بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ايجاد سرمايش تبخيري طبيعي بوسيله ترکيب بادگير و دودکش خورشيدي
چکيده
در اين مقاله بررسي سيستم نوين ايجاد ايجاد سرمايش در ساختمان به صورت عددي با استفاده از هواکش خورشيدي و پاشش آب در مسير حرکت هواي ورودي ميباشد. شبيه سازي عددي به صورت دو بعدي با اعمال شرايط مرزي واقعي (اعمال ميزان تشعشع خورشيد روي شيشه هواکش و در نظر گرفتن انتقال حرارت تشعشي بين سطوح ) با استفاده از نرم افزار فلوئنت انجام خواهد شد. نتيجه اين پژوهش ارائه دبي آب مصرفي براي رسيدن به شرايط آسايش از نظر دما و رطوبت ،ميزان دبي هواي در گردش ، تلفات حرارتي ساختمان و پروفيل هاي سرعت دما و رطوبت نسبي و ...... مي باشد.
سرانجام کارايي هواکش خورشيدي و ظرفيت يا توان سرمايي ايجاد شده توسط آن در يک هندسه بهينه مورد بررسي قرار گرفته و نتايج ارائه شده است .
واژه هاي کليدي :ميزان تابش ، گردش هوا ، تبخير آب ، انرژي خورشيدي، شناوري مثبت و منفي.
مقدمه
دور نمايي از اتمام ذخاير فسيلي جهان در طي چند دهه آينده و همچنين موضوع جهاني شدن و به دنبال آن افزايش رقابت بين کشورهاي جهان باعث شده است تا بهينه سازي مصرف انرژي، بعنوان يک سياست استراتژيک از سوي اقتصادانان و دولتمردان کشور- هاي جهان مطرح گردد و با اختصاص بودجه هايي که صرف تحقيقات و پژوهش در زمينه جايگزين کردن انرژيهاي نو به جاي سوخت هاي فسيلي ميشود، هر ساله روش هاي جديدي براي بهينه سازي انرژي در جهان مطرح ميشود. در سالهاي اخير، بحث استفاده از انرژي هاي نو جهت گرمايش و سرمايش ساختمان ، نظر مهندسين و معماران را به خود معطوف ساخته است با توجه به اين موضوع که بخش وسيعي از کشور در ناحيه آب و هوايي گرم قرار دارد اجراي روش هاي مناسبي جهت کاهش هزينه هاي سرمايش ساختمان قابل تأمل است . با توجه به اقليم بياباني شهرهاي کويري نظير يزد و داشتن تابستانهاي طولاني و گرم و خشک ، بکارگيري اصول بهينه سازي انرژي در ساختمان ضروري است مقاله حاضر، به طراحي يک ساختمان با سيستم سرمايشي طبيعي (استفاده از انرژي باد و خورشيد) در شهرهاي کويري ميپردازد[١و٢]. نتايج جالب بدست آمده حاکي از آن است که مي توان هزينه اوليه جهت بکار بستن اصول بهينه سازي انرژي در ساختمان را، در سالهاي بعد از طريق کاهش هزينه در مصرف سوخت و يا برق جبران نمود و با ديدي حساب شده ، ميتوان ساختمان سازي متکي به رعايت اصول بهينه سازي مصرف انرژي در ساختمان را، از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه دانست .
گرماي طاقت فرساي تابستان در مناطق کويري ايران و عدم دسترسي راحت به منابع انرژي ناشي از سوختهاي فسـيلي در گذشـته باعث شده که انسان به فکر تهويه طبيعي و خودبخودي ساختمانها بدون استفاده از انرژي هاي فسيلي بيفتد .در اين راستا بناهاي بـرج مانند باريک و بلند چهار پهلو و شش پهلو يا هشت پهلو به نام بادگير[٢] را ساخته است . اين سازه ها بر فراز بامها احداث مي شـوند کـه در عين زيبايي و زينت بخشيدن به ساختمان نقش تهويه خودبه خودي فضاي داخل ان را نيز به عهده دارند. امـروزه بـه دليـل مصـرف بيرويه سوختهاي فسيلي و افزايش چشمگير آلودگي محيط زيست فکر بازسازي و احيـا و برطـرف نمـودن معايـب بادگيرهـاي سـنتي معقول و منطقي به نظر ميرسد. از طرفي در اين مناطق تعداد ساعات آفتابي در طول سال زياد بوده ميتوان از اين تابش خورشـيد بـه عنوان يک منبع انرژي پاک استفاده نموده و با احداث ديوارهاي ترومبي يا دودکش خورشيدي جريان خودکار هوا را داخـل سـاختمان برقرار نماييم . در داخل بادگير با ايجاد شناوري منفي (هواي سرد وسنگين ) جريان هوا به سمت پـايين و در داخـل ديـوار ترومبـي(دود کش خورشيدي ) باگرم شدن هوا شناوري مثبت بوجود آمده هوا به سمت بالا به حرکت در مي آيد، با قـراردادن سيسـتمهاي تبخيـري مناسب در محل ورود هوا به داخل بادگير نظير شکل (١) ميتوانيم فضاي مطبوع و راحتـي را در داخـل از نظـر دمـا و رطوبـت بوجـود آوريم [٣]. در اين مقاله در نظر است به روش عددي ضمن بکارگيري معادلات حاکم بر حرکت سـيال درحالـت دوبعـدي ودائـم ، اثـرات سرعت و جهت باد، دماي هوا، ارتفاع بادگير، جنس ان و نقش رطوبت ناشي از اضافه نمودن پاشش آب در مسير حرکت هوا در عملکرد سرمايشي ساختمان مطالعه گردد و تاثير دودکش خورشيدي و دبي هواي در گردش ايجاد شده توسط آن مورد ارزيـابي قـرار گيـرد و سرانجام با ارائه راهکارهاي مناسب زمينه استفاده مجدد اين سازه ها در معماري جديد فراهم شود، گفتني اسـت در ايـن راسـتا مقـدار قابل توجهي در مصرف انرزي صرفه جويي به عمل ميآيد.
