مدل سازی عددی عملکرد حرارتی هوا گرمکن خورشیدی در حالت گذرا

هدف از این پژوهش بررسی عددی عملکرد حرارتی یک هواگرمکن خورشیدی در حالت گذرا می باشد. هواگرمکن خورشیدی یک نمونه از گیرنده های مسطح خورشیدی است که برای تولید هوای گرم استفاده می شود. این گیرنده شبیه جعبه بزرگی است که دارای پوشش شیشه ای و صفحه فلزی تیره رنگ به عنوان صفحه جاذب می باشد. این گیرنده اغلب بر روی بام یا ضلع جنوبی ساختمان که پتانسیل بیشتری برای جذب انرژی خورشیدی دارند، نصب می شود. هوای سرد به پشت صفحه جاذب جریان پیدا کرده و ضمن تبادل حرارت با صفحه جاذب گرم می شود. در هواگرمکن قائم، هوا گرم و جرم آن کاهش یافته و به صورت آزاد به سمت بالا جریان می یابد. با یک طراحی مناسب، جریان تولید شده می تواند بر افت فشارهای کانال غلبه و به داخل ساختمان جریان یابد. در بررسی حاضر، یک هواگرمکن خورشیدی قائم در غیاب ساختمان به ابعاد 5/1 متر در 5/2 متر رو به جنوب مورد تحلیل قرار گرفته است. با در نظر گرفتن شبکه حرارتی برای هر یک از اجزای هواگرمکن و نیز هوای داخل کانال مربوطه، معادلات انرژی در حالت گذرا نوشته شد و در یک برنامه کامپیوتری، معادلات اخیر به صورت اختلاف محدود ( finite difference ) با استفاده از روش اویلر پیشرو در محیط matlab تحلیل شد. این مدل قادر است با توجه به شدت روزانه تابش خورشید و درجه حرارت هوای محیط در شهرهای مختلف، گرمای خروجی، راندمان حرارتی و نرخ جریان جرمی هوا را در حالت گذرا محاسبه نماید. علاوه بر این، مدل مذکور می تواند عمق بهینه کانال را برای شهرهای مختلف محاسبه نماید. به عنوان مثال با استفاده از این برنامه، عمق بهینه برای شهر تهران و کرمانشاه به ترتیب 55 میلیمتر و 65 میلیمتر محاسبه شده است. همچنین در این پژوهش تأثیر ارتفاع، عمق کانال و جنس صفحه جاذب بر عملکرد حرارتی هواگرمکن خورشیدی و تأثیر استفاده از هواگرمکن خورشیدی به عنوان یک سیستم گرمایشی مکمل بر روی یک ساختمان مشخص هم از لحاظ اقتصادی و هم از لحاظ بهینه سازی مصرف انرژی مورد بررسی قرار گرفته است.