تعداد صفحات:113
نوع فایل:word
فهرست مطالب:
چکیده
مقدمه
فصل اول – کلیات
مقدمه
تاریخچه
کاربردهای انرژی خورشیدی
فصل دوم – انواع کلکتور خورشیدی و بررسی استانداردهای مربوطه
مقدمه
کلکتورهای صفحه تخت
صفحه جاذب
صفحات پوششی یا جداری
محفظه کلکتور
کلکتور لوله خلاء
کلکتور سهموی
زاویه شیب کلکتور خورشیدی
مقایسه استاندارهای تست کلکتورهای تخت خورشیدی 9806-1 ISO، EN 12975-2 و ASHRAE 93
استاندارد ASHRAE 93
تست ثابت زمانی – τ
تست بازده حرارتی – gη
تست اصلاح کننده زاویه تابش – Kθb(θ)
توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی
مدت زمان انجام تست
استاندارد ISO 9806-1 و EN 12975-2
تست ثابت زمانی – τ
تست بازده حرارتی – gη
تست اصلاح کننده زاویه تابش – Kθb(θ)
توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی
روش تست شبه دینامیکی استاندارد EN12975-2
مقایسه استانداردها
فصل سوم – آبگرمکن های خورشیدی و بررسی استانداردهای مربوطه
مقدمه
اجزای آبگرمکن خورشیدی
شرح دستگاه آبگرمکن خورشیدی
انواع آبگرمکن‌های خورشیدی
سیستم گردش اجباری
سیستم گردش اجباری – مدار بسته
سیستم گردش اجباری – مدار باز
سیستم با گردش طبیعی
سیستم گردش طبیعی – ترموسیفون – مدار باز
سیستم گردش طبیعی – ترموسیفون – مدار بسته
بررسی و مقایسه استانداردهای آبگرمکن خورشیدی
استاندارد ISO 9459
استانداردهای راندمان (عملکرد) سیستم
روش آزمون بر اساس تست در فضای داخلی
آزمون در فضای خارج برای سیستمهای فقط خورشیدی
آزمون در فضای خارجی برای سیستمهای آبگرمکن خورشیدی با گرمکن کمکی با یک مخزن ذخیره
استانداردهای اروپایی برای سیستمهای گرمایش خورشیدی
استانداردهای اروپایی جدید
روشهای تست برای سیستمهای آبگرمکن های خورشیدی (EN12976-2 و ENV 12977-2)
استاندارد ASHRAE 95
مقایسه استانداردهای تست آبگرمکن خورشیدی
مقایسه سه استاندارد9459-2 ISO ، ISO 9459-3 و ASHRAE 95
فصل چهارم -0 معادلات حاکم بر تعیین عملکرد کلکتورهای صفحه تخت و حل نمونه عددی
مقدمه
تابش خورشیدی
تشعشع جذب شده و عبور تشعشع از میان پوشش شیشه‌ای
انعکاس تشعشع
جذب پوشش شیشه‌ای
حاصلضرب ضریب های عبور – جذب (τα)
کلکتورهای صفحه تخت و معادلات مربوطه
انرژی مفید
توزیع دما در کلکتورهای صفحه تخت خورشیدی
لوله در زیر صفحه جاذب
لوله در بالای صفحه جاذب
لوله در وسط صفحه جاذب
ضریب دفع گرمای کلکتور و ضریب جریان
تست کلکتور
بازده
حل عددی
مشخصات تجهیزات مورد استفاده
مشخصات فنی کلکتور صفحه تخت
حل معادلات برای یک حالت نمونه
فصل پنجم – آزمایش، نتایج و ترسیم نمودارهای مربوطه
مقدمه
روش انجام آزمایش
نتایج
نمودارها و تحلیل
نمودارهای داده‌های هواشناسی
تغییرات دمای خروجی از کلکتور بر حسب تغییرات دبی
بررسی انرژی دریافتی مدل تئوری و تجربی
بررسی بازده کلکتور در مدلهای تئوری و تجربی
نمودارهای افت دما در مسیر آب ورودی
بررسی اثر پارامترهای مختلف
تاثیر موقعیت قرارگیری لوله و صفحه جاذب
تاثیر زاویه کلکتور خورشیدی
تاثیر تعداد شیشه‌های محافظ کلکتور
تاثیر فاصله بین رایزرهای صفحه جاذب بر بازده کلکتور
تاثیر پوشش صفحه جاذب بر بازده کلکتور
تاثیر ضخامت عایق حرارتی بر بازده کلکتور
تاثیر جنس عایق بر بازده کلکتور
تاثیر نوع سیال انتقال حرارت بر بازده کلکتور
تاثیر فشار گاز داخل کلکتور بر بازده
نتیجه گیری
پیشنهادات برای ادامه طرح
منابع و ماخذ
فهرست منابع فارسی
فهرست منابع لاتین
