بخشی از مقاله
چكيده
امروزه جهان به علت محدوديت منابع فسيلي، به منظور تأمين انرژي به سمت استفاده از انرژي هاي تجديدپذير، مانند انرژي خورشيدي جهت گيري نموده است. يكي از زمينه هاي كاربرد انرژي خورشيدي،استفاده در سيستم هاي سرمايش و گرمايش خانگي مي باشد .در اين تحقيق، رفتار يك مدل خانگي آبگرمكن خورشيدي ترموسيفون با دو كلكتور صفحه تخت و يك مخزن ذخيره دوجداره با ظرفيت 200 ليتر،در فصل تابستان به صورت آزمايشگاهي بررسي شده است .
آب و گليكول - ضديخ - به عنوان سيال عامل در آبگرمكن مذكور به صورت ترموسيفون و با جابجايي آزاد به گردش در آمده و موجب افزايش دماي آب مصرفي مي شود .آب مصرفي در طول مدت زمان آزمايش تخليه نشده است .در اين تحقيق شدت تابش خورشيد، دماهاي سيال عامل ورودي و خروجي كلكتورها، دماهاي نقاط مختلف آب در داخل مخزن ذخيره براي روزهاي آفتابي و ابري در فصل تابستان در شهر تهران اندازه گيري و نمودارهاي مربوطه نسبت به زمان ارائه شده اند .نتايج نشان مي دهند كه باالترين دماي آب مصرفي در روزهاي آفتابي فصل تابستان حدود 78 درجه سانتی گراد و در روزهای ابری 72 درجه سانتی گراد می باشد.
مقدمه
روش های گوناگونی برای استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد، اما گرم نمودن آب با استفاده از آبگرمکن خورشیدی، شاید به عنوان آسان ترین و اقتصادی ترین روش باشد . پیشرفت های علمی روی آبگرمکن های خورشیدی در دهه های اخیررشد چشمگیری داشته است .این نوع آبگرمکن ها نه تنها برای کاربردهای خانگی بلکه برای هتل ها، بیمارستان ها، ساختمانهای اداری، صنایعی مانند نساجی، کاغذ سازی، صنایع غذایی و حتی گرم کردن آب استخرهای شنا در زمستان کاربرد فراوانی پیدا کرده اند.
مدل خانگی آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفون دارای کلکتورهای صفحه تخت و مخزن ذخیره افقی دو جداره می باشند . با تابش خورشید بر روی کلکتورها و جذب گرمای آن توسط صفحات جاذب، سیال عامل داخل کلکتورها گرم شده و به علت کاهش چگالی شروع به بالارفتن از رایزرهای عمودی داخل آن ها می کند .با تبادل گرما بین جداره خارجی و جداره داخلی مخزن، گرمای سیال عامل به آب داخل مخزن ذخیره منتقل شده و سیال عامل پس از سرد شدن، به طرف پایین کلکتورها حرکت می نماید .این چرخه چندین بار در طول روز تکرار می گردد .مطالعات زیادی در مورد دبی جرمی جریان بر روی سیستم های ترموسیفون انجام گرفته است .
کلوس [1] با فرض اینکه تابش خورشیدی تابعی از زمان باشد، مدل ریاضی ساده ای را برای یک سیستم آبگرمکن خورشیدی با جابجایی طبیعی بین گردآورنده و مخزن ذخیره، بیان کرده است .جاپتا و جارج [2]با توجه به تحلیل های کلوس، سیستمی را تحلیل کرده اند که شامل ضریب راندمان گردآورنده بوده و در آن شدت تابش خورشید و دماهای محیط به صورت سری فوریه وابسته به زمان در نظر گرفته شده اند .طاهریان و ریاحی[ 3 ] هب تحلیل تجربی آبگرمکن خورشیدی ترموسیفون در شهرستان بابل پرداخته اند.
ایشان در جای دیگر [4]، دبی جرمی جریان را به صورت تئوریک محاسبه نموده و توزیع دمای خطی در آبگرمکن خورشیدی ترموسیفون را مورد بررسی قرار داده اند .دهقان، رهنما و شیریزدی [5]به بررسی تجربی لایه بندی حرارتی در مخزن ذخیره عمودی یک سیستم آبگرمکن خورشیدی با کلکتورهای صفحه تخت در شهر یزد پرداخته اند .رضانیاکلایی، طاهریان و دومیری گنجی [6]در یک تحقیق آزمایشگاهی مطالعاتی بر روی سیستم آبگرمکن خورشیدی با جابجایی طبیعی شهرستان بابل انجام داده اند .
در این تحقیق دمای ورودی کلکتور به گونه ای است که شرایط مساعدی جهت تعیین کارآیی کلکتور طبق استاندارد ISO 9806 فراهم شده است .این آزمایش ها نشان می دهند که اینگونه سیستم ها تحت شرایط جوی گوناگون، طراحی های متفاوت و نوع مواد به کار رفته در ساخت آن ها، کارآیی های مختلفی دارند .لازم به ذکر است که در کارهای صورت گرفته، سیال عامل آب در نظر گرفته شده است.
در این راستا، در این تحقیق، برای انجام آزمایش، مدل خانگی سیستم آبگرمکن خورشیدی ترموسیفون در نظر گرفته شده که در داخل کشور تولید می شود .سیال عامل به صورت مخلوطی از آب و گلایکول - ضدیخ - می باشد .هدف اصلی این تحقیق مقایسه دماهای سیال عامل ورودی و خروجی کلکتورها، دماهای نقاط مختلف آب داخل مخزن، برای روزهای آفتابی و ابری در فصل تابستان در شهر تهران و ترسیم و بررسی نمودارهای مربوطه نسبت به زمان می باشد.
رفتار آبگرمکن خورشیدی ترموسیفون با دو کلکتور صفحه تخت و مخزن ذخیره دوجداره افقی در فصل تابستان
شرح دستگاه
سیستم آبگرمکن خورشیدی ترموسیفون مورد استفاده در این تحقیق شامل دو عدد کلکتور صفحه تخت می باشد که با زاویه 45 درجه و به سمت جنوب در کنار یکدیگر قرار گرفته و توسط شلنگ فشار قوی به یکدیگر متصل شده اند. استفاده از شلنگ فشار قوی علاوه بر افت فشار کم موجب کاهش هزینه نسبت به لوله کشی می شود. تصویری از سیستم آبگرمکن خورشیدی مورد استفاده در شکل - 1 - نشان داده شده است.
تصویری از مدل خانگی آبگرمکن خورشیدی ترموسیفون
در کف و دیوارهای جانبی کلکتورهای مورد استفاده، عایق حرارتی استفاده شده تا اتلافات حرارتی در کلکتورها را کاهش دهد. هر کلکتور شامل 2 عدد هدر افقی و 6 عدد رایزر عمودی بوده و بر روی لوله ها صفحه جذب کننده سیاه رنگی نصب گردیده است. به فاصله چند سانتی متر بالای صفحه جاذب، صفحه شیشه ای قرار گرفته که می تواند در حدود %86 از امواج کوتاه رسیده از خورشید را از خود عبور دهد در حالی که از خروج امواج با طول موج بلند که از صفحه جذب کننده کلکتور ساطع می شود، جلوگیری می نماید. هم چنین وجود صفحه شیشه ای علاوه بر قابلیت عبور انرژی خورشید موجب جلوگیری از اتلاف حرارتی از طریق جابجایی از صفحات جاذب خواهد شد. مشخصات کلکتورهای مورد استفاده در جدول - 1 - بیان شده است.
