การศึกษาเปรียบเทียบตัวรับรังสีทำอากาศร้อนแบบแผ่นเรียบ

A Comparative Study of Flat Plate Solar Air Heaters

Name: วัชรศักดิ์ สุบรรณพงษ์

keyword: ตัวรับรังสีทำอากาศร้อนแบบแผ่นเรียบ

Abstract: งานวิจัยนี้กล่าวถึงการศึกษาเกี่ยวกับสมรรถนะของตัวรับรังสีแบบแผ่นเรียบที่ด้านบนมี กระจกใสปิดตัวดูดรังสีทาสีดำด้าน 3 แบบ ซึ่งดัดแปลงจากหลังคาของโรงเรือน เพื่อใช้อบแห้ง ในอุตสาหกรรมขนาดเล็กและขนาดกลาง โดยใช้อากาศร้อนที่ได้จากตัวรับรังสี แบบแรกตัวดูดรังสีทำจากเหล็กอาบสังกะสีลอนใหญ่ทาสีดำด้าน ขนาด 3.7 X 5.09 เมตร2 ฉนวนด้านล่างทำด้วยโฟม อากาศไหลในช่องว่างระหว่างตัวดูดรังสีและฉนวน ซึ่งมีระยะ ห่างเฉลี่ยเท่ากับ 20 มม. ด้านบนมีกระจกใสปิด 85% ของพื้นที่ จากการทดสอบสมรรถนะของ ตัวรับรังสีตาม ASHRAE STANDARD TEST 93-77 พบว่าประสิทธิภาพสูงสุดของตัวรับรังสีเท่า กับ 47% ที่อัตราการไหลเชิงมวลของอากาศ 0.244 kg/s ความเร็วลมเหนือตัวรับรังสี 1 m/s ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ย 740 W/m2 แบบที่สองได้ดัดแปลงจากตัวรับรังสีแบบแรกคือทำการเปลี่ยนตัวดูดรังสี เป็นแผ่นเหล็ก อาบสังกะสีลอนเหลี่ยมทาสีดำด้าน ขนาด 3.66 X 4.87 เมตร2 เพื่อความสะดวกในการติด กระจกใส ด้านบนมีกระจกใสปิด 87.5% ของพื้นที่ จากการทดสอบตาม ASHRAE STANDARD TEST 93-77 พบว่าประสิทธิภาพสูงสุดของตัวรับรังสีเท่ากับ 48% ที่อัตราการไหลเชิงมวลของ อากาศ 0.244 kg/s ความเร็วลมเหนือตัวรับรังสี 1 m/s ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ย 930 W/m2 แบบที่สามตัวดูดรังสีเป็นแผ่นเหล็กอาบสังกะสีลอนเหลี่ยมทาสีดำด้าน ขนาด 3.66 X 4.87 เมตร2 ด้านบนมีกระจกใสปิดเต็มพื้นที่ จากการทดสอบตาม ASHRAE STANDARD TEST 93-77 พบว่าประสิทธิภาพสูงสุดของตัวรับรังสีเท่ากับ 49% ที่อัตราการไหลเชิงมวลของอากาศ 0.244 kg/s ความเร็วลมเหนือตัวรับรังสี 1 m/s ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ย 980 W/m2 และจากการพิจารณาประสิทธิภาพเชิงความร้อนจากการทดสอบ และจากการจำลอง สภาพของตัวรับรังสีทั้ง 3 แบบ พบว่ามีค่าใกล้เคียงกัน (ผิดพลาดไม่เกิน 10%) และเมื่อพิจารณา ค่าประสิทธิภาพสูงสุดของตัวรับรังสีทั้ง 3 แบบ จะเห็นว่าประสิทธิภาพของตัวรับรังสีทั้ง 3 ไม่ต่าง กันมากนัก แต่เมื่อคำนึงถึงการสร้างและการซ่อมบำรุงตัวรับรังสีที่ทำจากสังกะสีลอนเหลี่ยที่ด้าน บนมีกระจกใสปิด 85% จะมีความเหมาะสมที่สุด จากการศึกษาถึงผลของความเร็วลมที่มีผลต่อประสิทธิภาพของตัวรับรังสีแบบแผ่นเรียบ ที่ด้านบนมีกระจกใสปิดและด้านบนไม่มีกระจกใสปิด พบว่าตัวรับรังสีแบบแผ่นเรียบที่ด้านบนมีกระจก ใสปิดเต็มพื้นที่ และ 85% ของพื้นที่ เมื่อความเร็วลมเหนือตัวรับรังสีเพิ่มขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพ ของตัวรับรังสีลดลงเล็กน้อยเนื่องจากค่าสัมประสิทธิการสูญเสียความร้อนรวม เพิ่มขึ้นไม่มากนัก (ประสิทธิภาพสูงสุด 49% และ 47% ที่ความเร็วลม 1 m/s ประสิทธิภาพสูงสุด 45% และ 41% ที่ความเร็วลม 4 m/s ตามลำดับ เมื่ออัตราการไหลเชิงมวลของอากาศ 0.244 kg/s) ส่วนตัวรับ รังสีแบบแผ่นเรียบที่ไม่มีกระจกใสปิดที่ตัวดูดรับสีทาสีดำด้านและไม่ทาสีดำด้าน เมื่อความเร็วลม เหนือตัวรับรังสีเพิ่มขึ้น จะทำให้ประสิทธิภาพของตัวรับรังสีลดลงมาก (ประสิทธิภาพสูงสุด 31% และ 23% ที่ความเร็วลม 1 m/s ประสิทธิภาพสูงสุด 22% และ 16% ที่ความเร็วลม 4 m/s สำหรับตัวรับรังสีตามลำดับ เมื่ออัตราการไหลเชิงมวลของอากาศ 0.244 kg/s) จากการศึกษาถึงของความเร็วลมร้อนที่พัดใต้ตัวรับรังสี(อัตราไหลเชิงมวล) ของ ตัวรับรังสีแบบแผ่นเรียบทั้งแบบที่ด้านบนมีกระจกใสปิด และไม่มีกระจกใสปิด พบว่าเมื่อความเร็วของ ลมร้อนที่พัดใต้ตัวรับรังสีเพิ่มในช่วงแรก ๆ จะทำให้ประสิทธิภาพของตัวรับรังสีเพิ่มอย่างรวด เร็ว และเมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้นอีก อัตราการเพิ่มของประสิทธิภาพของตัวรับรังสีจะค่อย ๆ ลด จนไม่เปลี่ยนแปลงเลยในที่สุด ความเร็มลมที่ใช้ในงานวิจัยนี้ เลือกใช้ค่า 2.93 m/s (0.244 kg/s, 0.011 m3/s-m2) ซึ่งมีค่าใกล้เคียงตามที่แนะนำไว้ใน ASHRAE STANDARD TEST 93-77 0.01 m3/s-m2 การประเมินค่าทางเศรษฐศาสตร์พบว่า มีความเป็นไปได้ในทางเศรษฐศาสตร์ที่จะใช้ ตัวรับรังสีดวงอาทิตย์ทั้งแบบมีกระจกใสปิดและไม่มีกระจกใสปิด มาเป็นพลังงานเสริมในอุตสาห- กรรมการอบแห้งผลิตภัณฑ์อาหาร ซึ่งใช้พลังงานจากไฟฟ้า โดยตัวรับรังสีแบบด้านบนมีกระจกใส ปิด 85% และตัวดูดรังสีทาสีดำด้านมีความเหมาะสมมากที่สุด และจากการศึกษาความเป็นไปได้ใน เชิงพาณิชย์ของตัวรับรังสีที่มีกระจกใสปิด 85% นี้ พบว่าเมื่อตั้งราคาขายเป็น 3 เท่าของราคาทุน (ราคาทุน 670 บาท/m2) อายุการใช้งาน 12 ปี ระยะเวลาทำงาน 8 ชม./วัน 8 เดือน/ปี อัตราดอกเบี้ยร้อยละ 15 พลังงานที่ผลิตได้จากตัวรับรังสีนี้มีค่าเท่ากับ 0.60 บาท/kW-h และ เมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานไฟฟ้า (1.24 บาท/kW-h) จะได้คืนทุนในเวลา 2.1 ปี และอัตรา ผลตอบแทนร้อยละ 42.5

