افزایش عملکرد سیستم‌های گرمایش آب خورشیدی: استفاده از مواد تغییر فاز دهنده دو لایه

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) :

چکیده

مواد تغییر فاز دهنده (PCM) مخزن ذخیره انرژی حرارتی (TES) با طراحی کارآمد برای افزایش کارایی سیستم‌های گرمایش آب خورشیدی (SWHS) حیاتی است. این مطالعه توسعه یک مخزن هیبریدی محسوس نهفته TES را توصیف می کند که در آن یک ماده تغییر فاز دو لایه (PCM) با نقاط ذوب مختلف یکپارچه شده است. برای بررسی عملکرد آن، یک مدل ریاضی از SWHS با مخزن هیبریدی در نرم افزار TRNSYS ایجاد شد. نتایج نشان داد که زمانی که حجم مخزن در واحد سطح کلکتورهای خورشیدی در محدوده 33.3-66.7 لیتر بر متر مربع بود، جمع آوری حرارت مخزن هیبریدی 7.0٪ -15.6٪ افزایش یافت و تامین گرما -16.9٪ 7.6٪ در مقایسه با مخزن بدون  PCM  افزایش یافت. با این حال، با افزایش حجم مخزن، اثر افزودن PCM به مخزن کاهش یافت. مخزن هیبریدی با PCM دولایه در مقایسه با مخزن تنها با PCM تک لایه، از افزایش زمان تامین گرما و حفظ دمای عرضه نسبتاً بالا به مزیت دوگانه دست یافت. تأثیر مخزن هیبریدی بر عملکرد حرارتی SWHS برای حالت‌های گرمایش تمام روز و شب برجسته بود، اما برای حالت گرمایش در روز به طور قابل‌توجهی مشاهده نشد.

نتیجه‌­گیری

در این مطالعه، یک مخزن هیبریدی محسوس نهفته TES ادغام شده با PCM دو لایه با دماهای ذوب مختلف طراحی شد. مدل ریاضی از SWHS با مخزن هیبریدی در نرم افزار TRNSYS ساخته شد و اثر حجم و لایه‌های PCM بر عملکرد حرارتی مخزن هیبریدی هم برای یک دوره کوتاه و هم در کل فصل گرمایش بررسی شد. مخزن هیبریدی در SWHS برای حالت‌های گرمایش تمام روز، روز و شب استفاده شد. نتیجه گیری به شرح زیر است:

(1) افزودن PCM به مخزن زمانی مناسب‌تر بود که حجم مخزن برای نگهداری گرمای جمع آوری شده توسط SWHS کافی نبود. برای مقیاس زمانی کوتاه‌مدت، زمان جمع‌آوری و تامین گرما به ترتیب 276 دقیقه و 250 دقیقه افزایش یافت، زمان رسیدن دمای آب خروجی به بالای 50 درجه سانتی‌گراد 291 دقیقه افزایش یافت و حداکثر انرژی ذخیره شده در مخزن هیبریدی در مقایسه با مخزن آب بدون PCM زمانی که حجم مخزن در واحد سطح کلکتورهای خورشیدی 53.3 لیتر بر متر مربع بود، 19.2 درصد افزایش یافت. هنگامی که حجم مخزن در واحد سطح کلکتورهای خورشیدی در محدوده L/m² 33.3-66.7 بود، جمع آوری و عرضه گرما به ترتیب 7.0٪ -15.6٪ و 13.5٪ - 25.2٪ برای کل گرمایش افزایش یافت. با این حال، اثر افزودن PCM به مخزن زمانی که حجم مخزن همچنان در حال افزایش بود، ضعیف شد.

(2) یک مزیت دوگانه از افزایش زمان جمع آوری و تامین گرما و حفظ دمای عرضه نسبتاً بالا برای مخزن هیبریدی با PCM دو لایه به دست آمد. برای مقیاس زمانی کوتاه مدت، زمان تامین گرما برای مخزن هیبریدی با PCM دو لایه 72 دقیقه بیشتر از مخزن هیبریدی با PCM تک لایه با دمای ذوب بالا بود. زمان رسیدن دمای تامین حرارت به بالای 50 درجه سانتی­گراد برای مخزن هیبریدی با PCM دو لایه 93 دقیقه بیشتر از مخزن هیبریدی با PCM تک لایه با دمای ذوب پایین بود.

(3) مخزن هیبریدی برای حالت­های گرمایش تمام روز و شب مناسب­تر بود. گرمای جمع‌­آوری و عرضه برای حالت گرمایش تمام روز به ترتیب 15.6 درصد و 16.9 درصد افزایش یافته است و برای حالت گرمایش شبانه به ترتیب 13.5 درصد و 15.5 درصد افزایش یافته است. با این حال، اثر مخزن هیبریدی برای حالت گرمایش در روز به اندازه‌ای قابل توجهی نبود.

Reference:

Li, Yong, et al. "Enhancing the performance of solar water heating systems: Application of double-layer phase change materials." Renewable Energy 219 (2023): 119367.‏

https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.119367   

ترجمه و ویرایش: دانیال ابراهیم‌­زاده