تست کارایی حرارتی کلکتور‌های گرم کننده مایع:47
طرح تست:52
فصل چهارم68
استاندارد ایالات متحده آمریکا جهت تست کلکتور خورشیدی68
ASHRAE 93: 199168
فصل چهارم- استاندارد آمریکا جهت تست کلکتور خورشیدی (ASHRAE 93: 1991)69
4-روش انجام تست:72
مراحل تست و محاسبات:76
محاسبات ثابت زمانی کلکتور:82

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

فصل پنجم84
مقایسه استاندارد‌های تست کلکتور خورشیدی84
فصل پنجم – مقایسه استاندارد های تست کلکتور خورشیدی85
1- مقایسه سه استاندارد 9806-1 ISO، EN 12975-2 و ASHRAE 93:85
2- مقایسه دو استاندارد ISO 9806-1 و EN 12975-2:88
مراجع:94
چکیده:
استفاده از استاندارد‌ها و رعایت حداقل کیفیت مورد انتظار در محصولات و خدمات مختلف امروزه در سراسر جهان رایج است، به طوریکه بسیاری از صنایع بدون رعایت استاندارد‌ها مجاز به تولید یا ارائه خدمات نیستند. از انرژی خورشید می‌توان به طرق مختلف، مثل تولید برق، گرمایش و سرمایش، تولید آب شیرین، تامین آب گرم و … استفاده نمود. در صنعت انرژی خورشیدی نیز همچون سایر صنایع، استاندارد‌های مختلفی تدوین شده است. در بخش گرمایش آب مصرفی برخی از استاندارد‌ها مربوط به تست و استفاده از سیستم‌ها و روش‌هاست و برخی دیگر از استاندارد‌ها به چگونگی تست کلکتور‌های خورشیدی که جزء اصلی و نقطه آغازین تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی گرمایی است، پرداخته اند. در این گزارش به مطالعه و بررسی سه استاندارد ISO، DIN و ASHRAE که به ترتیب مربوط به استاندارد جهانی، اتحادیه اروپا و ایالات متحده آمریکا هستند پرداخته شده است و در پایان پارامتر‌های مختلف آن در قالب چند جدول مقایسه شده اند. لازم به ذکر است که به دلیل گستردگی و حجم زیاد استاندارد‌ها، در این گزارش تنها کلکتور‌های صفحه تخت مورد بررسی قرار گرفته اند.
مقدمه:
در جهان امروز، روند مصرف انرژی به سرعت در حال افزایش است و با توجه به محدودیت منابع فسیلی ضرورت استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر و پاک بر همگان روشن است. یکی از انواع انرژی‌های نو، انرژی خورشیدی است. کشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روزآفتابی گزارش شده است که بسیار قابل توجه است. از این انرژی می‌توان به طرق مختلف، مثل تولید برق، گرمایش و سرمایش، تولید آب شیرین، تامین آب گرم و … استفاده نمود.
امروزه لزوم رعایت استاندارد‌ها جهت دستیابی به بهترین کیفیت و اطمینان از دوام کالا یا خدمات بر همگان روشن است و صنعت انرژی خورشیدی نیز از این امر مستثنی نیست. به همین منظور کشور‌های مختلف استانداردهایی را برای تست ابزار و لوازم مورد استفاده در انرژی خورشیدی تدوین نموده اند که در این گزارش مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند و در پایان بین آنها مقایسه صورت گرفته است.
فصل اول
کلیـــات
فصل اول – کلیات
مقدمه:
کلکتور خورشیدی را می توان قلب تپنده هر سامانه گرمایی خورشیدی دانست. زیرا کلکتور های خورشیدی هستند که انرژی خورشیدی را جذب و پس از تبدیل به انرژی گرمایی، آن را به صورت انرژی مفید و کاربردی برای مصرف نهایی به سامانه خورشیدی تحویل می دهند. کلکتور های خورشیدی دارای سامانه های گوناگونی در طراحی هستند. ساده ترین نوع آن جاذب گرمای خورشیدی جهت گرمایش آب استخر می باشد. سامانه های پیشرفته تر برای حصول درجه حرارت های بالاتر طراحی شده اند که شامل کلکتور های ذخیره ای یکپارچه، کلکتور های صفحه تخت خلاه شده و کلکتور های لوله خلا می باشند.
اهمیت کلکتور های خورشیدی:
برای روشن شدن اهمین کلکتور های خورشیدی طرز کار یک نمونه تأسیسات حرارتی خورشیدی در حالت کلی به توجه نمایید. (شکل 1-1)
شکل 1-1- نمونه ای از یک سیستم فعال خورشیدی به همراه تجهیزات و تاسیسات مورد نیاز
کلکتور خورشیدی نصب شده بر روی سقف توسط صفحه شیشه ای اش نور وارده (اشعه با طول موج کوتاه) را به گرما تبدیل می کند. بدین ترتیب کلکتور واسطه میان خورشید و استفاده کننده از آب گرم می باشد. گرما با جذب اشعه خورشید توسط یک ورقه فلزی پوشیده شده با رنگ تیره که جاذب1 نام دارد، تولید می شود. جاذب قسمت اساسی کلکتور است. در جاذب، مجموعه ای از لوله ها وجود دارد که داخلشان سیال ناقل گرما در جریان است. وظیفه این سیال جذب گرمای تولید شده است. این سیال که در تمام خط لوله جاری است سرانجام به مخزن آب گرم2 می رسد. در اینجا توسط مبدل حرارتی3، گرما به آب منتقل می شود. مایع ناقل سرد شده به خط لوله دوم می ریزد تا دوباره به کلکتور برگردد. آب آشامیدنی گرم شده در آبگرمکن به طرف بالا می رود. منطبق با چگالی آب درون آبگرمکن، یعنی درجه حرارت آب سرد و گرم یک نوع لایه بندی طبیعی بین لایه آب گرم و سرد ایجاد می شود. بدین ترتیب که گرم ترین آب در بالا (جایی که آب برای مصرف خارج می شود) و سرد ترین آب در پایین (جایی که آب سرد در آبگرمکن روان می شود) قرار می گیرند.
