سیستم سرمایش خورشیدی ( تهویه مطبوع خورشیدی )

آینده سیستم سرمایش خورشیدی در کشورهای گرمی مانند ایران انکار ناپذیر است. ویژگی جذاب سیستم تهویه مطبوع خورشیدی این است که به میزان گرم تر شدن هوا نیاز ما به برودت بیشتر می شود. سیستم سرمایش جذبی خورشیدی به معنای واقعی تبدیل تهدید به فرصت است. در این مقاله به بررسی نحوه کارکرد و انواع سیستم سرمایش خورشیدی پرداخته شده است.

سرمایش خورشیدی چیست

سیستم سرمایش خورشیدی یکی دیگر از روش های کارآمد استفاده از انرژی خورشیدی است که باعث ایجاد برودت در تهویه مطبوع در خانه های ما می شود. خصوصا برای نواحی گرم که آفتاب فراوانی در آن جا وجود دارد استفاده از سیستم سرمایش خورشیدی مزیت های زیادی را برای مردم آن نواحی به ارمغان می آورد. بر خلاف دیگر سیستم های خورشیدی مانند آبگرمکن خورشیدی ، در سیستم سرمایش خورشیدی ، بیشترین تقاضا برای سرمایش زمانی است که تابش انرژی خورشیدی بیشتر باشد از این رو ترکیب شدن انرژی گرمایی خورشید و سیستم سرمایش خورشیدی بسیار جذاب است.

در اقلیم های آفتابی ، در فصول گرم ، هوا به طرز نامطلوبی گرم می شود به طوری که نیاز به سیستم تهویه مطبوع برای ایجاد هوای خنک و آسایش به شدت احساس می شود.

اگر چه سیستم های برقی تهویه مطبوع به استاندارد ها و کیفیت بالایی رسیده اند اما از آنجایی بیشتر سیستم های برودتی از کمپرسور استفاده می کنند دارای مصرف برق بسیار بالایی هستند. بنابراین سیستم های برودتی در آینده نیاز به یک انرژی تجدید پذیر برای تامین انرژی ورودی آن ها دارد.

اما شاید در نگاه نخست استفاده از انرژی خورشیدی برای ایجاد سرمایش کمی گیج کننده به نظر بیاید چرا که خورشید به عنوان یک منبع بزرگ گرمایی است و چگونه می توان از گرمای آن سرما تولید کرد.

اگر چه با ترکیب گرمایش انرژی خورشیدی و تکنولوژی سیستم های جذبی ، از گرمای هوا برای ایجاد سرمایش در ساختمان ها در تهویه مطبوع استفاده کرد و یا مستقیما به صورت مستقیم برای ایجاد برق کمپرسور از آن استفاده کرد.

انرژی خورشیدی

البته خورشید ، حجم زیادی دارد تابش دارد که می توان آن را به کمک سلول های فتوولتائیک آن را به انرژی برق تبدیل کرد و آن را در کمپرسور سیستم برودت تراکمی استفاده کرد.

به عبارت ساده ، انرژی که از خورشید دریافت می شود را انرژی خورشیدی می گوییم. خورشید یکی از منابع انرژی شناخته شده برای ما انسان ها است و مقدار انرژی که از خورشید به ما می رسد ، فوق العاده است. ۹۹ درصد انرژی های زمین از خورشید و انرژی خورشیدی بوده که طی میلیون ها سال این انرژی به صورت های دیگر انرژی تبدیل شده است. برای قرن ها ما انسان ها از انرژی خورشیدی در تولید محصولات کشاورزی ، استخراج نمک از دریا و …. استفاده نموده ایم. اما در نهایت ما آموخته ایم که با استفاده از پنل های فتوولتائیک خورشیدی ( Solar PV ) انرژی خورشیدی را به برق تبدیل کنیم. البته تمام  انرژی خورشیدی قابل دریافت نیست ، ۷۰ درصد این انرژی توسط زمین جذب شده که به طور بالقوه برای ما انسان ها مفید است و مابقی به فضا بازتاب می شود.

