| بررسي تئوري و تجربي عملكرد يك آب‌گرم‌كن خورشيدي با كلكتور صفحه تخت
هدف از اين تحقيق مقايسه تحليل تئوري و نتايج تجربي حاصل از تست عملي بر روي يك كلكتور خورشيدي صفحه تخت، با توجه به شرايط آب و هوايي شهر تهران مي‌باشد
|
 |
| دسته بندي | مكانيك |
| فرمت فايل | doc |
| حجم فايل | 9727 كيلو بايت |
| تعداد صفحات فايل | 133 |
هدف از اين تحقيق مقايسه تحليل تئوري و نتايج تجربي حاصل از تست عملي بر روي يك كلكتور خورشيدي صفحه تخت، با توجه به شرايط آب و هوايي شهر تهران مي‌باشد. به اين منظور ابتدا يك كلكتور صفحه تخت از نظر ساختمان، بازده و ساير پارامترها بر طبق روابط انتقال حرارت به‌صورت تئوري مدل شده، پس از آن با استفاده از يك سيستم آب‌گرم‌كن خورشيدي و استفاده از يك كلكتور صفحه تخت به عنوان جاذب انرژي خورشيد، داده‌هاي مورد نياز به طور تجربي استخراج شده‌اند.
سيستم آب‌گرم‌كن خورشيدي مورد آزمايش كه در مركز تحقيقات انرژي خورشيدي دانشگاه آزاد اسلامي واحد تهران جنوب مستقر است، و بر اساس استاندارد ISO 9806-1مدل شده‌است، از يك كلكتور صفحه تخت و يك مخزن ذخيره تشكيل شده‌است. كلكتور شامل دو هدر افقي به قطر داخلي mm12 و 12 عدد رايزر عمودي مي‌باشد كه به‌صورت موازي قرار گرفته‌اند. صفحات جاذب از فين هاي مجزا تشكيل شده‌اند. جنس فين ها از آلومينيوم بوده و از شيشه معمولي به ضخامت mm4 به عنوان پوشش صفحه جاذب براي جلوگيري از اتلافات جابجايي و تابشي استفاده شده‌است. از آن‌جايي كه آزمون‌ها در فصل تابستان انجام شده‌است و دماي هوا در هنگام شب به گونه‌اي نيست كه باعث يخ‌زدگي آب داخل كلكتور شود، به اين جهت تنها از آب (بدون ضد يخ) به عنوان سيال انتقال حرارت استفاده شده‌است. هم‌چنين دماي محيط، ميزان تابش روي سطح كلكتور صفحه تخت و سرعت باد محوطه مورد آزمايش توسط يك دستگاه ثبت كننده اطلاعات ثبت شده‌اند.
بازده و انرژي مفيد كسب شده توسط كلكتور به‌صورت تجربي با مقادير حاصل از مدل تئوري مقايسه شده و بر طبق نتايج به‌دست آمده مدل تجربي با مدل تئوري مطابقت خوبي دارد. آزمايشات فوق با دبي‌هاي مختلف انجام گرفت و با كاهش دبي سيال عبوري از كلكتور، افزايش در انرژي مفيد كسب شده و بازده كلكتور مشاهده گرديد. بر اساس آزمايشات انجام شده، حداكثر بازده ممكن براي يك كلكتور خورشيدي صفحه تخت زماني حاصل مي‌شود كه حتي الامكان دماي آب ورودي كلكتور به دماي هواي محيط نزديك باشد. هم‌چنين عوامل تاثير گذار بر بازده يك كلكتور خورشيدي صفحه تخت، از جمله فاصله بين رايزرها، نوع پوشش شيشه‌اي كلكتور، ضخامت عايق حرارتي، جنس عايق، نوع سيال انتقال حرارت و... مورد بررسي و تحليل قرار گرفته و با توجه به مقايسه هاي انجام شده مي‌توان نمودارهاي مفيدي پيرامون بازده كلكتور بر اساس پارامترهاي تاثيرگذار رسم نمود. اين نمودار‌ها علاوه بر استفاده در صنعت ساخت تجهيزات خورشيدي، مي‌تواند به عنوان راهنما جهت تست ساير كلكتورهاي مشابه مورد استفاده قرار گيرد.