Abstract: This research was intended to study the performance of flat plate solar air heaters. Three types the heaters with transparent glass sheet covering on top and with dull black paint coated absorber were a modification of building roof so that they can be utilized as dryer in small and medium scale industry. The first type of heater was equipped with solar absorber which eas made of 3.7 x 5.09 m2 sinuousoidal corrugate galvanized steel sheet coated with dull black paint. The insulator underneath was made of polystyrene foam. Air flow was allowed in between the absorber and the insulator distant averagely 20 mm apart and 85% of the heater top plan area was covered with a transparent glass sheet. The air heater performance, according to ASHRAE STANDARD TEST 93-77, was determined and found out that its maximum efficiency was 47% at 0.244 kg/s air mass flow rate, 1 m/s wind velocity above the heater, and 740 W/m2 average solar rediation. The second type was a modification of the first one so as to ease installation of transparent glass sheet. A 3.66 x 4.87 m2 trapezoidal corrugate galvanized steel sheet was used as absorber instead and 87.5% of heater was covered with the glass sheet with the same test method, the heater efficiency was found to be 48% at 0.244 kg/s air mass flow rate, 1 m/s wind velocity above heater, and 930 W/m2 average solar radiation. The third type was the same as the second one except that the heater top plan area was at this time covered fully with a transparent glass sheet. The heater maximum efficiency was found to be 49% at the same condition with the second type except that the average solar radiation was 980 W/m2. The test results showed the heating efficiency of these 3 types of solar air heaters was close to that of the mathematical model (error less than 10%). The maximum efficiency of than was not guite different but the heater with 85% glass cover could be considend most suitable regarding construction and maintenance. The study of wind velocity effect toward flat plate solar air heater efficiency revealed one covered transparent glass sheet ful amd 85% on top decreased a little in efficiency when wind velocity abovethe heater increased resulting in small increase of gross heat loss coefficient (49% and 47% maximum efficiency at 1 m/s wind velocity, and, 45% and 41% at 4 m/s wind velocity respectively white air mass flow rate was at 0.244 kg/s). For the heater without transparent glass sheet, the heater efficiency decreased a lot when wind velocity increased (for coated and uncoated at 0.244 kg/s air mass flow rate, the respective efficiency was 31% and 23% at 1 m/s wind velocity and 22% and 16% at 4 m/s wind velocity) The study of hot wind velocity (air mass flow rate, effect upon the efficiency of heater with and without transparent glass cover showed that the heater efficiency increased rapidly when the wind velocity increased at the initial stage and decreased gradually until constant when the velocity continued increasing. For the experiments, the wind velocity was chosen at 2.93 m/s (0.244 kg/s, 0.011 m3/s-m2) and close to that suggested in ASHRAE STANDARD TEST 93-77 (0.01 m3/s-m2). Economic evaluation showed the posibility for the introduction of the flat plate solar air heater with and without transparent glass cover to the market as a supplementary energy source for food product drying industry which normally utilizes electricity as power source. The solar air heater with 85% glass cover and with dull black paint coated absorber is the most appropoiate for the purpose. From the study it is feasible commercially for this type of heater to be launched to the consumers when its sell price is set at 3 times the production cost (670 Baht/m2) provided the guarantee of 12 years of service life when used 8 hr daily for 8 month/year. The energy produced from the heater will cost 0.60 Baht/kW-h and will break even with electricity energy (1.24 Baht/kW-h) within 2.1 years when the interest rate is assemed at 15%. The rate of return is 42.5%.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: สมชาติ โสภณรณฤทธิ์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2530

Modified: 2554-05-17

Issued: 2554-04-29

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: ET141

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เทคโนโลยีพลังงาน

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	ET141.pdf	3.35 MB	140	2023-01-17 20:14:42
2	ET141ab.pdf	248.03 KB	33	2023-01-17 20:14:06

ใช้เวลา

0.017697 วินาที