بررسی تئوری و تجربی عملکرد یک آب‌گرم‌کن خورشیدی با کلکتور صفحه تخت
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 به‌صورت تئوری مدل شده، پس از آن با استفاده از یک سیستم آب‌گرم‌کن خورشیدی و استفاده از یک کلکتور صفحه تخت به عنوان جاذب انرژی خورشید، داده‌های مورد نیاز به طور 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 9806-1مدل 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 به‌صورت موازی قرار گرفته‌اند. صفحات جاذب از فین های مجزا تشکیل شده‌اند. جنس فین ها از آلومینیوم بوده و از شیشه معمولی به ضخامت mm4 به عنوان پوشش صفحه جاذب برای جلوگیری از اتلافات جابجایی و تابشی استفاده شده‌است. از آن‌جایی که آزمون‌ها در فصل تابستان انجام شده‌است 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) به عنوان 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 به‌صورت 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 به عنوان راهنما جهت تست سایر کلکتورهای مشابه مورد استفاده قرار گیرد.
فهرست مطالب
چکیده 1 مقدمه 2 فصل اول : کلیات ° 1-1) مقدمه ° 1-2) تاریخچه ° 1-3) کاربردهای انرژی خورشیدی فصل دوم : انواع کلکتور خورشیدی و بررسی استانداردهای مربوطه ° 2-1) مقدمه ° 2-2) کلکتورهای صفحه تخت ° 2-2-1) صفحه جاذب ° 2-2-2) صفحات پوششی یا جداری ° 2-2-3) محفظه کلکتور ° 2-3) کلکتور لوله خلاء ° 2-4) کلکتور سهموی ° 2-5) زاویه شیب کلکتور خورشیدی ° 2-6) مقایسه استاندارهای تست کلکتورهای تخت خورشیدی 9806-1ISO، EN 12975-2 و ASHRAE 93 ° 2-6-1) استاندارد ASHRAE 93 ° 2-6-1-1) تست ثابت زمانی- τ ° 2-6-1-2) تست بازده حرارتی -gη ° 2-6-1-3) تست اصلاح کننده زاویه تابش - Kθb(θ) ° 2-6-1-4) توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی فهرست مطالب عنوان مطالبشماره صفحه ° ° 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 زمانی- τ ° 2-6-2-2) تست بازده حرارتی -gη ° 2-6-2-3) تست اصلاح کننده زاویه تابش - Kθb(θ) ° 2-6-2-4) توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی ° 2-6-2-5) روش تست شبه دینامیکی استاندارد EN12975-2 ° 2-7) مقایسه استاندارد ها فصل سوم : آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی و بررسی استانداردهای مربوطه 3-1) مقدمه 3-2) اجزای آب‌گرم‌کن خورشیدی 3-3) شرح دستگاه آب‌گرم‌کن خورشیدی 3-4) انواع آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی ° 3-4-1) سیستم گردش اجباری ° 3-4-1-1) سیستم گردش اجباری- مدار بسته ° 3-4-1-2) سیستم گردش اجباری- مدار باز ° 3-4-2) سیستم با گردش طبیعی ° 3-4-2-1) سیستم گردش طبیعی- ترموسیفون- مدار باز ° 3-4-2-2) سیستم گردش طبیعی- ترموسیفون- مدار بسته 3-5) بررسی و مقایسه استانداردهای آب‌گرم‌کن خورشیدی ° 3-5-1) استاندارد ISO 9459 ° 3-5-1-1) استانداردهای راندمان ( عملکرد ) سیستم ° 3-5-1-2) روش آزمون بر اساس تست در فضای داخلی ° 3-5-1-3) آزمون در فضای خارج برای سیستم‌های فقط خورشیدی ° 3-5-1-4) آزمون در فضای خارجی برای سیستم‌های آب‌گرم‌کن خورشیدی با گرم‌کن کمکی با یک مخزن ذخیره ° 3-5-2) استانداردهای اروپایی برای سیستم‌های گرمایش خورشیدی ° 3-5-2-1) استانداردهای اروپایی جدید ° 3-5-2-2) روش‌های تست برای سیستم‌های آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی ( EN 12976-2و ENV 12977-2) ° 3-5-3) استاندارد ASHRAE 95 ° 3-5-4) مقایسه استانداردهای تست آب‌گرم‌کن خورشیدی ° 3-5-4-1) مقایسه سه استاندارد9459-2 ISO ، ISO 9459-3و ASHRAE 95 فصل چهارم : معادلات حاکم بر تعیین عملکرد کلکتورهای صفحه تخت و حل نمونه عددی 4-1) مقدمه 4-2) تابش خورشیدی 4-3) تشعشع جذب شده و عبور تشعشع از میان پوشش شیشه‌ای ° 4-3-1) انعکاس تشعشع ° 4-3-2) جذب پوشش شیشه‌ای ° 4-3-3) حاصل‌ضرب ضریب های عبور – جذب ( ) 