پایان نامه مطالعه انواع آبگرمکن های خورشیدی موجود در ایران و طراحی بهینه آن

مقدمه :

میزان انرژی خورشیدی دریافتی در ایران به طور متوسط حدود 18 مگا جول بر متر مربع در روز، یا حدود 1016 مگا جول در سال در سطح کشور تخمین زده می شود. این مقدار انرژی بیش از 4000 برابر کل انرژی مصرفی در کشور می باشد. با این مقدار انرژی دریافتی و داشتن زمین های مناسب برای استفاده از آفتاب و تکنولوژی نسبتاً ساده کاربردهای مختلف انرژی خورشیدی، می توان کلیه نیازهای انرژی کشور را با استفاده از انرژی خورشیدی تأمین کرد.

استفاده های انرژی خورشیدی که در ایران کاربرد دارند به شرح زیر مورد بررسی قرار گرفته اند:

الف . دستگاههایی که به طور مستقیم از نور خورشید استفاده می کنند :

• تولید آب گرم مصرفی
• گرمایش طبیعی ساختمانها
• گرمایش غیر طبیعی ساختمانها
• سرمایش ساختمانها
• پخت غذا
• خشک کردن میوه، سبزی و ماهی
• نمک زدائی آب دریا
• تولید انرژی الکتریکی به طریق تبدیل مستقیم
• تولید انرژی الکتریکی از طریق تبدیل حرارتی (تبدیل غیر مستقیم)

ب. دستگاههائی که به طور غیر مستقیم از انرژی خورشید استفاده می نمایند :

1- سرمایش طبیعی ساختمانها و ذخیره سازی سرمای زمستان

2- تولید گاز متان با استفاده از فضولات حیوانی و کشاورزی

3- استفاده از انرژی باد

شرح مختصری از نحوه کار هریک از سیستم های فوق الذکر ارائه و هزینه ساخت و تولید و قیمت انرژی تولید شده هریک از آنها تعیین شده اند. مقایسه قیمت انرژی تولید شده در دستگاههای انرژی خورشیدی فوق الذکر با قیمت انرژی که از طریق سوختهای فسیلی متداول در کشور تولید می شود نشان می دهد که استفاده از انرژی خورشیدی اقتصادی نیست. علت اصلی اقتصادی نبودن استفاده از انرژی خورشیدی این است که مواد نفتی و برق در تمام نقاط کشور تقریباً به طور رایگان در اختیار مصرف کنندگان قرار دارند.

تعداد صفحات 137 word

فهرست مطالب

فصل 1 : طرح دیدگاه و اهداف پروژه ................................................... 1

مقدمه.................................................................................. 2

اهداف کلی پروژه ...................................................................... 9

کارایی................................................................................. 10

فصل 2 : بررسی آبگرمکن های خورشیدی............................................... 12

معیارهای طراحی آبگرمکن خورشیدی.................................................... 13

سیستم Recirculation (pluse)

سیستم Drainout (Drain down )

سیستم Drainback With Air Compressor.

سیستم Drainback with liquid level control.

سیستم Thermosyphon with electrically protected collecrtor

سیستم Drainout Thermosyphon.

سیستم Breadbox (batch 26

سیستم Coil in Ttank , Warp Around , Tank in Tank.

سیستم External Heat Exchanger.....

سیستم Darinback with load- side heat exchanger

سیستم Drainback with Collector – Side Heat Exchanger..

سیستم Two – phase – Thermosyphon.

سیستم One Phase Thermosyphon......

نتایج و بررسی سیستم های خورشیدی متناسب با ایران .................................. 38

فصل سوم : گرد آورنده های تخت خورشیدی............................................ 46

صفحه پوشش............................................................................ 50

فاصله هوایی......................................................................... 52

صفحات جاذب................................................................................ 53

طرحهای گوناگون صفحه جاذب و مجاری انتقال سیال......................................... 54

سیال عامل .................................................................................................. 60

عایقکاری........................................................................................... 61

قاب گرد آورنده ................................................................................................ 63

رشته های سری و موازی................................................................................... 64

فصل چهارم : اصول حاکم بر گرد آورنده های خورشیدی...................................................... 67

انتقال گرما به سیال............................................................................................. 68

جریان متلاطم و بدست آوردن ضریب انتقال گرما................................................. 69

جریان گذرا و بدست آوردن ضریب انتقال گرما........................................................ 70

جریان آرام و بدست آوردن ضریب انتقال گرما.......................................................... 73

بیلان انرژی برای یک گردآورنده تخت خورشیدی نمونه................................................. 74

متوسط ماهانه انرژی خورشیدی جذب شده ........................................................... 76

اثرات وضعیت سطح جذب بر روی مقدار انرژی دریافتی ....................................... 80

توزیع دما در گردآورنده های تخت خورشیدی.............................................................. 84

ضریب انتقال گرمای کل یک گردآورنده.................................................................. 85

چگونگی تغییر ضریب اتلاف فوقانی بر اثر تغییر فاصله...................................................... 88

