بخشی از مقاله
چکیده
امروزه جهان به علت محدودیت منابع فسیلی، به منظور تأمین انرژي به سمت استفاده از انرژي هاي تجدیدپذیر، مانند انرژي خورشیدي جهت گیري نموده است. یکی از زمینه هاي کاربرد انرژي خورشیدي، استفاده در سیستم هاي سرمایش و گرمایش خانگی می باشد. در این تحقیق، رفتار یک مدل خانگی آبگرمکن خورشیدي ترموسیفون با دو کلکتور صفحه تخت و یک مخزن ذخیره دوجداره با ظرفیت 200 لیتر،در فصل پاییز به صورت آزمایشگاهی بررسی و نتایج با حل عددي مقایسه شده است. آب و گلیکول - ضدیخ - به عنوان سیال عامل در آبگرمکن مذکور به صورت ترموسیفون و با جابجایی آزاد به گردش در آمده و موجب افزایش دماي آب مصرفی می شود.
آب مصرفی در طول مدت زمان آزمایش تخلیه نشده است. در این تحقیق شدت تابش خورشید، دماهاي سیال عامل ورودي و خروجی کلکتورها، دماهاي نقاط مختلف آب در داخل مخزن ذخیره و دماي محیط براي روزهاي آفتابی و ابري در فصل پاییز در شهر تهران اندازه گیري و دبی جریان ترموسیفون محاسبه شده و نمودارهاي مربوطه نسبت به زمان ارائه شده اند. نتایج نشان می دهند که بالاترین دماي آب مصرفی در روزهاي آفتابی فصل پاییز برابر 55 درجه سانتی گراد و در روزهاي ابري برابر 45درجه سانتی گراد می باشد. هم چنین میزان راندمان آبگرمکن خورشیدي ترموسیفون در طول یک روز پاییزي حدود50 تا 60 درصد خواهد بود.
واژههاي کلیدي: آبگرمکن خورشیدي ترموسیفون، کلکتور صفحه تخت، دبی جریان ترموسیفون، مخزن ذخیره افقی،آزمایشگاهی
-1 مقدمه
روش هاي گوناگونی براي استفاده از انرژي خورشیدي وجود دارد، اما گرم نمودن آب با استفاده از آبگرمکن خورشیدي، شاید به عنوان آسان ترین و اقتصادي ترین روش باشد. پیشرفت هاي علمی روي آبگرمکن هاي خورشیدي در دهه هاي اخیر رشد چشمگیري داشته است. این نوع آبگرمکن ها نه تنها براي کاربردهاي خانگی بلکه براي هتل ها، بیمارستان ها، ساختمانهاي اداري، صنایعی مانند نساجی، کاغذ سازي، صنایع غذایی و حتی گرم کردن آب استخرهاي شنا در زمستان کاربرد فراوانی پیدا کرده اندح مدل خانگی آبگرمکن هاي خورشیدي ترموسیفون داراي کلکتورهاي صفحه تخت و مخزن ذخیره افقی دو جداره می باشند.
با تابش خورشید بر روي کلکتورها و جذب گرماي آن توسط صفحات جاذب، سیال عامل داخل کلکتورها گرم شده و به علت کاهش چگالی شروع به بالارفتن از رایزرهاي عمودي داخل آن ها می کند. با تبادل گرما بین جداره خارجی و جداره داخلی مخزن، گرماي 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 زیادي در مورد دبی جرمی جریان بر روي سیستم هاي ترموسیفون انجام گرفته استح کلوس ب1م با فرض اینکه تابش خورشیدي تابعی از زمان باشد، مدل ریاضی ساده اي را براي یک سیستم آبگرمکن خورشیدي با جابجایی طبیعی بین گردآورنده و مخزن ذخیره، بیان کرده است. جاپتا و جارج ب2م با توجه به تحلیل هاي کلوس، سیستمی را تحلیل کرده اند که شامل ضریب راندمان گردآورنده بوده و در آن شدت تابش خورشید و دماهاي محیط به صورت سري فوریه وابسته به زمان در نظر گرفته شده اند.
طاهریان و ریاحی ب3م به تحلیل تجربی آبگرمکن خورشیدي ترموسیفون در شهرستان بابل پرداخته اند. ایشان در جاي دیگر ب4م، دبی جرمی جریان را به صورت تئوریک محاسبه نموده و توزیع دماي خطی در آبگرمکن خورشیدي ترموسیفون را مورد بررسی قرار داده اند. دهقان، رهنما و شیریزدي ب5م به بررسی تجربی لایه بندي حرارتی در مخزن ذخیره عمودي یک سیستم آبگرمکن خورشیدي با کلکتورهاي صفحه تخت در شهر یزد پرداخته اند. رضانیاکلایی، طاهریان و دومیري گنجی ب6م در یک تحقیق آزمایشگاهی مطالعاتی بر روي سیستم آبگرمکن خورشیدي با جابجایی طبیعی شهرستان بابل انجام داده اند. در این تحقیق دماي سیال ورودي کلکتور به گونه اي است که شرایط مساعدي جهت تعیین کارآیی کلکتور طبق استاندارد ختنک قحع فراهم شده است .
این آزمایش ها نشان می دهند که اینگونه سیستم ها تحت شرایط جوي گوناگون، طراحی هاي متفاوت و نوع مواد به کار رفته در ساخت آن ها، کارآیی هاي مختلفی دارندح لازم به ذکر است که در کارهاي صورت گرفته، سیال عامل آب در نظر گرفته شده است.در این راستا، در این تحقیق، براي انجام آزمایش، مدل خانگی سیستم آبگرمکن خورشیدي 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 اندازه گیري دماهاي سیال عامل ورودي و خروجی کلکتورها، دماهاي نقاط مختلف آب داخل مخزن، دماي محیط و محاسبه دبی جریان در آبگرمکن مذکور، براي روزهاي آفتابی و ابري در فصل پاییز در شهر تهران و ترسیم و بررسی نمودارهاي مربوطه نسبت به زمان می باشد.
-2 شرح دستگاه
سیستم آبگرمکن خورشیدي 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 قوي به یکدیگر متصل شده اند. استفاده از شلنگ فشار قوي علاوه بر افت فشار کم موجب کاهش هزینه نسبت به لوله کشی می شود. تصویري از سیستم آبگرمکن خورشیدي مورد استفاده در شکل - 1 - نشان داده شده است.در کف و دیوارهاي جانبی کلکتورهاي 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 عمودي بوده و بر روي لوله ها صفحه جذب کننده سیاه رنگی نصب گردیده است.
به فاصله چند سانتی متر بالاي صفحه جاذب، صفحه شیشه اي 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، جلوگیري می نماید. هم چنین وجود صفحه شیشه اي علاوه بر قابلیت عبور انرژي خورشید موجب جلوگیري از اتلاف حرارتی از طریق جابجایی از صفحات جاذب خواهد شدح مشخصات کلکتورهاي مورد استفاده در جدول - 1 - بیان شده است.
