تحلیل میزان انرژی مصرفی سیستم آبگرمکن خورشیدی در کشتی های دریایی

این مقاله مدل سازی عددی و بهینه سازی چندهدفه سیستم آبگرمکن خورشیدی انبساط غیرمستقیم (IX-SHP) جهت تامین آب گرم مصرفی در کشتی های دریایی را ارائه می دهد. پس از اعتبارسنجی سیستم پیشنهادی، عملکرد آن برای استفاده در یک کشتی دریایی ۵۰ نفره در شرایط اقلیمی خلیج فارس مورد بررسی قرار می گیرد. ضریب عملکرد (COP) و بازده کلکتور (CE) به عنوان دو شاخص مهم برای عملکرد سیستم در نظر گرفته شده اند. فرآیند بهینه سازی با استفاده از الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچگان (ACO) جهت به حداکثر رساندن عملکرد سیستم پیاده سازی می گردد. سپس، برای دستیابی به چیدمان بهینه سیستم، روش تصمیم گیری چندمعیاره تاپسیس با برنامه نویسی در محیط MatLab به الگوریتم ACO کوپل می شود. نتایج بهینه سازی نشان می دهد علی رغم اینکه بازده کلکتور (CE) از ۶۱٪ به ۴۷٪ کاهش می یابد، ولی ضریب عملکرد (COP) آن به مقدار بسیار زیاد از ۵/۲ به ۹/۶ افزایش می یابد. بر این اساس، کل ساعت کاری سیستم در مقایسه با طراحی مدل پایه حدود ۲۸۱ ساعت کاهش می یابد؛ بنابراین، استفاده از مصرف برق سیستم تا حد زیادی کاهش می یابد. همچنین، بهینه سازی دو هدفه، سیستم موثرتر و کارآمدتری را در مقایسه با بهینه سازی تک هدفه ارائه می دهد. در نهایت، آنالیز زیست محیطی نشان می دهد که استفاده از IX-SHP در یک کشتی دریایی ۵۰ نفره، از مصرف ۷۵۱۰ مترمکعب گاز طبیعی در سال و از انتشار ۲۱ تن دی اکسید کربن در سال به محیط زیست جلوگیری می کند. همچنین، هزینه خارجی سالانه حدود ۲۵۸۰ دلار کاهش می یابد. افزون بر این، برای تولید ۸۰ کیلووات ساعت در روز جهت تامین آب گرم مصرفی در کشتی دریایی، ۳۴ مترمربع پنل فتوولتائیک حرارتی (PVT) مورد نیاز است که این مساحت را میتوان از سقف اتاق های کشتی و همچنین در نظر گرفتن مکان های مشخصی در عرشه کشتی فراهم کرد.

کلیدواژه ها:

آبگرمکن خورشیدی ، کشتی دریایی ، آنالیز انرژی ، آنالیز زیست محیطی ، بهینه سازی چندهدفه