با توجه به آنچه که توضیح داده شد در جمع آوری انرژی خورشیدی اولین قدم استفاده از گردآورها (کلکتورها) است. کلکتور قسمتی از سیستم خورشیدی است که انرژی حرارتی را جذب و آن را به سیال واسطه ای منتقل می کند در واقع جزیی از بنای ساختمان می باشد که بصورت پنجره یا نورگیر تاریک در ساختمان نصب می شود. هدف اصلی مطالعه درباره گردآورها (کلکتورها) این است که بیشترین انرژی را جذب و کمترین مقدار را دفع نماید و در مقابل خوردگی واشعه ماورا بنفش و رسوبات و خواص اسیدی و بازی سیال مقاوم باشد.
از آنجا که تأمین آب گرم مصرفی در ابتدا بوسیله کلکتور آغاز می شود، مراقبت و نگه داری از آن یکی از مهمترین مواردی است که باید به آن توجه داشت. در مناطق سردسیر سیال داخل سیستم کلکتور با یک سیال مقاوم در برابر یخ زدگی کار می کند که این سیال از مخلوط آب و اتیلن گلیکول تشکیل شده و از سیستم خارج نمی شود و در یک مدار بسته گردش می کند. این سیستم با یک مدار خورشیدی که از مدار آب لوله کشی جدا شده است، به عنوان سیستم دو مداره نامیده می شود.
به طور کلی گردآور (کلکتور) می تواند بصورت مسطح (تخت) ، لوله خلا و یا متمرکز انتخاب شود. نوع مسطح هر دو انرژی تابشی (مستقیم و پراکنده) را جذب می کند در حالیکه در نوع متمرکز کننده تنها تابش مستقیم خورشید جذب می شود. به همین دلیل کلکتورهای متمرکز کننده همواره باید خورشید را تعقیب کنند. انرژی جذب شده توسط این کلکتورها از نوع تخت بیشتر است اما تجهیزات مورد نیاز مکانیکی برای تعقیب خورشید و نگهداری از آن در دراز مدت بسیار گرانقیمت خواهد بود. این کلکتورها باید در هر ساعت حدود در جهت حرکت خورشید چرخش داشته باشند. با توجه به اینکه کلکتورهای تخت دمای مورد نیاز تا 100 درجه سلسیوس را تأمین می کنند، استفاده از این نوع کلکتور معمولا توصیه می شود و کلکتورهای متمرکز کننده بیشتر برای مصارف خاص کاربرد دارد.
کلکتور های صفحه تخت:
عمده نوعی از کلکتور های خورشیدی که امروزه در کشور های مختلف دنیا به بازار عرضه می شود، کلکتور های صفحه تخت می باشد. اجزای اصلی این کلکتور ها شامل پوشش شفاف رویی، محفظه کلکتور و جاذب است. جاذب که در داخل محفظه کلکتور صفحه تخت قرار می گیرد، پرتو آفتاب را به گرما تبدیل نموده و آن را به سیال (آب) داخل لوله جاذب منتقل می کند. با توجه به اینکه هر کلکتور می تواند به درجه حرارتی تا 200 درجه سانتیگراد برسد ( در آن وضعیت در داخل لوله آب جریان نخواهد داشت) تمام موارد به کار برده شده در ساختمان کلکتور خورشیدی می بایست تحمل چنین درجه حرارتی را داشته باشند. از اینرو، جاذب عموما از مواد فلزی همچون مس، فولاد یا آلومینیوم ساخته می شوند. محفظه کلکتور می تواند از جنس پلاستیک، فلز یا چوب بوده و شیشه جلوی کلکتور می باید به نحو شایسته ای درزگیری شده باشد تا انرژی گرمایی داخل آن به بیرون راه نیابد. ضمن اینکه انواع آلودگی همچون گرد و خاک، بخار، رطوبت و حشرات به داخل آن راه پیدا نکنند. پاره ای از کلکتور های دقیق از نظر تهویه وجریان های داخل نیز به شدت کنترل می شود تا از هر گونه چگالش بر روی قسمت تویی شیشه جلوی کلکتور جلوگیری شود. محفظه کلکتور از کناره ها و قسمت تحتانی کاملا درزبندی و عایق کاری می شود تا تلفات گرمایی از این قسمت ها به حداقل برسد. علیرغم این تمهیدات، کلکتور های صفحه تخت هنوز دارای تلفات گرمایی هستند که عمده دلیل آن اختلاف درجه حرارت میان جاذب و هوای پیرامون می باشد که به دو نوع انتقال گرمای تشعشعی و همرفتی خود را نشان می دهند. انتقال گرمای همرفتی به سبب حرکت هوا و تابشی ناشی از اختلاف درجه حرارت بخش فوقانی کلکتور و هوای پیرامون است.
شکل 1-3- کلکتورتخت، مایع (شکل بالا) و هوایی (شکل پایین)
صفحه ای شیششه ای در جلوی کلکتور خورشیدی که رو به پرتو آفتاب است قرار می گیرد که به جلوگیری از اتلاف گرمای همرفتی کمک شایانی می کند. علاوه بر این از اتلاف گرمای تابشی از جاذب به محیط که همچون سازوکار گازهای گلخانه ای عمل می تماید، جلوگیری می شود. در کنار این مزایا، این صفحه شیشه ای موجب می شود که برخی از پرتو خورشید به محیط بازگشته و جذب بخش جاذب کلکتور نشود. در شکل 1-4 فرآیند توضیح داده شده در حصوص یک کلکتور صفحه تخت مشاهده می شود.
شکل 1-4- فرآیند حرارتی یک کلکتور صفحه تخت
انتخاب جاذب:
مواد تیره رنگ پرتو خورشید را به خوبی جذب کرده و درجه حرارتشان بالا می رود، اما مواد فلزی ذاتا تیره رنگ نمی باشند. لذا سطح آن ها را می بایست با پوشش های مناسب که فرآیند جذب پرتو خورشید را افزایش می دهند، پوشاند. در صورتی که ماده ای سیاه رنگ گرم و درجه حرارتش بالا رود، مقداری از گرمای جذب شده را به صورت تشعشعی به محیط پیرامون برمی گرداند. همین پدیده در صفحات داغ الکتریکی و بخاری های برقی به راحتی ملموس می باشند. زمانیکه صفحات (المنت ها) روشن می شوند، انرژی گرمایی به صورت تشعشعی، بدون اینکه بر روی صفحات داغ اثر منفی برجای گذارند، از روی آن ساطع می شود. حال در کلکتورهای خورشیدی، پوشش تیره رنگ تاثیر مشابهی را از خود نشان می دهند. این کلکتورها بخش اعظمی از انرژی جذب شده را به آبی که در داخل لوله جاذب جاری است منتقل نموده و مقدار بسیار کمتری را به صورت تشعشعی به محیط اطراف بر می گرداند.
