مقدمه:

با درنظر گرفتن محدودیت منابع سوخت فسیلی و هم‌چنین با توجه به این‌که استفاده غیر اصولی از سوختهای 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 به‌طور میانگین بیش از نود درصد از مصارف انرژی در ارتباط با صنعت، حمل و نقل و ساختمآن‌ها است و بین این سه بخش ساختمآن‌ها ی مسکونی و تجاری بیش از 40٪ را به خود اختصاص داده‌اند. قابل توجه است که عمده ترین مصرف انرژی در ساختمآن‌ها در تامین گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع ساختمآن‌ها در فصول سرد و گرم می‌باشد.
دراین 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 مترمربع در سال تخمین زده شده‌است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روزآفتابی 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.
روشهای گوناگونی برای استفاده از این انرژی پاک وجود دارد، اما گرم کردن آب با استفاده از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی، بعنوان یکی از آسانترین و اقتصادی ترین روش‌ها شناخته شده‌است. زیرا با داشتن دانش کافی در باره تابش خورشید، براحتی و به‌صورت 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 به‌علت 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 به‌صورت تئوری و تجربی بررسی شده‌است.

فهرست مطالب

چکیده……………………………………………………………………….. 1
مقدمه ………………………………………………………………………..2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول : کلیات

1-1) مقدمه :
از آن‌جا که کلیه فعالیت‌های مربوط به انرژیهای فسیلی توام با آلوده سازی و تخریب محیط زیست است و این دو سبب ایجاد ضایعات جبران ناپذیری در قسمتهای مختلف زندگی بشر می‌شود ، شناخت و به کارگیری انرژیهای نو بسیار ضروری می‌باشد و تلاش و تحقیق گسترده ای را می طلبد. هم‌چنین با رشد جمعیت که خود مستلزم استفاده بیشتر از انرژی می‌باشد به زودی به زمانی می رسیم که دیگر منابع انرژی فسیلی پاسخگوی نیاز جامعه نمی‌باشند و بایستی هر چه سریعتر به فکر استفاده از انرژی‌های نو باشیم.
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 به‌طور میانگین بیش از نود درصد از مصارف انرژی در ارتباط با صنعت، حمل و نقل و ساختمآن‌ها است و بین این سه بخش ساختمآن‌ها ی مسکونی و تجاری بیش از 40٪ را به خود اختصاص داده‌اند. قابل توجه است که عمده ترین مصرف انرژی در ساختمآن‌ها در تامین گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع ساختمآن‌ها در فصول سرد و گرم می‌باشد. پس هر اقدامی که در جهت ارتقاء کیفیت ساختمآن‌ها از دیدگاه تبادل حرارتی صورت پذیرد، به صرفه جویی قابل توجهی در مصرف کل انرژی، ختم خواهد شد. ]4[
به این جهت پژوهشگران همراه با ارائه راهکارهای بهینه سازی مصارف انرژی، در پی منابع انرژی پاک و لایزالی مانند انرژی‌های تجدیدپذیر و در رأس آن‌ها انرژی خورشیدی هستند که به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. ]2[
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 مترمربع در سال تخمین زده شده‌است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روز آفتابی گزارش شده‌است که بسیار قابل توجه است. ]20[
با توجه به پتانسیل بسیار خوب تشعشع خورشیدی در تهران و سایر شهرهای آفتاب خیز، لازم است طرح‌ها و پروژه‌های مختلفی در جهت بهینه سازی در مصرف انرژی و استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمآن‌ها به مرحله اجرا درآید تا فرهنگ صرفه جویی در مصرف و حفاظت از محیط زیست سرلوحه زندگی هر ایرانی باشد.

1-1) مقدمه…………………………………………………………………. 4
1-2) تاریخچه……………………………………………………………….. 4
1-3) کاربردهای انرژی خورشیدی……………………………………….. 6

در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف استفاده می‌شود که عبارت‌اند از ]19[:

  • استفاده از انرژی حرارتی خورشید که این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می‌باشد.
  • تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله سلول‌های فتوولتائیک.

کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی می‌باشد که اهم آن‌ها   عبارت‌اند از :

الف آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی و حمام خورشیدی :

تهیه آب‌گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکان هایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد. چنآن‌چه ظرفیت این سیستم‌ها افزایش یابد می‌توان از آن‌ها  در حمام‌های خورشیدی نیز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب‌گرم‌کن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استآن‌ها ی خراسان – سیستان و بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده‌است.

ب گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی :

گرمایش و سرمایش ساختمآن‌ها  با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در سال‌های ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفت‌های قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستم‌های خورشیدی می‌توان علاوه بر آب‌گرم مصرفی و گرمایش از این سیستم‌ها در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.

پ آب شیرین کن خورشیدی :

هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی می‌ماند. سپس با استفاده از روشهای مختلف می‌توان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش می‌توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تأمین کرد. آب شیرین کن خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می‌شوند.

ت خشک کن خورشیدی :

خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری آن‌ها  از زمآن‌ها ی بسیار قدیم مرسوم بوده و انسآن‌ها ی نخستین خشک کردن را یک هنر می‌دانستند. خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتری‌ها می‌باشد. در خشک کن‌های خورشیدی به‌طور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می‌شود و هوا نیز به‌صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول می‌گردد. خشک کن‌های خورشیدی در اندازه‌ها و طرح‌های مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته می‌شوند.

ث اجاق‌های خورشیدی :

دستگاه‌های خوراک‌پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق‌بندی شده با صفحه سیاهرنگی بود که قطعات شیشه‌ای درپوش آن را تشکیل می‌داد اشعه خورشید با عبور از میان این شیشه‌ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب می‌شد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه افزایش می‌داد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه می‌باشد. امروزه طرح‌های متنوعی از این سیستم‌ها وجود دارد که این طرح‌ها در مکآن‌ها ی مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیده‌اند. استفاده از این اجاق‌ها به ویژه در مناطق شرقی کشور ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می‌باشند بسیار مفید خواهد بود.

ج کوره خورشیدی :

در قرن هجدهم نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری آتش زد.

بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین می‌کرد. متداول ترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه یکی تخت و دیگری کروی می‌باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده می‌شود. طبق قوانین اپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز می‌شوند به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می‌شود که این نقطه به دماهای بالایی می‌رسد. امروزه پروژه‌های متعددی در زمینه کوره‌های خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء می‌باشد.

چ خانه‌های خورشیدی :

ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه‌های خود در زمستان استفاده می‌کردند. آنان ساختمآن‌ها  را به ترتیبی بنا می‌کردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن می‌تابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگ‌های دیگر دنیا نیز می‌توان نمونه‌هایی از این قبیل طرح‌ها را مشاهده نمود. در سال‌های بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرح‌های فراوانی در زمینه خانه‌های خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت. حدود چند سالی است که معماران به‌طور جدی ساخت خانه‌های خورشیدی را آغاز کرده‌اند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافته‌اند مثلاً در ایالات متحده در سال ۱۸۹۰ به تنهایی حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشیدی ساخته شده‌است. در این گونه خانه‌ها سعی می‌شود از انرژی خورشید برای روشنایی – تهیه آب‌گرم بهداشتی – سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با به‌کار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود.

در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمالی دانشگاه علم و صنعت و به‌منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روش‌های استفاده از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیده‌است.

سیستم‌های فتوولتاییک :

به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف‌ترین کاربرد انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (5/0 وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده‌است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آن‌ها  افزوده می‌شود. از سری و موازی کردن سلول‌های آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلول‌های سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک می‌گویند. امروزه اینگونه سلول‌ها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه می‌شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می‌شود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت می‌گردد. بنابراین از نظر تأمین ماده اولیه این سلول‌ها هیچ گونه کمبودی در ایران وجود ندارد. ]19[

