بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به برر سی و طراحی یکی از سی ستم های پر کاربرد انرژی خور شیدی یعنی کلکتورهای هوایی خور شیدی - هواگرمکن - جهت گرمایش فضا پرداخته و محاسبات الزم و پارامترهای موثر بر بازده و مساحت کلکتورها از قبیل تعداد پوشش های شیشه ای، تغییرات دمای میانگین هوا، تغییرات ضرررری انتقال حرارت باد، عمق کانال هوا و همچنین تغییرات دبی هوای ورودی و تغییرات ضرررتامت عایق با مقادیر متتلف ضری هدایت ر سانایی عایق مورد تحلیل قرار گرفته ا ست. در نهایت هم شی صفحات جاذب به عنوان یک عامل موثر در جذب بیشتر انرژی مورد بررسی قرار گرفته است.
برای ملموس بودن تحقیق حاضر و همچنین مستند بودن آن، منطقه ای خاص از کشور در خرا سان جنوبی، شهر قاین یک ساختمان اداری دوطبقه در نظر گرفته شده ا ست. با توجه به در د سترس نبودن تابش کلی ر سیده به سطح در شهر قاین، انرژی تاب شی کل به روش HDKR در نرم افزار متل 1 شبیه سازی شده ا ست که نتایج به د ست آمده در مقای سه با شرهرهایی با عر جغرافیایی مشرابه قابل قبول بوده اسرت. شربیه سرازی و تحلیل کلکتور هواگرمکن هم با توجه به روابو موجود توسرو نرمافزار برنامه نویسی متل انجام گرفته است.
-1 مقدمه
انرژی خورشرریدی عظیم ترین منبا انرژی در جهان اسررت. این انرژی پار، ارزان و بی پایان بوده و در بیشررتر مناطق کره زمین قابل ا ستح صال میبا شد. محدودیت منابا ف سیلی و پیامدهای حا صل از تغییرات زی ست محیطی و آب و هوای جهانی، فرصتهای مناسبی را برای رقابت انرژی خورشیدی با انرژیهای فسیلیخصوصاً در کشورهایی با پتانسیل باالی تابش ایجاد نموده است. گرمایش ساختمان توسو خورشید، اولین و اصلی ترین کاربرد انرژی خورشیدی در بتش ساختمان می باشد.
کشور ایران نیز در نواحی پرتابش واقا است و مطالعات نشان می دهد که استفاده از تجهیزات خورشیدی در ایران مناس بوده و میتواند بتشی از انرژی مورد نیاز کشور را تأمین نماید. ایران کشوری است که به گفته متتصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسو تابش 4.5 - 5.5 کیلووات ساعت بر متر مربا در روز یکی از کشورهای با پتانسیل باال در زمینهی انرژی خورشیدی معرفی شده است..[1] برای تامین گرمایش از کلکتورها استفاده میکنند که این کلکتورها دارای انواع متتلفی بوده که با توجه به استفادهی مورد نظر یعنی گرمایش سرراختمان مسررکونی و یرمسررکونی و فرآیندهای صررنعتی در تحقیق حاضررر از کلکتورهای هوایی اسررتفاده گردیده است. از مزایای این نوع کلکتورها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:[2]
.1 یخ نزدن در زمستان
.2 داغ نکردن در تابستان
.3 سادگی اجزای سیستم
.4 نبودن مشکل نشت آب شکل 1 نوعی پرکاربرد از کلکتورها را نشان میدهد.
در این رابطه به خصوص تعیین زاویهی بهینه برای صفحات جاذب برای مناطق متتلف ایران مطالعات و بررسیهایی صورت گرفته ا ست از جمله مظفر علی مهرابیان و همکاران شان[3] مطالعاتی را در رابطه با تعیین زاویهی بهینهی مناطق جنوب شرق ایران انجام دادهاند و یا الهه بهرامی و همکارشان[4] در جهت بهینه سازی زاویه در شرایو اقلیمی کرج مطالعاتی را صورت داده اند و همینطور فرزاد جعفر کاظمی و همکارشان[5] همین کار را در تهران انجام داده اند. در ادامهی این مقاله، به بررسی پارامترهای تاثیرگذار بر بازدهی کلکتورها و مساحت کلکتور برای ساختمان اداری مورد نیاز و محاسبات انجام شده و اطالعات آماری اولیهی مورد نیاز پرداخته شده است که نمودارهای نتیجه گرفته شده از برنامه ای که توسو نرم افزار متل نوشته شده است، ارائه گردیده است.
-2 اطالعات اولیه
سرراختمان مورد نظر کاربرد اداری داشررته و عر آن 18.30 متر و طول آن 47.50 متر در دو طبقه می باشررد که مواد معمولی به مانند بقیه ساختمانها از قبیل آجر، سیمان، گچ، آجرنما بکار رفته است و شیشهها دوجداره بوده و در هر طبقه 8 پنجره موجود است. از آنجایی که به کاربرد اداری بودن ساختمان اشاره شده است بتاطر این است که با توجه به استانداردهای موجود دمای مناس جهت تهویهی اتاقها 22 درجهی سانتیگراد میباشد.
