پایان نامه بررسی مطالعه انواع آب گرم کن های خورشیدی موجود در ایران و طراحی بهینه آن
در 140 صفحه ورد قابل ویرایش
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل 1 : طرح دیدگاه و اهداف پروژه .................................................................... 1
مقدمه........................................................................................................................ 2
اهداف کلی پروژه ..................................................................................................... 9
کارایی...................................................................................................................... 10
فصل 2 : بررسی آبگرمکن های خورشیدی........................................................... 12
معیارهای طراحی آبگرمکن خورشیدی................................................................... 13
سیستم Recirculation (pluse)............................................................................ 18
سیستم Drainout (Drain down ) ....................................................... 19
سیستم Drainback With Air Compressor................................................... 20
سیستم Drainback with liquid level control................................................ 22
سیستم Thermosyphon with electrically protected collecrtor............. 23
سیستم Drainout Thermosyphon................................................................... 25
سیستم Breadbox (batch).................................................................................. 26
سیستم Coil in Ttank , Warp Around , Tank in Tank............................ 28
سیستم External Heat Exchanger................................................................... 30
سیستم Darinback with load- side heat exchanger................................... 32
سیستم Drainback with Collector – Side Heat Exchanger.................... 34
سیستم Two – phase – Thermosyphon....................................................... 35
سیستم One Phase Thermosyphon................................................................ 36
نتایج و بررسی سیستم های خورشیدی متناسب با ایران ...................................... 38
فصل سوم : گرد آورنده های تخت خورشیدی..................................................... 46
صفحه پوشش.......................................................................................................... 50
فاصله هوایی............................................................................................................ 52
صفحات جاذب......................................................................................................... 53
طرحهای گوناگون صفحه جاذب و مجاری انتقال سیال.......................................... 54
سیال عامل .............................................................................................................. 60
عایقکاری.................................................................................................................. 61
قاب گرد آورنده ...................................................................................................... 63
رشته های سری و موازی...................................................................................... 64
فصل چهارم : اصول حاکم بر گرد آورنده های خورشیدی................................... 67
انتقال گرما به سیال................................................................................................. 68
جریان متلاطم و بدست آوردن ضریب انتقال گرما................................................. 69
جریان گذرا و بدست آوردن ضریب انتقال گرما.................................................... 70
جریان آرام و بدست آوردن ضریب انتقال گرما..................................................... 73
بیلان انرژی برای یک گردآورنده تخت خورشیدی نمونه....................................... 74
متوسط ماهانه انرژی خورشیدی جذب شده ......................................................... 76
اثرات وضعیت سطح جذب بر روی مقدار انرژی دریافتی ..................................... 80
توزیع دما در گردآورنده های تخت خورشیدی...................................................... 84
ضریب انتقال گرمای کل یک گردآورنده................................................................. 85
چگونگی تغییر ضریب اتلاف فوقانی بر اثر تغییر فاصله......................................... 88
توزیع دما بین لوله و ضریب بازدهی گردآورنده .................................................. 91
توزیع دما در جهت جریان....................................................................................... 99
ضریب اخذ گرما و ضریب جریان گرد آورنده .................................................... 100
میانگین دمای سیال و صفحه................................................................................. 103
طرحهای دیگر گردآورنده ..................................................................................... 104
فصل پنجم : طراحی یک نمونه گرد آورنده تخت ............................................... 107
منطقه طراحی.......................................................................................................... 109
مقدار آبگرم مصرفی.............................................................................................. 109
درجه حرارت آبگرم مصرفی................................................................................. 110
درجه حرارت آب ورودی به گرد آورنده ............................................................. 110
تعداد گرد آورنده ها و چگونگی نصب آنها به هم................................................. 110
زوایای حرکت خورشید.......................................................................................... 111
