This work addresses the optimization of ammonia–water absorption cycles for cooling and refrigeration applications with economic and environmental concerns. Our approach combines the capabilities of process simulation, multi-objective optimization (MOO), cost analysis and life cycle assessment (LCA). The optimization task is posed in mathematical terms as a multi-objective mixed-integer nonlinear program (moMINLP) that seeks to minimize the total annualized cost and environmental impact of the cycle. This moMINLP is solved by an outer-approximation strategy that iterates between primal nonlinear programming (NLP) subproblems with fixed binaries and a tailored mixed-integer linear programming (MILP) model. The capabilities of our approach are illustrated through its application to an ammonia–water absorption cycle used in cooling and refrigeration applications

چکیده

این کار بهینه سازی چرخه های جذب آمونیاک-آب برای کاربردهای خنک کاری و سردسازی با ملاحظات محیطی و اقتصادی را مد نظر قرار می‌دهد. رویکرد ما قابلیت های شبیه سازی فرایند، بهینه سازی چند هدفه (MOO)، تحلیل قیمت و ارزیابی چرخه عمر (LCA) را ترکیب می‌کند. کار بهینه سازی در قالب عبارات ریاضی به صورت یک برنامه‌ی عددصحیح غیرخطی چند هدفه است که به دنبال حداقل سازی هزینه‌ی کل سالانه و اثر محیطی چرخه می‌باشد. این برنامه با یک استراتژی تقریبی-بیرونی حل می‌شود که میان زیربرنامه های برنامه ریزی غیرخطی اولیه با مرزهای ثابت و یک مدل برنامه ریزی خطی عددصحیح مناسب، تکرار می‌شود. قابلیت های رویکرد ما از طریق کاربرد آن در یک چرخه‌ی جذب امونیاک-آب که در کاربردهای خنک کاری و سردسازی استفاده می‌شود، نشان داده شده اند.

1- مقدمه

تقاضای جهانی خنک سازی که در طی چند سال گذشته به صورت چشم گیری افزایش یافته، منتهی به نصب تعداد زیادی سیستم های تهویه مطبوع شده است ( بالاراس و همکاران؛ 2007؛ هِنینگ، 2007). این مسئله منجر به یک افزایش زیاد در مصرف الکتریسیته شده که امروزه بیشتر از سوخت های فسیلی تولید می‌شود. این روند مسائل محیطی مهمی مثل تقلیل لایه اوزون و نگرانی جهانی را ایجاد کرده است. در این زمینه ی کلی، به جهت کاهش اثرات محیطی کاربردهای خنک سازی، یک نیاز آشکار برای توسعه‌ی تکنولوژی های مناسب برای محیط زیست و کارامد از نظر انرژی وجود دارد. به ویژه، سیستم های جذب به عنوان یک گزینه‌ی امید بخش در چرخه های متراکم سازی معمولی، ظاهر شده اند، چرا که این سیستم ها قادرند منابع انرژی با مرتبه‌ی پایین تری را به کار ببرند که برای محیط زیست مناسب تر است...