بررسی تئوری و تجربی عملکرد یک آب‌گرم‌کن خورشیدی با کلکتور صفحه تخت

چكیده 1

مقدمه 2

فصل اول : كلیات

° 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 - Kθ_b(θ)

° 2-6-1-4) توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی

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 زمانی- τ

° 2-6-2-2) تست بازده حرارتی -_gη

° 2-6-2-3) تست اصلاح کننده زاویه تابش - Kθ_b(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

چكیده انگلیسی

عنوان

شماره صفحه

2-1- شرایط تست شبه دینامیکی

19

2-2- دمای متوسط سیال و شرایط آب و هوایی برای هر نوع روز

20

2-3- بیشترین دمای خروجی بر اساس نوع کلکتور

20

2-4- مقایسه حدود مجاز پارامتر‌های مختلف جهت دست‌یابی به شرایط یکنواخت در سه استاندارد

21

2-5- شرایط آب و هوایی لازم در سه استاندارد

21

2-6- شرایط زمانی بازه داده و پیش بازه داده برای تست در حالت کلکتور ساکن

22

3-1- تشابه پارامتر‌های تست آب‌گرم‌کن خورشیدی در ISO 9459-2، ISO 9459-3 ، ASHRAE 95

36

3-2- تفاوت‌های پارامتر‌های تست آب‌گرم‌کن خورشیدی در ISO 9459-2 ، ISO 9459-3، ASHRAE 95

36

4-1- مشخصات فنی کلکتور مورد آزمایش، ساخت شرکت دریا

64

4-2 - پارامترهای موثر جهت حل یک نمونه عددی

65

5-1 - مقادیر محاسبه شده با دبی 200 لیتر بر ساعت

70

5-2 - مقادیر محاسبه شده با دبی 150 لیتر بر ساعت

71

5-3 - مقادیر محاسبه شده با دبی 100 لیتر بر ساعت

71

عنوان

شماره صفحه

8

2-2 - کلکتور صفحه تخت به همراه اجزای آن

9

2-3 - صفحه جاذب

10

2-4 - فرآیند حرارتی یک کلکتور صفحه تخت

11

2-5 - کلکتورتخت، مایع و هوایی

12

2-6 - کلکتور لوله‌ای تحت خلاء

13

2-7 - انواع کلکتورهای تحت خلاء

14

2-8 - کلکتور سهموی

14

2-9 - زاویه کلکتور خورشیدی

15

3-1- طرح ساده‌ای از یک آب‌گرم‌کن خورشیدی

25

3-2- طرح کلی یک آب‌گرم‌کن خورشیدی به همراه قسمت‌های مختلف آن

26

3-3- سیستم اجباری- مدار بسته

28

3-4- سیستم اجباری- مدار باز

28

3-5- آب‌گرم‌کن با سیستم ترموسیفون

29

3-6- سیستم گردش طبیعی- ترموسیفون- مدار باز

30

3-7- سیستم گردش طبیعی- ترموسیفون- مدار بسته

30

4-1- زوایای تابش و انعکاس در محیطی با ضریب شکست های و

40

4-2- عبور از یک پوشش شیشه‌ای غیر جاذب

41

4-3- جذب تابش خورشید توسط صفحه جاذب زیر شبکه پوشش شیشه‌ای

42

4-4- برش عمودی از یک گردآورنده خورشیدی

43

4-5- توزیع دمای صفحه جاذب

44

4-6- شبکه گرمایی یک گردآورنده صفحه تخت با یک پوشش شیشه‌ای

46

4-7- شبکه گرمایی معادل

46

4-8- a- ترکیب لوله و صفحه جاذب

48

4-8-b,c- معادله انرژی صفحه جاذب

49

4-9- مقاومت‌های ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتی‌که لوله در زیر صفحه جاذب باشد

52

4-10- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتی‌که لوله در زیر صفحه جاذب باشد