فصل دوم : انواع کلکتور خورشیدی و بررسی استانداردهای مربوطه

2-1) مقدمه :
مهم‌ترین بخش هر آب‌گرم‌کن خورشیدی را می‌توان کلکتور آن دانست که کار اصلی آن جذب تابش خورشید و تبدیل آن به گرما و انتقال آن به سیال عامل که در لوله‌ها جریان دارد، می‌باشد.
کلکتورها به سه دسته تقسیم می‌شوند که بر اساس این تقسیم بندی روش انتقال حرارت هر کدام متفاوت خواهد بود. انتخاب نوع کلکتور به شرایط آب و هوایی منطقه و دمای مطلوب مورد نیاز ( دمای آب داغ ) بستگی دارد. اگرچه امروزه انواع کلکتورها با تکنولوژی جدید و پیشرفته ساخته می‌شوند و مواد جاذب به کار رفته دارای حداکثر جذب و حداقل نشر و انعکاس می‌باشند .
در حالت کلی کلکتورها را می‌توان به سه دسته زیر تقسیم کرد :
1) کلکتور صفحه تخت .
2) کلکتور لوله‌ای تحت خلاء .
3) کلکتور سهموی .
کلکتور نوع مسطح هر دو انرژی تابشی (مستقیم و پراکنده) را جذب می‌کند در حالی‌که در نوع متمرکز کننده تنها تابش مستقیم خورشید جذب می‌شود. به همین دلیل کلکتورهای متمرکز کننده همواره باید خورشید را تعقیب کنند. انرژی جذب شده توسط این کلکتورها از نوع تخت بیشتر است اما تجهیزات مورد نیاز مکانیکی برای تعقیب خورشید و نگهداری از آن در دراز مدت بسیار گران قیمت خواهد بود. این کلکتورها باید در هر ساعت حدود 15 درجه در جهت حرکت خورشید چرخش داشته باشند. با توجه به این‌که کلکتورهای تخت دمای مورد نیاز تا 100 درجه سلسیوس را تأمین می‌کنند، استفاده از این نوع کلکتور معمولا توصیه می‌شود و کلکتورهای متمرکز کننده بیشتر برای مصارف خاص کاربرد دارند.

- کلکتورتخت، مایع ( شکل سمت چپ ) و هوایی ( شکل سمت راست

– کلکتورتخت، مایع ( شکل سمت چپ ) و هوایی ( شکل سمت راست

2-1) مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….. 10
2-2) کلکتورهای صفحه تخت………………………………………………………………………………………….. 9
2-2-1) صفحه جاذب……………………………………………………………………………………………………. 9
2-2-2) صفحات پوششی یا جداری………………………………………………………………………………….. 11
2-2-3) محفظه کلکتور ………………………………………………………………………………………………….11
2-3) کلکتور لوله خلاء………………………………………………………………………………………………….. 12
2-4) کلکتور سهموی…………………………………………………………………………………………………… 14
2-5) زاویه شیب کلکتور خورشیدی………………………………………………………………………………….. 15
2-6) مقایسه استاندارهای تست کلکتورهای تخت خورشیدی 9806-1 ISO، EN 12975-2 و ASHRAE 93 .ا.15
2-6-1) استاندارد ASHRAEا ………………………………………………………………………………………….. 16
2-6-1-1) تست ثابت زمانی- τا………………………………………………………………………………………. 16
2-6-1-2) تست بازده حرارتی – gη ا…………………………………………………………………………………..16
2-6-1-3) تست اصلاح کننده زاویه تابش – Kθb(θ) ا………………………………………………………………..17
2-6-1-4) توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی…………………………………………………. 17
2-6-1-5) مدت زمان انجام تست………………………………………………………………………………………. 17
2-6-2) استاندارد ISO 9806-1 و EN 12975-2ا……………………………………………………………………… 18
2-6-2-1) تست ثابت زمانی- τا……………………………………………………………………………………….. 18
2-6-2-2) تست بازده حرارتی – gηا…………………………………………………………………………………… 18
2-6-2-3) تست اصلاح کننده زاویه تابش – Kθb(θ)ا…………………………………………………………………. 19
2-6-2-4) توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی…………………………………………………. 19
2-6-2-5) روش تست شبه دینامیکی استاندارد EN12975-2 .ا…………………………………………………….19
2-7) مقایسه استاندارد ها ……………………………………………………………………………………………..20

فصل سوم : آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی و بررسی استاندارد‌های مربوطه

