پیمانکار رتبه یک تاسیسات

پنل‌های خورشیدی موج‌پیما- تامین انرژی مورد نیاز از طریق احداث پنل‌های خورشیدی موج‌پیما
1397-03-20
نیروگاه های هسته ای-تولید انرژی پاک از طریق نیروگاه های هسته ای در آمریکا
1397-03-22
Show all

دودکش خورشیدی-پیش بینی عملکرد دودکش خورشیدی با در نظر گرفتن پیکربندی اتاق و حفره

پیش بینی عملکرد دودکش خورشیدی با در نظر گرفتن پیکربندی اتاق و حفره

گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
خرداد ماه 97

دودکش خورشیدی

 

مقدمه

دودکش خورشیدی یک سیستم تهویه پسیو قابل اعتماد است که تا حد زیادی می تواند انرژی مورد نیاز ساختمان ها را در راستای غلبه بر بحران انرژی کنونی، با استفاده از پایین نگه داشتن هزینه نگهداری، کاهش دهد. برای بهینه سازی طراحی آن، مدلی تجربی برای پیش بینی عملکرد دودکش خورشیدی ارائه شده است. البته با در نظر گرفتن پیکربندی اتاق و حفره دودکش و با استفاده از ورودی های مناسب، این مدلسازی انجام شده است.  شبیه ساز آتش دینامیک  (FDS) به عنوان ابزاری مناسب برای حل مشکلات گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع و در راستای این مطالعه انتخاب شده است  .در این مدل، ضریبی برای پیکربندی اتاق و دودکش مطرح شده که ویژگیهای آنها را توصیف می کند (به عنوان مثال، باز کردن اتاق، ورودی و خروجی حفره). همانطور که نشان داده می شود ابعاد اتاق (طول، عرض و ارتفاع) و باز کردن محل دودکش، اثر محدودی بر عملکرد دارد. همچنین تاثیر تابش بر دیوارهای گرم را می توان نادیده گرفت هنگامی که با انتقال حرارت بین دیواره های گرم و هوای داخل حفره مقایسه شده است. این مطالعه دانش کلیدی برای بهینه سازی طراحی دودکش خورشیدی جهت صرفه جویی در انرژی ساختمان ها را فراهم می کند.

 

دودکش خورشیدی

 

معماران و مهندسان ساختمان به بررسی روش های تهویه ساختمان با استفاده از ابزارهای پسیو پرداخته اند و به دلیل مشکلات ناشی از بحران انرژی علاقه مندی بسیاری جهت تحقیق در این زمینه  وجود دارد. دودکش خورشیدی (در اصل جاذب انرژی خورشیدی از طریق سقف و کف باز است) سیستم تهویه پسیو بسیار عالی است و برای قرن ها، جهت حل مشکل تهویه استفاده شده است . دودکش خورشیدی در یک ساختمان یک طبقه می تواند سبب صرفه جویی  تا  50٪کل مصرف برق سالیانه مورد نیاز برای یک موتور فن شود. بدین دلیل به عنوان جایگزینی مناسب برای سیستم های تهویه مکانیکی بکار گرفته می شود و به دلیل منافع بالقوه در هزینه های اجرایی، انرژی مورد نیاز، و انتشار دی اکسید کربن با اقبال خوبی مواجه شده است. و عملکرد اصلی آن فراهم نمودن تهویه طبیعی برای ساختمان ها است که با به حرکت در آوردن هوا تحت تاثیر تابش خورشید انجام می شود.  مطالعات قبلی تا حد زیادی تنها بر پیکربندی دودکش خورشیدی متمرکز شده اند،  و اثر اتاق ها و محل های باز آن نادیده گرفته شده است.

 

دودکش خورشیدی

 

اصل طراحی دودکش خورشیدی به حداکثر رساندن تهویه با بهره حداکثری از تابش خورشیدی است، در نتیجه تفاوت دمایی کافی (یا اختلاف فشار) بین داخل و خارج ایجاد شده و سبب ایجاد جریان هوا می شود. بخش بزرگی از مطالعات دودکش خورشیدی در پیدا کردن راه حل طراحی بهینه برای افزایش تهویه طبیعی، با در نظر گرفتن پارامترهای مختلف طراحی، مانند ارتفاع، عرض و عمق حفره، موقعیت دودکش، نوع پوشش شیشه ای، نوع جاذب و نصب عایق یا جرم حرارتی در دودکش خورشیدی هدف گذاری شده است.

