تولید سرمایش در زمینه زندگی روزمره بشری، كابردهای بسیار فراوانی از قبیل تولید مواد غذایی، مصارف تهویه مطبوع، موارد تولید دارو، سرمایش صنعتی و….دارد. سیكل­های سرمایش قدیمی و اولیه مانند سیكل­های تراكمی بخار[1] دارای دو مشكل عمده هستند كه امروزه نیز با آن دست در گریبانند. این دو مشكل عبارتند از[1]:
-افزایش جهانی مصرف انرژی­های اولیه و فسیلی: سیكل­های سرمایش قدیمی كه توسط الكتریسیته و حرارت عمل می­كنند، به طور شدیدی میزان زیادی انرژی فسیلی و اكتریكی را مصرف می­كنند. انستیتوی بین المللی تبرید و سرمایش در پاریس(IIFIIR) %15از میزان كل انرژی الكتریكی كه در جهان تولید می­شود را به اهداف سرمایشی و تهویه مطبوع در انواع گوناگون آن اختصاص داده است. مطابق با گزارش این سازمان، %45 از سهم انرژی­های مصرفی برای زمینه­های تهویه مطبوع، به مصارف ساختمان­های مسكونی و تجاری اختصاص دارد. علاوه بر آن در تابستان مشكلات بسیار زیاد در افزایش چشمگیر پیك مصرف همچنان ذهن محققان را در كاهش آن به خود مشغول داشته است.
-سیستم­های سرمایش متداول سبب مشكلات زیست محیطی جدی می­شدند: سیالات عامل[2] مرسوم و غیر طبیعی در سیستم­های تجاری سابق(همانند كلرو فلو كربن ها(CFCs)، هیدروكلرو فلوروكربن­ها(HCFCs)و هیدروفلروكربن­ها(HFCs))سبب هر دو مشكل تخریب لایه اوزون و افزایش گرما در سرتاسر جهان می­شدند. از زمان تصویب پروتوكل مونترال در سال 1987،  توافقات بین­المللی بر كاهش استفاده از این سیالات تأكید كرده­اند. به عنوان مثال اتحادیه اروپا بیان كرده كه تا سال 2015 تمامی سیستم­هایی كه با سیال HFCFs  كار می­كنند می­بایست از مدار خارج گردند.
بعد از بحران نفتی دهه 1970 در اروپا و به ویژه در سال­های اخیر، تحقیقات بر روی توسعه تكنولوژی­هایی كه سبب كاهش در مصرف انرژی، تقاضای پیك اكتریسیته و قیمت انرژی بدون كاهش در سطح شرایط مطبوع لازمه گردند، معطوف گشته­اند. به همین دلیل در سال­های اخیر امكان استفاده از انرژی خورشیدی برای سرمایش و رطوبت زدایی ذهن بشر را به خود مشغول كرده است و موجب پیشرفت در تكنولوژی بهره برداری از انرژی خورشیدی شده است. در مناطق گرم سیری جهان كه ضرورت سرمایش و تهویه مطبوع به طور جدی وجود دارد، ذهن بشر متوجه استفاده از انرژی در دسترس خورشیدی است تا بتواند با استفاده از آن رفاه و آسایش زندگی را فراهم آورد. علاوه بر این، كاربرد انرژی خورشیدی در مقایسه با سایر كاربردها جذابیت بیشتری دارد زیرا زمانی كه نیاز به آن وجود دارد (سرمایش و تهویه مطبوع) میزان انرژی خورشیدی زیاد است و می توان از آن بهره گیری كرد. سیستم­های سرمایش جذبی خورشیدی[3]دارای هر دو مزیت عدم خطرناك بودن از لحاظ زیست محیطی و كم بودن مصرف انرژی به ویژه در ساعات پیك الكتریكی را دارا هستند.
