مقدمه:

در جهان امروز، روند مصرف انرژی به سرعت در حال افزایش است و با توجه به محدودیت منابع فسیلی ضرورت استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر و پاک بر همگان روشن است. یکی از انواع انرژی‌های نو، انرژی خورشیدی 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 شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روزآفتابی گزارش شده است که بسیار قابل توجه است. از این انرژی می‌توان به طرق مختلف، مثل تولید برق، گرمایش و سرمایش، تولید آب شیرین، تامین آب گرم و … استفاده نمود.
امروزه لزوم رعایت استاندارد‌ها جهت دستیابی به بهترین کیفیت و اطمینان از دوام کالا یا خدمات بر همگان روشن است و صنعت انرژی خورشیدی نیز از این امر مستثنی نیست. به همین منظور کشور‌های مختلف استانداردهایی را برای تست ابزار و لوازم مورد استفاده در انرژی خورشیدی تدوین نموده اند که در این گزارش مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند و در پایان بین آنها مقایسه صورت گرفته است.

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

فهرست مطالب

چکیده:……………………………………………………………… 1
مقدمه:……………………………………………………………… 2

بازده یک کلکتور در شدت تشعشع ها و اختلاف دما های مختلف

بازده یک کلکتور در شدت تشعشع ها و اختلاف دما های مختلف

فصل اول

کلکتور خورشیدی را می توان قلب تپنده هر سامانه گرمایی خورشیدی دانست. زیرا کلکتور های خورشیدی هستند که انرژی خورشیدی را جذب و پس از تبدیل به انرژی گرمایی، آن را به صورت انرژی مفید و کاربردی برای مصرف نهایی به سامانه خورشیدی تحویل می دهند. کلکتور های خورشیدی دارای سامانه های گوناگونی در طراحی هستند. ساده ترین نوع آن جاذب گرمای خورشیدی جهت گرمایش آب استخر می باشد. سامانه های پیشرفته تر برای حصول درجه حرارت های بالاتر طراحی شده اند که شامل کلکتور های ذخیره ای یکپارچه، کلکتور های صفحه تخت خلاه شده و کلکتور های لوله خلا می باشند.

2- اهمیت کلکتور های خورشیدی:
برای روشن شدن اهمین کلکتور های خورشیدی طرز کار یک نمونه تأسیسات حرارتی خورشیدی در حالت کلی به توجه نمایید.

کلکتور خورشیدی نصب شده بر روی سقف توسط صفحه شیشه ای اش نور وارده (اشعه با طول موج کوتاه) را به گرما تبدیل می کند. بدین ترتیب کلکتور واسطه میان خورشید و استفاده کننده از آب گرم می باشد. گرما با جذب اشعه خورشید توسط یک ورقه فلزی پوشیده شده با رنگ تیره که جاذب نام دارد، تولید می شود. جاذب قسمت اساسی کلکتور است. در جاذب، مجموعه ای از لوله ها وجود دارد که داخلشان سیال ناقل گرما در جریان است. وظیفه این سیال جذب گرمای تولید شده است. این سیال که در تمام خط لوله جاری است سرانجام به مخزن آب گرم می رسد. در اینجا توسط مبدل حرارتی ، گرما به آب منتقل می شود. مایع ناقل سرد شده به خط لوله دوم می ریزد تا دوباره به کلکتور برگردد. آب آشامیدنی گرم شده در آبگرمکن به طرف بالا می رود. منطبق با چگالی آب درون آبگرمکن، یعنی درجه حرارت آب سرد و گرم یک نوع لایه بندی طبیعی بین لایه آب گرم و سرد ایجاد می شود. بدین ترتیب که گرم ترین آب در بالا (جایی که آب برای مصرف خارج می شود) و سرد ترین آب در پایین (جایی که آب سرد در آبگرمکن روان می شود) قرار می گیرند.
با توجه به آنچه که توضیح داده شد در جمع آوری انرژی خورشیدی اولین قدم استفاده از گردآورها (کلکتورها) است. کلکتور قسمتی از سیستم خورشیدی است که انرژی حرارتی را جذب و آن را به سیال واسطه ای منتقل می کند در واقع جزیی از بنای ساختمان می باشد که بصورت پنجره یا نورگیر تاریک در ساختمان نصب می شود. هدف اصلی مطالعه درباره گردآورها (کلکتورها) این است که بیشترین انرژی را جذب و کمترین مقدار را دفع نماید و در مقابل خوردگی واشعه ماورا بنفش و رسوبات و خواص اسیدی و بازی سیال مقاوم باشد.

