ساخت و مدل سازي حرارتي كلكتورهاي هوايي مشبك خورشيدي با صفحات جاذب فلزي (استيل) و غيرفلزي

Fabrication and Thermal Modeling of Unglazed Transpired Solar Air Heater Collectors with metallic (steel) and non-metallic absorber plates

كلكتورهاي هوايي مشبك بدون پوشش خورشيدي تكنولوژي هاي نسبتاً نويني هستند كه مي توان از آن ها به منظور گرمايش ساختمان ها و فضاهاي بزرگ، خشك كردن محصولات كشاورزي و صنعتي استفاده نمود. در اين كلكتورها هوا به وسيله صفحات جاذب مشبك (سوراخ دار) معمولاً فلزي گرم مي شود. هزينه خريد و آماده سازي صفحات جاذب سهم قابل توجهي از هزينه هاي اين نوع از كلكتورها را به خود اختصاص مي دهد. در تحقيق حاضر به صورت آزمايشگاهي و تئوري به بررسي و ارزيابي كارايي صفحات جاذب غيرفلزي موجود در بازار ايران به عنوان جايگزين صفحات جاذب استيل (فلزي) پرداخته شده است. بدين منظور سه كلكتور با صفحات جاذب استيل (فلزي)، پلي كربنات و پلاستيك فشرده طراحي، ساخته و در سه دبي هوا مورد آزمايش قرارگرفته اند. علاوه به راين يك مدل آناليز حرارتي بر پايه قانون اول ترموديناميك از رفتار اين كلكتورها با در نظر گرفتن تمامي روش هاي انتقال حرارت (شامل رسانايي، جابجايي و تابش) توسعه داده شده و نتايج آن با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده است. نتايج نشان دادند كه در هر سه دبي موردبررسي همخواني بسيار خوبي بين نتايج تجربي و نتايج مدل آناليز حرارتي وجود دارد به طوري كه خطاي نسبي متوسط در تخمين دماي خروجي از كلكتور براي اكثر شرايط كاري كمتر از 5 درصد بود. علاوه بر اين، نتايج نشان داد اختلاف زيادي بين كارايي سه كلكتور خصوصاً براي دبي هاي كم وجود ندارد. بااين وجود براي شرايط بررسي شده كلكتور استيل بهترين كارايي و كلكتور پلي كربنات پايين ترين كارايي را داشت. كارايي و بازده كلكتور پلاستيك فشرده بسيار نزديك كلكتور استيل بود و با توجه به مزاياي كلكتورهاي غيرفلزي استفاده از آن به جاي كلكتورهاي فلزي پيشنهاد مي شود.

Unglazed transpired solar air heater collectors are relatively new solar technologies that can be used for air heating or pre-heating ventilation air and drying agricultural and industrial products. Passing air through the perforated plate, which is usually metallic is the main mechanism of heat transfer. The cost of buying and preparing the absorber plate is the dominant share of costs allocated to this type of collector. In the present study, performance of non-metallic absorber plates available in the Iranian market, as an alternative to metal absorber plates are examined experimentally and theoretically. Therefore, three collectors with Metallic, Polycarbonate and Compressed-Plastic are designed, fabricated and tested in real conditions. In addition, a thermal model based on the first law of thermodynamics is developed for these collectors. In this model, all modes of heat transfer (including conduction, convection and radiation) are considered. Results show that there is a good agreement between experimental and theorical results (for most test conditions, average relative error in estimation of the outlet temperature of the collectors is less than 5%). The results showed that the performance of three collector’s, especially for low mass flow rates, was not so different. However, for considered condition Steel (metallic) collector has the best performance and the polycarbonate collector the worse performance. The performance of the Compressed-plastic was close to the Steel collector and given the low cost of non-metallic collectors, it can be used as a convenient alternative to metal collectors.