پایان نامه آنالیز اگزرژی آبگرمکن های خورشیدی

چکیده پایان نامه آنالیز اگزرژی آبگرمکن های خورشیدی

آبگرمکنهای خورشیدی پرکاربردترین سیستمهای حرارتی خورشیدی در جهانند. اصلی ترین بخش آنها کلکتور خورشیدی است که انرژی تابشی خورشید را جذب کرده و به سیال عامل انتقال می دهد. استفاده از راندمان قانون اول ترمودینامیک به عنوان یکی از مهمترین پارامترها جهت معرفی و مقایسه ی سیستمهای حرارتی از جمله کلکتورهای خورشیدی به طور متداول مورد استفاده قرار می گیرد. در حالیکه قانون اول ترمودینامیک به تنهایی قادر به بیان عملکرد کمی و کیفی این سیستمها نمی باشد. در این تحقیق مدلی تئوری و جامع برای تحلیل انرژی (قانون اول ترمودینامیک) و اگزرژی (قانون دوم ترمودینامیک) کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت و لوله ای خلاء با لوله حرارتی ارائه شده که در آن تاثیر مولفه های طراحی کلکتور روی عملکرد آن قابل بررسی است. پس از ارزیابی و تایید این مدل با استفاده از نتایج آزمایشات عملی به بررسی تاثیر پارامترهای طراحی مختلف روی راندمان انرژی و اگزرژی کلکتور پرداخته شده است.

انرژی خورشیدی یکی از مهمترین منابع انرژیهای تجدید پذیر و پاک به جهت جایگزینی سوختهای فسیلی است که استفاده از آن در سراسر جهان رو به گسترش است. این انرژی به صورت عمده به دو مصرف تولید برق و تولید حرارت می رسد. عمومی ترین مصرف این انرژی در آبگرمکن های خورشیدی است. در ارزیابی کارایی آبگرمکنهای خورشیدی از آنالیز انرژی (قانون اول) به طور گسترده ای استفاده شده، اما آنالیز قانون اول به تنهایی معیار مناسبی برای ارزیابی کارایی این سیستمها نیست، یکی از مهمترین مزایای آنالیز قانون دوم نسبت به قانون اول در نظر گرفتن شرایط محیط است که تاثیر بسیاری بر عملکرد سیستم و افزایش یا کاهش مصرف انرژی دارد، به همین دلیل لازم است سیستم بر مبنای قانون دوم ( آنالیز اگزرژی ) نیز بررسی شود تا بتوان تحلیل بهتری برای بازدهی سیستم و همچنین یافتن نقایص ترمودینامیکی و فرایندهایی از سیستم که امکان رشد و پیشرفتشان از لحاظ ترمودینامیکی وجود دارد ارایه داد.

در این پایان نامه روابط ترمودینامیکی و انتقال حرارت در کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت و لوله ای خلاء با لوله حرارتی برای تحلیل آنها بر پایه ی قوانین اول و دوم ترمودینامیک با استفاده از کمترین فرضیات به منظور بدست آوردن راندمانهای انرژی و اگزرژی آنها و همچنین بررسی تاثیر تغییر پارامترهای طراحی بر عملکرد کلکتورها مورد بررسی قرار می گیرند. مطمئنا نتایج حاصله در کلیه سیستمهای حرارتی خورشیدی از قبیل گرمایشی و سرمایشی که از این کلکتورها استفاده می کنند قابل استفاده می باشند.

اجزای اصلی آبگرمکن های خورشیدی

کلکتور و مخزن جزء اصلی تمام آبگرمکن های خورشیدی می باشند که در این بخش به توضیحشان خواهیم پرداخت . البته بسته به نوع آبگرمکن ممکن است در سیستم از پمپ و مبدل حرارتی نیز استفاده شود که در بخش بعدی ذیل همان سیستم توضیح داده خواهند شد.

کلکتور خورشیدی

در آبگرمکن های خورشیدی، بسته به نوع استفاده آنها ممکن است از انواع کلکتور صفحه تخت، لوله ای خلأ یا متمرکز کننده استفاده شود که در سیستم های خانگی عموماً از نوع صفحه تخت یا لوله ای خلأ استفاده می گردد. استفاده از کلکتورهای صفحه تخت قدمت بیشتری داشته و نسبت به کلکتورهای لوله ای خلاء که تکنولوژی جدیدتری محسوب می شوند رواج بیشتری دارد.

