بخشی از مقاله
بررسی تجربی تاثیر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در عملکرد دمایی آبگرمکن
چکیده
یکی از مهمترین چالش هاي پیشرو در سیستم آبگرمکن، ذخیره سازي و نگهداشت انرژي گرمایی براي زمان طولانی تر و جمع آوري گرماي اتلافی در آن می باشد. یکی از راههاي ذخیره سازي انرژي گرمایی در آبگرمکن ها استفاده از گرماي نهان بالاي مواد تغییر فاز دهنده است. در این مقاله به بررسی تجربی اثر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در کارایی یک آبگرمکن پرداخته می شود. بدین صورت که با جاسازي ماده تغییر فاز دهنده پارافین واکس در یک آبگرمکن، عملکرد دمایی آن با حالتی که آبگرمکن بدون ماده تغییر فاز دهنده است مقایسه شده و در پایان نتیجه گیري می شود . نتایج نشان می دهد استفاده از مواد تغییر فاز دهنده سبب نگهداشت بیشتر انرژي شده که این بدلیل آزاد سازي گرماي ذخیره شده در ماده تغییر فاز دهنده ي پارافین واکس می باشد.
واژگان کلیدي: ذخیره سازي، آبگرمکن، مواد تغییر فاز دهنده، پارافین واکس، نگهداشت انرژي.
مقدمه
مساله گرمایش زمین و آسیبهایی که در پی آن بر محیط زیست و حیات بر آن تاثیر گذار است از جمله چالشهایی است که ذهن بشر را به خود معطوف نموده است. بنابراین بحث ذخیره سازي انرژي گرمایی و جلوگیري از اتلاف آن میتواند عاملی براي بهبود شرایط کنونی و جلوگیري از آلایندگی بیشتر هوا گردد. در این میان مواد تغییر فاز دهنده یکی از ابزارهاي کارآمد براي ذخیرهسازي انرژي حرارتی هستند. عملکرد آنها به این صورت است که با افزایش دما، تغییر فاز داده و انرژي حرارتی را در خود ذخیره میکنند و با کاهش دما این انرژي را آزاد میسازند انرژي ذخیره شده از طریق گرماي نهان که با تغییر فاز ماده همراه است، به دلیل چگالی بالاي ذخیره انرژي گرمایی از اهمیت زیادي برخوردار است. از مواد تغییر فاز دهنده در موارد بسیاري از جمله کاربردهاي پزشکی، گرمایش و سرمایش، حفاظت گرمایی موادغذایی، منسوجات، ساختمان و ... استفاده میشود. شایان ذکر است که در سالهاي اخیر، استفاده از مواد تغییر فازدهنده در کاربردهاي ساختمانی به منظور کاهش مصرف انرژي بسیار مورد توجه بوده است. عملکرد مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان به این صورت است که در روز با جـذب گرمـاي نفوذي به داخـل ساختمـان ذوب میشوند و در نتیجه مقداري از انرژي حرارتی نفوذي به جدار ساختمان را در خود ذخیره میکنند و از این طریق مانع از گرم شدن فضاي داخل میگردند و در شب که هوا رو به سردي میرود شروع به انجماد کرده و گرماي ذخیره شده را به محیط داخل یا بیرون پس میدهند.
مروري بر مطالعات انجام شده در زمینه PCM
در چند سال اخیر مطالعات فراوانی بر تأثیر مواد تغییر فاز دهنده بر آبگرمکنها صورت گرفته است. فرید و همکاران [1] و زالبا و همکاران [2] بررسیهاي تئوري و تجربی زیادي بر روي مواد تغییر فاز دهنده انجام دادند. تاي و همکاران [3] با بررسی و توسعه خصوصیات NTU1 در مخزن شامل مواد تغییر فاز دهنده و سیستم ذخیره انرژي، توانستند مدل خود را ساخته و آنرا با تست تجربی تأیید کنند. مهلینگ و همکاران [4] با بکار بردن مواد تغییر فاز دهنده در چشمه استوانهاي شکل توانستند زمان گرم نگهداشتن آب را افزایش دهند.. سایتو و هیروس [5] مطالعات تجربی و عددي خود را برروي عملکرد گذراي ماده تغییر فاز دهنده کروي انجام دادند. آنها دریافتند که تغییرات قطر کپسول و ماده بر نرخ انتقال حرارت سیال تأثیرگذار است.
مراحل ساخت آبگرمکن
روش طراحی مخزن بدین گونه بود که براي بدست آوردن ابعاد مخزن ابتدا بطريهاي آلومینیومی که PCM درون آنها قرار میگرفتند تهیه شدند. با توجه به ابعاد این بطريها و با در نظر گرفتن اینکه حدود نیمی از مخزن PCM و با قیمانده آن آب باشد ابعاد مخزن بدست آورده شد در این محاسبه هزینه آن نیز در نظر گرفته شد. ابتدا یک مخزن استوانهاي (شکل (1 از جنس فولاد گالوانیزه با قطر 32 سانتی متر، ارتفاع 63 سانتی متر و
ضخامت 1 میلی متر ساخته شد و براي آن درپوشی از فولاد گالوانیزه و به قطر 32 سانتی متر ساخته شد که براي پر و خالی کردن آب مخزن از آن استفاده شد . دو سوراخ در مخزن براي ورود و خروج آب که قطر سوراخ-ها 2 سانتی متر و سوراخ اول به فاصله 5 سانتی متر از بالاي مخزن و سوراخ دوم به فاصله 3 سانتی متر از پایین مخزن ایجاد شد. حجم کل مخزن 50 لیتر بود.
شکل -1 مخزن آبگرمکن
گرمکن الکتریکی با توان 2 کیلو وات مجهز به ترموستات تهیه شد و همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است، در جداره و پایین مخزن آبگرمکن نصب شد.
مخزن با پشم شیشه به ضخامت حدود 5 سانتی متر عایق بندي شد به طوري که بالا و پایین و جداره مخزن به طور کامل عایق شدند. (شکل (3
شکل -2 نحوه قرارگیري گرمکن الکتریکی
شکل -3 عایق کردن مخزن با پشم شیشه
پارافین واکس با دماي ذوب 65 درجه به عنوان ماده تغییر فاز دهنده تهیه شد. به دلـیل خـواص ویژهاي که این ماده دارد آن را براي استفاده در سیستم هاي ذخیره انرژي مناسب میسازد. قابلیت ذوب همگون، تشکیل
بلورهاي جامد اولیه و سازگاري با موادي که با آنها در تماس است، پایداري حالت فیزیکی و شیمیایی در تغییر فازهاي مکرر، سمی نبودن و در دسترس و ارزان بودن همچنین موجود بودن این ماده با دماي ذوب 65 درجه که مورد نیاز این پروژه بود و دماي مورد نیاز در آبگرمکنها می باشد باعث شد از پارافین واکس (شکل (4 استفاده شود.
شکل -4 پارافین واکس
براي قرار دادن پارافین واکس درون مخزن از بطري هاي آلومینیومی استوانه اي شکل استفاده شد. به دلیل رسانایی گرمایی بالاي آلومینیوم و همچنین به خاطر شکل استوانهاي آنها که سطح تماس بیشتري با آب درون مخزن داشتند.
دیتالاگر مجهز به سنسور SMT براي اندازه گیري دماي مخزن و محیط ساخته شد سنسور SMT یک سنسور دمایی با محدوده دمایی -45 تا 150 درجه سانتی گراد است که داراي دقت مثبت منفی 1 درجه می باشد به طوري که دیتالاگر هر 5 دقیقه دما را ثبت می کرد و در حافظه خود نگهداري میکرد.