در مقایسه با دیگر كاربردهای انرژی خورشیدی این كاربرد پیچیدگی بیشتری دارد چه به لحاظ مفهومی و چه به لحاظ كاربردی. به همین دلیل توسعه و كاربرد جهانی پیدا نكرده است. در این روش تنها دریافت و جذب انرژی خورشیدی كافی نیست، بلكه باید بتوانیم این روش را به سرما تبدیل كنیم و سپس به طرف فضای مورد نظر بفرستیم. باید وسیله ای وجود داشته باشد كه حرارت را از دمای پایین (فضای مورد تهویه) گرفته و با دمای بالاتر (فضای بیرون) انتقال­ دهد یا در اصطلاح ترمودینامیكی به یك پمپ حرارتی[4] نیاز است. در شكل 1 نمای یك سیكل تهویه مطبوع خورشیدی با تمام تجهیزات به طور كامل نشان داده شده است.
سیال منتقل كننده حرارت در كالكتورهای خورشیدی تا دمای بالاتر از دمای محیط گرم شده و به عنوان محرك و انرژی در یك سیكل قدرت (كه خود یك پمپ حرارتی است) وارد می­گردد.
سیال انتقال دهنده گرما ممكن است هوا، آب و یا سیال دیگری باشد. گرما می­تواند برای      زمان­هایی كه تابش خورشید وجود ندارد نیز

 ذخیره گردد. گرمای گرفته شده از سیكل خنك­كن خورشیدی به محیط اطراف منتقل می­شود، این كار به وسیله هوای محیط یا آب خروجی از برج خنك كن خنك می­شود.

تجهیزات سرمایش ممكن است اثر سرمایش را به طرق مختلف ایجاد كنند. یكی از روش­ها تولید آب سرد و فرستادن به سمت تجهیزاتی است كه به وسیله ی آب سرد محیط را خنك می­كنند (به كمك هواساز) و یا فن­های بادزن. همچنین می­توان هوا را به صورت مستقیم خنك كرد و به سمت فضای مورد تهویه فرستاد.
كالكتورهای خورشیدی[5] قسمت مهمی از هر سیستم خورشیدی هستند كه انرژی خورشیدی را به گرما در دمای مناسب تبدیل می­كنند، كه این گرما قدرت مورد نیاز برای سیكل سرمایش است. كالكتورها انواع مختلفی دارند كه از صفحات تخت با دمای پایین تا صفحات پیچیده با دمای بسیار بالا را شامل می­شوند. با افزایش تقاضا برای تهویه مطبوع در سال­های اخیر به خصوص در مناطق گرم­سیر و مرطوب تقاضا برای مصرف انرژی زیاد شده است. از آنجایی كه در فصل گرما تقاضا برای مصرف انرژی الكتریكی بسیار زیاد می­شود در این فصل با قطعی جریان برق مواجه هستیم و تقاضای بیشتر برای انرژی الكتریكی با مشكل مواجه است. با استفاده از تكنولوژی­های جدید می­توان از انرژی خورشیدی در چنین مواقعی استفاده كرد.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
شکل (1): نمای یك سیكل تهویه مطبوع خورشیدی
در این نوشتار سیکل­های جذبی خورشیدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. ابتدا مطالعه مقدماتی و حرارتی سیستم­های جذبی متداول و سیستم­های جذبی خورشیدی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به متغیر بودن میزان تابش خورشیدی در طول ماه­ها و ساعات مختلف فصول گرمایی، آنالیز حرارتی و ترمودینامیکی به صورت وابسته به زمان ( آنالیز دینامیکی) مورد تحلیل وبررسی قرار گرفته است. در مرحله بعد آرایش کامل سیستم­های جذبی خورشیدی از نظر موضوعات اگزرژی و قانون دوم مورد بررسی قرار گرفته تا به کمک آن تحلیل جامع ترمواکونومیک سیستم و بهینه سازی آن قابل بررسی باشد.