معادلات حاکم برجريان معادلات حاکم بر حرکت سيال در داخل ساختمان به عنوان حجم کنترل يا ناحيه محاسباتي عبارتند از:
معادله بقاء جرم
ايجاد سرمايش تبخيري طبيعي بوسيله ترکيب بادگير و دودکش خورشيدي Sm دررابطه (١) عبارت چشمه ميباشد که ازجريان اصلي حذف يا اضافه مي گردد و در ارتباط با پديده تبخير آب يا چگـالش آن مـي- باشد [٤].
در رابطه فوق جرم حجمي هوا مي باشد که در ورود کمترين مقدار را دارد و با پاشش آب داخل آن افزايش ميابـد و باعـث سـنگين شدن آن ميگردد، اين پديده مطلوب بوده ، يک نوع شناوري منفي ايجاد گرديده ، باعث ميگـردد هـواي سـنگين بـه سـمت پـايين بـه حرکت درآيد. با محاسبه رطوبت مطلق و همچنين فشار کل و فشار جزئي بخار آب و هواي خشک در هر گـره ، جـرم حجمـي کـل ويـا جزءهاي بخار آب و هواي خشک قابل محاسبه ميباشد [٧-٥].
معادلات مومنتم معادله متوسط گيري شده ناوير استوکس و حاکم بر جريان خواهد بود
عبارت معرف تنشهاي رينولدز مي باشد که در ارتباط با نوسانات سرعت حول مقدار متوسط با به کار گيـري فـرض بوزينسـک حاصل شده است وfi معرف نيروي وزن سيال در جهت مورد نظر ميباشد [٤].
معادله انرژي جهت محاسبه توزيع دما در داخل ساختمان به معادله انرژي نياز ميباشد که عبارت است از:
دراين معادله E عبارت است از :
λ ضريب هدايت حرارتي سيال و Jj شار نفوذي جزء j مي باشد وSh مربوط به هرگونه چشمه انرژي است .
معادله انتقال
معادله انتقال براي بخار آب و پاشش آن داخل هوا عبارت است از:
SHo2 در ارتباط با مقدار آبي است که به جريان اصلي اضافه (ناشي از تبخير) يا کسر(ناشي ازتقطير) گردد. DHo2 ضريب نفوذ بخار آب به داخل هوا مي باشد که مجذور متر بر ثانيه در نظر گرفته شده است . Sct عدد بدون بعد اشميت مغشوش نام دارد که حدود ٠.٧ است .
معرفي روش عددي انتخاب شده ، شبکه محاسباتي و شرايط مرزي جريان در داخل حجم کنترل مغشوش و بر اساس مدل k-ε با الگوريتم Simple حل گرديده است . نرم افزار مورد استفاده ٦.٣ FLUENT بوده که شبکه انتخابي و شرايط مرزي براساس شکل (٢) ميباشد.
در محل ورودي هوا به داخل ساختمان (بادگير) شرط مرزي Pressure inlet و در خروجي هواکش خورشيدي شرط مرزي
Pressure outlet اعمال شده است شار w.m٢ ٧٥٠ روي جاذب اعمال شده و براي شيشه که در مقابل جاذب قرار گرفته است و ديواره ها شرط مرزي جابجايي اعمال شده است و دماي محيط بيرون C٣٦٠ منظور شده است . ابتدا بدون پاسش آب در مسير هوا يک اجرا گرفته شده تا همگرايي و حرکت خودبخودي هوا در داخل ساختمان محرز گردد. در اين حالت مشاهده ميشود که دبي حجمي قابل توجهي از هوا از طريق بادگير وارد شده (kg.s ١.٠٥) و همين مقدار از طريق هواکش خورشيدي خارج ميگردد، مشي که در نرم افزار Gambit ساخته شده در شکل شماره (٢) ملاحظه ميگردد البته براي آنکه مش ساخته شده کفايت لازم را داشته باشد و به عبارت ديگر حل مسئله مستقل از شبکه گردد مش هاي درشت و ريز زيادي ساخته شده و حل تست گرديده بطوريکه توزيع سرعت در يک مقطع عمود بر جريان داخل هواکش سرانجام با تغيير تعداد گره ها تفاوتي از خود نشان نداده و حل مستقل از تعداد گره ها شده است . دقت محاسبات تا٠.٠٠٠٠٠١ درنظر گرفته شده است . زمان اجراي برنامه براي رسيدن به دقت فوق با توجه به گستردگي شبکه (شکل ٢) و ريز بودن ابعاد آن با يک کامپيوتر معمولي طولاني بوده و حدود چهار ساعت براي هر اجرا ميباشد. فرض شده جريان دائم ، تراکم ناپذير و مغشوش ميباشد.
