آناليز اگزرژي آبگرمكن‌هاي خورشيدي

آبگرمكنهاي خورشيدي پركاربردترين سيستمهاي حرارتي خورشيدي در جهانند. اصلي‌ترين بخش آنها كلكتور خورشيدي است كه انرژي تابشي خورشيد را جذب كرده و به سيال عامل انتقال مي‌دهد. استفاده از راندمان قانون اول ترموديناميك به عنوان يكي از مهمترين پارامترها جهت معرفي و مقايسه‌ي سيستمهاي حرارتي از جمله كلكتورهاي خورشيدي به طور متداول مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در حاليكه قانون اول ترموديناميك به تنهايي قادر به بيان عملكرد كمي و كيفي اين سيستمها نمي‌باشد. در اين تحقيق مدلي تئوري و جامع براي تحليل انرژي (قانون اول ترموديناميك) و اگزرژي (قانون دوم ترموديناميك) كلكتورهاي خورشيدي صفحه تخت و لوله‌اي خلاء با لوله حرارتي ارائه شده كه در آن تاثير مولفه‌هاي طراحي كلكتور روي عملكرد آن قابل بررسي است. پس از ارزيابي و تاييد اين مدل با استفاده از نتايج آزمايشات عملي به بررسي تاثير پارامترهاي طراحي مختلف روي راندمان انرژي و اگزرژي كلكتور پرداخته شده است.

فهرست:

چكيده. 1

مقدمه. 2

فصل اول: كليات... 4

1-1) هدف.. 4

1-2) پيشينه‌ي تحقيق.. 4

1-3) روش كار و تحقيق.. 10

فصل دوم: كلكتورهاي خورشيدي.. 12

2-1 ) كلكتور صفحه تخت... 12

2-1-1) ساختمان كلكتور صفحه تخت... 12

2-1-2) تاثير آب و هوا بر كلكتور صفحه تخت 15

2-2 ) كلكتورهاي لوله اي خلاء 15

2-2-1) انواع كلكتورهاي لوله اي خلاء 16

2-3 ) كلكتورهاي متمركز كننده. 19

2-3-1 ) اجزاي كلكتورهاي متمركز كننده 20

2-3-2 ) انواع كلكتورهاي متمركز كننده 20

فصل سوم : آبگرمكنهاي خورشيدي.. 24

3-1 ) اجزاي اصلي آبگرمكن هاي خورشيدي 25

3-1-1) كلكتور خورشيدي 25

3-1-2) مخزن ذخيره آب گرم.. 25

3-2-1 ) آبگرمكن خورشيدي ترموسيفوني 26

3-2-2) آبگرمكن هاي خورشيدي با سيستم هاي جابجايي اجباري 27

3-2-3) آبگرمكن هاي خورشيدي يكپارچه. 29

فصل چهارم : آناليز قانون دوم ترموديناميك... 31

4-1 ) انرژي و قانون اول تروديناميك... 31

4-2) قانون دوم ترموديناميك... 32

4-2-1) اگزرژي.. 33

4-2-2)اتلاف اگزرژي و توليد آنتروپي در فرايندهاي ترموديناميكي.. 38

فصل پنچم : آناليز انرژي و اگزرژي كلكتورهاي خورشيدي.. 41

5-1) كلكتور صفحه تخت... 41

5-1-1) آناليز انرژي.. 41

5-1-2) آناليز اگزرژي.. 44

5-2) كلكتور لوله‌اي خلاء با لوله حرارتي.. 47

5-2-1) تحليل حرارتي.. 47

5-2-2) راندمان انرژي.. 52

5-2-2) راندمان اگزرژي.. 52

فصل ششم : نتيجه‌گيري و پيشنهادات... 54

6-1) ارزيابي عملي روابط تئوري.. 54

6-1-1) كلكتور صفحه تختف... 55

6-1-2) كلكتور لوله‌اي خلاء با لوله حرارتي.. 61

6-2) بررسي تاثير تغيير پارامترهاي طراحي بر عملكرد كلكتورها. 66

6-2-1) كلكتور صفحه تخت... 66

6-2-2) كلكتور لوله‌اي خلاء با لوله حرارتي.. 75

6-3) جمع بندي و پيشنهادات... 77

منابع و ماخذ. 78

فهرست منابع لاتين.. 78

سايتهاي اطلاع رساني.. 80

چكيده انگليسي.. 81

صفحه عنوان انگليسي 82

فهرست جدول‌ها

عنوان شماره صفحه

جدول 4-1) مقايسه بين انرژي و اگزرژي.. 34

جدول 6-1) مشخصات كلكتور صفحه تخت مورد استفاده جهت آزمايشات عملي.. 55

جدول 6-2) نتايج آزمايشات عملي كلكتور صفحه تخت... 56

جدول 6-3) مشخصات كلكتور لوله‌اي خلاء مورد استفاده در آزمايشگاه. 61

جدول 6-4) نتايج آزمايشات عملي و تئوري كلكتور لوله‌اي خلاء 62

فهرست نمودار‌ها

عنوان شماره صفحه

نمودار 6-1) تغييرات راندمان انرژي كلكتور صفحه تخت بر حسب در دبيهاي مختلف.58

نمودار 6-2) تغييرات راندمان اگزرژي كلكتور صفحه تخت بر حسب در دبيهاي مختلف.60

نمودار 6-3) تغييرات راندمان انرژي كلكتور لوله‌اي خلاء بر حسب در دبيهاي مختلف.64

نمودار 6-4) تغييرات راندمان اگزرژي كلكتور لوله‌اي خلاء بر حسب در دبيهاي مختلف.65

نمودار 6-5) تغييرات دماي صفحه جاذب بر حسب تغييرات و دبي جريان.. 67

نمودار 6-6) تغييرات راندمان انرژي كلكتور صفحه تخت بر حسب و دبي جريان ورودي به كلكتور.68

نمودار 6-7) تغييرات راندمان اگزرژي كلكتور صفحه تخت بر حسب و دبي جريان ورودي به كلكتور.69

نمودار 6-8) تغييرات راندمان انرژي و اگزرژي كلكتور را بر حسب تغييرات قطر لوله‌هاي داخلي كلكتور.70

نمودار 6-9) تغييرات راندمان انرژي كلكتور بر حسب ضخامت عايق پشت كلكتور.71

نمودار 6-10) تغييرات راندمان اگزرژي كلكتور بر حسب ضخامت عايق پشت كلكتور.71

نمودار 6-12) تغييرات راندمان اگزرژي كلكتور بر حسب سرعت وزش باد.72

نمودار 6-13) تغييرات راندمان انرژي كلكتور بر حسب ، براي سه سيال عامل مختلف.73

نمودار 6-14) تغييرات راندمان اگزرژي كلكتور بر حسب ، براي سه سيال عامل مختلف.74

نمودار 6-15) تغييرات راندمان انرژي كلكتور لوله‌اي خلاء بر حسب و دبي جريان ورودي به كلكتور.75

نمودار 6-16) تغييرات راندمان اگزرژي كلكتور لوله‌اي خلاء بر حسب و دبي جريان ورودي به كلكتور.76

فهرست شكل‌ها

عنوان شماره صفحه

شكل 2-1 ) كلكتور صفحه تخت 15

شكل 2-2) كلكتور لوله‌اي خلاء. 16

شكل 2-3 ) كلكتور لوله اي خلاء جريان مستقيم.. 17

شكل 2-5 ) كلكتور لوله اي خلاء با دو لوله‌ي شيشه‌اي.. 18

شكل 2-6) نماي شماتيك كلكتور لوله‌اي خلاء با لوله حرارتي.. 19

شكل 2-7) كلكتور سهموي خطي.. 21

شكل 2-8) كلكتور فرنل.. 22

شكل 3-1 ) ابگرمكن ترموسيفوني با كلكتور صفحه تخت... 26

شكل 3-2 ) آبگرمكن خورشيدي ترموسيفوني حلقه باز. 27

شكل 3-3) آبگرمكن خورشيدي با سيستم هاي جابجايي اجباري حلقه باز. 28

شكل 5-1) نماي شماتيك كلكتور صفحه تخت مورد بررسي.41

شكل 5-2) لوله حرارتي در حالت افقي.. 48

شكل 5-3) كلكتور لوله‌اي خلاء با لوله حرارتي مورد بررسي.. 49

شكل 5-4) مدل الكتريكي انتقال حرارت در كلكتور لوله خلاء با لوله حرارتي.49

شكل 6-1) تجهيزات مورد استفاده در آزمايشگاه انرژي خورشيدي.. 54