 
 

مرور تحقیقات انجام شده قبلی

کارایی کلی سیکل­های جذبی در مورد اثر تبریدی در واحد انرژی ورودی ضعیف است. هرچند حرارت اتلافی مانند آنچه از وسایل برقی دفع می­شود را می­توان برای به دست آوردن بهره­وری انرژی کلی بکار گرفت. سیستم­های آمونیاک/آب (NH3/H2O) به صورت گسترده درمواردی که دمای کمتر مورد نیاز است، بکار گرفته می­شوند. هرچند، سیستم­های آب/ برمید لیتیم (H2O/LiBr)  به صورت وسیع در مواردی که دمای معتدل مورد نیاز است، مورد استفاده قرار می­گیرند (دستگاه تهویه هوا) و سیستم دوم نسبت به سیستم اول کارآمدتر است. مطالعات گوناگونی برای انتخاب سیال عامل مناسب اجرا شده است.در تحقیق Saravanan  و  Maiya [2] یک سیستم مبرد جذبی بخار بر پایه آب با چهار مخلوط دو دویی مورد آزمایش قرار گرفت. اختلاف کارایی­های گوناگون پارامتر­ها برای ترکیبات سیالات عامل بر پایه آب مورد مقایسه قرار گرفت. در تحقیق Sun  [3]خصوصیات ترمودینامیکی مخلوط های دودویی بر پایه آمونیاک (NH3-H2O,NH3-LiO2,NH3-NaSCN) داده شدو کارایی سیکل­ها مورد مقایسه قرار گرفت. Yoon و Kown [4] خصوصیت کارکردی سیال عامل جدید (H2O/LiBr + HO(CH2)3OH) را به عنوان جانشین H2O/LiBr ارائه کرد، و یک شبیه سازی سیکل برای بررسی طراحی بهینه و شرایط کارکردی سیستم جذبی هوای خنک شده انجام شد. Kayanaki و Yamankaradeniz  [5] اثر مبدل­های حرارتی که برای احیاء انرژی حرارتی در ARS ها بکار می­روند، را بر روی ضریب کارایی (COP) مورد بررسی قرار دادند. یک محلول آمونیاک-آب به عنوان یک جفت مبرد- جاذب در نظر گرفته شد. آنالیزهای ترمودینامیکی برروی سیستم انجام شد و خصوصیات ترمودینامیکی آمونیاک و محلول آمونیاک- آب ارائه گردید. Mostafavi  و Agnew[6و7]  اثر دمای محدود را بر روی واحدهای جذبی که در آنها لیتیم برماید – آب بکار می­رفت، آزمودند. آثار دماهای ورودی آب خنک کننده، آب داغ و آب خنک بر روی ناحیه سطحی جاذب و خصوصیات جاذب به وسیله Atmaca و همکاران[8]  مورد بررسی قرار گرفت.
Srikhirin و همکاران[9]  یک  مقاله در مورد تکنولوژی مبردهای جذبی مانند مدل­های گوناگون ARS ها، تحقیقات انجام شده در مورد سیالات عامل و اصلاح فرآیندهای جذبی ارائه کردند. Kececiler و همکاران [10] یک مطالعه تجربی درمورد آنالیز ترمودینامیکی یک ARS بازگشت پذیر با استفاده از مخلوط آب و برمید لیتیم انجام داد. Joudi  و Lafta [11] یک مدل شبیه سازی کامپیوتری حالت- ثابت برای پیش بینی کارایی یک ARS که در آن از لیتیم برماید – آب استفاده می شود، ارائه داد.