4-4) کلکتورهای صفحه تخت و معادلات مربوطه ° 4-4-1) انرژی مفید ° 4-4-2) توزیع دما در کلکتورهای صفحه تخت خورشیدی ° 4-4-3) ضریب انتقال گرمای کل یک کلکتور ° 4-4-4) توزیع دما بین لوله‌ها و ضریب بازدهی کلکتور ° 4-4-4-1) لوله در زیر صفحه جاذب ° 4-4-4-2) لوله در بالای صفحه جاذب ° 4-4-4-3) لوله در وسط صفحه جاذب ° 4-4-5) ضریب دفع گرمای کلکتور و ضریب جریان 4-5) تست کلکتور ° 4-5-1) بازده 4-6) حل عددی 4-7) مشخصات تجهیزات مورد استفاده 4-8) مشخصات فنی کلکتور صفحه تخت 4-9) حل معادلات برای یک حالت نمونه فصل پنجم : آزمایش، نتایج و ترسیم نمودارهای مربوطه ° 5-1) مقدمه ° 5-2) روش انجام آزمایش ° 5-3) نتایج ° 5-4) نمودار‌ها و تحلیل ° 5-4-1) نمودارهای داده‌های هواشناسی ° 5-4-2) تغییرات دمای خروجی از کلکتور بر حسب تغییرات دبی ° 5-4-3) بررسی انرژی دریافتی مدل تئوری و تجربی ° 5-4-4) بررسی بازده کلکتور در مدل‌های تئوری و تجربی ° 5-4-5) نمودارهای افت دما در مسیر آب ورودی ° 5-5) بررسی اثر پارامترهای مختلف ° 5-5-1) تاثیر موقعیت قرارگیری لوله و صفحه جاذب ° 5-5-2) تاثیر زاویه کلکتور خورشیدی ° 5-5-3) تاثیر تعداد شیشه‌های محافظ کلکتور ° 5-5-4) تاثیر فاصله بین رایزرهای صفحه جاذب بر بازده کلکتور ° 5-5-5) تاثیر پوشش صفحه جاذب بر بازده کلکتور ° 5-5-6) تاثیر ضخامت عایق حرارتی بر بازده کلکتور ° 5-5-7) تاثیر جنس عایق بر بازده کلکتور ° 5-5-8) تاثیر نوع سیال انتقال حرارت بر بازده کلکتور ° 5-5-9) 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
عنوانشماره صفحه
2-1- شرایط تست شبه دینامیکی19 2-2- دمای متوسط سیال و شرایط آب و هوایی برای هر نوع روز20 2-3- بیشترین دمای خروجی بر اساس نوع کلکتور20 2-4- مقایسه حدود مجاز پارامترهای مختلف جهت دست‌یابی به شرایط یکنواخت در سه استاندارد21 2-5- شرایط آب و هوایی لازم در سه استاندارد21 2-6- شرایط زمانی بازه داده و پیش بازه داده برای تست در حالت کلکتور ساکن22 3-1- تشابه پارامترهای تست آب‌گرم‌کن خورشیدی در ISO 9459-2، ISO 9459-3 ، ASHRAE 9536 3-2- تفاوت‌های پارامترهای تست آب‌گرم‌کن خورشیدی در ISO 9459-2 ، ISO 9459-3، ASHRAE 9536 4-1- مشخصات فنی کلکتور مورد آزمایش، ساخت شرکت دریا64 4-2 - پارامترهای موثر جهت حل یک نمونه عددی65 5-1 - مقادیر محاسبه شده با دبی 200 لیتر بر ساعت70 5-2 - مقادیر محاسبه شده با دبی 150 لیتر بر ساعت71 5-3 - مقادیر محاسبه شده با دبی 100 لیتر بر ساعت71
فهرست شکل‌ها
عنوانشماره صفحه
2-1- کارکرد کلکتور صفحه تخت در حالت کلی8 2-2 - کلکتور صفحه تخت به همراه اجزای آن9 2-3 - صفحه جاذب10 2-4 - فرآیند حرارتی یک کلکتور صفحه تخت11 2-5 - کلکتورتخت، مایع و هوایی12 2-6 - کلکتور لوله‌ای تحت خلاء13 2-7 - انواع کلکتورهای تحت خلاء14 2-8 - کلکتور سهموی14 2-9 - زاویه کلکتور خورشیدی15 3-1- طرح ساده‌ای از یک آب‌گرم‌کن خورشیدی25 3-2- طرح کلی یک آب‌گرم‌کن خورشیدی به همراه قسمت‌های مختلف آن26 3-3- سیستم اجباری- مدار بسته28 3-4- سیستم اجباری- مدار باز28 3-5- آب‌گرم‌کن با سیستم ترموسیفون29 3-6- سیستم گردش طبیعی- ترموسیفون- مدار باز30 3-7- سیستم گردش طبیعی- ترموسیفون- مدار بسته30 4-1- زوایای تابش و انعکاس در محیطی با ضریب شکست های و40 4-2- عبور از یک پوشش شیشه‌ای غیر جاذب41 4-3- جذب تابش خورشید توسط صفحه جاذب زیر شبکه پوشش شیشه‌ای42 4-4- برش عمودی از یک گردآورنده خورشیدی43 4-5- توزیع دمای صفحه جاذب44 4-6- شبکه گرمایی یک گردآورنده صفحه تخت با یک پوشش شیشه‌ای46 4-7- شبکه گرمایی معادل46 4-8- a- ترکیب لوله و صفحه جاذب48 4-8-b,c- معادله انرژی صفحه جاذب49 4-9- مقاومت‌های ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتی‌که لوله در زیر صفحه جاذب باشد52 4-10- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتی‌که لوله در زیر صفحه جاذب باشد52 