آبگرمکن خورشیدی

در حالی که از اختراع دستگاه های آبگرمکن خورشیدی صد سال می گذرد، بیست سال گذشته در تکنولوژی پوشش جاذب آبگرمکن های خورشیدی به طرز چشم گیری پیشرفت حاصل شده است به طوری که در حال حاضر کلکتورهای آبگرمکن خورشیدی می توانند بیش از ۵۰ درصد انرژی دریافتی خورشید را ذخیره و به آبگرم منتقل کنند. استفاده از انرژی خورشید می تواند جایگزین مناسبی برای مصرف سوخت های فسیلی در ساختمان ها باشد و یکی از موثرترین راههای کاهش تولید گازهای گلخانه ای به حساب می آید. استفاده از این انرژی پاک به دلیل رایگان بودن آن می تواند در کاهش هزینه های انرژی خانوارها تاثیر بسزایی بگذارد.

انواع سرمایش خورشیدی

سیستم سرمایش خورشیدی به صورت عمده به دو روش قابل انجام شدن است:

• روش اول استفاده از سیستم تبرید چیلر تراکمی است. در این روش با استفاده از پنل های فتوولتائیک انرژی خورشید را به برق تبدیل می کنیم و از انرژی به دست آمده آن سیستم تراکمی را راه اندازی می کنیم. سیستم های تراکمی دارای مصرف برق بسیار بالایی هستند و به همین دلیل تامین تمامی مقدار برق این سیستم نیاز به حجم بالایی از پنل خورشیدی است.
• روش دوم استفاده از سیستم سرمایش جذبی خورشیدی است. در این روش تولید گرمای سیستم از طریق ایجاد آب گرم در کلکتورهای خورشیدی است. از آب گرم به عنوان تامین کننده گرمایش سیستم خورشیدی استفاده کرده و از این طریق سیکل سیستم سرمایش جذبی خورشیدی را تکمیل می کنیم. این سیستم دارای تجهیزات متحرک بسیار کمی است و مصرف برق بسیار پایینی دارد که این مقدار مورد نیاز برق را می توانیم از طریق پنل خورشیدی تامین کنیم.

پایه و اساس سیستم سرمایش جذبی خورشیدی مشابه سیستم های معمول برودتی است که با تبخیر محلول مبرد سیستم سرمایش جذبی خورشیدی باعث جذب گرمای اطراف آن می شود. تفاوت آن در این است که به جای تولید برق خورشیدی به صورت مستقیم از گرمای انرژی خورشیدی استفاده می کنیم. این ایده به خوبی جواب می دهد. چرا که در فصل تابستان و در زمان گرم شدن هوا میزان انرژی خورشید بیشتر می شود و انرژی لازم برای راه اندازی سیستم های برودتی تامین می شود.

مزیت این سیستم در مقایسه با سیستم های برودتی معمولی، این است که این سیستم باعث ذخیره مقدار بسیار زیادی از انرژی می شود چرا که از طریق گرمای ایجاد شده با انرژی خورشیدی ، گرمای ایجاد شده با انرژی خورشیدی را می توان برای سرمایش جذبی خورشیدی و یا برای ساختمان های سیستم خورشیدی منفصل از شبکه و ساختمان هایی که برای تامین انرژی نیاز به دیزل ژنراتور دارند استفاده کرد.

در این موقعیت، سرمایش با انرژی خورشیدی باعث کاهش میزان استفاده از سوخت های فسیلی و همچنین کاهش میزان تولید گاز  CO2 می شود و از آسیب رساندن به محیط زیست جلوگیری می کند. از طرف دیگر به خاطر اینکه از آب به عنوان مبرد برای ایجاد سرمایش استفاده می کنند کاملا با محیط زیست سازگار است.

اما لازم است که بین سیستم سرمایش خورشیدی و سیستم تهویه مطبوع خورشیدی تمایز قائل شویم. به طور کلی سیستم سرمایش خورشیدی به معنای کاهش میزان دمای اتاق یا ساختمان و حذف گرما از محیط سکونت است. اما تهویه مطبوع خورشیدی تنظیم دمای هوا و رطوبت محیط است تا ساکنین در اتاق احساس آسایش و رفاه بکنند.

در سیستم سرمایش خورشیدی ، حرارت ایجاد شده توسط خورشید به عنوان نیروی محرکه سرمایش استفاده می شود. تجهیزات برودتی مثل چیلرهای جذبی دهه ها است که مورد استفاده قرار می گیرد. در مقایسه با طراحی با طراحی آبگرمکن خورشیدی یا سیستم های گرمایشی ، طراحی سیستم سرمایش خورشیدی اندکی پیچیده تر است.

سیستم سرمایش خورشیدی مدار بسته

تولید سیستم سرمایشی مدار بسته را می توان با هر سیستم تهویه مطبوع مثل هواساز یا فن کویل یا در پمپاژ آب سرد در لوله سقف و دیوار  ساختمان می تواند استفاده کرد.