ار این رو، بخش جاذب کلکتور های خورشیدی غالبا همچون پوشش مشکی رنگ توضیح داده شده می باند و مقدار بسیار کمی از پرتو دریافتی را به صورت تشعشع بر می گرداند. حال آنکه فرآیند پوشش دهی مورد نیاز این مواد بسیار پیچیده تر می باشند. زیرا اینکار باید با دقت بهتری انجام پذیرد و در مورد کلکتور های خورشیدی بازده جذب پرتو خورشید دارای نقش عمده ای است.
به عنوان یک نتیجه گیری کلی باید گفت بسیاری از جاذب های مورد کاربرد در کلکتورهای صفحه تخت امروزی از پوشش انتخابی بهره مند هستند که این پوشش ها از جنس کروم مشکی، نیکل تیره یا TiNox می باشند.
کلکتورهای لوله خلا:
اتلاف گرمایی همرفت ناشی از حرکت هوا در داخل کلکتور را می توان به صورت قابل ملاحظه ای با ثابت نگاه داشتن و ماندگاری خلا به وجود آمده میان صفحه شفاف رو به آفتاب و جاذب کلکتور خورشید کاهش داد. از سوی دیگر خلا ایجاد شده موجب می گردد تا فشار های هوای محیط (فشار اتمسفر) وارد بر صفحه شفاف جلول کلکتور آن را به سمت عقب (سمت عقب) براند. لذا برای حل این مشکل لازم است تا نگاهدارنده های کوچکی در حد فاصل قسمت تحتانی و فوقانی کلکتور و در داخل آن قرار گیرد تا شکل کلکتور حفظ شود. این که در کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت بتوان حالت خلا درون کلکتور را به مدت زمان طولانی حفظ نمود امری دشوار است، زیرا همیشه هوای اطراف کلکتور از میان محل اتصال صفحه شفاف رو به آفتاب و دیواره های کلکتور برای جریان یافتن به داخل کلکتور راهی پیدا می کند. لذا می بایست به صورت دوره ای نسبت به ایجاد خلا مجدد در داخل محفظه کلکتور خورشیدی صفحه تخت اقدام شود. این عیب عمده که در کنار هزینه بالای تعمیر و نگهداری، بازده کلی کلکتور و سامانه خورشیدی را کاهش می دهد را می توان با استفاده از کلکتور های لوله خلا شده رفع نمود. خلا بسیار بالا ( تقریبا کامل) داخل لوله شیشه ای خلا شده در بسته مورد استفاده در کلکتور های لوله خلا در مقایسه با محفظه خلا شده در کلکتور های صفحه تخت به مدت بسیار طولانی تری شرایط خلا خود را حفظ می کنند. این لوله ها به سبب شکلشان در مقابل فشار هوای خارج از خود مقاومت بالاتری بروز داده و نتیجه اینکه به قطعات پشتیبان در داخل خود نیاز ندارند.
شکل شکل 1-5- کلکتور لوله ای تحت خلا
یک کلکتور لوله خلا شامل یک لوله شیشه ای سر بسته است که در داخل آن صفحه فلزی جاذب به همراه یک لوله گرمایی که در داخل آن سیال حساس به درجه حرارت همچون متانول قرار دارد. پرتو خورشید موجب گرم شدن و تبخیر سیال عامل داخل لوله گرمایی می شود. سیال تبخیر شده به سمت بالا صعود کرده و به سمت چگالنده و نهایتا مبدل گرمایی جانمایی شده در قسمت انتهایی لوله خلا حرکت می کند.
در آنجا بخار داخل لوله گرمایی چگالیده شده و محتوی گرمای خود را به سیال ثانویه ناقل انرژی گرمایی خورشیدی منتقل می کند. و ضدیخ می باشد. سیال چگالیده شده به سمت پایی لوله گرمایی جریان می یابد که در آن جا مجددا بوسیله پرتو خورشید گرم و نهایتا تبخیر می شود.
شکل 1-6- نمونه ای از یک کلکتور لوله خلا به همراه لوله حرارتی
برای کار بهینه لازم است تا لوله های خلا با حداقل زاویه ممکن نصب شوند تا حرکت بخار از پایین به بالا و سیال عامل چگالیده شده از بالا به پایین به پایستگی صورت پذیرد. به عنوان یک برآورد سر انگشتی می توان زاویه نصب را برابر با عرض جغرافیایی محل نصب در نظر گرفت. در شکل 1-6 سطح مقطع سراسری و برش خورده لوله گرمایی و اصول کارکرد آن نشان داده شده است. با استفاده از کلکتور های لوله خلا به مراتب انرژی بیشتری را می توان مورد استحصال قرار داد که این وضعیت در ماه های سرد و کم آفتاب سال بیشتر نمود پیدا می کند. ضمن اینکه در مقایسه با کلکتور های صفحه تخت استاندارد به مراتب مساحت کمتری به خود اختصاص می دهند. از سوی دیگر هزینه خرید کلکتور های لوله خلا در مقایسه با سامانه های صفحه تخت دارای هزینه اولیه بالاتری می باشند. هم چنین این کلکتورها را نمی توان به طور مستقیم بر روی پشت بام های شیب دار نصب نمود.
