site 12
دکتر وحدت تاکید کرد: تلاش صندوق نوآوری و شکوفایی برای رفع نیاز مالی شرکت‌های دانش بنیان و فناور فعال در حوزه فضایی
۱۶ تیر ۱۳۹۸
DSC_6214
گردهمایی شرکت های دانش بنیان و استارتاپ های حوزه فضایی-۱۶ الی ۱۸ تیر ۹۸
۱۷ تیر ۱۳۹۸

طراحی پمپ حرارتی به وسیله هوش مصنوعی و کاهش مصرف انرژی

محققان مؤسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان سوییس، نوعی هوش مصنوعی ابداع کرده‌اند که می‌تواند کمپرسورهای پمپ حرارتی نسل بعد را به گونه‌ای طراحی کند که برای کار کردن فقط ۲۵ درصد انرژی لازم داشته باشند.

به گزارش روابط عمومی صندوق نوآوری و شکوفایی ریاست جمهوری، ۵۰ تا ۶۰ درصد خانه‌های نوساز سوییس به پمپ‌های حرارتی مجهز شده‌اند. این سیستم‌ها، انرژی حرارتی محیط اطراف، مانند زمین، هوا، رودخانه یا دریاچه نزدیک خود را به داخل کشیده و آن را به حرارت مورد نیاز ساختمان تبدیل می‌کنند.

اگرچه پمپ‌های حرارتی فعلی به خوبی کار می‌کنند و مناسب محیط ‌زیست هستند، هنوز برای پیشرفت و بهبود جا دارند. به طور مثال، مهندسان با استفاده از میکروتوربوکمپرسور به جای سیستم‌های معمول کمپرسور، توانستند نیاز به برق پمپ‌های حرارتی را ۲۰ تا ۲۵ درصد بکاهند که این موضوع به نوبه خود روی محیط زیست هم اثر مثبت می‌گذارد، زیرا این تربوکمپرسورها عملکرد بهتری داشته و ۱۰ برابر کوچکتر از ابزارهای پیستونی هستند. اما به‌کارگیری این اجزاء بسیار کوچک، به دلیل قطر کوچک آنها (کمتر از ۲۰ میلی‌متر) و سرعت چرخش سریع آنها (۲۰۰هزار بار در دقیقه)، هنگام طراحی پمپ‌های حرارتی کار چندان ساده‌ای نیست.

یک تیم تحقیقاتی از موسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان سوییس، روشی ایجاد کرده‌اند که به وسیله آن می‌توان آسان‌تر و سریع‌تر این توربوکمپرسورهای کوچک را به پمپ‌های حرارتی افزود. آنها با استفاده از فرآیند یادگیری عمیق ماشین به نام رگرسیون نمادین (هوش مصنوعی) به معادله‌های ساده‌ای دست یافتند که می‌تواند ابعاد مناسب توربوکمپرسور مخصوص یک پمپ تخلیه را به سرعت محاسبه کند.

این روش از محاسبه می‌تواند اولین مرحله طراحی توربوشارژرها را ساده کند. در این مرحله اندازه و سرعت چرخش مناسب کمپرسورهای هر پمپ حرارتی مورد نظر محاسبه می‌شود. این مرحله برای کوتاه کردن کلی زمان طراحی، بسیار مهم است.

تاکنون مهندسان برای ساخت توربوکمپرسورهای خود، از نمودارهای طراحی استفاده می‌کردند اما وقتی اندازه کمپرسورها کوچکتر شوند، به همان اندازه هم این نمودارها دچار خطا می‌شوند. این نمودارها هم به‌روز نشده بودند.

اکنون محققان سوییسی با انجام دادن ۵۰۰ هزار شبیه‌سازی و تبدیل آنها به الگوریتم‌های یادگیری عمیق ماشین و همچنین نوشتن معادله‌های مختلف، توانستند نمودارهای معمول طراحی کمپرسورها را به گونه‌ای به‌روز کنند که فواید متعددی داشته باشند. از این فواید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

* آنها حتی با وجود توربوکمپرسورهای کوچک هم قابل اعتماد هستند.

* شبیه‌سازی پیچیده‌تری دارند.

* ۱۵۰۰ برابر سریع‌تر هستند.

این روش جدید محققان سوییسی می‌تواند برخی از فرآیند‌های طراحی معمول کمپرسورها را حذف کرده و به‌کارگیری این تجهیزات در پمپ‌های حرارتی را آسان‌تر کند و بدین ترتیب استفاده از میکروتوربوکمپرسور در پمپ‌های حرارتی را گسترش دهد.

پمپ‌های حرارتی معمول، با استفاده از پیستون‌ها، مایعی به نام خنک‌کننده را فشرده می‌سازند و چرخه بخار-فشرده‌سازی را ایجاد می‌کنند. پیستون‌ها برای درست کار کردن باید به طور مرتب روغن‌کاری شوند، اما این روغن به دیواره‌های مبدل می‌چسبد و فرآیند انتقال حرارت را دچار اشکال می‌کند، اما میکروتوربوکمپرسورها به دلیل قطر کوچکی که دارند، بدون روغن کار می‌کنند و با استفاده از یاتاقان‌های گازی با سرعت‌های بسیار بالا به چرخش درمی‌آیند و می‌توانند با مصرف برق فقط ۲۰ تا ۳۰ درصد به خوبی کار کنند.