فهرست مطالب
|
چكيده 1 |
||||
|
مقدمه 2 |
||||
|
فصل اول : كليات |
||||
|
° 1-1) مقدمه |
||||
|
° 1-2) تاريخچه |
||||
|
° 1-3) كاربردهاي انرژي خورشيدي |
||||
|
فصل دوم : انواع كلكتور خورشيدي و بررسي استانداردهاي مربوطه |
||||
|
° 2-1) مقدمه |
||||
|
° 2-2) كلكتورهاي صفحه تخت |
||||
|
° 2-2-1) صفحه جاذب |
||||
|
° 2-2-2) صفحات پوششي يا جداري |
||||
|
° 2-2-3) محفظه كلكتور |
||||
|
° 2-3) كلكتور لوله خلاء |
||||
|
° 2-4) كلكتور سهموي |
||||
|
° 2-5) زاويه شيب كلكتور خورشيدي |
||||
|
° 2-6) مقايسه استاندارهاي تست كلكتورهاي تخت خورشيدي 9806-1ISO، EN 12975-2 و ASHRAE 93 |
||||
|
° 2-6-1) استاندارد ASHRAE 93 |
||||
|
° 2-6-1-1) تست ثابت زماني- τ |
||||
|
° 2-6-1-2) تست بازده حرارتي -gη |
||||
|
° 2-6-1-3) تست اصلاح كننده زاويه تابش - Kθb(θ) |
||||
|
° 2-6-1-4) توزيع دماي ورودي به كلكتور براي تست بازده حرارتي |
||||
|
فهرست مطالب |
||||
° |
||||
|
° 2-6-1-5) مدت زمان انجام تست |
||||
|
° 2-6-2) استاندارد ISO 9806-1 و EN 12975-2 |
||||
|
° 2-6-2-1) تست ثابت زماني- τ |
||||
|
° 2-6-2-2) تست بازده حرارتي -gη |
||||
|
° 2-6-2-3) تست اصلاح كننده زاويه تابش - Kθb(θ) |
||||
|
° 2-6-2-4) توزيع دماي ورودي به كلكتور براي تست بازده حرارتي |
||||
|
° 2-6-2-5) روش تست شبه ديناميكي استاندارد EN12975-2 |
||||
|
° 2-7) مقايسه استاندارد ها |
||||
|
فصل سوم : آب‌گرم‌كن‌هاي خورشيدي و بررسي استانداردهاي مربوطه |
||||
|
3-1) مقدمه |
||||
|
3-2) اجزاي آب‌گرم‌كن خورشيدي |
||||
|
3-3) شرح دستگاه آب‌گرم‌كن خورشيدي |
||||
|
3-4) انواع آب‌گرم‌كن‌هاي خورشيدي |
||||
|
° 3-4-1) سيستم گردش اجباري |
||||
|
° 3-4-1-1) سيستم گردش اجباري- مدار بسته |
||||
|
° 3-4-1-2) سيستم گردش اجباري- مدار باز |
||||
|
° 3-4-2) سيستم با گردش طبيعي |
||||
|
° 3-4-2-1) سيستم گردش طبيعي- ترموسيفون- مدار باز |
||||
|
° 3-4-2-2) سيستم گردش طبيعي- ترموسيفون- مدار بسته |
||||
|
3-5) بررسي و مقايسه استانداردهاي آب‌گرم‌كن خورشيدي |
||||
|
° 3-5-1) استاندارد ISO 9459 |
||||
|
° 3-5-1-1) استانداردهاي راندمان ( عملكرد ) سيستم |
||||
|
° 3-5-1-2) روش آزمون بر اساس تست در فضاي داخلي |
||||
|
° 3-5-1-3) آزمون در فضاي خارج براي سيستم‌هاي فقط خورشيدي |
||||
|
° 3-5-1-4) آزمون در فضاي خارجي براي سيستم‌هاي آب‌گرم‌كن خورشيدي با گرم‌كن كمكي با يك مخزن ذخيره |
||||
|
° 3-5-2) استانداردهاي اروپايي براي سيستم‌هاي گرمايش خورشيدي |
||||
|
° 3-5-2-1) استانداردهاي اروپايي جديد |
||||
|
° 3-5-2-2) روش‌هاي تست براي سيستم‌هاي آب‌گرم‌كن‌هاي خورشيدي ( EN 12976-2و ENV 12977-2) |
||||
|
° 3-5-3) استاندارد ASHRAE 95 |
||||
|
° 3-5-4) مقايسه استانداردهاي تست آب‌گرم‌كن خورشيدي |
||||
|
° 3-5-4-1) مقايسه سه استاندارد9459-2 ISO ، ISO 9459-3و ASHRAE 95 |
