بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به محدودیت منابع انرژی، بهینه سازی مصرف و اتلاف انرژی مهم است. در این راه استفاده از مواد تغییر فازدهنده - PCM - 1 در سیستم های ذخیره سازی حرارتی گرمای نهان - LHTS - 2 می تواند یک راه حل خوب برای پر کردن شکاف بین عرضه و تقاضای انرژی باشد. به منظور بهبود عملکرد و کاهش تلفات انرژی، تجزیه و تحلیل انرژی و اگزرژی سیستم استفاده می شود. در این مقاله، مبدل حرارتی دو لوله ای با لوله خارجی فولادی به قطر 4 اینچ و لوله داخلی مسی با قطر 1 اینچ، با گرمایش از طریق کلکتور خورشیدی و با لوله داخلی 0.5 و 1 اینچ خارج از مرکز توسط تحلیل انرژی و اگزرژی مورد بررسی قرار گرفته است تا تاثیر میزان خارج از مرکزی لوله داخلی بررسی گردد.
بازده انرژی و اگزرژی برای مبدل حرارتی در حالتهای گفته شده بررسی شد؛ از آزمایشات انجام شده، نتیجه گرفته شد که مبدل حرارتی با لوله خارج از مرکز 0.5 اینچ دارای بازده انرژی 15/93% و بازده اگزرژی 4/83% و مبدل حرارتی با لوله خارج از مرکز 1 اینچ دارای بازده انرژی 45/78 % و بازده اگزرژی 21/95% است. همان طور که اعداد گویا هستند مبدل حرارتی با خارج از مرکزی 1 اینچ نسبت به 0.5 اینچ، از لحاظ بازده انرژی و اگزرژی عملکرد بهتری را داراست.
-1 مقدمه
ارتباط تنگاتنگ بین پیشرفت و استقلال کشورها و دسترسی آنها به منابع انرژی؛ گسترش روزافزون صنایع، افزایش میزان مصرف انرژی جهان و محدودیتهای برخی از منابع انرژی همچون سوخت های فسیلی و هستهای، جوامع بشری را نیازمند منابع جدید انرژی گردانیده تا با توجه به بحرانهای سیاسی، اقتصادی و مسائلی نظیر محدودیت دوام ذخایر فسیلی، نگرانیهای زیستمحیطی، ازدیاد جمعیت، رشد اقتصادی و ضریب مصرف سوخت، راهکارهای مناسبی در جهت حل معضلات انرژی در جهان، رفع نیازهای انرژی جهان و بحرانهای زیستمحیطی اندیشیده شود.
با توجه به موارد بیان شده و معضلات ناشی از کاربرد انرژیهای تجدیدناپذیر، کاربرد انرژیهای نو در مصارف مختلف، روز به روز افزایش یافته است. بنابراین استفاده از منابع جدید انرژی به جای منابع فسیلی میتواند گزینهی مناسبی باشد. سیاستهای اتخاذ شده در بسیاری از کشورها موجب توجه روزافزون به این انرژیها و بهویژه انرژی خورشیدی شده است؛ به نحوی که شورای جهانی انرژی در برنامههای آینده خود سهم عمدهای از تأمین انرژی جهان را به انرژیهای نو و در رأس آنها انرژی خورشیدی اختصاص داده است.
یکی از موانع مهم در استفاده از انرژیهای خورشیدی، هزینهبر بودن صنایع خورشیدی در مقایسه با دیگر منابع انرژی است که باید راهکارهای اساسی آن اندیشیده شوند. هرچند هزینه استفاده از انرژی خورشیدی بسیار بالاست، ولی امروزه فقط هزینه سیستمهای خورشیدی درنظر گرفته نمیشود، بلکه فواید حاصل از بهکارگیری آن، مانند کاهش آلودگی محیط زیست نیز مدنظر قرار میگیرد، با وجود تمام مسائلی که مطرح میشود، میتوان مناطقی از کشور را یافت که استفاده از انرژی خورشیدی در آنها توجیه اقتصادی دارد.
با توجه به اینکه انرژی خورشیدی در تمام ساعات شبانهروز وجود ندارد، ذخیرهسازی انرژی یک موضوع مهم بهمنظور ارائه دسترسی مداوم به انرژی است. انرژی خورشیدی از منابع انرژی غیردائمی است. درنتیجه تا وقتی در دسترس است باید از آن استفاده کرد یا برای استفاده آینده ذخیره کرد و یا به جایی که میتواند مورد استفاده قرار گیرد، منتقل کرد. ذخیرهی انرژی حرارتی میتواند بهصورت یک تغییر در انرژی داخلی مواد مثل: گرمای محسوس، گرمای نهان و گرمای شیمیایی یا ترکیبی از اینها صورت گیرد.
