پروژه بررسی و مطالعه انواع آب گرم کن های خورشیدی موجود در ایران و طراحی بهینه آن

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
پروژه بررسی و مطالعه انواع آب گرم کن های خورشیدی موجود در ایران و طراحی بهینه آن
نوع فایل: word
قابل ویرایش 147 صفحه

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.
2-استفاده از منابع نفتی در کشور باعث آلودگی هوا و آب و زمین شده است. وجود این آلودگی ها، به خصوص آلودگی هوا در شهرهای بزرگ مانند تهران سبب بیماریهای متعدد، مرگهای زودرس و به طور کلی پائین آمدن کارائی افراد شده است. لازم است که به خاطر حفظ سلامتی مردم آلودگی محیط زیست دقیقاً کنترل و مصرف این سوختهای فسیلی تقلیل یابد. انرژی خورشیدی یک منبع لایزال انرژی است که کمترین آلودگی ها را در محیط زیست به وجود می آورد.
3-سوزاندن سوختهای فسیلی و ایجاد دی اکسید کربن در سطح جهانی باعث بالا رفتن دمای اتمسفر زمین شده است. بالا رفتن دمای اتمسفر زمین وآب دریاها (که به طور یکنواخت نبوده و در قطبها بیشتر از استوا است) باعث آب شدن یخهای قطبی و بالا آمدن سطح آب اقیانوسها شده و ادامه این عمل فاجعه ای به مراتب اسفناک تر از کلیه طوفانها، سیلها و زمین لرزه ها را در برخواهد داشت. در مقایسه با کشورهای صنعتی که مصرف سوختهای فسیلی آنها بسیار زیاد است، ایران نقش زیادی در بالا بردن دی اکسید کربن در سطح جهانی و گرم شدن اتمسفر زمین ندارد. ولی توجه به این موضوع (که کشورهای صنعتی جهان تازه به فکر افتاده و در این مورد ابراز نگرانی می کنند) میتوان برای جمهوری اسلامی ایران وجهه ای بسیار عالی در محافل علمی و سیاسی جهان به وجود آورد.
4-تکنولوژی کاربردهای انرژی خورشیدی بسیار پیچیده نبوده که نیاز به استفاده از متخصصین خارجی داشته باشیم. در بسیاری از کاربردهای تکنولوژی لازم هم اکنون در کشور موجود است. در چند کاربرد (مانند ساختن فتوسل ها) می توان با همت مختصری تکنولوژی مربوطه را توسعه داد.
5-در حال حاضر جمهوری اسلامی ایران رهبری سیاسی بعضی از کشورهای جهان سوم را به عهده دارد. شایسته است این جمهوری رهبری علمی و فنی این جوامع را نیز عهده دار شود. با توجه به نقشی که انرژی در توسعه کشورها بازی می کند و اینکه اکثر کشورهای جهان سوم نیز از میزان انرژی خورشیدی قابل توجهی برخوردار هستند، جمهوری اسلامی ایران می تواند با سرمایه گذاری وسیع در توسعه علوم و تکنولوژی انرژی خورشیدی در کشور عملاً صادر کننده این تکنولوژی به جهان سوم باشد و نقش رهبری علمی و فنی خود را در جهان سوم بازی نماید.
6-دولت ایران در دهه های گذشته وارد کننده تکنولوژی برای حل مسائل خود بوده است. تقریباً تمامی تسهیلات زندگی امروز (نظیر برق و کلیه وسایل الکتریکی، تلفن، راه و ترابری، اتومبیل ، کامپیوتر و غیره) با وارد کردن تکنولوژی حاصل شده است. با محدود بودن منابع نفتی و تمام شدن این منبع طبیعی بسیار پر ارزش، ما می توانیم صبر کنیم تا کشورهای صنعتی مسائل انرژی خود را حل کرده و مانند گذشته تکنولوژی مربوطه را وارد کنیم یا اینکه چند سالی جلوتر از دیگران قدم برداشته و به فکر توسعه منبع انرژی خورشیدی بوده و به جای وارد کننده بودن صادر کننده تکنولوژی انرژی خورشیدی باشیم.
موضوع سرمایه گذاری وسیع در علوم و تکنولوژی انرژی خورشیدی در ایران بیش از اقتصادی بودن آن یک تصمیم سیاسی است. در جشنهای هزار و چهارصدمین سال هجری شمسی جمهوری اسلامی ایران خود را کجا می بیند؟ شعار خود اتکائی میدهد ولی عملاً کلیه نیازهایش را با وارد کردن تکنولوژی تأمین میکند، یا اینکه لااقل در تکنولوژی انرژی خوداتکا شده و به جهان سوم در انتقال آن کمک می نماید؟ با اتخاذ سیاستهای مناسب و برنامه ریزی های دقیق، جمهوری اسلامی ایران می تواند سال 1400 هجری شمسی را با سرافرازی در جهان جشن بگیرد.