||||
|
فصل چهارم : معادلات حاكم بر تعيين عملكرد كلكتورهاي صفحه تخت و حل نمونه عددي |
||||
|
4-1) مقدمه |
||||
|
4-2) تابش خورشيدي |
||||
|
4-3) تشعشع جذب شده و عبور تشعشع از ميان پوشش شيشه‌اي |
||||
|
° 4-3-1) انعكاس تشعشع |
||||
|
° 4-3-2) جذب پوشش شيشه‌اي |
||||
|
° 4-3-3) حاصل‌ضرب ضريب هاي عبور – جذب ( ) |
||||
|
4-4) كلكتورهاي صفحه تخت و معادلات مربوطه |
||||
|
° 4-4-1) انرژي مفيد |
||||
|
° 4-4-2) توزيع دما در كلكتورهاي صفحه تخت خورشيدي |
||||
|
° 4-4-3) ضريب انتقال گرماي كل يك كلكتور |
||||
|
° 4-4-4) توزيع دما بين لوله‌ها و ضريب بازدهي كلكتور |
||||
|
° 4-4-4-1) لوله در زير صفحه جاذب |
||||
|
° 4-4-4-2) لوله در بالاي صفحه جاذب |
||||
|
° 4-4-4-3) لوله در وسط صفحه جاذب |
||||
|
° 4-4-5) ضريب دفع گرماي كلكتور و ضريب جريان |
||||
|
4-5) تست كلكتور |
||||
|
° 4-5-1) بازده |
||||
|
4-6) حل عددي |
||||
|
4-7) مشخصات تجهيزات مورد استفاده |
||||
|
4-8) مشخصات فني كلكتور صفحه تخت |
||||
|
4-9) حل معادلات براي يك حالت نمونه |
||||
|
فصل پنجم : آزمايش، نتايج و ترسيم نمودارهاي مربوطه |
||||
|
° 5-1) مقدمه |
||||
|
° 5-2) روش انجام آزمايش |
||||
|
° 5-3) نتايج |
||||
|
° 5-4) نمودار‌ها و تحليل |
||||
|
° 5-4-1) نمودارهاي داده‌هاي هواشناسي |
||||
|
° 5-4-2) تغييرات دماي خروجي از كلكتور بر حسب تغييرات دبي |
||||
|
° 5-4-3) بررسي انرژي دريافتي مدل تئوري و تجربي |
||||
|
° 5-4-4) بررسي بازده كلكتور در مدل‌هاي تئوري و تجربي |
||||
|
° 5-4-5) نمودارهاي افت دما در مسير آب ورودي |
||||
|
° 5-5) بررسي اثر پارامترهاي مختلف |
||||
|
° 5-5-1) تاثير موقعيت قرارگيري لوله و صفحه جاذب |
||||
|
° 5-5-2) تاثير زاويه كلكتور خورشيدي |
||||
|
° 5-5-3) تاثير تعداد شيشه‌هاي محافظ كلكتور |
||||
|
° 5-5-4) تاثير فاصله بين رايزرهاي صفحه جاذب بر بازده كلكتور |
||||
|
° 5-5-5) تاثير پوشش صفحه جاذب بر بازده كلكتور |
||||
|
° 5-5-6) تاثير ضخامت عايق حرارتي بر بازده كلكتور |
||||
|
° 5-5-7) تاثير جنس عايق بر بازده كلكتور |
||||
|
° 5-5-8) تاثير نوع سيال انتقال حرارت بر بازده كلكتور |
||||
|
° 5-5-9) تاثير فشار گاز داخل كلكتور بر بازده |
||||
|
نتيجه گيري |
||||
|
پيشنهادات براي ادامه طرح |
||||
|
منابع و ماخذ |
||||
|
فهرست منابع فارسي |
||||
|
فهرست منابع لاتين |
||||
|
چكيده انگليسي |
||||
فهرست جدول ها
|
عنوان |
شماره صفحه |
|
2-1- شرايط تست شبه ديناميكي |
19 |
|
2-2- دماي متوسط سيال و شرايط آب و هوايي براي هر نوع روز |
20 |
|
2-3- بيشترين دماي خروجي بر اساس نوع كلكتور |
20 |
|
2-4- مقايسه حدود مجاز پارامترهاي مختلف جهت دست‌يابي به شرايط يكنواخت در سه استاندارد |
21 |
|
2-5- شرايط آب و هوايي لازم در سه استاندارد |
21 |
|
2-6- شرايط زماني بازه داده و پيش بازه داده براي تست در حالت كلكتور ساكن |