در یک فرآیند مدار بسته ماده تماس مبرد با محیط به صورت مستقیم نیست. به این خاطر مدار بسته نامیده می شود که ماده مبرد در یک مدار بسته در لوله گردش می کند. هوای فیلتر شده خنک می شود و از رطوبت زن و چندین مرحله خنک کننده عبور می کند تا به یک هوای تهویه شده مطبوع تبدیل می شود.

چیلر جذبی هسته اصلی سیکل مدار بسیار گرمایش خورشیدی است که گرما را در سیکل سرمایش جذبی خورشیدی از بین می برد. کلکتور خورشیدی انرژی حرارتی خورشید را دریافت می کند و چیلرها با توجه به آب گرم ورودی به آنها قابلیت ایجاد سرمایش را دارند.

از کلکتور خورشیدی صفحه تخت یا کلکتور لوله خلاء می توان برای جذب گرمایش برای ایجاد سیستم سرمایش خورشیدی استفاده کرد. اندازه و انتخاب نوع کلکتور خورشیدی بر اساس دمای کارکرد سرمایش جذبی خورشیدی و میزان انرژی خورشیدی موجود می تواند تعیین شود.

علاوه بر استفاده از سیستم سرمایش خورشیدی ، در روزهای آفتابی می توان با سیستم سرمایش غیر فعال خورشیدی استفاده کرد. در سیستم خورشیدی غیرفعال ، از طریق معماری ساختمان امکان جذب بیشترین مقدار از انرژی خورشید برای گرم نگه داشتن خانه در زمستان و در فصل تابستان جریان طبیعی هوا در ساختمان و جهت ساختمان می توان فضای خانه را سرد نگه داشت.

بسیاری از ساختمان در اطراف جهان از روزهای گرم و شب های سرد عذاب می کشند می توانند از ظرفیت جذب گرما در دیوارهای ضخیم که دیوار ترومب نامیده می شوند استفاده کنند و یا از دیگر سازه های بتنی برای جذب انرژی روزانه استفاده شود. اگر نیازی به دیگر فضای سرمایشی باشد ، سیستم سرمایش خورشیدی را می توان با آب پاشی بر روی بام و ایجاد برودت از تبخیر آب استفاده کرد و یا از سیستم های خورشیدی فعال یا غیر فعال استفاده کرد.

سیستم سرمایش جذبی خورشیدی

سرمایش جذبی خورشیدی ( تهویه مطبوع خورشیدی که از چیلر جذبی استفاده می کند) یکی از پربازده ترین و ارزان ترین راه ها برای ایجاد تهویه مطبوع خورشیدی محیط است. این نوع خنک کننده توسط کلکتورهای لوله خلا که گرما را از خورشیدی دریافت می کند. این انرژی از طریق کلکتورها محبوس می شود سپس وارد سیستم جذبی خورشیدی شده و از طریق مبدل های حرارتی گرما را به سیستم جذبی خورشیدی منتقل می کند.

چیلرهای جذبی در سیستم تهویه مطبوع تجهیزات جدیدی نیستند و از قرن بیستم میلادی در کشور آمریکا مورد استفاده قرار می گرفت و تکنولوژی آن به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گرفت. چیلر جذبی  تهویه مطبوع در کشورهای آسیایی مثل ژاپن که هزینه برق در آن ها بالاست بسیار محبوب است و بیشتر از ۴۰ درصد از تناژ برودتی ژاپن را تشکیل می دهد. آنها ساده و قابل اعتماد هستند و از CFC های مضر استفاده نمی کنند و بخش هایی از آن بدون هیچ جز متحرکی کار می کنند.

زمانی که مهندسان گزینه چیلرهای جذبی را برای تهویه مطبوع انتخاب می کنند بهترین گزینه برای بازگشت سرمایه را انتخاب کرده اند.

چیلر جذبی خورشیدی در هر جا و در هر میزان آفتابی کار می کند. آنها بدون نیاز به برق (یا شاید مقدار اندکی مصرف برق) کار می کنند. تنها عضو متحرک آن فن های موتور و پمپ های کوچکی هستند که آب را از کلکتور ها تا چیلر جذبی به گردش در می آورند و برق همین بخش ها هم می تواند از پنل های فتوولتائیک مصرف شود تا همین مقدار کم را هم از انرژی خورشید دریافت کنیم.