بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق به بررسی ضریب انتقال گرما در استفاده از دو نوع کلکتور خورشیدي در حالتهاي مجهز به سپرهاي گرمائی و خالی میپردازد. کلکتورها به صورت تک گذر و گذر دوبل میباشند. هوا از فضاي داخلی ساختمان به وسیله فن در محدوده اعداد رینولدز 2500 تا 6000 بداخل کلکتورهاي فوق دمیده و پس از گرم شدن مجدد بداخل آن برمیگردد.سپرهاي گرمائی در سه گام 2، 1/35و 1چلب متر مورد استفاده قرار گرفته است. ضرایب انتقال گرما در کلکتورهاي در حالتهاي استفاده از سپرهاي گرمائی با گام هاي مختلف و خالی بدست آمده و با هم مقایسه شده است. درصد نسبت ضریب انتقال گرما با استفاده از سپرهاي گرمائی مذکور به ضریب انتقال گرما در کلکتور خالی در شرایط استفاده از کلکتور تک گذر به ترتیب %124، %152 و %171/5 و در شرایط استفاده از کلکتور با گذر دوبل به ترتیب %142، %162 و %183 میباشند. با بکارگیري کلکتورهاي خورشیدي در ساختمان باعث صرفه جویی مصرف انرژي خواهیم بود.
واژههاي کلیدي: مصرف انرژي، کلکتور خورشیدي، ضریب انتقال گرما، سپر گرمائی.
-1 مقدمه
یکی از مهمترین منابع افزایش گرما در اطراف ساختمان ها استفاده از انرژي تابشی خورشید میباشد. معماري مناسب جهت استفاده بهینه از انرژي خورشید در کشورهاي در حال توسعه مورد توجه قرار گرفته است.استفاده از یک دودکش خورشیدي براي تهویه طبیعی در ساختمان ها پیکربندي مناسبی میباشد. یاج داي و همکارانش ب1م تحقیقاتی در مورد افزایش تهویه طبیعی در یک خانه خورشیدي انجام داده اند که مجهز به یک دودکش خورشیدي و محفظه تبرید بوده است. زهی و همکارانش ب2م نیز دو نوع کلکتور خورشیدي، تک گذر و گذردوبل را مورد بررسی قرار داده اند. از کلکتورهاي فوق براي گرمایش فضا در فصل زمستان و تهویه طبیعی در فصول دیگر استفاده شده است. در تحقیق فوق نسبت گرماي جمع شده در استفاده از کلکتور با گذر دوبل %10 بیشتر از کلکتور تک گذر میباشد.در تحقیق حاضر اثر استفاده از سپرهاي گرمائی در گام هاي مختلف بر روي افزایش انتقال گرما در کلکتورهاي تک گذر و گذردوبل نسبت به کلکتورهاي خالی مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 شرح مدل آزمایش
مدل آزمایشی از یک کلکتور خورشیدي ساخته شده که بر روي پشت بام یک منزل مسکونی مطابق شکل - 1 - نصب شده است.هوا به وسیله دمنده یک - با هوادهی 1000 متر مکعب در ساعت - بداخل کلکتور هدایت شده و پس از گرم شدن مجدد بداخل اتاق وارد میشود. جهت تنظیم سرعت ورودي بداخل کلکتور از یک اینورتور 2 کیلو وات استفاده شده است. کلکتورها به دو صورت تک گذر و گذردوبل به ترتیب مطابق ذسه و ذست می باشند. آن قسمتی از کلکتور که به سمت خورشید می باشداز جنس شیشه بوده و سایر قسمت هاي کلکتور از جنس ورق استیل می باشند. براي جلوگیري از اتلاف گرما، دیواره هاي بیرونی کانال کلکتورها عایق کاري شده است.براي اندازه گیري دماي سطح داخلی کانال کلکتورها وهمچنین دماي هواي ورودي به کانال و خروجی از آن از ترموکوپل هاي تتذ1ب استفاده شده است.
بر روي سطح داخلی کلکتور تک گذر و گذردوبل به ترتیب 24چش و 40چش ترموکوپلنصب شده است. ترموکوپل هاي فوق کالیبره شده و دقت آنها حدود 0/2 C می باشد. طول کلکتور تک گذر و گذردوبل به ترتیب 3 و 6 متر، و عرض و ارتفاع آنها 4 و 0/2 متر می باشند. براي اندازه گیري سرعت هواي ورودي بداخل کلکتورهاي فوق از یک فلومتر - 8 تا 1000 متر مکعب بر ساعت - استفاده شده است. فلومتر فوق کالیبره شده و دقت آن حدود 0/5مترمکعب بر ساعت می باشد.کلکتورها در آزمایش هاي انجام شده، براي گرمایش یک فضاي مسکونی در فصل زمستان در نظر گرفته شده است. در آزمایش ها بعد از به تعادل رسیدن جریان هوا در داخل کلکتورها اطلاعات به کامپیوتر منتقل و براي یک دوره یک روزه متوسط گیري می گردد. زمان جمع آوري اطلاعات در یک روز از ساعت 8 تا 16 می باشد. عدم قطعیت در آزمایش ها به وسیله روش کلمن و استیل ب3م و استاندارد غقحAَعحشA ب4م محاسبه شده است. گستره عدم قطعیت در محاسبه اعدادرینولدز و ضریب انتقال گرما به ترتیب 5 ی و 6 ی می باشد.
-3 فرمول بندي نتایج
در حالت شرایط پایدار مقدار خالص انتقال گرما ج Qnetض در قسمت داخل کانال برابر میزان انرژي تابشی از خورشید بوده که از شیشه کلکتور بداخل کانال هدایت می گردد. مقدار انتقال گرماي سیال عبوري از قسمت تست معادل حاصلضرب دبی جرمی، ظرفیت گرماي ویژه و اختلاف دماي هواي ورودي و خروجی از کانال کلکتور می باشد.مقدار دبی جرمی هوا بوسیله رابطه - 2 - بدست می آید.مقدار انتقال گرما در قسمت تست همچنین معادل رابطه - 3 - می باشد.در اینجا - - Tw متوسط دماي سطح داخلی کانال کلکتورها می باشد که بوسیله رابطه - 4 - محاسبه می گردد.توده اي بوده که بوسیله رابطه - 5 - محاسبه می گردد. تمام خواص ترموفیزیکی هوا در دماي توده اي در نظر گرفته می شود.محاسبه می گردد.عدد رینولدز از رابطه - 6 - محاسبه می گردد.