22 |
|
3-1- تشابه پارامترهاي تست آب‌گرم‌كن خورشيدي در ISO 9459-2، ISO 9459-3 ، ASHRAE 95 |
36 |
|
3-2- تفاوت‌هاي پارامترهاي تست آب‌گرم‌كن خورشيدي در ISO 9459-2 ، ISO 9459-3، ASHRAE 95 |
36 |
|
4-1- مشخصات فني كلكتور مورد آزمايش، ساخت شركت دريا |
64 |
|
4-2 - پارامترهاي موثر جهت حل يك نمونه عددي |
65 |
|
5-1 - مقادير محاسبه شده با دبي 200 ليتر بر ساعت |
70 |
|
5-2 - مقادير محاسبه شده با دبي 150 ليتر بر ساعت |
71 |
|
5-3 - مقادير محاسبه شده با دبي 100 ليتر بر ساعت |
71 |
فهرست شكل‌ها
|
عنوان |
شماره صفحه |
|
2-1- كاركرد كلكتور صفحه تخت در حالت كلي |
8 |
|
2-2 - كلكتور صفحه تخت به همراه اجزاي آن |
9 |
|
2-3 - صفحه جاذب |
10 |
|
2-4 - فرآيند حرارتي يك كلكتور صفحه تخت |
11 |
|
2-5 - كلكتورتخت، مايع و هوايي |
12 |
|
2-6 - كلكتور لوله‌اي تحت خلاء |
13 |
|
2-7 - انواع كلكتورهاي تحت خلاء |
14 |
|
2-8 - كلكتور سهموي |
14 |
|
2-9 - زاويه كلكتور خورشيدي |
15 |
|
3-1- طرح ساده‌اي از يك آب‌گرم‌كن خورشيدي |
25 |
|
3-2- طرح كلي يك آب‌گرم‌كن خورشيدي به همراه قسمت‌هاي مختلف آن |
26 |
|
3-3- سيستم اجباري- مدار بسته |
28 |
|
3-4- سيستم اجباري- مدار باز |
28 |
|
3-5- آب‌گرم‌كن با سيستم ترموسيفون |
29 |
|
3-6- سيستم گردش طبيعي- ترموسيفون- مدار باز |
30 |
|
3-7- سيستم گردش طبيعي- ترموسيفون- مدار بسته |
30 |
|
4-1- زواياي تابش و انعكاس در محيطي با ضريب شكست هاي و |
40 |
|
4-2- عبور از يك پوشش شيشه‌اي غير جاذب |
41 |
|
4-3- جذب تابش خورشيد توسط صفحه جاذب زير شبكه پوشش شيشه‌اي |
42 |
|
4-4- برش عمودي از يك گردآورنده خورشيدي |
43 |
|
4-5- توزيع دماي صفحه جاذب |
44 |
|
4-6- شبكه گرمايي يك گردآورنده صفحه تخت با يك پوشش شيشه‌اي |
46 |
|
4-7- شبكه گرمايي معادل |
46 |
|
4-8- a- تركيب لوله و صفحه جاذب |
48 |
|
4-8-b,c- معادله انرژي صفحه جاذب |
49 |
|
4-9- مقاومت‌هاي ايجاد شده در مقابل جريان گرما به سيال در حالتي‌كه لوله در زير صفحه جاذب باشد |
52 |
|
4-10- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتي‌كه لوله در زير صفحه جاذب باشد |
52 |
|
4-11- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتي‌كه لوله در بالاي صفحه جاذب باشد |
54 |
|
4-12- مقاومت‌هاي ايجاد شده در مقابل جريان گرما به سيال در حالتي‌كه لوله در بالاي صفحه جاذب باشد |
54 |
|
4-13- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتي‌كه لوله در وسط صفحه جاذب باشد |
56 |
|
4-14- مقاومت‌هاي ايجاد شده در مقابل جريان گرما به سيال در حالتي‌كه لوله در وسط صفحه جاذب باشد |
56 |
|
4-15- پيرانومتر و دما سنج نصب شده در سايت تست |
60 |
|
4-16- باد سنج و ثبت كننده اطلاعات |
60 |
|
4-17- باد سنج، ثبت كننده اطلاعات و مخزن ذخيره |
61 |
|
4-18- سنسور دما و نمايشگر ديجيتالي |
62 |
|
4-19- پمپ و مانومتر |
62 |
|
