چکیده تامین شرایط آسایش و راحتی انسانها در فصل گرما نیاز به انرژی الکتریکی دارد در طول دوره گرما که در تهران معمولا از اواسط اردیبهشت شروع شده و تا پایان شهریور ادامه می یابد بین ساعات 10 صبح تا 6 بعد از ظهر توا ن الکتریکی زیادی توسط بخش ساختمان تقاضا می شود به نحوی که شدت این تقاضا گاه و بیگاه منجر به قطعی برق می شود. سیستم ذخیره کننده سرمائی این امکان را می دهد تا چیلر بخشی از سرمایش مورد نیاز در طول روز را در طی ساعات شب فراهم کرده ودر موادی مانند آب و یخ ذخیره نموده و در طول روز از آنها استفاده نماید. این سیتم در درجه اول به حذف پیک مصرف کمک فراوانی می نماید. انتقال بخشی از بار به شب در کشورهایی که قیمت انرژی الکتریکی در روز و شب متفاوت است باعث کاهش هزینه های مصــرف انرژی می شود. در سیستمهای سرمایش مستقیم انتخاب چیلر بر اساس بیشترین بار سرمایشی روز طرح انــجام می شود و در اغلب اوقات فصل گرما چیلر در بار کامل کار نمی کند در حالی که با استفاده از سیستم ذخیره کننده سرمایی می توان چیلر کوچکتری انتخاب کرد و بنا براین می تواند باعث کاهش ظرفیت تجهیزات ، کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه ها بشود. متاسفانه در کشور ما به دلیل ارزان بودن انرژی استفاده از این سیستم مورد استقبال چندانی قرار نگرفته است. امید است تا با انجام پژوهش های مشابه اهمیت و مزایای استفاده از این سیستم روشن تر شده و در مسیر حرکت به سوی مصرف بهینه انرژی یک گام به جلو برداشته باشیم. استفاده از سیستم ذخیره کننده همیشه ممکن است مطلوب نباشد. در مورد استفاده از سیستم ذخیره کننده بایستی موارد ذیل در نظر قرار گیرند: • ماکزیمم بار سرمائی تجهیزات خیلی بیشتر از بار متوسط آنها باشد. این توصیه در بیشتر ساختمانهای غیر صنعتی نتیجه مطلوبی می دهد. • هزینه برق مصرفی در ساعات پیک وغیر پیک تفاوت فاحشی داشته باشد و یا نصب این سیستم مشمول تشویق های مالیاتی شود. ذکر این نکته ضروری است که این موضوع تا کنون در کشور ما در خور نیاز مورد توجه قرار نگرفته است. به تازگی خبرهایی مبنی بر چند نرخی شدن هزینه برق به تفکیک ساعات شبانه روز در ایران و استفاده از کنتورهای چند زمانه شنیده می شود و این خود کاربردی بودن این سیستم را در کشورمان بیش از پیش توجیه می نماید. • سیستم سرمایش کنونی یک ساختمان کفاف طرح توسعه جدید را نمی دهد.. • در سایتی که ساختمان مورد نظر وجود دارد تقاضای انرژی الکتریکی در ساعات روز با محدودیتهائی روبه رو است. یک مقدار ظرفیت سرمایشی پشتیبان (رزرو) مورد نیاز است.

امروزه بحث انرژی و بهینه سازی مصرف آن، یکی از مهم ترین مباحث مطرح شده در بخش مهندسی است. با توجه به قیمت بالای انرژی و روند رو به کاهش منابع سوخت های فسیلی، توجه به استفاد? بهینه از انرژی و کنترل مصرف آن از طریق بکارگیری از سیستم های با راندمان بالاتر و یا فناوری های جدیدتر معطوف شده است. تحقیقات و پژوهش در این زمینه در کشورهای صنعتی از مدتها قبل آغاز شده و در کشورهای در حال توسعه نیز، گام های اولی? آن برداشته شده است. با توجه به مسائلی همچون تلفات و هزینه های خطوط انتقال و توزیع برق، عدم دسترسی محلی به شبک? برق سراسری، نیاز به مولدهای کمکی در ساعات اوج مصرف و راحتی و آسایش بیشتر مصرف-کنندگان، نیاز به نسل جدیدی از مولدهای تولید انرژی احساس می شود. این مولدها که در حقیقت نیروگاه های حرارتی در مقیاس کوچک می باشند، به نام مولدهای تولید پراکند? برق شناخته می شوند. استفاده از این مولدها به نتایج قابل توجهی در زمین? صرفه جویی و جلوگیری از اتلاف انرژی و افزایش قابلیت اطمینان در تولید برق منجر شده است. یکی از مهم ترین کاربردهای تولید پراکنده، تولید همزمان دو یا چند شکل انرژی از یک منبع اولیه است. فناوری های تولید همزمان، برق و یا توان مکانیکی تولید نموده و حرارت اضافی را برای مصارف مختلف بازیافت می نمایند. استفاده از این فناوری-ها به دلیل وجود مقدار زیاد تلفات در هنگام تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی و یا