بازده کلکتور:
برای مقایسه انواع کلکتور های ساخته شده موجود در بازار، پژوهشکده های تست تجهیزات معمولا برای اندازه گیری و برآورد عملکرد کلکتور، منحنی های بازده برآوردی و تقریبی را ملاک قرار می دهند. این منحنی ها برای پرتوها و تابش های مختلف (E) و اختلاف درجه حرارت های مختلف بین کلکتور ها Tc و درجه حرارت هوای محیط Ta داده می شوند.مرسومترین رابطه تجربی که برای بازده کلکتور ηc بیان می شود به شرح زیر است:
η_c=η_0-(a_1 (T_c-T_a )+a_2 〖(T_c-T_a)〗^2)/E
که در آن سه مولفه η_0، a1 و a2 به وسیله اندازه گیری های تجربی برآورد و تعیین می شوند. η_0 تحت عنوان بازده اپتیکی شناخته می شود. شکل شماره 1-7 بیانگر بازده یک کلکتور صفحه تخت می باشد. همانطور که مشاهده می شود تلفات گرمایی با افزایش اختلاف درجه حرارت مابین کلکتور و هوای پیرامون افزایش می یابد. در شدت های پایین پرتو های خورشید، بازده کلکتور با نرخ های بالایی کاهش می یابد. همانطور که از شکل شماره 3 پیداست زمانیکه اختلاف درجه حرارت کلکتور و هوای پیرامون به 80 درجه سانتیگراد می رسد، بازده کلکتور صفر خواهد شد.
شکل 1-7- بازده یک کلکتور در شدت تشعشع ها و اختلاف دما های مختلف
انتخاب کلکتور اقتصادی
در میان انواع کلکتورها، اقتصادی ترین روش جمع آوری انرژی خورشید، استفاده از کلکتورهای تخت می باشد. کلکتورهای تخت با طرح های مختلف و برای گرم کردن سیالاتی همچون آب، هوا، محلول آب- نمک، محلول آب و گلیکول و سایر مایعات و گازها به کار برده می شوند و مهمترین عامل در طرح و ساخت آن ها، به جمع آوری هر چه بیشتر انرژی خورشیدی، با کمترین هزینه ممکن می باشد.
انواع دیگر کلکتور که در بازار موجود است، هر یک معایبی دارند که نمی توانند همچون کلکتورهای تخت در سیستم تأسیساتی گرمایش ساختمان مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال کلکتورهای آب چکه که مکانیزمی به صورت حرکت آرام آب روی سطح گرم صفحات جاذب دارند به دلیل آن که نمی توانند به فشار لوله کشی آب شهر متصل باشند، معمولا توصیه نمی شوند. همچنین کلکتورهای هوایی تخت علیرغم نگهداری آسان و مزیت یخ نزدن هوا در مناطق سردسیر، به دلیل مشکل بودن گرم کردن آب مصرفی به وسیله هوای گرم شده، لزوم ساخت و نصب کانال با سطح مقطع مناسب در داخل ساختمان ها که معمولا فضای زیادی اشغال می کنند و احتیاج به هوا رسان4 با قدرت الکتریکی لازم برای انتقال هوای گرم کلکتور به محل ذخیره معمولا مورد استفاده قرار نمی گیرند. کلکتورهای لوله ای غیر متمرکز نیز که برای جلوگیری از تلفات حرارتی بیشتر بین دو لوله شیشه ای بیرونی و جاذب درونی خلاء وجود دارد نیز علیرغم قابلیت و کارایی زیاد، به دلیل گران قیمت بودن توصیه نمی شوند.
آنچه که ذکر آن ضروری به نظر می رسد آن است که خیلی به ندرت پیش می آید که طراح با هدف صرفه جویی در هزینه ها سعی کند که تمام گرمایش و هم چنین تهیه آب گرم مصرفی ساختمان را فقط با استفاده از انرژی خورشیدی و ذخیره کردن آن انجام دهد، بلکه استفاده از انرژی خورشیدی فقط به منظور صرفه جویی در درصدی از هزینه ها (حدود 50 تا 60 درصد) امکان پذیر بوده و در بیشتر کشورها ارزانترین و ساده ترین روش تهیه انرژی کمکی، کویل های الکتریکی می باشند. در ایران نیز به دلیل هزینه ناچیز گاز طبیعی، ترجیحا گرمایش داخلی بیشتر ساختمان به این وسیله انجام می گیرد.
بازار کلکتور های خورشیدی:
کشور چین، بزرگترین مصرف کننده و تولید کننده انواع مختلف آبگرمکن های خورشیدی در سراسر جهان است که عمده کلکتور مصرفی و صادراتی این کشور از نوع لوله خلا می باشد. در پایان سال 2003 میلادی، کل مساحت کلکتور های نصب شده در سراسر جان به حدود 40 میلیوت مترمربع بوده و میزان فروش سال 2002 به 8 میلیون متر مربع رسیده است. تا به امروز بالغ بر صد سازنده معتبر سامانه های گرمایش خورشیدی (کاربرد غیر نیروگاهی) استاندارد در سراسر جهان شناخته شده اند که حجم درآمد سالانه آن ها به یک میلیارد یورو می رسد.
از سوی دیگر تا پایان سال 2001 میلادی در حدود یک میلیون متر مربع کلکتور خورشیدی در آمریکا نصب و مورد استفاده قرار می گرفته است که بخش عمده آن از نوع جاذب غیر شیشه ای برای تولید آبگرم مصرفی استخر های شنای تفریحی بوده است.
در اروپا در سال 2003 بالغ بر 1.1 میلیون مترمربع کلکتور خورشیدی نصب شده است که بخش عمده آن از توع صفحه تخت می باشد. تقریبا نیمی از کلکتور های نصب شده قاره اروپا در آلمان قرار دارند. در سال 2003 بازار کلکتور های خورشیدی آلمان تسبت به سال قبل 40% کاهش داشته است که در سال 2003 مجددا توانست به روتق سال های 2002 و قبل از آن باز گردد.
اتحادیه اروپا امید دارد در پایان سال 2003 مساحت کل کلکتور های خورشیدی نصب شده در این قاره به 100 ملیون متر مربع برسد که این امر تقش مهمی در استقلال تامین انرژی قاره سبز و کاهش گرم شدن جهانی به همراه خواهد داشت.
فصل دوم
استاندارد بین المللی تست کلکتور خورشیدی
ISO 9806 – 1: 1994
فصل دوم- استاندارد بین المللی تست کلکتور خورشیدی (ISO 9806-1:1994)
1تعاریف
در این استاندارد، اصطلاحات با تعاریف زیر به کار می روند :
1-1جذب کننده
قسمتی از کلکتور که انرژی تابشی را دریافت کرده و به انرژی حرارتی تبدیل می کند.