علاوه بر این­ها، در مطالعات پارامتری Wijeysundera  [12]اختلاف بیشترین ظرفیت خنک کنندگی، ضریب کارایی و راندمان قانون دوم یک نوع سیکل جذبی با متغیرهای کارکردی مورد بررسی قرار گرفتند. یک مطالعه مشابه به وسیله Chen  [13] انجام شد که در آن نرخ انتروپی تولید و پارامترهای اولیه کارکردی یک سیکل مبرد جذبی مورد محاسبه قرار گرفت. . Kreider و Kreith  [14]در 1981 یک سیستم تهویه هوای خورشیدی LiBr-H2O با دو تانک ذخیره آب داغ را معرفی کردند. فواید این سیستم آن است که گرمای جمع­آوری شده به وسیله یک آرایه کالکتور داده شده، ممکن است به وسیله فاکتور 3/1 تا 5/1 افزایش یافته باشد. در همین زمان، COP  فصلی ممکن است 15% افزایش یابد. Butz و همکاران[15]، یک شبیه سازی کامپیوتری را بر روی سیستم تهویه هوای خورشیدی LiBr-H2O  انجام دادند که وابسته بودن بودن خروجی بر سطح کالکتور و طریقه­ای که در آن راندمان سالیانه سیستم با افزایش سطح کالکتور، کاهش می­یابد، را نشان می­دهد. Tsilingiris [16]نیز تئوری مدل میکروکامپیوتری مناسب برای پیش ­بینی کارایی و بررسی رفتار کارکردی نمونه ساده سیستم خنک کننده  LiBr-H2O  برای کاربردهای خانگی را گسترش داد. نتایج بدست آمده بهینه سازی طراحی و تخمین اقتصادی اولیه سیستم برای کارکرد تحت شرایط آب و هوایی محلی (یونان) را میسر ساخت. همچنین بیان شد که با قیمت حال حاضر سوخت­های فسیلی، انرژی الکتریکی و اجزاء مکانیکی، کاربرد تهویه هوای خورشیدی بدون ترکیب با گرم کننده خورشیدی، اقتصادی و کم حاشیه است. Muneer و Uppal[17]  مدل شبیه­سازی عددی جزئی برای چیلرهای جذبی خورشیدی در دسترس از لحاظ تجاری، ارائه کردند. نتایج نشان داد حجم ذخیره به سطح کالکتور دارای که یک نسبت بهینه است. همچنین، با سطح کالکتورهای نسبتاً کوچک، کسر بالایی انرژی خورشیدی می­توان بدست آورد حتی اگر کالکتورها از نوع ارزان قیمت باشند. نکته جالب این بود که سیستم در شرایط بار طراحی شده با دمای ژنراتور کمتر از 80 کار   می­کند با توجه به این حقیقت که در شرایط خشک Sahara دمای خیلی پایین آب خنک کننده در دسترس است. هدف از این مقاله ارائه فواید سیستم ذخیره سازی طبقه­بندی شده زمانی که برای یک سیستم جذبی تعریف می­شود، می­باشد. بنابراین، یک مدل شبیه­سازی عددی جزئی برای چنین سیستم خنک کننده جذبی اصلاح شده ارائه می­شود و نتایج نشان می­دهد که با تانک ذخیره طبقه­بندی شده، اثر خنک کنندگی خیلی زودتر از سیستم­های جذبی سنتی با تانک ذخیره یکتا، می­تواند آزاد شود.
Misra و همکاران [18و19] روش میانگین هزینه­ها را برای بهینه­سازی سیستم مبرد جذبی لیتیم برماید- آب به کار بردند. این روش شامل آنالیزهای اگزرژی جزئی به همراه میانگین هزینه در واحد اگزرژی همه جریان­های داخلی و محصولات ظاهر شده در سیستم ترمواکونومیک مورد نظر است. Sahin و Kodal [20] و Kodal و همکاران[21] آنالیز کارایی را با استفاده از ترمواکونومیک زمان محدود بر اساس تابع هدف ترمودینامیک برای مبردهای جذبی و پمپ­های حرارتی انجام دادند. Sahoo و همکاران [22] در باره حداقل کردن کارکرد کلی و هزینه  استهلاک سیستم مبرد جذبی آمونیاک-آب مطالعاتی انجام دادند. Accadia و Vanoli[23] از روش ساختاری برای بهینه سازی ترمواکونومیک کندانسور پمپ حرارتی متراکم کننده بخار استفاده کردند. Al-Otaibi و همکاران[24] بهینه سازی ترمواکونومیک سیستم مبرد متراکم کننده بخار با استفاده از قانون اول ترمودینامیک و آنالیز هزینه سیستم را مورد مطالعه قرار دادند. Accadia و Rossi [25]کاربرد تئوری ترمواکونومیک برای بهینه سازی اقتصادی دستگاه مبرد مرسوم با هدف حداقل کردن کارکرد کلی و هزینه استهلاک را بررسی کردند. Valdes و همکاران [26]راه ممکنی برای بدست آوردن بهینه سازی ترمواکونومیک سیکل ترکیبی دستگاه توربین گازی نشان دادند. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شد.