طرح کلی یک آب‌گرم‌کن خورشیدی به همراه قسمت‌های مختلف آن

طرح کلی یک آب‌گرم‌کن خورشیدی به همراه قسمت‌های مختلف آن

3-1) مقدمه……………………………………………………………………………………. 24

امروزه بشر با دو بحران اساسی مواجه است که بیش از آن‌چه که بنظر می‌رسد با یکدیگر مرتبط هستند. از یک سو شهرهای بزرگ و صنعتی با مشکل آلودگی محیط زیست روبرو هستند و از یک سو منابع فسیلی و ذخایر آن به سرعت در حال اتمام است.خورشید می‌تواند بعنوان یکی از منابع بی پایان انرژی، جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی باشد. اما نکته قابل توجه این است که از نور خورشید نمی‌توان به‌طور مستقیم استفاده نمود. در نتیجه نیازمند تجهیزات و دستگاه‌هایی هستیم که بتوان به کمک آن‌ها  انرژی تابشی خورشید را به انرژی‌های قابل استفاده از قبیل مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و غیره تبدیل نمود. از کاربردهای انرژی خورشیدی می‌توان به مواردی چون گرمایش و سرمایش خورشیدی، نیروگاه‌های خورشیدی، آب شیرین کن خورشیدی، استخرهای خورشیدی، خوراک پزهای خورشیدی، سیستم‌های فتوولتائیک، آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی، باتری‌های خورشیدی و غیره اشاره نمود.بر اساس تحقیقات بعمل آمده در ایران، با استفاده از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی خانگی می‌توان مصرف سالیانه نفت سفید را برای هر خانوار به میزان 740 لیتر کاهش داد. هم‌چنین در مقایسه با سیستم‌های برقی موجود، به ازای هر خانوار 13 برابر خطر تخریب لایه ازن کاهش می‌یابد. طبق این آمار یک مخرن 200 لیتری آب‌گرم‌کن خورشیدی یک تن Co2 در سال از هوا کسر می‌کند. آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی سیستم‌های سازگار با محیط زیست هستند که در روزهای آفتابی، انرژی خورشید تابیده شده به سطح کلکتور را جذب کرده و از این طریق آب‌گرم مصرفی خانگی را تامین   می‌کند و در روزهای ابری می‌توان از طریق هیتر برقی کمکی، آب‌گرم مصرفی مورد نیاز را تامین نمود.استفاده از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی در ساختمآن‌ها ی مسکونی به دلیل رایگان بودن انرژی خورشید، هزینه‌های آب‌گرم را تا حدود 60٪ در سال کاهش می‌دهد که این مبلغ در کل مدت عمر سیستم خورشیدی معادل میلیون‌ها ریال خواهد بود.

3-2) اجزای آب‌گرم‌کن خورشیدی…………………………………………………………………………………………. 24
3-3) شرح دستگاه آب‌گرم‌کن خورشیدی………………………………………………………………………………… 25
3-4) انواع آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی……………………………………………………………………………………… 26
3-4-1) سیستم گردش اجباری……………………………………………………………………………………………. 27
3-4-1-1) سیستم گردش اجباری- مدار بسته …………………………………………………………………………..27
3-4-1-2) سیستم گردش اجباری- مدار باز……………………………………………………………………………… 28
3-4-2) سیستم با گردش طبیعی …………………………………………………………………………………………28
3-4-2-1) سیستم گردش طبیعی- ترموسیفون- مدار باز………………………………………………………………. 30
3-4-2-2) سیستم گردش طبیعی- ترموسیفون- مدار بسته………………………………………………………….. 30
3-5) بررسی و مقایسه استانداردهای آب‌گرم‌کن خورشیدی ………………………………………………………….31
3-5-1) استاندارد ISO 9459 ا………………………………………………………………………………………………31
3-5-1-1) استانداردهای راندمان ( عملکرد ) سیستم…………………………………………………………………. 31
3-5-1-2) روش آزمون بر اساس تست در فضای داخلی………………………………………………………………… 31
3-5-1-3) آزمون در فضای خارج برای سیستم‌های فقط خورشیدی…………………………………………………… 31
3-5-1-4) آزمون در فضای خارجی برای سیستم‌های آب‌گرم‌کن خورشیدی با گرم‌کن کمکی با یک مخزن ذخیره..32
3-5-2) استانداردهای اروپایی برای سیستم‌های گرمایش خورشیدی………………………………………………… 32
3-5-2-1) استانداردهای اروپایی جدید…………………………………………………………………………………….. 32
3-5-2-2) روش‌های تست برای سیستم‌های آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی ( EN 12976-2 و ENV 12977-2 ) ….ا….33
3-5-3) استاندارد ASHRAE 95 ا…………………………………………………………………………………………….34
3-5-4) مقایسه استاندارد‌های تست آب‌گرم‌کن خورشیدی …………………………………………………………….35
3-5-4-1) مقایسه سه استاندارد9459-2 ISO ، ISO 9459-3 و ASHRAE 95 ا……………………………………….35