فرآیند حرارتی یک کلکتور صفحه تخت

فرآیند حرارتی یک کلکتور صفحه تخت

کلیـــات…………………………………………………………….. 3
فصل اول – کلیات…………………………………………………. 4
1-مقدمه:…………………………………………………………… 4
2-اهمیت کلکتور های خورشیدی…………………………………: 4
کلکتور های صفحه تخت………………………………………….: 6
انتخاب جاذب……………………………………………………….: 7
کلکتورهای لوله خلا………………………………………………..: 8
بازده کلکتور:……………………………………………………….. 10
3-انتخاب کلکتور اقتصادی……………………………………….. 10
بازار کلکتور های خورشیدی……………………………………: 11

مثالی از مدار آزمون بسته

مثالی از مدار آزمون بسته

فصل دوم- استاندارد بین المللی تست کلکتور خورشیدی (ISO 9806-1:1994) 13

کلکتور در فضای باز می تواند در وضعیتی ثابت و رو به استوا قرار گیرد اما این کار موجب محدود شدن زمان آزمون توسط گستره قابل قبول زوایای برخورد می شود.روش ماهرانه تر، حرکت دادن کلکتور به طوری است که با ردیابی دستی یا اتوماتیک، خورشید را در زاویه سمت خود دنبال نماید.
3-5 سایه گیری از پرتودهی خورشیدی مستقیم
مکان پایه آزمون باید طوری باشد که در طول آزمون بر روی کلکتور سایه نیفتد.
3-6 پرتودهی خورشیدی انعکاسی و پخشا
به منظور تجزیه و تحلیل نتایج آزمون در فضای باز، پرتودهی خورشیدی که مستقیماً از قرص خورشید نمی تابد، چنان فرض می شود که به طور همگن از میدان دید نیمکروی کلکتورمی تابد. برای به حداقل رساندن خطاهای ناشی از این تقریب، کلکتور باید در جایی قرار گیرد که در طول آزمونها تابش خورشیدی قابل ملاحظه ای از ساختمانها یا سطوح اطراف بر روی آنها منعکس نشود و موانع عمده ای در میدان دید موجود نباشد. در بعضی از انواع کلکتورها، مثل کلکتورهای با لوله خلاء به همین اندازه لازم است که انعکاس‌ها از میدان‌های دید پشتی و جلویی نیز به حداقل برسند. نباید بیش از 5% میدان دید کلکتور مسدود شود و بویژه لازم است تا از ساختمانها یا موانع بزرگی که با خط افق در جلوی کلکتور زاویه بزرگتر از o15 می سازند اجتناب گردد.ضریب انعکاس اغلب سطوح زبر مانند چمن، بتون فرسوده یا تراشه‌ها معمولاً آنقدر بالا نیست تا در طول آزمون کلکتور موجب مشکلات شود. سطوحی که نباید در میدان دید کلکتور موجود باشند شامل گستره‌های وسیع چمن، فلز یا آب می باشد.
در اغلب شبیه سازهای خورشیدی، اشعه شبیه سازی شده، تنها پرتودهی خورشیدی مستقیم را شبیه سازی می کند. برای تسهیل در اندازه گیری پرتودهی شبیه سازی شده، لازم است تا پرتودهی انعکاس یافته به حداقل برسد. این کار را می توان با رنگ آمیزی تمام سطوح اتاقک آزمون با یک رنگ تیره (با ضریب انعکاس پایین) انجام داد.
3-7 پرتودهی گرمایی
عملکرد بعضی کلکتورها به ویژه نسبت به سطوح پرتوده حرارتی، حساس است.دمای سطوح مجاور کلکتور باید حتی الامکان نزدیک به دمای محیط باشد تا تأثیر تابش حرارتی به حداقل برسد. برای مثال، میدان دید کلکتور در فضای باز نبایستی شامل دودکش‌ها، برج‌های خنک کننده، یا مکانهای خروج هوای داغ باشد.در مورد آزمون در فضای بسته و با شبیه ساز ، کلکتور باید از سطوح داغی مانند رادیاتورها، کانالها و ماشین آلات تهویه مطبوع و نیز از سطوح سردی مانند پنجره‌ها و دیوارهای خارجی محفوظ بماند. عمل محافظت هم در جلو و هم پشت کلکتور حائز اهمیت است.
3-8 باد
عملکرد بسیاری از کلکتورها نسبت به سرعت هوا حساس است. برای به حداکثر رساندن تجدیدپذیری نتایج، کلکتورها باید طوری نصب شوند که هوا بتواند آزادانه بر روی دهانه، پشت و اطراف کلکتور عبور کند. میانگین سرعت باد، به موازات دهانه کلکتور بایستی بین حدود مشخص شده در بند فرعی 6-3 باشد. در صورت لزوم، برای رسیدن به این سرعت‌های باد، باید ازمولدهای باد مصنوعی استفاده نمود.پشت کلکتورهایی که به منظور نصب یکپارچه با بام طراحی شده اند ممکن است از باد محافظت شده باشد ؛ در این صورت این موضوع باید به همراه نتایج آزمون گزارش داده شود.