فهرست مطالب:
فصل 1 : طرح دیدگاه و اهداف پروژه
مقدمه
اهداف کلی پروژه
کارایی
فصل 2 : بررسی آبگرمکن های خورشیدی
معیارهای طراحی آبگرمکن خورشیدی
سیستم Recirculation (pluse)
سیستم Drainout (Drain down )
سیستم Drainback With Air Compressor
سیستم Drainback with liquid level control
سیستم Thermosyphon with electrically protected collecrtor
سیستم Drainout Thermosyphon
سیستم Breadbox (batch)
سیستم Coil in Ttank , Warp Around , Tank in Tank
سیستم External Heat Exchanger
سیستم Darinback with load- side heat exchanger
سیستم Drainback with Collector – Side Heat Exchanger
سیستم Two – phase – Thermosyphon
سیستم One Phase Thermosyphon
نتایج و بررسی سیستم های خورشیدی متناسب با ایران
فصل سوم : گرد آورنده های تخت خورشیدی
صفحه پوشش
فاصله هوایی
صفحات جاذب
طرحهای گوناگون صفحه جاذب و مجاری انتقال سیال
سیال عامل
عایقکاری
قاب گرد آورنده
رشته های سری و موازی
فصل چهارم : اصول حاکم بر گرد آورنده های خورشیدی
انتقال گرما به سیال
جریان متلاطم و بدست آوردن ضریب انتقال گرما
جریان گذرا و بدست آوردن ضریب انتقال گرما
جریان آرام و بدست آوردن ضریب انتقال گرما
بیلان انرژی برای یک گردآورنده تخت خورشیدی نمونه
متوسط ماهانه انرژی خورشیدی جذب شده
اثرات وضعیت سطح جذب بر روی مقدار انرژی دریافتی
توزیع دما در گردآورنده های تخت خورشیدی
ضریب انتقال گرمای کل یک گردآورنده
چگونگی تغییر ضریب اتلاف فوقانی بر اثر تغییر فاصله
توزیع دما بین لوله و ضریب بازدهی گردآورنده
توزیع دما در جهت جریان
ضریب اخذ گرما و ضریب جریان گرد آورنده
میانگین دمای سیال و صفحه
طرحهای دیگر گردآورنده
فصل پنجم : طراحی یک نمونه گرد آورنده تخت
منطقه طراحی
مقدار آبگرم مصرفی
درجه حرارت آبگرم مصرفی
درجه حرارت آب ورودی به گرد آورنده
تعداد گرد آورنده ها و چگونگی نصب آنها به هم
زوایای حرکت خورشید
جهت تابش خورشید
نسبت بین تابش مستقیم بر روی یک صفحه شیبدار واقعی
زاویه شیب گرد آورنده ها
محاسبه مقدار متوسط ماهانه تابش روزانه رسیده به سطح گرد آورنده
بدست آوردن طول روز
شکل گرد آورنده
جنس صفحه جاذب
مشخصات رنگ
قطر و تعداد لوله ها در هر گرد آورنده
بدست آوردن دبی حجمی و جرمی
بدست آوردن عدد رینولدز در لوله ها
بدست آوردن ضریب انتقال گرما
نوع پوشش
جنس قاب
نوع و ضخامت عایق
دمای محیط
بدست آوردن انرژی مورد نیاز
بدست آوردن ضریب اتلاف فوقانی
بدست آوردن اتلاف تحتانی
بدست آوردن ضریب اتلاف کلی
بدست آوردن سطح گرد آورنده
فاصله بین لوله ها
بدست آوردن بازدهی پره
بدست آوردن بازدهی گرد آورنده
بدست آوردن ضریب انتقال گرمای گرد آورنده
محاسبه دمای خروجی سیال
بدست آوردن بازدهی گرد آورنده
مشخصات دستگاه طراحی شده
منابع و مراجع
ضمائم

منابع و مأخذ:
1- J.a Duffie & W.A Beckman , " Solar Engineering of thermal processes" Oohn Wiley & Sons (19802)
2. LOW – Cost Collectors / Systems Development Progress Report – Solar Energy Research Institute , U.s . Deparment of Energy – 1984.
3. A Cost and Performance Comparision of Drainback and Integral Collector Storage Systems for Residential Domestic Hot Water 1985.
4 – انرژی خورشیدی – طراحی5 ،عزت الله آزاد – حسین پناهنده – جلال قائم مقامی – فرامرز کئولا ، انتشارات دانشگاه تهران (1366)
5- انرژی خورشیدی – مبانی ، عزت الله آزاد – حسین پناهنده – جلال قائم مقامی – فرامرز کئولا ، انتشارات دانشگاه تهران (1367)
6 – مهندسی گرما خورشیدی ، پیتر جی لاند ، ترجمه حسین پناهنده ، اردشیر کویری، مرکز نشر دانشگاهی (1364)
7 – مقدمه ای بر انرژی خورشیدی برای محققان و مهندسان ، سل رایدر، ترجمه سیداحمد سیدی نوقابی، انتشارات آستان قدس (1368)
8 – مکانیک سیالات ، فرانگ . ام . وایت ، ترجمه : کریم موسوی نسب، انتشارات گویا (1371)
9 – محاسبات تاسیسات ساختمان ،سید مجتبی طباطبائی ، انتشارات روز بهان (1368)
10 – مقدمه ای بر انتقال گرما ،فرانک – پ . این کروپرا و دیوید – پ . دویت ،ترجمه دکتر علی اصغر رستمی و مهندس شهرام حمایت،انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان (1375)