توزیع دما بین لوله و ضریب بازدهی گردآورنده .................................................................... 91

توزیع دما در جهت جریان............................................................... 99

ضریب اخذ گرما و ضریب جریان گرد آورنده .............................................................. 100

میانگین دمای سیال و صفحه............................................................................... 103

طرحهای دیگر گردآورنده ....................................................................... 104

فصل پنجم : طراحی یک نمونه گرد آورنده تخت ............................................................. 107

منطقه طراحی................................................................................................ 109

مقدار آبگرم مصرفی......................................................................... 109

درجه حرارت آبگرم مصرفی................................................................... 110

درجه حرارت آب ورودی به گرد آورنده ............................................................. 110

تعداد گرد آورنده ها و چگونگی نصب آنها به هم................................................................. 110

زوایای حرکت خورشید...................................................................................... 111

جهت تابش خورشید.............................................................................. 119

نسبت بین تابش مستقیم بر روی یک صفحه شیبدار واقعی ................................ 119

زاویه شیب گرد آورنده ها .......................................... 123

محاسبه مقدار متوسط ماهانه تابش روزانه رسیده به سطح گرد آورنده ....................................... 123

بدست آوردن طول روز .................................................................................... 126

شکل گرد آورنده .................................................................................... 127

جنس صفحه جاذب.................................................................... 127

مشخصات رنگ.............................................................................................. 127

قطر و تعداد لوله ها در هر گرد آورنده ............................................ 128

بدست آوردن دبی حجمی و جرمی......................................................... 128

بدست آوردن عدد رینولدز در لوله ها..................................... 129

بدست آوردن ضریب انتقال گرما........................................................... 129

نوع پوشش........................................................................... 130

جنس قاب................................................................................... 130

نوع و ضخامت ............................................................... 130

دمای محیط................................................................... 131

بدست آوردن انرژی مورد نیاز ..................................................... 131

بدست آوردن ضریب اتلاف فوقانی................................................................. 132

بدست آوردن اتلاف تحتانی................................................................. 132

بدست آوردن ضریب اتلاف کلی ............................................................... 133

بدست آوردن سطح گرد آورنده ......................................................... 133

فاصله بین لوله ها................................................................................ 134

بدست آوردن بازدهی پره.......................................................... 134

بدست آوردن بازدهی گرد آورنده .............................................. 134

بدست آوردن ضریب انتقال گرمای گرد آورنده ........................................ 134

محاسبه دمای خروجی سیال................................................................................... 135

بدست آوردن بازدهی گرد آورنده ...................................................... 135

مشخصات دستگاه طراحی شده ............................................................... 136

منابع و مراجع ......................................................................... 138

ضمائم

آنالیز اگزرژی آبگرمکن‌های خورشیدی

عنوان تحقیق: آنالیز اگزرژی آبگرمکن‌های خورشیدی

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 106

شرح مختصر:

آبگرمکنهای خورشیدی پرکاربردترین سیستمهای حرارتی خورشیدی در جهانند. اصلی‌ترین بخش آنها کلکتور خورشیدی است که انرژی تابشی خورشید را جذب کرده و به سیال عامل انتقال می‌دهد. استفاده از راندمان قانون اول ترمودینامیک به عنوان یکی از مهمترین پارامترها جهت معرفی و مقایسه‌ی سیستمهای حرارتی از جمله کلکتورهای خورشیدی به طور متداول مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حالیکه قانون اول ترمودینامیک به تنهایی قادر به بیان عملکرد کمی و کیفی این سیستمها نمی‌باشد. در این تحقیق مدلی تئوری و جامع برای تحلیل انرژی (قانون اول ترمودینامیک) و اگزرژی (قانون دوم ترمودینامیک) کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت و لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی ارائه شده که در آن تاثیر مولفه‌های طراحی کلکتور روی عملکرد آن قابل بررسی است. پس از ارزیابی و تایید این مدل با استفاده از نتایج آزمایشات عملی به بررسی تاثیر پارامترهای طراحی مختلف روی راندمان انرژی و اگزرژی کلکتور پرداخته شده است.

فهرست:

چکیده. 1

مقدمه. 2

فصل اول: کلیات... 4

1-1) هدف.. 4

1-2) پیشینه‌ی تحقیق.. 4

1-3) روش کار و تحقیق.. 10

فصل دوم: کلکتورهای خورشیدی.. 12

2-1 ) کلکتور صفحه تخت... 12

2-1-1) ساختمان کلکتور صفحه تخت... 12

2-1-2) تاثیر آب و هوا بر کلکتور صفحه تخت 15

2-2 ) کلکتورهای لوله ای خلاء 15

2-2-1) انواع کلکتورهای لوله ای خلاء 16

2-3 ) کلکتورهای متمرکز کننده. 19

2-3-1 ) اجزای کلکتورهای متمرکز کننده 20

2-3-2 ) انواع کلکتورهای متمرکز کننده 20

فصل سوم : آبگرمکنهای خورشیدی.. 24

3-1 ) اجزای اصلی آبگرمکن های خورشیدی 25

3-1-1) کلکتور خورشیدی 25

3-1-2) مخزن ذخیره آب گرم.. 25

3-2-1 ) آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی 26

3-2-2) آبگرمکن های خورشیدی با سیستم های جابجایی اجباری 27

3-2-3) آبگرمکن های خورشیدی یکپارچه. 29

فصل چهارم : آنالیز قانون دوم ترمودینامیک... 31

4-1 ) انرژی و قانون اول ترودینامیک... 31

4-2) قانون دوم ترمودینامیک... 32

4-2-1) اگزرژی.. 33

4-2-2)اتلاف اگزرژی و تولید آنتروپی در فرایندهای ترمودینامیکی.. 38

فصل پنچم : آنالیز انرژی و اگزرژی کلکتورهای خورشیدی.. 41

5-1) کلکتور صفحه تخت... 41

5-1-1) آنالیز انرژی.. 41

5-1-2) آنالیز اگزرژی.. 44

5-2) کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی.. 47

5-2-1) تحلیل حرارتی.. 47

5-2-2) راندمان انرژی.. 52

5-2-2) راندمان اگزرژی.. 52

فصل ششم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات... 54

6-1) ارزیابی عملی روابط تئوری.. 54

6-1-1) کلکتور صفحه تختف... 55

6-1-2) کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی.. 61

6-2) بررسی تاثیر تغییر پارامترهای طراحی بر عملکرد کلکتورها. 66

6-2-1) کلکتور صفحه تخت... 66

6-2-2) کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی.. 75

6-3) جمع بندی و پیشنهادات... 77

منابع و ماخذ. 78

فهرست منابع لاتین.. 78

سایتهای اطلاع رسانی.. 80

چکیده انگلیسی.. 81

صفحه عنوان انگلیسی 82

 فهرست جدول‌ها

عنوان شماره صفحه

جدول 4-1) مقایسه بین انرژی و اگزرژی.. 34

جدول 6-1) مشخصات کلکتور صفحه تخت مورد استفاده جهت آزمایشات عملی.. 55

جدول 6-2) نتایج آزمایشات عملی کلکتور صفحه تخت... 56

جدول 6-3) مشخصات کلکتور لوله‌ای خلاء مورد استفاده در آزمایشگاه. 61

جدول 6-4) نتایج آزمایشات عملی و تئوری کلکتور لوله‌ای خلاء 62

 فهرست نمودار‌ها

عنوان شماره صفحه

نمودار 6-1) تغییرات راندمان انرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب در دبیهای مختلف.58

نمودار 6-2) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب در دبیهای مختلف.60

نمودار 6-3) تغییرات راندمان انرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب در دبیهای مختلف.64

نمودار 6-4) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب در دبیهای مختلف.65

نمودار 6-5) تغییرات دمای صفحه جاذب بر حسب تغییرات و دبی جریان.. 67

نمودار 6-6) تغییرات راندمان انرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور.68

نمودار 6-7) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور.69

نمودار 6-8) تغییرات راندمان انرژی و اگزرژی کلکتور را بر حسب تغییرات قطر لوله‌های داخلی کلکتور.70

نمودار 6-9) تغییرات راندمان انرژی کلکتور بر حسب ضخامت عایق پشت کلکتور.71

نمودار 6-10) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب ضخامت عایق پشت کلکتور.71

نمودار 6-12) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب سرعت وزش باد.72

نمودار 6-13) تغییرات راندمان انرژی کلکتور بر حسب ، برای سه سیال عامل مختلف.73

نمودار 6-14) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب ، برای سه سیال عامل مختلف.74

نمودار 6-15) تغییرات راندمان انرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور.75

نمودار 6-16) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور.76

 فهرست شکل‌ها

عنوان شماره صفحه

شکل 2-1 ) کلکتور صفحه تخت 15

شکل 2-2) کلکتور لوله‌ای خلاء. 16

شکل 2-3 ) کلکتور لوله ای خلاء جریان مستقیم.. 17

شکل 2-5 ) کلکتور لوله ای خلاء با دو لوله‌ی شیشه‌ای.. 18

شکل 2-6) نمای شماتیک کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی.. 19

شکل 2-7) کلکتور سهموی خطی.. 21

شکل 2-8) کلکتور فرنل.. 22

شکل 3-1 ) ابگرمکن ترموسیفونی با کلکتور صفحه تخت... 26

شکل 3-2 ) آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی حلقه باز. 27

شکل 3-3) آبگرمکن خورشیدی با سیستم های جابجایی اجباری حلقه باز. 28

شکل 5-1) نمای شماتیک کلکتور صفحه تخت مورد بررسی.41

شکل 5-2) لوله حرارتی در حالت افقی.. 48

شکل 5-3) کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی مورد بررسی.. 49

شکل 5-4) مدل الکتریکی انتقال حرارت در کلکتور لوله خلاء با لوله حرارتی.49

شکل 6-1) تجهیزات مورد استفاده در آزمایشگاه انرژی خورشیدی.. 54