چکیده انگلیسی
فهرست جدول ها:
شرایط تست شبه دینامیکی
دمای متوسط سیال و شرایط آب و هوایی برای هر نوع روز
بیشترین دمای خروجی بر اساس نوع کلکتور
مقایسه حدود مجاز پارامترهای مختلف جهت دستیابی به شرایط یکنواخت در سه استاندارد
شرایط آب و هوایی لازم در سه استاندارد
شرایط زمانی بازه داده و پیش بازه داده برای تست در حالت کلکتور ساکن
تشابه پارامترهای تست آبگرمکن خورشیدی درISO 9459-2، ISO 9459-3 ، ASHRAE 95
تفاوت های پارامترهای تست آبگرمکن خورشیدی درISO 9459-2 ، ISO 9459-3، ASHRAE 95
مشخصات فنی کلکتور مورد آزمایش، ساخت شرکت دریا
پارامترهای موثر جهت حل یک نمونه عددی
مقادیر محاسبه شده با دبی 200 لیتر بر ساعت
مقادیر محاسبه شده با دبی 150 لیتر بر ساعت
مقادیر محاسبه شده با دبی 100 لیتر بر ساعت
فهرست شکل‌ها:
کارکرد کلکتور صفحه تخت در حالت کلی
کلکتور صفحه تخت به همراه اجزای آن
صفحه جاذب
فرآیند حرارتی یک کلکتور صفحه تخت
کلکتورتخت، مایع و هوایی
کلکتور لوله‌ای تحت خلاء
انواع کلکتورهای تحت خلاء
کلکتور سهموی
زاویه کلکتور خورشیدی
طرح ساده‌ای از یک آبگرمکن خورشیدی
طرح کلی یک آبگرمکن خورشیدی به همراه قسمتهای مختلف آن
سیستم اجباری – مدار بسته
سیستم اجباری – مدار باز
آبگرمکن با سیستم ترموسیفون
سیستم گردش طبیعی – ترموسیفون – مدار باز
سیستم گردش طبیعی – ترموسیفون – مدار بسته
زوایای تابش و انعکاس در محیطی با ضریب شکستهای n_1 و n_2
عبور از یک پوشش شیشه‌ای غیر جاذب
جذب تابش خورشید توسط صفحه جاذب زیر شبکه پوشش شیشه‌ای
برش عمودی از یک گردآورنده خورشیدی
توزیع دمای صفحه جاذب
شبکه گرمایی یک گردآورنده صفحه تخت با یک پوشش شیشه‌ای
شبکه گرمایی معادل
ترکیب لوله و صفحه جاذب
معادله انرژی صفحه جاذب
مقاومتهای ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتیکه لوله در زیر صفحه جاذب باشد
نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتیکه لوله در زیر صفحه جاذب باشد
نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتیکه لوله در بالای صفحه جاذب باشد
مقاومتهای ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتیکه لوله در بالای صفحه جاذب باشد
نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتیکه لوله در وسط صفحه جاذب باشد
مقاومتهای ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتیکه لوله در وسط صفحه جاذب باشد
پیرانومتر و دما سنج نصب شده در سایت تست
باد سنج و ثبت کننده اطلاعات
باد سنج، ثبت کننده اطلاعات و مخزن ذخیره
سنسور دما و نمایش گر دیجیتالی
پمپ و مانومتر
شیر کنترل کننده دبی و کلکتور صفحه تخت
نمای کلی از تجهیزات نصب شده در سایت تست دانشگاه آزاد اسلامی تهران جنوب
داده‌های ثبت شده توسط ایستگاه هواشناسی در روز 8 آگوست 2011
دمای هوا و میزان تشعشع در روز 8 آگوست 2011 برای نقاط داده برداری شده
دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی با دبی آب 200 لیتر بر ساعت
دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی با دبی آب 150 لیتر بر ساعت
دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی با دبی آب 100 لیتر بر ساعت
میزان خطای اطلاعات ثبت شده از سایت تست
اختلاف دمای ورودی و خروجی برای دبی های مختلف
انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 200 لیتر بر ساعت
انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 150 لیتر بر ساعت
انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 100 لیتر بر ساعت
انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی‌های آب گذرنده مختلف
مقدار انرژی کسب شده توسط کلکتور صفحه تخت
مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 200 لیتر بر ساعت
مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 150 لیتر بر ساعت
مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 100 لیتر بر ساعت
بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 200 لیتر بر ساعت
بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 150 لیتر بر ساعت
بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 100 لیتر بر ساعت
مقایسه بازده مدل تئوری و تجربی با دبی‌های آب گذرنده متفاوت
مقایسه مقادیر تئوری و تجربی بازده کلکتور
افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 200 لیتر بر ساعت
افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 150 لیتر بر ساعت
افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 100 لیتر بر ساعت
انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با توجه به موقعیت قرار گیری لوله و صفحه جاذب
انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با توجه به زاویه کلکتور با سطح زمین
انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با تعداد کاورهای شیشه‌ای کلکتور
بازده کلکتور صفحه تخت با توجه به فاصله بین رایزرهای صفحه جاذب
بازده کلکتور صفحه تخت با توجه به ضریب نشر کاور شیشه‌ای کلکتور
نمودارهای بازده کلکتور خورشیدی برای ضخامت‌های مختلف عایق حرارتی
اثر جنس عایق بر بازده کلکتور خورشیدی
اثر نوع سیال انتقال حرارت بر بازده کلکتور خورشیدی
اثر فشار گاز داخل کلکتور بر بازده
چکیده:
هدف از این تحقیق مقایسه تحلیل تئوری و نتایج تجربی حاصل از تست عملی بر
روی یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت، با توجه به شرایط آب و هوایی شهر تهران
میباشد. به این منظور ابتدا یک کلکتور صفحه تخت از نظر ساختمان، بازده و
سایر پارامترها بر طبق روابط انتقال حرارت بصورت تئوری مدل شده، پس از آن
با استفاده از یک سیستم آبگرمکن خورشیدی و استفاده از یک کلکتور صفحه تخت
بعنوان جاذب انرژی خورشید، داده‌های مورد نیاز بطور تجربی استخراج شده‌اند.
سیستم آبگرمکن خورشیدی مورد آزمایش که در مرکز تحقیقات انرژی خورشیدی
دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب مستقر است، و بر اساس استاندارد ISO
9806-1 مدل شده‌است، از یک کلکتور صفحه تخت و یک مخزن ذخیره تشکیل شده‌است.
کلکتور شامل دو هدر افقی به قطر داخلی mm12 و 12 عدد رایزر عمودی میباشد
که بصورت موازی قرار گرفته‌اند. صفحات جاذب از فین های مجزا تشکیل شده‌اند.
جنس فین ها از آلومینیوم بوده و از شیشه معمولی به ضخامت mm4 بعنوان پوشش
صفحه جاذب برای جلوگیری از اتلافات جابجایی و تابشی استفاده شده‌است. از
آنجایی که آزمون‌ها در فصل تابستان انجام شده است و دمای هوا در هنگام شب
به گونه‌ای نیست که باعث یخ‌زدگی آب داخل کلکتور شود، به این جهت تنها از
آب (بدون ضد یخ) بعنوان سیال انتقال حرارت استفاده شده‌است. همچنین دمای
محیط، میزان تابش روی سطح کلکتور صفحه تخت و سرعت باد محوطه مورد آزمایش
توسط یک دستگاه ثبت کننده اطلاعات ثبت شده‌اند.
