دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی مکانیک

  محمود چهارطاقی (دانشجوی دوره دکتری دانشکده مهندسی مکانیک) روز چهارشنبه بیست و یکم بهمن ماه سال جاری از رساله خود با عنوان « مدلسازی و بهینه سازی فنی – اقتصادی سیستم های پمپ حرارتی گازسوز » با راهنمایی دکتر سپهر صنایع دفاع خواهد نمود.

  چکیده این دفاعیه به شرح ذیل می‌باشد:

  پمپ‌های حرارتی یکی از مهمترین دستگاههایی هستند که برای گرمایش و سرمایش ساختمانها به کار می روند. پمپ ‌ حرارتی با سیکل تراکمی بخار شامل دو سطح دما بالا (کندانسور) و دما پایین (اواپراتور) می باشد.

  معمولا پمپ‌های حرارتی شامل دو مبدل حرارتی در داخل و خارج فضای مسکونی بوده که در حالت گرمایش، مبدل داخلی، کندانسور و مبدل بیرونی اواپراتور بوده و در سرمایش مبدل داخلی، اواپراتور و مبدل بیرونی کندانسور می باشد. تغییر حالت از مد گرمایشی کارکرد به مد سرمایشی، توسط یک شیر معکوس کننده صورت می گیرد. پمپ‌های حرارتی بر اساس نوع محرک مورد نیاز برای به حرکت در آوردن کمپرسور، به پمپ حرارتی با محرک الکتریکی EHP) ) و پمپ حرارتی با محرک موتور گازسوز (GEHP) ، طبقه بندی می شوند.

  استفاده از پمپ‌های حرارتی گازسوز در سالهای اخیر در بسیاری از جوامع پیشرفته و صنعتی دنیا گسترش یافته است و با توجه به کمتر بودن قیمت گاز طبیعی در مقایسه با قیمت برق، به خصوص در نواحیی که دارای منابع سرشار گاز طبیعی هستند، می‌تواند بسیار مفید بوده و هزینه‌های بهره برداری این سیستم‌ها را به شدت کاهش دهد.

  با توجه به اهمیت استفاده از پمپ‌های حرارتی گازسوز، مدلسازی عملکرد این سیستم‌ها و همچنین بدست آوردن حالت بهینه کارکرد، از نقطه نظرهای فنی و اقتصادی اهمیت فراوانی دارد.

  دراین رساله، مدلسازی حرارتی این دستگاهها شامل سیکل تبرید تراکمی بخار( با در نظر گرفتن کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور) و موتور احتراق داخلی به صورت یکپارچه در حالت کارکرد گرمایشی و سرمایشی صورت گرفته و پارامتر های عملکرد سیستم از قبیل فشارهای مکش و تخلیه، توان مصرفی کمپرسور، سوخت مصرفی موتور و ضریب عملکرد دستگاه در حالت های پایدار و گذرا بررسی شده است.

  در ادامه تستهای تجربی بر روی یک نمونه از این دستگاهها، که در آزمایشگاه بهینه سازی سیستمهای انرژی مستقر است، انجام پذیرفته و سپس نتایچ مدل و تست با یکدیگر مقایسه شده است.

  مقایسه نتایج حاصل از مدلسازی و نتایج تجربی برای فشارهای مکش و تخلیه، مصرف سوخت و ضریب عملکرد سیستم، به ترتیب میانگین اختلاف % 4/3، % 4، % 7/6 و%2/7برای سرمایش و % 7/3، % 4/5، % 1/8 و % 8/7 را برای گرمایش نشان می دهد که نتایج قابل قبولی است.

  همچنین مجموع هزینه‌های سیستم شامل هزینه سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه‌های کارکرد به عنوان تابع هدف،بر اساس پارامترهای فنی و اقتصادی سیستم ، معرفی گردیده است. به منظور به دست آوردن پارامترهای طراحی در حالت حداقل هزینه‌های کل سیستم (هزینه سرمایه‌گذاری اولیه به علاوه هزینه کارکرد) روش بهینه‌سازی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک به کار گرفته شده است. هشت پارامتر طراحی سیستم شامل فشار کندانسور و فشار اواپراتور ، در حالت سرمایش و گرمایش، نرخ جرمی هوای ورودی به مبدل حرارتی داخلی ، نرخ جرمی هوای ورودی به مبدل حرارتی بیرونی، دور موتور در سرمایش و گرمایش و محدوده های مشخص تغییرات آنها در نظر گرفته شده و مقادیر پارامترهای طراحی در حالت حداقل هزینه های کل سیستم، بدست آمده است . سپس مقادیر بهینه پارامترهای طراحی پمپ حرارتی گازسوز در حالت سرمایش و گرمایش تخمین زده شده اند و در ظرفیت های مختلف سرمایش و گرمایش، مقدار حداقل هزینه و تغییرات پارامترها در این شرایط ارائه گردیده است. در انتها حساسیت سنجی تغییر پارامترهای طراحی ، با تغییرات قیمت سوخت و هزینه های سرمایه گذاری اولیه ، ارائه شده است.