فصل چهارم : معادلات حاکم بر تعیین عملکرد کلکتور‌های صفحه تخت و حل نمونه عددی

هیترهای برقی، کنترلر SSR و مخزن ذخیره

هیترهای برقی، کنترلر SSR و مخزن ذخیره

4-1) مقدمه…………………………………………………………………………………………… 39

در این بخش معادلات حاکم بر چگونگی عملکرد سیستم آب‌گرم‌کن خورشیدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. به‌علت بالا بودن حجم معادلات، معادلاتی که به‌طور مستقیم در محاسبات استفاده شده ذکر شده‌است.
4-2) تابش خورشیدی……………………………………………………………………………… 39
4-3) تشعشع جذب شده و عبور تشعشع از میان پوشش شیشه‌ای ……………………….40
4-3-1) انعکاس تشعشع………………………………………………………………………….. 40
4-3-2) جذب پوشش شیشه‌ای…………………………………………………………………. 41
4-3-3) حاصل‌ضرب ضریب های عبور – جذب ( τα) ا…………………………………………….42
4-4) کلکتورهای صفحه تخت و معادلات مربوطه……………………………………………….. 43
4-4-1) انرژی مفید…………………………………………………………………………………. 43
4-4-2) توزیع دما در کلکتورهای صفحه تخت خورشیدی………………………………………. 43
4-4-3) ضریب انتقال گرمای کل یک کلکتور……………………………………………………… 45

یک شبکه گرمایی برای یک سیستم به همراه یک پوشش شیشه‌ای به‌صورت شکل 4-6 در نظر می گیریم. در یک مکان مشخص در روی صفحه که دمای آن  می‌باشد، مقدار انرژی تابیده شده از سوی خورشید معادل با S ، توسط صفحه جاذب جذب می‌شود. مقدار S حاصل تفاضل تابش خورشیدی رسیده به کلکتور و اتلاف های تابشی آن می‌باشد. این انرژی صرف اتلاف های گرمایی فوقانی و تحتانی از کلکتور و انرژی مفید کسب شده توسط کلکتور می‌گردد. هدف تبدیل شبکه گرمایی شکل 4-6 به یک شبکه گرمایی مطابق با شکل 4-7 می‌باشد.اتلاف انرژی از قسمت فوقانی، ناشی از تابش و جابجایی بین صفحات موازی می‌باشد. انتقال انرژی بین صفحه جاذب با دمای  و پوشش شیشه‌ای با دمای  صورت می‌گیرد. بنابراین میزان اتلاف از قسمت فوقانی کلکتور در واحد سطح، معادل با میزان انتقال از صفحه جاذب به پوشش شیشه‌ای  می‌باشد.
4-4-4) توزیع دما بین لوله‌ها و ضریب بازدهی کلکتور…………………………………………. 48
4-4-4-1) لوله در زیر صفحه جاذب………………………………………………………………. 48
4-4-4-2) لوله در بالای صفحه جاذب……………………………………………………………. 54
4-4-4-3) لوله در وسط صفحه جاذب……………………………………………………………. 56
4-4-5) ضریب دفع گرمای کلکتور و ضریب جریان……………………………………………… 58
4-5) تست کلکتور………………………………………………………………………………… 58
4-5-1) بازده……………………………………………………………………………………….. 58
4-6) حل عددی……………………………………………………………………………………. 59
4-7) مشخصات تجهیزات مورد استفاده …………………………………………………………59
4-8) مشخصات فنی کلکتور صفحه تخت………………………………………………………. 63
4-9) حل معادلات برای یک حالت نمونه ………………………………………………………..64

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم : آزمایش، نتایج و ترسیم نمودارهای مربوطه.