بازده و انرژی مفید کسب شده توسط کلکتور بصورت تجربی با مقادیر حاصل از مدل
تئوری مقایسه شده و بر طبق نتایج به‌دست آمده مدل تجربی با مدل تئوری
مطابقت خوبی دارد. آزمایشات فوق با دبی‌های مختلف انجام گرفت و با کاهش دبی
سیال عبوری از کلکتور، افزایش در انرژی مفید کسب شده و بازده کلکتور
مشاهده گردید. بر اساس آزمایشات انجام شده، حداکثر بازده ممکن برای یک
کلکتور خورشیدی صفحه تخت زمانی حاصل میشود که حتی الامکان دمای آب ورودی
کلکتور به دمای هوای محیط نزدیک باشد. همچنین عوامل تاثیر گذار بر بازده یک
کلکتور خورشیدی صفحه تخت، از جمله فاصله بین رایزرها، نوع پوشش شیشه‌ای
کلکتور، ضخامت عایق حرارتی، جنس عایق، نوع سیال انتقال حرارت و… مورد بررسی
و تحلیل قرار گرفته و با توجه به مقایسه های انجام شده میتوان نمودارهای
مفیدی پیرامون بازده کلکتور بر اساس پارامترهای تاثیرگذار رسم نمود. این
نمودارها علاوه بر استفاده در صنعت ساخت تجهیزات خورشیدی، میتواند بعنوان
راهنما جهت تست سایر کلکتورهای مشابه مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه:
با درنظر گرفتن محدودیت منابع سوخت فسیلی و همچنین با توجه به اینکه
استفاده غیر اصولی از سوخت های فسیلی باعث آسیب دیدن محیط زیست میشود، لذا
تحقیقات و کاربردهای انرژی‌های تجدید پذیر از اهمیت ویژه ای برخوردار گشته
است.
مشکل محدودیت منابع انرژی، کم و بیش برای کلیه کشورها، اعم از صنعتی، توسعه
یافته و یا در حال توسعه، مشترک میباشد. در کشورهای مختلف بطور میانگین
بیش از نود درصد از مصارف انرژی در ارتباط با صنعت، حمل و نقل و ساختمان‌ها
است و بین این سه بخش ساختمان‌های مسکونی و تجاری بیش از 40٪ را به خود
اختصاص داده‌اند. قابل توجه است که عمده ترین مصرف انرژی در ساختمان‌ها در
تامین گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع ساختمان‌ها در فصول سرد و گرم میباشد.
در این میان انرژی خورشید، با توجه به اینکه انرژی کاملا پاک و عاری از
هرگونه آلودگی بوده و پتانسیل آن در ایران بالا میباشد، از اهمیت بیشتری
برخوردار است. کشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار
گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین
نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین
1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر متر مربع در سال تخمین زده شده‌است که البته
بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران بطور متوسط سالیانه بیش از 280
روز آفتابی گزارش شده‌است که بسیار قابل توجه است. از این انرژی میتوان به
طرق مختلف، مثل تولید برق، گرمایش و سرمایش، تولید آب شیرین، تامین آب‌گرم و
… استفاده نمود.
روش های گوناگونی برای استفاده از این انرژی پاک وجود دارد، اما گرم کردن
آب با استفاده از آبگرمکن‌های خورشیدی، به عنوان یکی از آسان ترین و
اقتصادی ترین روشها شناخته شده‌است. زیرا با داشتن دانش کافی درباره تابش
خورشید، براحتی و بصورت بسیار موثرتر میتوان انرژی خورشید را برای گرم کردن
آب مصرفی منازل و حتی کاربرهای صنعتی به‌کار برد. مهمترین بخش یک سیستم
آبگرمکن خورشیدی کلکتور خورشیدی میباشد که دارای انواع مختلف است. یکی از
انواع این کلکتورها که بعلت کارایی بالا، سهولت ساخت، عدم حضور قطعات متحرک
و عدم نیاز به نگهداری، کاربرد بیشتری پیدا کرده است، کلکتور صفحه تخت
میباشد. در این تحقیق کلکتور صفحه تخت از نظر ساختمان، بازده و سایر
پارامترهای انتقال حرارت بصورت تئوری و تجربی بررسی شده‌است.