- مثالی از مدار آزمون باز

– مثالی از مدار آزمون باز

2نمادها و واحدها…………………………………………………….. 16
3نصب و تعیین مکان کلکتور ………………………………………….16
3-2چهارچوب نصب کلکتور……………………………………………. 16
4وسایل اندازه گیری…………………………………………………… 18
4-1- 2 اندازه گیری زاویه برخورد تابش خورشیدی مستقیم……… 19
4-2اندازه گیری تابش حرارتی……………………………………….. 20
4-3اندازه گیری‌های دما …………………………………………………21
4-3-2 تعیین اختلاف دمای سیال انتقال حرارت (T) ا……………….22
4-3-3اندازه گیری دمای هوای اطراف (ta) ا……………………………..22
4-4اندازه گیریدبی مایع در کلکتور……………………………………… 23
4-9سطح کلکتور………………………………………………………….. 24
5آرایش آزمون…………………………………………………………….. 25
5-2سیال انتقال حرارت………………………………………………….. 25
5-3لوله کشی و اتصالات…………………………………………………… 26
5-4پمپ و وسایل کنترل جریان ……………………………………………27
5-5تنظیم دمای سیال انتقال حرارت…………………………………….. 27
6آزمون بازده حالت پایدار در فضای باز…………………………………… 28
6-5اندازه گیری‌ها………………………………………………………….. 29
6-6دوره آزمون (در حالت پایدار)…………………………………………. 30
6-7 ارائه نتایج……………………………………………………………. 31
7تعیین ظرفیت گرمایی مؤثر و ثابت زمانی کلکتور…………………….. 36
7-3روش آزمون برای ثابت زمانی کلکتور………………………………. 37
7-4محاسبه ثابت زمانی کلکتور…………………………………………. 38
8ضریب تصحیح زاویه برخورد کلکتور ……………………………………..39
8-4محاسبه ضریب تصحیح زاویه برخورد کلکتور……………………….. 40
9تعیین افت فشار در کلکتور…………………………………………….. 40

 

فصل سوم- استاندارد اتحادیه اروپا جهت تست کلکتور خورشیدی (EN 12975-2:2001) 44

1- تست‌های قابلیت اطمینان
در بخش آغازین این استاندارد به تست‌هایی جهت قابلیت اطمینان کلکتور‌ها اشاره شده است. در برخی از این تست‌ها که عموما تست‌های فیزیکی هستند، ذکر شده است که کلکتور باید خالی از سیال باشد، در این تست‌ها، علاوه بر خالی بودن کلکتور از سیال، باید یکی از لوله‌های کلکتور باید از هر دو طرف بسته باشد تا از انتقال حرارت توسط چرخش هوا در کلکتور جلوگیری شود و لوله دیگر باید از هر دو سمت آزاد باشد تا هوای موجود در کلکتور اجازه انبساط داشته باشد. این تست‌ها علاوه بر قابلیت انجام در فضای آزاد، می‌توانند در شرایط شبیه‌سازی شده تشعشع نیز انجام گیرند.