5-1) مقدمه…………………………………………………………………………………. 69

در این فصل ابتدا به تشریح روند انجام آزمایش و به‌دست آوردن نمودارهای بازده و توان، بر اساس استاندارد ISO 9806-1 می‌پردازیم و سپس نتایج حاصل از این تحقیق آزمایشگاهی ارائه می‌شود.   لازم به ذکر است که این آزمایش در یک روز آفتابی در تابستان و در شرایط آب و هوایی شهر تهران انجام گرفته است.
5-2) روش انجام آزمایش………………………………………………………………… 69

در این روش با استفاده از چند نقطه داده و استفاده از برازش منحنی می‌توان به نمودار‌های بازده و توان دست یافت. در این تحقیق روش انجام آزمایش به شرح زیر می‌باشد: به‌منظور بررسی تاثیر دمای آب ورودی به کلکتور بر عملکرد آن، با توجه به نحوه تست گرفتن، دمای آب مخزن می‌بایست برابر با دمای هوای محیط یا حدودا 40 درجه سلسیوس بالاتر از دمای هوای محیط باشد. به همین منظور به هنگام آغاز تست دمای آب مخزن را به کمک هیترهای موجود تا دمای مورد نیاز گرم می‌کنیم. آن‌چه که در تغییرات دمای آب مخزن مهم است این نکته است که با توجه به زمان محدود حضور خورشید در آسمان، تا حد امکان بتوان آب مخزن را در دماهای متفاوتی قرار داد تا به این ترتیب نقاط مورد نیاز دست آیند.

برای رسم نمودار بازده، حاصل اختلاف دمای آب ورودی و دمای هوای محیط تقسیم بر میزان تشعشع ( Tf-Ta/GT ) که عددی بین 0 تا 1/0 می‌باشد در محور افقی قرار می‌گیرد و در محور عمودی مقدار بازده نمایش داده می‌شود. لازم به توضیح است که با توجه به این‌که زمان انجام  این تست‌ها در فصل تابستان بوده است، دسترسی به اعداد نزدیک 1/0 تا حدودی غیر ممکن بوده است. زیرا دمای هوای محیط حدود 40 درجه سلسیوس بوده و برای رسیدن به اعداد نزدیک 1/0 با توجه به شدت تشعشع که معمولا حدود 800 الی 900 وات بر مربع است باید دمای آب ورودی را تا حدود 120 درجه سلسیوس بالا برد، که این موضوع از لحاظ فیزیکی امکان پذیر نیست. هم‌چنین با توجه به اتلاف حرارت از بدنه مخزن در دماهای بالا، امکان گرمایش آب بیش از 80 درجه سلسیوس عملا غیر ممکن بوده است. لذا بیشترین عددی که می‌توان برای نمودارهای بازده و روی محور افقی به آن رسید حدود 06/0 خواهد بود. برای دست یافتن به اعداد بالاتر روی محور افقی، یا باید دمای محیط کمتر باشد و یا شدت تشعشع کمتر از 800 وات بر مترمربع باشد که هر دو این شرایط در فصل تابستان عملی نیست. از طرف دیگر با توجه به این‌که در استاندارد EN حداقل تشعشع دریافتی برای انجام  این تست 700 الی 800 وات بر مربع تعریف شده‌است، نمی‌توان انجام  این تست را به سایر فصول موکول نمود، و فصل تابستان بهترین زمان برای انجام  این تست می‌باشد.

برای به‌دست آوردن هریک از نقاط داده، دمای آب مخزن را تنظیم کرده و با استفاده از سنسور دمایی که در مخزن کار گذاشته شده‌است، از یکنواختی و ثابت بودن دمای آب کل مخزن مطمئن می شویم. سپس با استفاده از شیر تنظیم، دبی جریان سیال عبوری از کلکتور را در حد دلخواه قرار داده و آب را به داخل کلکتور هدایت می‌کنیم. با توجه به این‌که برای رسیدن به شرایط یکنواخت زمان لازم است، برای ثبت دمای آب ورودی و خروجی باید مدتی اجازه داد تا آب در کلکتور جریان یابد. برای اطمینان از شرایط یکنواخت در طول مدت انجام  تست، دمای خروجی را هنگامی ثبت می‌کنیم که پس از گذشت 1 دقیقه هیچ افزایش یا کاهشی در دمای خروجی از کلکتور مشاهده نشود. در این مرحله دمای آب ورودی و خروجی کلکتور، دمای مخزن، دمای هوای محیط و میزان تشعشع را با استفاده از سنسور‌های موجود ثبت کرده و به عنوان یکی از نقاط داده لحاظ می‌شوند. برای به‌دست آوردن نقطه های بعدی نیز به همین ترتیب عمل می‌شود.