4-20- شير كنترل كننده دبي و كلكتور صفحه تخت |
63 |
|
4-21- نماي كلي از تجهيزات نصب شده در سايت تست دانشگاه آزاد اسلامي تهران جنوب |
63 |
|
5-1- داده‌هاي ثبت شده توسط ايستگاه هواشناسي در روز 8 آگوست 2011 |
72 |
|
5-2- دماي هوا و ميزان تشعشع در روز 8 آگوست 2011 براي نقاط داده برداري شده |
72 |
|
5-3- دماي ورودي و خروجي در حالت‌هاي تئوري و تجربي با دبي آب 200 ليتر بر ساعت |
73 |
|
5-4- دماي ورودي و خروجي در حالت‌هاي تئوري و تجربي با دبي آب 150 ليتر بر ساعت |
73 |
|
5-5- دماي ورودي و خروجي در حالت‌هاي تئوري و تجربي با دبي آب 100 ليتر بر ساعت |
74 |
|
5-6- ميزان خطاي اطلاعات ثبت شده از سايت تست |
74 |
|
5-7- اختلاف دماي ورودي و خروجي براي دبي‌هاي مختلف |
75 |
|
5-8- انرژي دريافتي در مدل تئوري و تجربي با دبي آب 200 ليتر بر ساعت |
76 |
|
5-9- انرژي دريافتي در مدل تئوري و تجربي با دبي آب 150 ليتر بر ساعت |
76 |
|
5-10- انرژي دريافتي در مدل تئوري و تجربي با دبي آب 100 ليتر بر ساعت |
77 |
|
5-11- انرژي دريافتي در مدل تئوري و تجربي با دبي‌هاي آب گذرنده مختلف |
77 |
|
5-12- مقدار انرژي كسب شده توسط كلكتور صفحه تخت |
78 |
|
5-13- مقايسه حرارت اندازه‌گيري شده و مورد انتظار براي كلكتور با دبي 200 ليتر بر ساعت |
79 |
|
5-14- مقايسه حرارت اندازه‌گيري شده و مورد انتظار براي كلكتور با دبي 150 ليتر بر ساعت |
79 |
|
5-15- مقايسه حرارت اندازه‌گيري شده و مورد انتظار براي كلكتور با دبي 100 ليتر بر ساعت |
79 |
|
5-16- بازده مدل تئوري و تجربي با دبي آب گذرنده 200 ليتر بر ساعت |
80 |
|
5-17- بازده مدل تئوري و تجربي با دبي آب گذرنده 150 ليتر بر ساعت |
81 |
|
5-18- بازده مدل تئوري و تجربي با دبي آب گذرنده 100 ليتر بر ساعت |
81 |
|
5-19- مقايسه بازده مدل تئوري و تجربي با دبي‌هاي آب گذرنده متفاوت |
82 |
|
5-20- مقايسه مقادير تئوري و تجربي بازده كلكتور |
82 |
|
5-21- افت دماي مسير مخزن تا ورودي كلكتور با دبي 200 ليتر بر ساعت |
83 |
|
5-22- افت دماي مسير مخزن تا ورودي كلكتور با دبي 150 ليتر بر ساعت |
83 |
|
5-23- افت دماي مسير مخزن تا ورودي كلكتور با دبي 100 ليتر بر ساعت |
84 |
|
5-24- انرژي دريافتي كلكتور صفحه تخت با توجه به موقعيت قرار گيري لوله و صفحه جاذب |
85 |
|
5-25- انرژي دريافتي كلكتور صفحه تخت با توجه به زاويه كلكتور با سطح زمين |
86 |
|
5-26- انرژي دريافتي كلكتور صفحه تخت با تعداد كاورهاي شيشه‌اي كلكتور |
86 |
|
5-27- بازده كلكتور صفحه تخت با توجه به فاصله بين رايزرهاي صفحه جاذب |
87 |
|
5-28- بازده كلكتور صفحه تخت با توجه به ضريب نشر كاور شيشه‌اي كلكتور |
88 |
|
5-29- نمودارهاي بازده كلكتور خورشيدي براي ضخامت‌هاي مختلف عايق حرارتي |
88 |
|
5-30- اثر جنس عايق بر بازده كلكتور خورشيدي |
89 |
|
5-31- اثر نوع سيال انتقال حرارت بر بازده كلكتور خورشيدي |
89 |
|
5-32- اثر فشار گاز داخل كلكتور بر بازده |
90 |