بسیاری از مدل های تحلیلی / ریاضی برای پیش بینی عملکرد دودکش خورشیدی تحت شرایط مختلف توسعه یافته اند. در یک تحقیق  مدلی تحلیلی برای پیش بینی تهویه طبیعی توسط رانش حرارتی در یک حفره دودکش با دو دهانه عمودی توسعه داده شده است. در تحقیقی دیگر تأثیر زاویه شیب دودکش بر جریان هوا در محیط داخلی به طور تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال، یکی از معایب مدل های تحلیلی اندازه گیری برخی پارامترهاست که به نظر می رسد مشکل باشد؛ مانند ضریب تخلیه ، ضریب افت فشار ورودی و خروجی ، و ضریب اصطکاک دیوار.

 

دودکش خورشیدی

 

در 70 درصد مقالات دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به مطالعه کیفیت هوای داخل ساختمان، تهویه طبیعی و تهویه طبقه ای پرداخته شده است زیرا پیش بینی سایر مدل ها دشوار است.
این مطالعه تحقیق جامعی در مورد عملکرد دودکش خورشیدی فراهم می کند. پارامترهای مربوط به پیکربندی دودکش و اتاق و مواد حفره برای توسعه مدلی تجربی جهت پیش بینی نرخ جریان هوا از دودکش های خورشیدی تحت سناریوهای مختلف با ورودی های مشخص مورد بررسی قرار گرفت.  باید توجه داشت که طراحی دودکش های خورشیدی سبب صرفه جویی در مصرف انرژی ساختمان ها خواهد شد.

مدلی تجربی برای پیش بینی عملکرد دودکش خورشیدی با در نظر گرفتن پیکربندی اتاق و حفره دودکش با استفاده از ورودی های اسان توسعه داده شد. شبیه ساز آتش دینامیک (FDS)  با استفاده از داده های تجربی انتخاب و تایید شد. از مقایسه داده ها مشاهده می شود که FDS می تواند جریان ورودی هوای دودکش خورشیدی را به خوبی با ارتفاع های مختلف ورودی، عرض دودکش و دمای سطح پیش بینی کند. بر اساس مدل سازی انجام شده، تأثیر پیکربندی اتاق و حفره و خواص مواد حفره بر سرعت جریان ورودی دودکش خورشیدی بررسی شد:

1- سرعت جریان ورودی هوا با سطح ورودی یا خروجی و ارتفاع دودکش بزرگتر افزایش می یابد، با این حال، این افزایش سرعت زمانی که ابعاد خیلی افزایش می یابند، کند می شود.  سرعت جریان ورودی هوا زمانی که سطح خروجی همچنان افزایش پیدا کند کاهش می یابد که به دلیل حفره پهن تر است که جریان هوا می تواند تحت تاثیر عدد رینولدز بالا رو به عقب برگردد.

2- مشاهده شده است که ابعاد اتاق (به عنوان مثال، طول، عرض و ارتفاع) اثر محدودی بر جریان ورودی هوا دارد. نشان داده می شود که کل فضای اتاق را می توان به عنوان یک حجم کنترلی برای تحلیل آتی در نظر گرفت. جریان ورودی هوای دودکش خورشیدی به نظر می رسد تحت تاثیر محل دهانه پایین تر افزایش یابد، اما اثر آن در نتیجه­ی تغییر زیاد وقتی که دهانه خیلی بالا یا خیلی پایین است قابل اغماض است. میزان جریان ورودی هوا با دهانه بزرگتر افزایش می یابد، و به نظر می رسد در این حالت جریان هوا به مقدار حداکثری نزدیک گردد.

3- جنس دیواره حفره که سبب افزایش دمای حفره شود می تواند سبب بهبود عملکرد سیستم تهویه شود.

4-ضریب اتاق که با Cr نمایش داده می شود که به منظور بررسی تاثیر ابعاد اتاق و حفره بر بازدهی تهویه تعریف شده است.

 

منابع

 

[2] T. Miyazaki, A. Akisawa, T. Kashiwagi, The effects of solar chimneys on thermal load mitigation of office buildings under the Japanese climate, Renew. Energy 31 (2006) 987e1010.

39] R. Bassiouny, N.S.A. Koura, An analytical and numerical study of solar chimney use for room natural ventilation, Energy Build. 40 (2008) 865e873.

یک دیدگاه