1-2سطح جذب کننده (در یک کلکتور خورشیدی غیر متمرکز کننده)
حداکثر مساحت هندسی یک جذب کننده.
1-3سطح جذب کننده (در یک کلکتور خورشیدی متمرکز کننده)
مساحت جذب کننده ای که برای جذب پرتودهی خورشیدی طراحی شده است.
1-4زاویه برخورد (در تابش خورشیدی مستقیم)
زاویه بین اشعه تابش خورشیدی و خط عمود بر صفحه مورد بررسی.
1-5دهانه
بخشی در یک کلکتور خورشیدی که از طریق آن، پرتودهی خورشیدی غیر متمرکز وارد می شود.
1-6سطح دهانه
سطح دهانه در یک کلکتور گرمایی خورشیدی، حداکثر مساحت هندسی است که تابش خورشیدی نامتمرکز از طریق آن وارد می شود.
1-7سطح ناخالص کلکتور
حداکثر مساحت یک کلکتور خورشیدی کامل، بدون درنظر گرفتن وسایل لاینفک مربوط به نصب و اتصال لوله‌های عبور. سطح ناخالص برای آرایه یا مجموعه ای از کلکتورهای تخت، لوله‌های خلاء یا کلکتورهای متمرکز کننده، کل مساحت آن آرایه را دربر می گیرد، یعنی شامل لبه‌ها و چهارچوب نیز می شود.
1-8کلکتور متمرکز کننده
کلکتور خورشیدی که از انعکاس دهنده، عدسی یا سایر المانهای اپتیکی برای جهت دهی مجدد و تمرکز دادن به تابش خورشیدی که از دهانه عبور می کند، بر روی جذب کننده ای که مساحت آن از سطح دهانه کوچکتر است، استفاده می کند.
1-9بازده کلکتور (در یک کلکتور حرارتی خورشیدی)
نسبت انرژی کسب شده در سطح مرجع مشخصی از کلکتور (سطح ناخالص یا جذب کننده) به وسیله سیال انتقال حرارت طی یک پریود زمانی مشخص به انرژی خورشیدی که در همان زمان تحت شرایط حالت پایدار به کلکتور برخورد می کند.
1-10کلکتور با لوله خلاء (لوله ای)
کلکتور خورشیدی که از لوله‌های شفاف (معمولاً شیشه ای) و فضای خلاء بین دیواره لوله و جذب کننده استفاده می کند.
جذب کننده ممکن است شامل لوله‌های داخلی با شکل متفاوت ، با تمهیداتی برای انتقال انرژی حرارتی باشد. فشار در فضای خلاء معمولاً کمتر از یک پاسکال است.
1-11کلکتور با صفحه تخت
کلکتور خورشیدی غیر متمرکز کننده ای که سطح جاذب آن اساساً مسطح است.
1-12سیال انتقال حرارت
سیالی که برای انتقال انرژی حرارتی بین اجزاء یک سیستم استفاده می شود.
1-13پرتودهی
پرتودهی در نقطه ای بر روی سطح عبارت است از حاصل تقسیم شار انرژی تابشی که به المان سطح برخورد کرده، بر مساحت آن المان سطح. پرتودهی برحسب وات بر متر مربع بیان می شود.
1-14پرتودهی مستقیم خورشیدی
پرتودهی مستقیم خورشیدی عبارت است از حاصل تقسیم شار انرژی تابشی که از زاویه فضایی کوچکی که مرکز آن بر روی قرص خورشیدی قرار دارد به سطح گیرنده معینی برخورد می کند بر مساحت آن سطح.
پرتودهی مستقیم خورشید برحسب وات بر مترمربع بیان می شود.
یادآوری – میزان شیب سطح بایستی مشخص گردد، به طور مثال افقی. اگر سطح عمود بر محور زاویه فضایی باشد پرتودهی مستقیم عمود خورشیدی دریافت می گردد. در پرتوسنج‌های جدید، این زاویه فضایی کوچک (زاویه میدان دید) کوچکتر از o6 است.
1-15پرتودهی کل خورشیدی
حاصل تقسیم شار انرژی تابشی که از زاویه فضایی sr2 به سطح گیرنده معینی برخورد می کند بر مساحت آن سطح . پرتودهی کل خورشیدی برحسب وات بر متر مربع بیان می گردد.
1-16جرم اپتیکی هوا
اندازه طول مسیر طی شده توسط اشعه‌های نور خورشید از اتمسفر زمین تا سطح دریا که بر مبنای طول مسیر عمودی بیان می شود.
1-17پیرانومتر
دستگاه پرتوسنجی است برای اندازه گیری پرتودهی بر روی یک سطح گیرنده تخت که از برخورد شار تابشی از نیمکره فوقانی در گستره طول موج دm 3/0 تا /m 3 ناشی می شود.
1-18پیرجیومتر
ابزاری است برای تعیین پرتودهی بر روی یک سطح گیرنده تخت که از برخورد شار تابشی از نیمکره فوقانی در گستره طول موج تقریباً نm 3 تا m 50 ناشی می شود.
یادآوری – این گستره طیفی مشابه با تابش با طول موج بلند اتمسفریک بوده و فقط نامی است. پاسخ طیفی پیرجیومتر بستگی وسیعی به ماده مورد استفاده در گنبدهای محافظ سطوح گیرنده دارد.
1-19پیرهلیومتر
پرتوسنجی است که بر روی یک صفحه عمود بر محور زاویه هندسی قرار گرفته است و برای اندازه گیری پرتو (اشعه) مستقیم برخورد کننده از زاویه هندسی که مرکز آن بر روی قرص خورشید قرار دارد از یک آشکارساز موازی شده5 استفاده می کند.
خروجی وسیله را می توان برحسب پرتودهی یا پرتوتابی قرائت نمود.
یادآوری – پاسخ طیفی پیرهلیومتر بایستی در گستره m 3/0 تا /m 3 تقریباً ثابت بوده و زاویه دریافت آن کمتر از o6 باشد.
1-20انرژی تابشی
انرژی صادر شده، منتقل شده یا دریافت شده به صورت تابش.