جهت تابش خورشید............................................................................................... 119
نسبت بین تابش مستقیم بر روی یک صفحه شیبدار واقعی .................................. 119
زاویه شیب گرد آورنده ها .................................................................................... 123
محاسبه مقدار متوسط ماهانه تابش روزانه رسیده به سطح گرد آورنده ............ 123
بدست آوردن طول روز ........................................................................................ 126
شکل گرد آورنده ................................................................................................... 127
جنس صفحه جاذب................................................................................................. 127
مشخصات رنگ...................................................................................................... 127
قطر و تعداد لوله ها در هر گرد آورنده ................................................................ 128
بدست آوردن دبی حجمی و جرمی........................................................................ 128
بدست آوردن عدد رینولدز در لوله ها................................................................... 129
بدست آوردن ضریب انتقال گرما........................................................................... 129
نوع پوشش............................................................................................................. 130
جنس قاب................................................................................................................ 130
نوع و ضخامت عایق............................................................................................... 130
دمای محیط............................................................................................................ 131
بدست آوردن انرژی مورد نیاز ............................................................................ 131
بدست آوردن ضریب اتلاف فوقانی........................................................................ 132
بدست آوردن اتلاف تحتانی.................................................................................... 132
بدست آوردن ضریب اتلاف کلی ........................................................................... 133
بدست آوردن سطح گرد آورنده ........................................................................... 133
فاصله بین لوله ها................................................................................................... 134
بدست آوردن بازدهی پره...................................................................................... 134
بدست آوردن بازدهی گرد آورنده ........................................................................ 134
بدست آوردن ضریب انتقال گرمای گرد آورنده .................................................. 134
محاسبه دمای خروجی سیال.................................................................................. 135
بدست آوردن بازدهی گرد آورنده ........................................................................ 135
مشخصات دستگاه طراحی شده ............................................................................ 136
منابع و مراجع ....................................................................................................... 138
ضمائم
طرح دیدگاه و اهداف پروژه
مقدمه :
میزان انرژی خورشیدی دریافتی در ایران به طور متوسط حدود 18 مگا جول بر متر مربع در روز، یا حدود 1016 مگا جول در سال در سطح کشور تخمین زده می شود. این مقدار انرژی بیش از 4000 برابر کل انرژی مصرفی در کشور می باشد. با این مقدار انرژی دریافتی و داشتن زمین های مناسب برای استفاده از آفتاب و تکنولوژی نسبتاً ساده کاربردهای مختلف انرژی خورشیدی، می توان کلیه نیازهای انرژی کشور را با استفاده از انرژی خورشیدی تأمین کرد.
استفاده های انرژی خورشیدی که در ایران کاربرد دارند به شرح زیر مورد بررسی قرار گرفته اند:
الف . دستگاههایی که به طور مستقیم از نور خورشید استفاده می کنند :
1- تولید آب گرم مصرفی
2- گرمایش طبیعی ساختمانها
3- گرمایش غیر طبیعی ساختمانها
4- سرمایش ساختمانها
5- پخت غذا
6- خشک کردن میوه، سبزی و ماهی
7- نمک زدائی آب دریا
8- تولید انرژی الکتریکی به طریق تبدیل مستقیم
9- تولید انرژی الکتریکی از طریق تبدیل حرارتی (تبدیل غیر مستقیم)
ب. دستگاههائی که به طور غیر مستقیم از انرژی خورشید استفاده می نمایند :
1- سرمایش طبیعی ساختمانها و ذخیره سازی سرمای زمستان
2- تولید گاز متان با استفاده از فضولات حیوانی و کشاورزی
3- استفاده از انرژی باد
شرح مختصری از نحوه کار هریک از سیستم های فوق الذکر ارائه و هزینه ساخت و تولید و قیمت انرژی تولید شده هریک از آنها تعیین شده اند. مقایسه قیمت انرژی تولید شده در دستگاههای انرژی خورشیدی فوق الذکر با قیمت انرژی که از طریق سوختهای فسیلی متداول در کشور تولید می شود نشان می دهد که استفاده از انرژی خورشیدی اقتصادی نیست. علت اصلی اقتصادی نبودن استفاده از انرژی خورشیدی این است که مواد نفتی و برق در تمام نقاط کشور تقریباً به طور رایگان در اختیار مصرف کنندگان قرار دارند.
دلایل توجیهی برای استفاده از انرژی خورشیدی در کشور :
اقتصادی بودن نباید تنها دلیل استفاده از انرژی خورشیدی باشد. لازم است انرژی خورشیدی به دلیل زیر مورد توجه قرار گرفته و سرمایه گذاری های لازم برای کاربرد وسیع آن اعمال گردد:
1- اسراف در مواد غذایی، منابع طبیعی و هرچیزی توسط دین مبین اسلام نهی شده است. سوزاندن نفت، این نعمت بسیار ذیقیمت و محدود الهی، برای تولید آب گرم مصرفی (در دمای حدود 45 درجه سانتیگراد) ، تولید هوا و یا آب گرم برای گرمایش ساختمانها ( در دمای 50 تا 90 درجه سانتیگراد) و پختن غذا (در دماهای حدود 100 درجه سانتیگراد) اسرافی بس واضح است. سوزاندن سوختهای فسیلی برای کاربردهای فوق الذکر همان قدر اسراف و تبذیر (و در نتیجه ارتکاب گناه) است که سوزاندن گندم جهت تأمین همین نیازها می باشد. نفت، این نعمت خدادادی را می توان برای تولید دارو، مواد پلاستیکی و کودهای شیمیایی و غیره به کار گرفت.