مخزن ذخیره آب گرم

مخزن ذخیره آب یا سیال گرم را بدون اینکه دچار خوردگی شود، برای صرف در زمان دلخواه در خود نگه می دارد. تانک ذخیره معمولا برای نگهداری 5/1 تا 2 روز ذخیره آب گرم طراحی می شود. جنس مخازن بکار رفته در آبگرمکن های خورشیدی معمولاً از فولاد یا مس بوده و گاهی اوقات از فایبر گلاس نیز استفاده شده است. لازم است به وسیله عایق کاری مناسب، اتلاف حرارتی مخزن به حداقل برسد.

انواع آبگرمکنهای خورشیدی

به طور کلی آبگرمکن های خورشیدی در دو نوع آبگرمکن های ترموسیفونی (با جابجایی طبیعی) و آبگرمکن های با جابجایی اجباری مورد استفاده قرار می گیرند. که در نوع دوم گردش سیال عامل در سیستم توسط پمپ انجام می شود. در این بخش به توضیح این دو نوع آبگرمکن خواهیم پرداخت.

آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی

در یک سیکل بسته از سیال، در صورتیکه قسمتی از سیال که در ارتفاع پایینتری قرار دارد گرمتر از قسمت بالاتر باشد، سیال گرم به دلیل چگالی کمتر به سمت بالا حرکت می کند و تداوم این اختلاف دما و ارتفاع باعث ایجاد جریان سیال در این مدار می شود و در نتیجه سیال به صورت طبیعی و بدون نیاز به پمپ به گردش در خواهد آمد. به این نوع جریان سیال، جریان ترموسیفونی گفته می شود. آبگرمکن های خورشیدی با جریان طبیعی نیز از اصل ترموسیفون حرارتی استفاده می کنند. بدین نحو که مخزن ذخیره در ارتفاع منتهی (20 تا 60 سانتیمتر) بالاتر از کلکتور قرار داده می شود. در اثر تابش خورشید به روی سطوح جاذب کلکتورها، سیال داخل آن گرم شده و جریان ترموسیفونی مابین کلکتور و مخزن برقرار می گردد. حرکت ترموسیفونی سیال تا زمانیکه انرژی خورشید موجود باشد ادامه دارد و با افول خورشید متوقف می شود...

فهرست مطالب پایان نامه

چکیده

مقدمه

فصل اول: کلیات

هدف

پیشینه ی تحقیق

روش کار و تحقیق

فصل دوم: کلکتورهای خورشیدی

کلکتور صفحه تخت

ساختمان کلکتور صفحه تخت

تاثیر آب و هوا بر کلکتور صفحه تخت

کلکتورهای لوله ای خلا

انواع کلکتورهای لوله ای خلا

کلکتورهای متمرکز کننده

اجزای کلکتورهای متمرکز کننده

انواع کلکتورهای متمرکز کننده

فصل سوم : آبگرمکنهای خورشیدی

اجزای اصلی آبگرمکن های خورشیدی

کلکتور خورشیدی

مخزن ذخیره آب گرم

آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی

آبگرمکن های خورشیدی با سیستم های جابجایی اجباری

آبگرمکن های خورشیدی یکپارچه

فصل چهارم : آنالیز قانون دوم ترمودینامیک

انرژی و قانون اول ترودینامیک

قانون دوم ترمودینامیک

اگزرژی

اتلاف اگزرژی و تولید آنتروپی در فرایندهای ترمودینامیکی

فصل پنچم : آنالیز انرژی و اگزرژی کلکتورهای خورشیدی

کلکتور صفحه تخت

آنالیز انرژی

آنالیز اگزرژی

کلکتور لوله ای خلاء با لوله حرارتی

تحلیل حرارتی

راندمان انرژی

راندمان اگزرژی

فصل ششم : نتیجه گیری و پیشنهادات

ارزیابی عملی روابط تئوری

کلکتور صفحه تختف

کلکتور لوله ای خلاء با لوله حرارتی

بررسی تاثیر تغییر پارامترهای طراحی بر عملکرد کلکتورها

کلکتور صفحه تخت

کلکتور لوله ای خلاء با لوله حرارتی

جمع بندی و پیشنهادات

منابع و ماخذ

چکیده انگلیسی

فهرست جدول ها، شکلها و نمودارها