1-21شار انرژی تابشی
توان صادر شده، منتقل شده یا دریافت شده به صورت تابش.
1-22تابش
پدیده انتقال انرژی به شکل امواج الکترومغناطیس.
1-23پرتوسنج
وسیله ای که برای اندازه گیری تابش به کار می رود.
خروجی این وسیله را می توان برحسب پرتودهی یا پرتوتابی قرائت نمود.
1-24شبیه ساز پرتودهی خورشیدی
منبع مصنوعی انرژی تابشی که تابش خورشیدی را شبیه سازی می کند و معمولاً یک لامپ الکتریکی یا آرایه ای از چنین لامپهایی می باشد.
1-25کلکتور حرارتی خورشیدی
وسیله ای که به منظور جذب تابش خورشیدی و انتقال انرژی گرمایی حاصله به سیالی که از آن عبور می کند طراحی شده است.
یادآوری – توصیه می گردد که از کاربرد کلمه پانل بدین منظور جلوگیری گردد زیرا ممکن است با پانل فتوولتائیک اشتباه شود.
1-26ثابت زمانی
زمان مورد نیاز برای تغییر خروجی یک سیستم طبق معادله دیفرانسیل مرتبه اول به اندازه 22/63% تغییر نهایی در خروجی، در اثر تغییر مرحله ای در ورودی.
2نمادها و واحدها
نمادها و واحدهای آنها در این استاندارد به کار رفته اند در پیوست الف ارائه شده اند.
3نصب و تعیین مکان کلکتور
3-1کلیات
نحوه نصب کلکتور بر نتایج آزمونهای عملکرد حرارتی تأثیر می گذارد. بنابراین کلکتورهای مورد آزمون برطبق این استاندارد باید مطابق با بندهای فرعی 3-2 تا 3-8 نصب شوند.
ماژول‌های کلکتور با اندازه کامل باید مورد آزمون قرار گیرند زیرا تلفات در لبه کلکتورهای کوچک ممکن است عملکرد کلی آنها را به حد قابل ملاحظه ای کاهش دهند.
3-2چهارچوب نصب کلکتور
چهارچوب نصب کلکتور به هیچ وجه نباید دهانه کلکتور را مسدود کند و نباید تأثیر قابل ملاحظه ای بر عایق بندی کناری یا پشتی داشته باشد. لازم است تا از یک ساختار نصب باز استفاده شود به طوری که هوا بتواند آزادانه حول قسمت پشتی و کناری کلکتور جریان داشته باشد. مگر آنکه طور دیگری مشخص شده باشد (به طور مثال، هرگاه کلکتور، بخشی از یک آرایه یکپارچه با بام باشد) کلکتور باید طوری نصب شود که لبه پایینی آن حداقل m 5/0 بالاتر از سطح زمین محل باشد.
جریان‌های هوای گرم که از دیوارهای ساختمان بالا می روند نباید اجازه عبور از روی کلکتور داشته باشند. هرگاه بر روی بام ساختمان ، کلکتورهایی نصب شود فاصله آنها از لبه بام باید حداقل دو متر باشد.
3-3زاویه شیب
برای تسهیل در مقایسه نتایج آزمون در سطح بین المللی، کلکتور باید طوری نصب شود که زاویه شیب دهانه از افق برابر باشد با :
عرض جغرافیایی منطقه با رواداری o5 ± و حداقل زاویه شیب o30
کلکتورها را می توان در زوایای شیب دیگری که سازنده توصیه نموده یا برای نصب واقعی مشخص شده است آزمون کرد.
یادآوری – در بسیاری از کلکتورها، تأثیر زاویه شیب اندک است اما می تواند متغیر مهمی برای کلکتورهای تخصصی مانند کلکتورهایی که شامل لوله‌های حرارتی6 هستند باشد.
3-4جهت گیری کلکتور
کلکتور در فضای باز می تواند در وضعیتی ثابت و رو به استوا قرار گیرد اما این کار موجب محدود شدن زمان آزمون توسط گستره قابل قبول زوایای برخورد می شود.روش ماهرانه تر، حرکت دادن کلکتور به طوری است که با ردیابی دستی یا اتوماتیک، خورشید را در زاویه سمت خود دنبال نماید.
3-5سایه گیری از پرتودهی خورشیدی مستقیم
مکان پایه آزمون باید طوری باشد که در طول آزمون بر روی کلکتور سایه نیفتد.
3-6پرتودهی خورشیدی انعکاسی و پخشا

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

به منظور تجزیه و تحلیل نتایج آزمون در فضای باز، پرتودهی خورشیدی که مستقیماً از قرص خورشید نمی تابد، چنان فرض می شود که به طور همگن از میدان دید نیمکروی کلکتورمی تابد. برای به حداقل رساندن خطاهای ناشی از این تقریب، کلکتور باید در جایی قرار گیرد که در طول آزمونها تابش خورشیدی قابل ملاحظه ای از ساختمانها یا سطوح اطراف بر روی آنها منعکس نشود و موانع عمده ای در میدان دید موجود نباشد. در بعضی از انواع کلکتورها، مثل کلکتورهای با لوله خلاء به همین اندازه لازم است که انعکاس‌ها از میدان‌های دید پشتی و جلویی نیز به حداقل برسند. نباید بیش از 5% میدان دید کلکتور مسدود شود و بویژه لازم است تا از ساختمانها یا موانع بزرگی که با خط افق در جلوی کلکتور زاویه بزرگتر از o15 می سازند اجتناب گردد.ضریب انعکاس اغلب سطوح زبر مانند چمن، بتون فرسوده یا تراشه‌ها7 معمولاً آنقدر بالا نیست تا در طول آزمون کلکتور موجب مشکلات شود. سطوحی که نباید در میدان دید کلکتور موجود باشند شامل گستره‌های وسیع چمن، فلز یا آب می باشد.

در اغلب شبیه سازهای خورشیدی، اشعه شبیه سازی شده، تنها پرتودهی خورشیدی مستقیم را شبیه سازی می کند. برای تسهیل در اندازه گیری پرتودهی شبیه سازی شده، لازم است تا پرتودهی انعکاس یافته به حداقل برسد. این کار را می توان با رنگ آمیزی تمام سطوح اتاقک آزمون با یک رنگ تیره (با ضریب انعکاس پایین) انجام داد.