بارگرمایش ساختمان دو طبقه اداری با استفاده از نرم افزار متل شبیه سازی گردیده است. بار گرمایش کلی بدست آمده برای دو طبقه 194996 Btu/hr یا 56548 Watt میباشررد. از آنجایی که دمای آسررایش برای محیو اداری 22℃ میباشررد معموال دمای برگشرررتی اتاق به ورودی هواگرمکن حدود 5℃ تا 6℃ کمتر از دمای آسرررایش در نظر گرفته می شرررود.
دمای خروجی کلکتور حدود 30℃ از مقدار دمای آسایش اتاق اداری بیشتر در نظر گرفته شده است[6]، که با این فرضیات اختالف دمای ورودی و خروجی کلکتور حدود 36℃ می باشرررد. طبق رابطهی 36، مقدار - kg/s - m میزان دبی هوای مورد نیاز کلی برای گرمایش کل ساختمان 1.6 kg/s بدست آمده است. حال با توجه به اینکه چه مقدار دبی از هوا را بتوان وارد کلکتور کرد، مجموع دبی تمام کلکتور ها با مساحت مشتص باید به عدد1.6 kg/s برسد.
در این پروژه هواگرمکنهای خور شیدی که جهت گرم کردن هوا ا ستفاده می گردد، در نرم افزار متل شبیه سازی شده است. از آنجایی که اطالعات هواشناسی دقیقی در رابطه با تابش کلی رسیده به سطح زمین در این منطقه موجود نیست یعنی توسو دستگاههای اندازهگیری تابش خورشیدی، اندازه گیری نشده است، ناچار به شبیه سازی انرژی خورشیدی تابیده شده به سطح با توجه به روابو موجود شده ایم.
جدول 1 بتشی از اطالعات هواشناسی شهر قاین که توسو ادارهی هواشناسی شهرستان تهیه شده، را نشان میدهد که جهت تعیین میانگین دما و بقیه اطالعات مفید برای 5 ماه آخر سال مورد استفاده در تحقیق حاضر به دست آمده است. توجه شود که فقو به صورت نمونه، یک سری اطالعات در این جدول آورده شده است.
-3 روش حل
کد نو شته شده دارای دو بتش می با شد که بتش اول مربوط به ق سمتی میبا شد که معادالت تاب شی کلی روی سطح شیبدار را در نظر می گیرد و در قسمت بعد مربوط به محاسبات هواگرمکنهای خورشیدی است. سه مدل برای حل و محاسبه تابش کلی روی سطح شیبدار پیشنهاد می شود[7-9] اولین بتش، بتش ایزوتروپیک است، یعنی بتشی که تابش یکنواختی را از کل آسمان دریافت می کند.
دومین بتش، تابش پراکنده محیو خورشید است که ناشی از پراکندگی رو به جلوی تابش خورشیدی است و در بتشی از آسمان در اطراف خورشید متمرکز می شود. سومین بتش، به عنوان درخشندگی افق شناخته می شود که در نزدیک افق متمرکز و در بیشتر اوقات در آسمان های صاف مطرح می شود. مدل ایزوتروپیک ساده ترین مدل است. محافظه کارترین تتمین های مربوط به تابش بر روی سطح شیبدار را ارائه میدهد و به طور گ سترده ا ستفاده شده ا ست. کاربرد مدل - HDKR یرایزوتروپیک - تقریباً شبیه ایزوتروپیک، ساده ا ست و نتایجی نزدیک به مقادیر اندازه گیری شررده میدهد.
برای سررطوحی که شرری آنها به سررمت خو اسررتوا اسررت مدل HDKR پیشررنهاد میشود. کاربرد مدل پرز - 2 سومین بتش از سه مدل - پیچیده تر است و عموماً تابش کلی را روی سطح شیبدار، کمی بیش تر از مقدارش پیشررگویی می کند. بنابراین این روش دارای کمترین محافظه کاری در بین سرره روش اسررت. این روش با داشررتن حداقل اندازه گیری ها، بهترین روش ا ست.
برای سطوحی که زاویه γ از 0 درجه در سمت شمالی ق سمت نیمه کروی یا 180 درجه در سمت جنوبی نیمه کروی دارند، مدل پرز پیشنهاد می شود. در تحقیق حاضررر با توجه به برتری مدل HDKR نسرربت به حالت ایزوتروپیک و همچنین با در نظر گرفتن کاربرد پرز برای روزهای صاف و با توجه به اینکه تحقیق ما برای 5 ماه آخر سال که همیشه دارای هوای صافی نیست میباشد، بنابراین از مدل HDKR بهره برده شده است.