1-1- تست فشار داخلی جاذب : در این تست با توجه به شرایط تست تعیین شده در استاندارد کلکتور‌ها با جذب کننده فلزی با فشاری معادل 1.5 برابر فشار عملکردی به مدت 15 دقیقه مورد تست قرار می‌گیرند و پس از آن جهت بررسی علائم نشتی، تورم و اعوجاج مورد بازرسی قرار می‌گیرند. این تست برای جاذب‌های پلاستیکی و پلیمری نیز قابل انجام است.
1-2- تست مقاومت در برابر دمای بالا: این تست که جهت بررسی مقاومت کلکتور در برابر تشعشع بالا و عدم شکست شیشه کلکتور، عدم بروز مشکل برای روکش پلاستیکی، ذوب شدن روکش پلاستیکی جاذب و غیره انجام می‌گیرد. در این تست کلکتور را خالی از سیال نموده و به مدت یک ساعت با شرایط تعیین شده در استاندارد مقابل تشعشع زیاد (بیش از W/m2 1000) قرار می دهند و پس از آن جهت بررسی علائم تخریب، جمع شدگی، خروج گاز و بخار از کلکتور یا اعوجاج مورد بازرسی قرار می‌گیرد.
1-3- تست قرارگیری در مقابل پرتو : این تست یکی از تست‌های کم هزینه است که تحت شرایط طبیعی کارکرد کلکتور انجام می‌گیرد و به نوعی نیز کمک می کند تا کلکتور برای عملکرد اصلی آماده شود. در این تست کلکتور در حالتی که خالی از سیال است، یک بار به مدت 30 روز (که می‌تواند پیوسته نیز نباشد) و بار دیگر به مدت 30 ساعت در مقابل تابش تعیین شده در استاندارد قرار می‌گیرد و در پایان جهت بررسی علائم آسیب مورد بازرسی قرار می‌گیرد.
1-4- تست شوک حرارتی خارجی: این تست جهت بررسی مقاومت کلکتور در برابر بارش‌های ناگهانی در روزهای گرم و آفتابی طراحی شده است که سبب شوک‌های حرارتی خارجی می‌شود. در این تست کلکتور خالی از سیال به مدت یک ساعت در مقابل تابش تشعشع زیاد مندرج در استاندارد (W/m2850) قرار گرفته و سپس به مدت 15 دقیقه به‌وسیله مجموعه‌ای از نازل‌های پاشش آب، تحت پاشش پودری آب (با شرایط مشخص شده در استاندارد) قرار می‌گیرد. سپس کلکتور جهت بررسی علائم ترک، اعوجاج، میعان، نفوذ آب یا از دست دادن حالت خلاء مورد بازرسی قرار می‌گیرد. کلکتور باید دو بار تحت شوک حرارتی خارجی قرار گیرد.
1-5- تست شوک حرارتی داخلی: این تست جهت بررسی مقاومت کلکتور در برابر ورود ناگهانی سیال سرد، در روز‌های گرم و آفتابی طراحی شده است که سبب شوک‌های حرارتی داخلی متعدد می‌شود، برای مثال می‌توان به زمانی اشاره نمود که سیستم برای مدتی خاموش بوده است و کلکتور در دمای سکون قرار دارد و با روشن نمودن مجدد سیستم و ورود سیال سرد، کلکتور تحت شوک‌های حرارتی قرار می‌گیرد. در این تست نیز کلکتور خالی از سیال به مدت یک ساعت تحت تابش شدید مطابق مقادیر مندرج در استاندارد قرار گرفته و سپس به مدت 5 دقیقه با سیال سرد با ویژگی‌های مندرج در استاندارد تغذیه می‌شود سپس کلکتور جهت بررسی علائم ترک، اعوجاج، میعان، نفوذ آب یا از دست دادن حالت خلاء مورد بازرسی قرار می‌گیرد. کلکتور باید دو بار تحت شوک حرارتی داخلی قرار گیرد.