4-11- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتی‌که لوله در بالای صفحه جاذب باشد54 4-12- مقاومت‌های ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتی‌که لوله در بالای صفحه جاذب باشد54 4-13- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتی‌که لوله در وسط صفحه جاذب باشد56 4-14- مقاومت‌های ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتی‌که لوله در وسط صفحه جاذب باشد56 4-15- پیرانومتر و دما سنج نصب شده در سایت تست60 4-16- باد سنج و ثبت کننده اطلاعات60 4-17- باد سنج، ثبت کننده اطلاعات و مخزن ذخیره61 4-18- سنسور دما و نمایشگر دیجیتالی62 4-19- پمپ و مانومتر62 4-20- شیر کنترل کننده دبی و کلکتور صفحه تخت63 4-21- نمای کلی از تجهیزات نصب شده در سایت تست دانشگاه آزاد اسلامی تهران جنوب63 5-1- داده‌های ثبت شده توسط ایستگاه هواشناسی در روز 8 آگوست 201172 5-2- دمای هوا و میزان تشعشع در روز 8 آگوست 2011 برای نقاط داده برداری شده72 5-3- دمای ورودی و خروجی در حالت‌های تئوری و تجربی با دبی آب 200 لیتر بر ساعت73 5-4- دمای ورودی و خروجی در حالت‌های تئوری و تجربی با دبی آب 150 لیتر بر ساعت73 5-5- دمای ورودی و خروجی در حالت‌های تئوری و تجربی با دبی آب 100 لیتر بر ساعت74 5-6- میزان خطای اطلاعات ثبت شده از سایت تست74 5-7- اختلاف دمای ورودی و خروجی برای دبی‌های مختلف75 5-8- انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 200 لیتر بر ساعت76 5-9- انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 150 لیتر بر ساعت76 5-10- انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 100 لیتر بر ساعت77 5-11- انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی‌های آب گذرنده مختلف77 5-12- مقدار انرژی کسب شده توسط کلکتور صفحه تخت78 5-13- مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 200 لیتر بر ساعت79 5-14- مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 150 لیتر بر ساعت79 5-15- مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 100 لیتر بر ساعت79 5-16- بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 200 لیتر بر ساعت80 5-17- بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 150 لیتر بر ساعت81 5-18- بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 100 لیتر بر ساعت81 5-19- مقایسه بازده مدل تئوری و تجربی با دبی‌های آب گذرنده متفاوت82 5-20- مقایسه مقادیر تئوری و تجربی بازده کلکتور82 5-21- افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 200 لیتر بر ساعت83 5-22- افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 150 لیتر بر ساعت83 5-23- افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 100 لیتر بر ساعت84 5-24- انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با توجه به موقعیت قرار گیری لوله و صفحه جاذب85 5-25- انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با توجه به زاویه کلکتور با سطح زمین86 5-26- انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با تعداد کاورهای شیشه‌ای کلکتور86 5-27- بازده کلکتور صفحه تخت با توجه به فاصله بین رایزرهای صفحه جاذب87 5-28- بازده کلکتور صفحه تخت با توجه به ضریب نشر کاور شیشه‌ای کلکتور88 5-29- نمودارهای بازده کلکتور خورشیدی برای ضخامت‌های مختلف عایق حرارتی88 5-30- اثر جنس عایق بر بازده کلکتور خورشیدی89 5-31- اثر نوع سیال انتقال حرارت بر بازده کلکتور خورشیدی89 5-32- اثر فشار گاز داخل کلکتور بر بازده90
مشخصات فروشنده
نام و نام خانوادگی : علیرضا خشاوه پور
شماره تماس : 09357717947 - 05137573265
ایمیل :info@cero.ir
سایت :cero.ir
برای خرید و دانلود فایل و گزارش خرابی از لینک های روبرو اقدام کنید...
پرداخت و دانلودگزارش خرابی و شکایت از فایل