در صورتی‌که برای اولین نقطه دمای آب مخزن را برابر دمای محیط در نظر گرفته بودیم، با افزیش دمای آب مخزن و روشن کردن هیترها می‌توان به نقطه بعدی رسید. در صورتی‌که دمای آب مخزن را برای نقطه اول در حد ماکزیمم ممکن (در این تحقیق 80 درجه سلسیوس) بالا برده باشیم، با افزودن آب سرد و دور ریز نمودن آب مخزن گرم شده می‌توان به نقطه بعدی رسید. در طول این آزمایش دمای آب مخزن در هر مرحله حدود 6 الی 8 درجه تغییر داده شده تا به تعدادی نقطه داده برای رسم نمودار بازده دست پیدا کنیم.

پس از ترسیم نمودارهای بازده که از داده‌های روش تجربی به‌دست آمده‌اند، با استفاده از مدل تئوری اشاره شده در بخش پیشین و داده‌های ورودی یکسان، انطباق داده‌های تئوری و تجربی را مورد بررسی قرار می دهیم.

5-3) نتایج…………………………………………………………………………………………… 70
5-4) نمودار‌ها و تحلیل…………………………………………………………………………….. 71
5-4-1) نمودارهای داده‌های هواشناسی………………………………………………………. 71
5-4-2) تغییرات دمای خروجی از کلکتور بر حسب تغییرات دبی……………………………… 72
5-4-3) بررسی انرژی دریافتی مدل تئوری و تجربی…………………………………………… 75
5-4-4) بررسی بازده کلکتور در مدل‌های تئوری و تجربی ……………………………………..80
5-4-5) نمودار‌های افت دما در مسیر آب ورودی……………………………………………….. 82
5-5) بررسی اثر پارامترهای مختلف…………………………………………………………….. 84
5-5-1) تاثیر موقعیت قرارگیری لوله و صفحه جاذب……………………………………………. 84
5-5-2) تاثیر زاویه کلکتور خورشیدی…………………………………………………………….. 85
5-5-3) تاثیر تعداد شیشه‌های محافظ کلکتو…………………………………………………… 86
5-5-4) تاثیر فاصله بین رایزرهای صفحه جاذب بر بازده کلکتور………………………………. 86
5-5-5) تاثیر پوشش صفحه جاذب بر بازده کلکتور…………………………………………….. 87
5-5-6) تاثیر ضخامت عایق حرارتی بر بازده کلکتور…………………………………………… 88
5-5-7) تاثیر جنس عایق بر بازده کلکتور……………………………………………………….. 89
5-5-8) تاثیر نوع سیال انتقال حرارت بر بازده کلکتور………………………………………….. 89
5-5-9) تاثیر فشار گاز داخل کلکتور بر بازده……………………………………………………. 90
نتیجه گیری……………………………………………………………………………………….. 91
پیشنهادات برای ادامه طرح…………………………………………………………………….. 93
منابع و ماخذ……………………………………………………………………………………… 96
فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………. 97
فهرست منابع لاتین…………………………………………………………………………….. 98
چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………… 99
تعهدنامه اصالت پایان نامه……………………………………………………………………. 100

ABSTRACT 

In this research, a flat plate solar collector is investigated theoretically and experimentally under the meteorological conditions of Iran. Heat transfer formulas were used for theoretical modeling, and a test method was adapted from ISO 9806-1 to compare the theoretical model with the experimental results. The collector efficiency and useful heat gain were compared between the theoretical and experimental methods. The effect of the working fluid flow rates and collector area were also investigated and discussed. The comparison shows that the theoretical model is in good agreement with the experimental results and is capable of predicting the efficiency, useful heat gain and working fluid outlet temperature of a flat palte solar collector with good accuracy.



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان