بررسی تئوری و تجربی عملکرد یک آب‌گرم‌کن خورشیدی با کلکتور صفحه تخت
(تحت حمایت شرکت بهینه سازی مصرف سوخت کشور)
برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی شود
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

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 به‌صورت تئوری مدل شده، پس از آن با بهره گرفتن 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 9806-1 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 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.

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 كه به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین 1800 تا 2200 كیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده‌است كه البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روزآفتابی گزارش شده‌است كه 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 بهره گرفتن 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.

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[

كشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده كه به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین 1800 تا 2200 كیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده‌است كه البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روز آفتابی گزارش شده‌است كه 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.

تاریخچه :

از بدو پیدایش حیات در روی زمین انرژی خورشیدی در پدیده فتوسنتز کاربرد داشته است. در پیدایش ساختمان جهت سکونت، انسان از نور خورشید به‌طور طبیعی برای روشنایی و گرمایش خود استفاده نموده است. اولین و شاید تنها استفاده نظامی از انرژی خورشیدی توسط ارشمیدس در شهر سیراکوز در شرق جزیره سیسیل که در تصرف یونان بود انجام شد. او موفق گردید با منعکس کردن نور خورشید بوسیله چند آینه روی بادبان کشتی ها، آن‌ها را به آتش بکشد و بدین ترتیب کشتی‌های جنگی رومیان را که به جزیره سیسیل حمله کرده بودند از کار بیاندازد. امروزه از این اصل یعنی منعکس نمودن نور خورشید توسط چند آینه به یک نقطه، در تبدیل انرژی خورشیدی به گرمایی و سپس الکتریکی استفاده می‌شود. استفاده‌های صنعتی و پیشرفته انرژی خورشیدی از سال‌های 1770 میلادی آغاز گردید. شاید جالب ترین استفاده از آفتاب در کشف گاز اکسیژن صورت گرفته باشد. پریستلی در سال 1774 توانست نور خورشید را روی ظروف حاوی اکسید جیوه متمرکز نموده و گازی تولید کند که بعد ها اکسیژن نامیده شد. در سال 1872 اولین واحد خورشیدی برای نمک زدایی آب دریا در شمال کشور شیلی ساخته شد. این واحد با سطح 5100 متر مربع می توانست حدود 24 متر مکعب آب شیرین در روز تولید نماید. از اواخر سال‌های 1800 تا اوایل سال‌های 1900 ، تعدادی متمرکز کننده خورشیدی جهت دست‌یابی به دماهای بالا برای تولید بخار در فرانسه ، آمریکا و مصر ساخته شد که از بخار حاصله برای راه اندازی ماشین های بخار و آبیاری استفاده می‌گردید. ]2[

در سال 1880 اولین کلکتور تخت خورشیدی بوسیله چارلز تلیر ساخته شد. در سال 1888 وستر پیشنهاد استفاده از انرژی خورشیدی در ترموکوپل‌ها را ارائه داد به این ترتیب که با متمرکز کردن انرژی خورشیدی روی ترموکوپل و با بهره گرفتن از اساس کار آن‌ها و ایجاد منابع گرم و سرد، انرژی الکتریکی در دو سر سیم نیکل و آهن ایجاد نمود.

در قرن بیستم استفاده از کلکتورها جهت تولید بخار در نیروگاه‌های برقی مورد توجه زیادی قرار گرفت. گرم کردن ساختمآن‌ها با بهره گرفتن از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در سال‌های 1930 مطرح و در یک دهه به پیشرفت‌های قابل توجهی نایل آمد. اولین خانه خورشیدی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست آمریکا در سال 1938 ساخته شد. پیشرفت در طراحی و ساخت خانه‌های خورشیدی و آب‌گرم‌کن‌ها آن چنان سریع بود که تصور می‌شد تا سال 1970 گرمایش میلیون‌ها خانه در کشورهای مختلف بوسیله انرژی خورشید تأمین خواهد شد اما نه تنها چنین نشد، آمار نشان می‌دهد که گرمایش خورشیدی در سال‌های 1970 نسبت به 1955 کمتر هم شده بود. بالا بودن هزینه‌های اولیه چنین سیستم‌هایی، و در عین حال عرضه نفت و گاز ارزان، سد راه پیشرفت این سیستم‌ها شده بود. اما بحران انرژی در سال 1974 و از طرفی پیشرفت تکنیک ساخت کلکتورهای مختلف خورشیدی، و احتمال کاهش یا اتمام بعضی از منابع زیر زمینی، بار دیگر توجه جهانیان را به انرژی خورشیدی جلب کرده و تلاش های زیادی در اکثر کشورهای جهان، در جهت تکامل و پیشرفت این تکنیک صورت می‌گیرد.