3-7پرتودهی گرمایی
عملکرد بعضی کلکتورها به ویژه نسبت به سطوح پرتوده حرارتی، حساس است.
دمای سطوح مجاور کلکتور باید حتی الامکان نزدیک به دمای محیط باشد تا تأثیر تابش حرارتی به حداقل برسد. برای مثال، میدان دید کلکتور در فضای باز نبایستی شامل دودکش‌ها، برج‌های خنک کننده، یا مکانهای خروج هوای داغ باشد.
در مورد آزمون در فضای بسته و با شبیه ساز ، کلکتور باید از سطوح داغی مانند رادیاتورها، کانالها و ماشین آلات تهویه مطبوع و نیز از سطوح سردی مانند پنجره‌ها و دیوارهای خارجی محفوظ بماند. عمل محافظت هم در جلو و هم پشت کلکتور حائز اهمیت است.
3-8باد
عملکرد بسیاری از کلکتورها نسبت به سرعت هوا حساس است. برای به حداکثر رساندن تجدیدپذیری نتایج، کلکتورها باید طوری نصب شوند که هوا بتواند آزادانه بر روی دهانه، پشت و اطراف کلکتور عبور کند. میانگین سرعت باد، به موازات دهانه کلکتور بایستی بین حدود مشخص شده در بند فرعی 6-3 باشد. در صورت لزوم، برای رسیدن به این سرعت‌های باد، باید ازمولدهای باد مصنوعی استفاده نمود.
پشت کلکتورهایی که به منظور نصب یکپارچه با بام طراحی شده اند ممکن است از باد محافظت شده باشد ؛ در این صورت این موضوع باید به همراه نتایج آزمون گزارش داده شود.
4وسایل اندازه گیری
4-1اندازه گیری تابش خورشیدی
4-1-1پیرانومتر
برای اندازه گیری تابش کل با طول موج کوتاه از خورشید و آسمان باید از پیرانومتر رده 1 (طبق استاندارد ISO 9060) استفاده شود. روش توصیه شده در ISO / TR 9901 باید مراعات شود.
4-1-1-1مراقبت‌های لازم برای اثرات گرادیان دما
پیرانومتر مورد استفاده در طول آزمونها باید در موقعیت نوعی آزمون قرار گرفته و حداقل 30 دقیقه امکان رسیدن به تعادل پیش از اندازه گیری‌ها را داشته باشد.
4-1-1-2مراقبت‌های لازم برای اثرات رطوبت و نم
پیرانومتر باید تمهیداتی برای جلوگیری از تجمع نمی که ممکن است بر روی سطوح وسیله اندازه گیری تقطیر شود و بر قرائت آن تأثیر بگذارد، داشته باشد. یک وسیله اندازه گیری دارای دسیکاتور قابل بازدید، مورد نیاز است. قبل و بعد از هر آزمون روزانه کلکتور، شرایط دسیکاتور باید مشاهده شود.
4-1-1-3مراقبت‌های لازم برای اثرات تابش مادون قرمز بر روی درستی پیرانومتر
پیرانومترهای مورد استفاده برای اندازه گیری پرتودهی شبیه ساز تابش خورشیدی باید طوری نصب شوند تا اثرات تابش مادون قرمز با طول موج بالاتر از پm 3 را از منبع نور شبیه ساز بر روی قرائت‌های آن به حداقل برساند.
4-1-1-4نصب پیرانومتر در فضای باز
پیرانومتر باید طوری نصب شود که حسگر آن با صفحه دهانه کلکتور، در گستره رواداری o1± ، در یک صفحه قرار گیرد. پیرانومتر هرگز نباید در طول آزمون بر روی دهانه کلکتور سایه بیفکند. پیرانومتر باید طوری نصب شود تا همان اندازه از تابش خورشیدی مستقیم، پخشا و انعکاس یافته ای را دریافت کند که کلکتور دریافت می کند.
برای آزمون در فضای باز، پیرانومتر باید در نیمه ارتفاع کلکتور نصب شود. بدنه پیرانومتر و‌هادی‌های اتصال دهنده باید طوری محفوظ شوند تا گرمایش خورشیدی به اتصالات الکتریکی به حداقل برسد. برای به حداقل رساندن انرژی انعکاس یافته و باز تابیده از کلکتور خورشیدی بر روی پیرانومتر نیز باید مراقبت شود.
4-1-1-5استفاده از پیرانومترها در شبیه سازهای پرتودهی خورشیدی
برای اندازه گیری توزیع پرتودهی خورشیدی شبیه سازی شده بر روی دهانه کلکتور و تغییرات پرتودهی شبیه سازی شده نسبت به زمان می توان از پیرانومترها استفاده نمود پیرانومترها باید مانند آزمون در فضای باز نصب و حفاظت شوند. به طریق دیگر، می توان از انواع دیگری از آشکارساز تابش استفاده نمود به شرط آنکه برای تابش خورشیدی شبیه سازی شده، کالیبره شده باشند.
4-1-1-6فاصله زمانی کالیبراسیون پیرانومتر
پاسخ خورشیدی پیرانومترها باید طی 12 ماه پیش از آزمون (های) کلکتور برطبق استاندارد ISO 9846 یا ISO 9847 کالیبره شده باشد. تغییرات بیش از 1%± در یک دوره دوازده ماهه، متضمن استفاده از کالیبراسیون‌های با فواصل زمانی کوتاه تر یا تعویض وسیله اندازه گیری خواهد بود. اگر وسیله اندازه گیری صدمه قابل ملاحظه ای ببیند،باید مجدداًکالیبره یاتعویض شود.
تمام کالیبراسیون‌ها باید نسبت به مقیاس مرجع پرتوسنجی جهانی (WWR) انجام شوند.
4-1- 2اندازه گیری زاویه برخورد تابش خورشیدی مستقیم
برای اندازه گیری زاویه برخورد تابش خورشیدی مستقیم می توان با نصب یک عقربه عمود بر صفحه تختی که حلقه‌های هم مرکز مدرجی بر روی آن علامتگذاری شده اند وسیله ساده ای بوجود آورد. طول سایه عقربه را می توان با استفاده از حلقه‌های هم مرکز اندازه گیری کرد و از آن برای تعیین زاویه برخورد استفاده نمود. این وسیله بایستی در صفحه کلکتور و در یک طرف کلکتور قرار گیرد.