در میان تکنیکهای بیانشده در بالا، ذخیرهی انرژی حرارتی با گرمای نهان بطور خاص جذابیتهای زیادی دارد. ذخیرهی انرژی حرارتی با گرمای نهان بر پایهی جذب یا آزادسازی گرما در زمانی که یک مادهی ذخیرهکننده تحت یک تغییر فاز به شکل جامد- جامد، جامد- مایع، جامد- گاز، مایع-گاز و برعکس صورت میگیرد و بخاطر توانایی این روش در تأمین کردن چگالی بالای ذخیرهی انرژی از اهمیت ویژهای برخوردار است. حالت تغییر فاز جامد-مایع از نظر اقتصادی برای استفاده در سیستمهای ذخیرهکنندهی انرژی حرارتی بهصرفهتر میباشد. البته PCM ها به تنهایی خودشان نمیتوانند وسیلهی انتقال گرما باشند. باید یک وسیلهی جداکنندهی انتقال حرارت مثل مبدل حرارتی بین انرژی منتقل شده از منبع به PCM و از PCM به محل مصرف درنظر گرفته شود. مبدلهای حرارتی بهطور خاص برای استفاده در ذخیرهسازی انرژی حرارتی طراحی میشوند.
اکثر سیستمهای انرژی خورشیدی نیازمند یک سیستم ذخیره انرژی حرارتی برای حذف فاصله و عدم تطابق بین عرضه و تقاضای انرژی هستند. این سیستمهای ذخیره انرژی دارای مزایایی همچون عملکرد و قابلیت اطمینان بالا، چگالی ذخیره انرژی بالا و تحویل انرژی در دمای تقریبا ثابتی هستند.
در این مقاله سعی شده تا تجزیه و تحلیل انرژی و اگزرژی برای مبدل حرارتی دو لولهای را در حالت های لولهی میانی خارج از مرکز با 0.5 و 1 اینچ خارج از مرکزی با گرمایش از طریق کلکتور خورشیدی انجام و بررسی شده و مقایسهای بین این حالتها صورت گیرد.
-2 ستاپ تجربی
سیستم خورشیدی مورد آزمایش در موقعیت جغرافیایی 32.3 درجه شمالی و عرض جغرافیایی 48.2 درجه شرقی و ارتفاع از سطح دریا 136 متر میباشد. سیستم خورشیدی از اجزای زیر تشکیل شده است:
- 1 کلکتور صفحه تخت
کلکتور دو منظوره خورشیدی، از انواع کلکتورهای صفحه تخت میباشد که در آن امکان انتقال حرارت به دو سیال عامل آب و هوا به صورت همزمان وجود دارد. در کلکتور دو منظوره مورد استفاده در این کار لولههای آب در بالای صفحهی جاذب و کانال هوای مستطیلی شکل در زیر صفحه جاذب جاسازی شده است. تعداد لولههای مورد استفاده روی صفحه جاذب دوازده عدد هستند. کنارهها و صفحه پشتی کلکتور با عایق پلاستو فوم به منظور جلوگیری از تلفات حرارتی به محیط اطراف عایق بندی شده است
- 2 مبدل حرارتی دو لولهای برای ذخیره انرژی حرارتی با گرمای نهان
مبدل حرارتی با مشخصات پوسته فولادی با قطر 4 اینچ، و لوله مسی با قطر 1 اینچ و درپوشهای فولادی است، که درپوش ها با توجه به قابلیت خارج از مرکزی لوله مسی مرکزی متناسب با هر کدام یک از حالت ها میباشد.
- 3 مخزن ذخیره عایق شده
مخزن ذخیره مورد استفاده در این پژوهش یک مخزن 100 لیتری از ورق گالوانیزه با قطر 38 سانتیمتر و ارتفاع 93 سانتیمتر است. در هنگام استفاده از مخزن جداره خارجی آن بهطور کامل عایقبندی شده است. عایق استفاده شده، پشم شیشه و ضخامت آن 5 سانتیمتر است.
- 4 ثبت کننده دیجیتال مورد استفاده برای اندازه گیری و ثبت دادهها
- 5 الکتروپمپ سیرکولاتور آبگرم
- 6 ماده تغییر فازدهنده
جدول : 1 مشخصات و ابعاد هندسی مبدل حرارتی