1-تست‌های قابلیت اطمینان…………………………………………… 44
تست کارایی حرارتی کلکتور‌های گرم کننده مایع:……………………. 47
طرح تست…………………………………………………………………: 52

فصل چهارم- استاندارد آمریکا جهت تست کلکتور خورشیدی (ASHRAE 93: 1991) 69

در بخش آغازین این استاندارد واژه‌های متداول مرتبط با انرژی خورشیدی همچون واژه‌های جاذب، زاویه قابل قبول، زاویه تابش، سطح دهانه، سطح ناخالص، کلکتکور متمرکز کننده، کلکتور صفحه تخت، کلکتور غیر متمرکز، کارایی حرارتی لحظه‌ای، پیرانومتر، پرجیومتر، پرهلیومتر، حالت شبه یکنواخت، شبیه ساز تشعشع خورشیدی، فشار استاندارد بارومتریک، مدت انجام تست، ثابت زمانی کلکتور و سیال انتقال حرارت تعریف شده اند و توضیح مختصری برایشان ارائه شده است.

2- الزامات
در این بخش ویژگی‌های لازم برای کلکتور، شرایط محیطی و سیال انتقال حرارت جهت انجام تست، به شرح زیر آمده است.
کلکتور‌ها بهتر است با تمامی ماژول‌های خود مورد آزمایش و تست قرار گیرند. اندازه کلکتور باید به اندازه‌ای بزرگ باشد که مشخصات به دست آمده در هنگام تست قابل تعمیم به حالتی باشد که کلکتور به عنوان بخضی از سیستم در حالت واقعی نصب شده است.
برای حالت‌هایی که تست اندازه‌گیری بازده حرارتی در فضای آزاد انجام می گیرد، کلکتور باید در محلی نصب شود که در طول مدت تست هیچ انرژی منعکس شده یا بازتابیده شده عمده‌ای از ساختمان‌ها یا سطوح اطراف بر روی کلکتور وجود نداشته باشد. به علاوه ملاحظات لازم جهت پیشگیری از شرایط بازتاب از سطح زمین نیز باید انجام گیرد و در صورت امکان این امر، باید کلکتور به وسیله پوشش‌های غیر بازتابی محفوظ گردد. علاوه بر این تست باید در محلی انجام گیرد که در طول انجام تست هیچ سایه از طرف موانع موجود اطراف روی کلکتور تشکیل نشود.
سیال انتقال حرارت مورد استفاده در تست باید مطابق آن چه باشد که توسط سازنده ذکر شده است و در طول تمامی تست‌ها از آن استفاده شده است و اطلاعات لازم جهت رابطه دانسیته و ظرفیت گرمایی ویژه آن با رنج دمایی که تست دز آن انجام می گیرد باید وجود داشته باشد. در تمام تست‌ها دبی سیال انتقال حرارت باید با دبی سیال در مراحل اندازه‌گیری منحنی بازده حرارتی، ثابت زمانی و اصلاح کننده زاویه تابش کلکتور برابر باشد.

چیدمان سیستم باز تست کلکتور خورشیدی وقتی که سیال به طور مداوم تامین می گردد.

چیدمان سیستم باز تست کلکتور خورشیدی وقتی که سیال به طور مداوم تامین می گردد.

4-روش انجام تست: ………………………………………………….72
مراحل تست و محاسبات:……………………………………………. 76
محاسبات ثابت زمانی کلکتور………………………………………..: 82

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

فصل پنجم – مقایسه استاندارد های تست کلکتور خورشیدی

1- مقایسه سه استاندارد 9806-1 ISO، EN 12975-2 و ASHRAE 93: ا….85
2- مقایسه دو استاندارد ISO 9806-1 و EN 12975-2:ا……………………. 88
مراجع:……………………………………………………………………………..93

ABSTRACT

In this research, 3 main standards of testing solar collectors have been studied. Each section of this research refers to one of the standards. All of the parameters which have mentioned in each standard have also been monitiored and they mentioned in tables at the end of the research. The aim of this reaserch was constructing a test facility to test solar collector in engineering department of Islamic Azad University – south Tehran branch.



  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