التبريد بواسطة الطاقة الشمسية

التبريد بواسطة الطاقة الشمسية باستخدام تقنية الادمصاص


الملخص:

إن للارتفاع المتزايد لأسعار الوقود والخوف من نفاذه وتلوث البيئة الناتج عن استخدام
هذا الوقود، وما آلت إليه أسعار الغذاء نتيجة الاستخدام المفرط للمواد الزراعية في
استخراج الوقود الحيوي، ألزم الباحثين لإيجاد مصادر جديدة طبيعية ونظيفة للطاقة.

إن التبريد والتكييف ضرورة من ضرورات الحياة العصرية، وتعتبر مستهلكا رئيسا
للطاقة، وعليه فقد تم التركيز في هذا البحث على استغلال الطاقة الشمسية المباشرة
في عملية التبريد والتكييف.

يعتمد نظام التبريد الشمسي قيد البحث على تقنية ادمصاص الميثانول على الكربون
المنشط لتحويل الطاقة الشمسية إلى تبريد حيث تتميز هذه التقنية ببساطة التصنيع
ومن مواد متوفرة محليا, ويعمل بدون ضجيج أو أجزاء متحركة, ويتميز بعدم وجود
أي نوع من الملوثات للبيئة, ولا يتطلب أي مصدر للطاقة غير الشمس.

تم التطرق في هذا البحث إلى شرح مفصل لعمليات التبريد المختلفة التي تستخدم
الطاقة الشمسية ومقارنتها معا، إضافة إلى دراسة خصائص المواد الماصة ودرجة
مواءمتها مع المواد الممتصة. لقد تم اختيار عملية التبريد التي تستخدم تقنية
ادمصاص الميثانول على الكربون المنشط، ومن اجل ذلك تم بناء وتصميم نظام
تبريد يستخدم هذه التقنية ويعمل بالطاقة الشمسية.

يتكون نظام التبريد الشمسي والذي يعمل بتقنية الادمصاص من الأجزاء التالية:

1- المولد أو الممتص أو المجمع الشمسي والذي يقوم بامتصاص الطاقة الشمسية
وإيصالها إلى الكربون المنشط الحبيبي ( المادة الماصة) حيث توضع بداخله.

2- المكثف والذي يعمل على تبريد المادة الممتصة وتحويلها من غاز إلى سائل.

3- المبخر والذي يستقبل السائل ومن ثم يكون الفعل ألتبريدي.

4- صندوق الماء البارد, والذي يصنع من مادة ستانلس ستيل , حيث يوضع المبخر
بداخله.

5- الصندوق المعزول حراريا, يوضع بداخله صندوق الماء البارد والمبخر.

إن أهم جزء في هذا النظام هو المجمع الشمسي ( المولد ) حيث يعتبر قلب هذا
النظام ، وتقاس فاعلية النظام ومردوده بحسن تصنيع هذا القلب. وقد تم اختيار
النوع المستوي بمساحة 0.95m2 تقريبا. لقد تم اختبار نوعين من المكثفات,
يتكون الأول من أنبوب حلزوني مغمور في وعاء ماء, بينما الآخر يتكون من
أنبوب ذي ريش ينحدر بشكل انسيابي لتسهيل جريان الميثانول.

لقد قمنا بإجراء عدة تجارب واختبارات لتقييم أداء هذا النظام وهي كما يلي :-

1 – تم اختبار قدرة الكربون المنشط الحبيبي على امتصاص الميثانول وعلى
موائمة كمية الميثانول مع كمية الكربون المنشط الحبيبي.

2- تأثير درجة حرارة المولد أو درجة حرارة الكربون المنشط وتأثير شدة الإشعاع
الشمسي على أداء النظام الشمسي. وجد إن درجة حرارة الكربون المنشط في
المولد يجب أن تزيد عن 100 درجة مئوية لكي تحصل عملية المج، وكلما زادت
درجة الحرارة زادت عملية تبخر الميثانول وبالتالي يزداد الفعل التبريدي.

3- تحديد الضغط العامل حيث وجد أن الضغط العامل عنصر مهم جدا من اجل تحقيق
عملية التبريد حيث وجد أن هذا ‏النظام لا يعمل إلا بضغط تخلخلي كبير يصل إلى
اقل من ‏‎ 20 kPa ‎‏

‏4- تم اختيار نوع المكثف حيث وجد أن المكثف يجب أن يكون انسيابي وقليل
المقاومة لجريان الميثانول وقريب ما أمكن بين المولد والمبخر وبالتالي تم تصنيع
مكثف يتكون من انبون ذي ريش ينساب ما بين المولد والمبخر وذلك ‏لتجنب
حصول هبوط ضغط عالي.

5- في معظم الاختبارات استطعنا الحصول على ماء في المبخر بدرجة حرارة
‏حوالي 10 درجات مئوية حيث أن درجة الحرارة هذه تتأثر بشكل مباشر بشدة
الإشعاع الشمسي المطبق وبطول ‏فترة الامتزاز والمج حيث وجد أن الفترة
الزمنية الأفضل لعملية التسخين يجب أن لا تقل عن 5 ساعات بينما الفترة
الزمنية اللازمة للحصول على التبريد تمتد إلى أكثر من 10 ساعات. إن درجة ‏
الحرارة التي حصلنا عليها تتناسب مع استخدام هذا النظام في عمليات التكييف
وحفظ الأطعمة والأدوية واللقاحات وماء ‏الشرب، وخاصة في المناطق النائية.

6- تم بناء نظام تبريد شمسي في المختبر يحاكي نظام التبريد المصنع وقد وجد
إن حجم المبخر له تأثير مهم على أداء هذا النظام حيث وجد إن حجم المبخر
‏يجب إن لا يزيد عن اكبر كمية من الميثانول يمكن شحنها في هذا النظام ووجد
إن سعة الادمصاص للكربون ‏المنشط المستخدم تساوي 0.26 كغم ميثانول / كغم
كربون منشط.

7- وجد أن المولد المستخدم في هذه الدراسة يتمتع بقدرة عالية على امتصاص
الحرارة إلا انه يعاني من مشكلة عدم الحفاظ على ‏الضغط العامل وبالتالي تم
اقتراح تصميم آخر جاسئ يتكون من مجموعة من الأنابيب داخلي و خارجي حيث
يتوضع كل أنبوبين بشكل تكون فيه متحدة المحاور ويكون الأنبوب الداخلي مثقب
من اجل جريان الميثانول فيه و يتوضع الكربون المنشط بينهما.