52

4-11- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتی‌که لوله در بالای صفحه جاذب باشد

54

4-12- مقاومت‌های ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتی‌که لوله در بالای صفحه جاذب باشد

54

4-13- نحوه اتصال لوله و صفحه جاذب در حالتی‌که لوله در وسط صفحه جاذب باشد

56

4-14- مقاومت‌های ایجاد شده در مقابل جریان گرما به سیال در حالتی‌که لوله در وسط صفحه جاذب باشد

56

4-15- پیرانومتر و دما سنج نصب شده در سایت تست

60

4-16- باد سنج و ثبت کننده اطلاعات

60

4-17- باد سنج، ثبت کننده اطلاعات و مخزن ذخیره

61

4-18- سنسور دما و نمایشگر دیجیتالی

62

4-19- پمپ و مانومتر

62

4-20- شیر کنترل کننده دبی و کلکتور صفحه تخت

63

4-21- نمای کلی از تجهیزات نصب شده در سایت تست دانشگاه آزاد اسلامی تهران جنوب

63

5-1- داده‌های ثبت شده توسط ایستگاه هواشناسی در روز 8 آگوست 2011

72

5-2- دمای هوا و میزان تشعشع در روز 8 آگوست 2011 برای نقاط داده برداری شده

72

5-3- دمای ورودی و خروجی در حالت‌های تئوری و تجربی با دبی آب 200 لیتر بر ساعت

73

5-4- دمای ورودی و خروجی در حالت‌های تئوری و تجربی با دبی آب 150 لیتر بر ساعت

73

5-5- دمای ورودی و خروجی در حالت‌های تئوری و تجربی با دبی آب 100 لیتر بر ساعت

74

5-6- میزان خطای اطلاعات ثبت شده از سایت تست

74

5-7- اختلاف دمای ورودی و خروجی برای دبی‌های مختلف

75

5-8- انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 200 لیتر بر ساعت

76

5-9- انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 150 لیتر بر ساعت

76

5-10- انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب 100 لیتر بر ساعت

77

5-11- انرژی دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی‌های آب گذرنده مختلف

77

5-12- مقدار انرژی کسب شده توسط کلکتور صفحه تخت

78

5-13- مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 200 لیتر بر ساعت

79

5-14- مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 150 لیتر بر ساعت

79

5-15- مقایسه حرارت اندازه‌گیری شده و مورد انتظار برای کلکتور با دبی 100 لیتر بر ساعت

79

5-16- بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 200 لیتر بر ساعت

80

5-17- بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 150 لیتر بر ساعت

81

5-18- بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 100 لیتر بر ساعت

81

5-19- مقایسه بازده مدل تئوری و تجربی با دبی‌های آب گذرنده متفاوت

82

5-20- مقایسه مقادیر تئوری و تجربی بازده کلکتور

82

5-21- افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 200 لیتر بر ساعت

83

5-22- افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 150 لیتر بر ساعت

83

5-23- افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور با دبی 100 لیتر بر ساعت

84

5-24- انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با توجه به موقعیت قرار گیری لوله و صفحه جاذب

85

5-25- انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با توجه به زاویه کلکتور با سطح زمین

86

5-26- انرژی دریافتی کلکتور صفحه تخت با تعداد کاورهای شیشه‌ای کلکتور

86

5-27- بازده کلکتور صفحه تخت با توجه به فاصله بین رایزرهای صفحه جاذب

87

5-28- بازده کلکتور صفحه تخت با توجه به ضریب نشر کاور شیشه‌ای کلکتور

88

5-29- نمودارهای بازده کلکتور خورشیدی برای ضخامت‌های مختلف عایق حرارتی

88

5-30- اثر جنس عایق بر بازده کلکتور خورشیدی

89

5-31- اثر نوع سیال انتقال حرارت بر بازده کلکتور خورشیدی

89

5-32- اثر فشار گاز داخل کلکتور بر بازده

90