضت درجة حرارته.
وأما دائرة المخرجات الحرارية فتتمثل بدائرة المياه التي تحمل المياه الباردة نسبيا من برج التبريد لتمر حول الماص والمكثف حيث تكتسب الحرارة المطرودة من كليهما، تعود مياه التبريد الى البرج وقد ارتفعت حرارتها حيث يتم تبريدها مرة أخرى.
ومازالت التكلفة الاقتصادية المرتفعة تشكل عائقا أمام الانتشار الواسع لأنظمة التبريد الشمسي، ولذلك فان غالبية المشاريع القائمة تتولاها الجامعات أو معاهد البحث العلمي أو بعض الدوائر الحكومية، غير أن اتباع السلطات المختصة لسياسة دعم الطاقة الشمسية، بالشكل الذي تدعم به انتاج الطاقة الكهربائية مثلا، سيفتح مجالات واسعة أمام تطبيقات التبريد الشمسي، ولذلك فن المحتمل أن تصبح اليابان رائدة في مجال التبريد الشمسي نتيجة لمئات المشاريع التي سيجري انشاؤها في السنوات القليلة القادمة بفضل سياسة الدعم التي تقتصر حاليا على بنايات المؤسسات الحكومية والبلدية بشكل أساسي، وبالإضافة الى اليابان هناك الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي واستراليا حيث يوجد العديد من البنايات المبردة بالطاقة الشمسية.
وفي العالم العربي تعتبر الكويت والمملكة العربية السعودية في المقدمة من حيث تطبيقات التبريد الشمسي، والى وقت قريب كانت جامعات ومعاهد البحث العلمي للبلدين تقوم بتصميم أنظمة التبريد الشمسي وتركيبها وتشغيلها، غير أن شركات القطاع الحاص أخذت في الآونة الأخيرة تبدي اهتماما بالموضوع، الأمر الذي سيفتح مجالات أرحب للمزي د من تطبيقات التبريد الشمسي، وبالإضافة الى الكويت والمملكة العربية السعودية هناك بعض المشاريع التجريبية في مصر ودول الشمال الافريقي.
|
|
مخاطر خفية لمكون شائع في مشروبات الطاقة والمكملات الغذائية
|
|
|
|
|
"آبل" تشغّل نظامها الجديد للذكاء الاصطناعي على أجهزتها
|
|
|
|
|
تستخدم لأول مرة... مستشفى الإمام زين العابدين (ع) التابع للعتبة الحسينية يعتمد تقنيات حديثة في تثبيت الكسور المعقدة
|
|
|