آنالیز اگزرژی آبگرمکن‌های خورشیدی

آبگرمکنهای خورشیدی پرکاربردترین سیستمهای حرارتی خورشیدی در جهانند. اصلی‌ترین بخش آنها کلکتور خورشیدی است که انرژی تابشی خورشید را جذب کرده و به سیال عامل انتقال می‌دهد. استفاده از راندمان قانون اول ترمودینامیک به عنوان یکی از مهمترین پارامترها جهت معرفی و مقایسه‌ی سیستمهای حرارتی از جمله کلکتورهای خورشیدی به طور متداول مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حالیکه قانون اول ترمودینامیک به تنهایی قادر به بیان عملکرد کمی و کیفی این سیستمها نمی‌باشد. در این تحقیق مدلی تئوری و جامع برای تحلیل انرژی (قانون اول ترمودینامیک) و اگزرژی (قانون دوم ترمودینامیک) کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت و لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی ارائه شده که در آن تاثیر مولفه‌های 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.

فهرست:

چکیده. 1

مقدمه. 2

فصل اول: کلیات... 4

1-1) هدف.. 4

1-2) پیشینه‌ی تحقیق.. 4

1-3) روش کار و تحقیق.. 10

فصل دوم: کلکتورهای خورشیدی.. 12

2-1 ) کلکتور صفحه تخت... 12

2-1-1) ساختمان کلکتور صفحه تخت... 12

2-1-2) تاثیر آب و هوا بر کلکتور صفحه تخت 15

2-2 ) کلکتورهای لوله ای خلاء 15

2-2-1) انواع کلکتورهای لوله ای خلاء 16

2-3 ) کلکتورهای متمرکز کننده. 19

2-3-1 ) اجزای کلکتورهای متمرکز کننده 20

2-3-2 ) انواع کلکتورهای متمرکز کننده 20

فصل سوم : آبگرمکنهای خورشیدی.. 24

3-1 ) اجزای اصلی آبگرمکن های خورشیدی 25

3-1-1) کلکتور خورشیدی 25

3-1-2) مخزن ذخیره آب گرم.. 25

3-2-1 ) آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی 26

3-2-2) آبگرمکن های خورشیدی با سیستم های جابجایی اجباری 27

3-2-3) آبگرمکن های خورشیدی یکپارچه. 29

فصل چهارم : آنالیز قانون دوم ترمودینامیک... 31

4-1 ) انرژی و قانون اول ترودینامیک... 31

4-2) قانون دوم ترمودینامیک... 32

4-2-1) اگزرژی.. 33

4-2-2)اتلاف اگزرژی و تولید آنتروپی در فرایندهای ترمودینامیکی.. 38

فصل پنچم : آنالیز انرژی و اگزرژی کلکتورهای خورشیدی.. 41

5-1) کلکتور صفحه تخت... 41

5-1-1) آنالیز انرژی.. 41

5-1-2) آنالیز اگزرژی.. 44

5-2) کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی.. 47

5-2-1) تحلیل حرارتی.. 47

5-2-2) راندمان انرژی.. 52

5-2-2) راندمان اگزرژی.. 52

فصل ششم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات... 54

6-1) ارزیابی عملی روابط تئوری.. 54

6-1-1) کلکتور صفحه تختف... 55

6-1-2) کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی.. 61

6-2) بررسی تاثیر تغییر پارامترهای طراحی بر عملکرد کلکتورها. 66

6-2-1) کلکتور صفحه تخت... 66

6-2-2) کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی.. 75

6-3) جمع بندی و پیشنهادات... 77

منابع و ماخذ. 78

فهرست منابع لاتین.. 78

سایتهای اطلاع رسانی.. 80

چکیده انگلیسی.. 81

صفحه عنوان انگلیسی 82

 فهرست جدول‌ها

عنوان شماره صفحه

جدول 4-1) مقایسه بین انرژی و اگزرژی.. 34

جدول 6-1) مشخصات کلکتور صفحه تخت مورد استفاده جهت آزمایشات عملی.. 55

جدول 6-2) نتایج آزمایشات عملی کلکتور صفحه تخت... 56

جدول 6-3) مشخصات کلکتور لوله‌ای خلاء مورد استفاده در آزمایشگاه. 61

جدول 6-4) نتایج آزمایشات عملی و تئوری کلکتور لوله‌ای خلاء 62

عنوان شماره صفحه

نمودار 6-1) تغییرات راندمان انرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب در دبیهای مختلف.58

نمودار 6-2) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب در دبیهای مختلف.60

نمودار 6-3) تغییرات راندمان انرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب در دبیهای مختلف.64

نمودار 6-4) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب در دبیهای مختلف.65

نمودار 6-5) تغییرات دمای صفحه جاذب بر حسب تغییرات و دبی جریان.. 67

نمودار 6-6) تغییرات راندمان انرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور.68

نمودار 6-7) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور.69

نمودار 6-8) تغییرات راندمان انرژی و اگزرژی کلکتور را بر حسب تغییرات قطر لوله‌های داخلی کلکتور.70

نمودار 6-9) تغییرات راندمان انرژی کلکتور بر حسب ضخامت عایق پشت کلکتور.71

نمودار 6-10) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب ضخامت عایق پشت کلکتور.71

نمودار 6-12) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب سرعت وزش باد.72

نمودار 6-13) تغییرات راندمان انرژی کلکتور بر حسب ، برای سه سیال عامل مختلف.73

نمودار 6-14) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب ، برای سه سیال عامل مختلف.74

نمودار 6-15) تغییرات راندمان انرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور.75

نمودار 6-16) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور.76

 فهرست شکل‌ها

عنوان شماره صفحه

شکل 2-1 ) کلکتور صفحه تخت 15

شکل 2-2) کلکتور لوله‌ای خلاء. 16

شکل 2-3 ) کلکتور لوله ای خلاء جریان مستقیم.. 17

شکل 2-5 ) کلکتور لوله ای خلاء با دو لوله‌ی شیشه‌ای.. 18

شکل 2-6) نمای شماتیک کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی.. 19

شکل 2-7) کلکتور سهموی خطی.. 21

شکل 2-8) کلکتور فرنل.. 22

شکل 3-1 ) ابگرمکن ترموسیفونی با کلکتور صفحه تخت... 26

شکل 3-2 ) آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی حلقه باز. 27

شکل 3-3) آبگرمکن خورشیدی با سیستم های جابجایی اجباری حلقه باز. 28

شکل 5-1) نمای شماتیک کلکتور صفحه تخت مورد بررسی.41

شکل 5-2) لوله حرارتی در حالت افقی.. 48

شکل 5-3) کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی مورد بررسی.. 49

شکل 5-4) مدل الکتریکی انتقال حرارت در کلکتور لوله خلاء با لوله حرارتی.49

شکل 6-1) تجهیزات مورد استفاده در آزمایشگاه انرژی خورشیدی.. 54