الکتریکی شکل گرفته است. این تلفات معمولاً به صورت حرارت وارد دودکش شده، و در اتمسفر آزاد می شود. با بازیافت این حرارت در مبدل های حرارتی، بازدهی کل سیستم به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابد و در عین حال که برق تولید می شود، حرارت مورد نیاز، نیز تامین می-گردد. یکی از این مولدهای سیستم های تولید همزمان که بخصوص برای مصارف مسکونی و تجاری به کار می رود، میکروتوربین ها هستند. این مولدها همانطور که از نامشان برمی آید، نمونه های کوچکی از توربین های گازی می باشند. با توجه به نوپا بودن فناوری میکروتوربین، در ابتدا قیمت برق تولیدی آن ها از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبود. با رشد این فناوری در کشورهای صنعتی و بازاریابی مناسب و اقبال عمومی در استفاده از آن، در عرض چند سال قیمت برق تولیدی آن به کمتر از نصف رسید، به طوریکه هم اکنون در کشورهای صنعتی نظیر آمریکا از آن استفاد? گسترده ای می شود و از لحاظ اقتصادی نیز توجیه پذیر است. قابلیت های گوناگون میکروتوربین، شامل بازدهی بالا در حالت تولید همزمان برق و حرارت، قابلیت جابجایی آسان، پایین بودن میزان آلودگی زیست محیطی در مقایسه با سامانه های احتراق متداول، زمان راه اندازی کوتاه و عمر بالا می باشد. سیکل ساد? میکروتوربین شامل کمپرسور، محفظ? احتراق و توربین است و جهت افزایش راندمان این سیکل، از یک مبدل حرارتی فشرده(ریکوپراتور یا ریجنریتور) استفاده می گردد. همچنین با توجه به حرارت موجود در گازهای خروجی، می توان از آن برای مصارف گرمایشی نیز استفاده کرد که در این حالت میکروتوربین به صورت یک واحد تولید همزمان در می آید. با توجه به مسائل مطرح شده، مدلسازی سیکل میکروتوربین در سیستم تولید همزمان و تحلیل عملکرد آن، مسئله ای حائز اهمیت است. از طرفی با توجه به نقش چشمگیر مبدل بازیاب حرارت در سیستم تولید همزمان، طراحی درست و بهین? آن در جهت کاهش هزینه های سیستم و افزایش راندمان ، ضرورت دارد. در این پایان نامه پس از معرفی کلی سیستم های تولید همزمان، سیکل میکروتوربین به روش انرژی و اگزرژی مورد تحلیل قرار می گیرد. در بخش های بعدی، بعد از امکان سنجی استفاده از بویلرهای حرارت مرکزی به عنوان مبدل بازیاب، طراحی بهین? مبدل مناسب در سیستم تولید همزمان با محرک میکروتوربین صورت می گیرد.

یکی از راههای افزایش راندمان حرارتی واحدهای میکروتوربینی، استفاده از حرارت گازهای داغ خروجی از توربین می باشد که این گرما در مبدل حرارتی ( ریکوپراتور) به هوای خروجی از کمپرسور منتقل شده و بدین طریق میزان سوخت مصرفی سیکل کاهش یافته و در نتیجه راندمان این واحد ها افزایش می یابد. ریکوپراتورها مبدل های حرارتی گاز به گاز فشرده¬ای هستند که با نسبت سطح به حجم بالایی، میزان انتقال حرارت ما بین گاز خروجی از توربین و هوای خروجی از کمپرسور را افزایش می دهند. لذا طراحی اینگونه مبدلها بایستی با توجه به لحاظ نمودن افت فشارهای مجاز در هر دو سمت گاز و هوا و میزان انتقال حرارت مد نظر، صورت گیرد. به دلیل فشردگی مبدل، شرایط دمایی و فشاری آن، انتخاب مواد و تکنولوژی ساخت بررسی دقیقتری را می طلبد. با عنایت به تکنولوژی پیچیده ساخت و جنس مواد چنین مبدل هایی، جنبه های اقتصادی برجسته تر خواهد شد. در این پروژه طراحی و شبیه سازی مبدل حرارتی میکروتوربین 100 کیلو وات به کمک نرم افزارهای فلوئنت، گمبیت و ورک بنچ صورت گرفته است. شبیه سازی صورت گرفته شامل تولید هندسه هسته مبدل در نرم افزار گمبیت و مش بندی آن در نرم افزار ورک بنچ و تحلیل حرارتی و سیالاتی در نرم افزار فلوئنت می باشد. نتایج بدست آمده شامل میزان افت فشار در سمت هوا و گاز و همچنین دماهای خروجی دو سیال بوده که با استفاده از نتایج تجربی اعتبار سنجی شده است. در پیکره بندی مبدل از سطوح اولیه موج دار (صفحات سینوسی) استفاده گردیده که دلایل آن سهولت جوشکاری(نیاز به جوشکاری فقط در محل اتصال این صفحات به هدرهای ورودی و خروجی) و میزان انتقال حرارت بالا به دلیل شکستگی لایه های مرزی حرارتی و سیالاتی است