یادآوری – زاویه برخورد تابش خورشیدی مستقیم ( )را می توان از زاویه ساعتی خورشیدی (()، زاویه شیب کلکتور (()، زاویه سمت کلکتور (() و عرض جغرافیایی مکان آزمون (() با استفاده از روابط زیر محاسبه نمود :
Cosθ=(sinδ sin∅ cosβ)-(sinδ cos∅ sinβ cosγ)+(cosδ cos∅ cosβ cosω)+(cosδ sinβ sinγ sinω)
که زاویه میل خورشیدی ک برای شماره روز سال طبق رابطه زیر تعیین می شود :
δ=23.45[360(284+n)/365]
4-2اندازه گیری تابش حرارتی
4-2-1 اندازه گیری پرتودهی حرارتی در فضای باز
معمولاً تغییرات پرتودهی حرارتی در فضای باز برای آزمون کلکتور مدنظر قرار نمی گیرد. اما می توان در صفحه دهانه کلکتور و نصف ارتفاع یک طرف آن پیرجیومتری نصب کرد تا پرتودهی حرارتی را در دهانه کلکتور تعیین کرد.
4-2-2تعیین پرتودهی خورشیدی در فضای بسته و شبیه سازهای خورشیدی
4-2-2-1اندازه گیری
پرتودهی حرارتی را می توان با استفاده از پیرجیومتری که در بند فرعی 4-2-1 برای اندازه گیری‌ها در فضای باز مشخص شده است اندازه گیری نمود. پیرجیومترها بایستی برای به حداقل رساندن تأثیر پرتودهی خورشیدی یا شبیه سازی شده به خوبی تهویه شوند.
برای آزمون در فضای بسته، پرتودهی حرارتی باید با درستی 2W/m 10± تعیین شود.
4-2-2-2محاسبه
به شرط آنکه تمام چشمه‌ها و چاه‌های تابش حرارتی در میدان دید کلکتور را بتوان تشخیص داد، پرتودهی حرارتی در دهانه کلکتور را می توان با استفاده از اندازه گیری‌های دما، اندازه گیری‌های انتشار سطحی و ضرایب شکل تابش8 محاسبه نمود.
پرتودهی حرارتی برخوردی با سطح کلکتور (که عدد 1 به آن اختصاص یافته) ازیک سطح داغ تر (که عدد 2 به آن اختصاص یافته) طبق رابطه〖〖σε_2 F〗_12 T〗_2^4 تعیین می شود.
یا به نحو مفیدتر ، پرتودهی حرارتی اضافی (در مقایسه با حالتی که سطح 2 یک جسم سیاه کامل در دمای محیط باشد) با رابطه زیر تعیین می شود :
〖〖σF〗_12 (ε_2 T〗_2^4-T_a^4)
پرتودهی حرارتی در دهانه کلکتور را می توان از یک سری اندازه گیری‌ها برای زوایای فضایی کوچک در میدان دید نیز محاسبه نمود. این اندازه گیری‌ها را می توان با استفاده از پیرهلیومتر با یا بدون صافی شیشه ای جهت شناسایی مؤلفه حرارتی کل پرتودهی انجام داد.
4-3اندازه گیری‌های دما
برای آزمون کلکتور خورشیدی سه اندازه گیری دما وجود دارد که عبارتند از دمای سیال در ورودی کلکتور، دمای سیال در خروجی کلکتور، و دمای هوای محیط . درستی مورد نیاز و محیط این اندازه گیری‌ها متفاوت بوده و از اینرو مبدل و تجهیزات مربوطه ممکن است متفاوت باشند.
4-3-1اندازه گیری دمای ورودی سیال انتقال حرارت (tin)
4-3-1-1دقت مورد نیاز
دمای سیال انتقال حرارت در ورودی کلکتور (tin) باید با درستی oC 1/0± اندازه گیری شود اما برای بررسی اینکه دما نسبت به زمان تغییر نمی کند سیگنال دمایی با تفکیک پذیری بسیار بالاتری تا oC 02/0± مورد نیاز است.
یادآوری – این تفکیک پذیری برای تمام دماهای مورد نیاز جهت آزمون کلکتور لازم است (یعنی در گستره oC0 تا oC100) که ثبت با چنین درستی برای داده پرداز بسیار دشوار است زیرا نیاز به تفکیک پذیری یک در 4000 یا یک سیستم دیجیتالی 12 بیتی دارد.
4-3-1-2نصب حسگرها
مبدل اندازه گیری دمایی باید در فاصله حداکثر mm 200 از ورودی کلکتور نصب شود وعایق بندی باید در پایین دست و بالا دست مبدل در لوله کشی قرار داده شود. اگر لازم باشد که مبدل در فاصـله بیـش از mm 200 از کلکتور قرار گیرد، برای تصدیق اینکه اندازه گیری دمای سیال تحت تأثیر قرار نمی گیرد باید آزمونی انجام شود.
برای حصول اطمینان از آمیختگی سیال در موقعیت اندازه گیری دما، باید در بالا دست مبدل، یک زانویی ، سوراخ9 یا مخلوط کننده سیال در مسیر لوله کشی قرار گیرد و پروب مبدل باید دربالا دست یک لوله در جایی که سیال (برای جلوگیری از به دام افتادن هوا در نزدیکی حسگر) بالا می آید، مطابق شکل 1-1 قرار گیرد.
شکل 2-1- موقعیت‌های توصیه شده مبدل برای اندازه گیری دماهای ورودی و خروجی سیال انتقال حرارت
4-3-2تعیین اختلاف دمای سیال انتقال حرارت ((T)
اختلاف بین دمای ورودی و خروجی کلکتور ((T) باید با درستی K 1/0± تعیین شود. بامبدل‌های کالیبره و سازگار مدرن می توان به درستی‌های نزدیک به K 02/0 ± دست یافت و از اینرو می توان اختلاف‌های دمای سیال انتقال حرارت K1 یا K2 را با درستی معقول اندازه گیری نمود.
4-3-3اندازه گیری دمای هوای اطراف (ta)

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید