Abstract | Keywords | Fulltext | Export | TOC

A paraffin wax and copper foam matrix were used as a thermal energy storage material in the double passes air solar chimney (SC) collector to get ventilation effect through daytime and after sunset. Air SC collector was installed in the south wall of an insulated test room and tested with different working angles (30o, 45o and 60o). Different SC types were used; single pass, double passes flat plate collector and double pass thermal energy storage box collector (TESB). A computational model based on the finite volume method for transient tw dimensional domains was carried out to describe the heat transfer and storage in the thermal energy storage material of collector. Also, equivalent specific heat method was employed to describe the heat storage and release in the mushy zone. Experimental results referred to an increase in thermal conductivity of paraffin wax that supported by copper foam matrix more than ten times. While the ventilation effect was still active for hours after the sun set, depending on the heat storage amount. Maximum ventilation mass flow rate with TESB collector was recorded with value equals to 36.651 kg/hr., when the overall discharge coefficient that was calculated for the system equals to 0.371. Experimental results showed that the best working angle range was 45~60o, and the highest air to the collector approaching temperature appeared to the double passes flat plate collector. Results gave greater heat storage efficiency of (47)% when the maximum solar radiation was 780 W/m2 at 12.00pm, while the energy summation through duration charge time was 18460 kJ. Computational results, depending on the equivalent heat capacity method for heat storage or release from phase change material that supported by copper foam matrix, showed the behavior of paraffin wax melting and solidification situation through periodic for charge and released heat from the solar collector. Also, these results gave agreement approaching the experimental results for the heat storage in the combined heat storage material, with standard error of 16.8%.

تم استخدام الشمع البرافيني المدعم برغوة النحاس بوصفه مادة خزن حراري وتوظيفه ضمن المدخنة الشمسية ثنائية المجرى للحصول على تأثير التهوية او التهوية مع التبريد ألترطيبي خلال وبعد غياب الشمس. المدخنة الشمسية تم تنصيبها ضمن الجدار المواجه الى الجنوب لغرفة الاختبار المعزولة حراريا والتي تم فيها اختبار المدخنة الشمسية ضمن زاوية عمل مختلفة (60o, 45o and 30o) ولثلاثة انواع من المداخن الشمسية وهي المدخنة ذات الممر الهوائي الأحادي والمزدوج فضلا عن المدخنة ذات الممر الهوائي المزدوج ذي ماص حراري بشكل صندوق خزن حراري يحوي مادة الشمع البرافيني المدعم برغوة النحاس. تم بناء برنامج محاكاة لحل النموذج الحسابي للجزء غير المستقر (العابر) وذلك باستخدام طريقة الحجوم المحددة، حيث ان انتقال الحرارة وخزنها تم تمثيله عن طريق المعادلات الحاكمة (معادلة) الطاقة والتي تم استخدامها بشكل دالة لدرجة الحرارة، كذلك تم توظيف طريقة الحرارة النوعية المكافئة لوصف خزن الحرارة في المنطقة الثنائية الطور الانتقالية والتي تعد من أسهل الطرائق وادقها المستخدمة في وصف انتقال الحرارة وخزنها في المادة ثنائية الطور والمتحوله من الصلب الى السائل وبالعكس وبفعل كسب او فقدان الحرارة. النتائج العملية أشارت الى زيادة الموصلية الحرارية بعشرة اضعاف للمادة ثنائية الطور بعد تدعيمها برغوة النحاس، بينما تأثير التهوية يبقى فعالا ولمدة ساعات مع تأثير اقل بعد غياب المصدر الحراري (الشمس) وبالاعتماد على السعة الحرارية المخزونة. بينت النتائج العملية ان اكبر معدل تدفق كتلي للهواء تم تسجيله بمقدار36.651 kJ/hr. والتي عندها قيمة معامل التدفق المحسوب لهذه المنظومة بمقدار 0.371. كذلك اظهرت النتائج العملية أفضل زاوية عمل 45o-60o، وان نسبة اقتراب درجة حرارة الهواء من درجة حرارة السطح الماص والتي اظهرت اعلى قيمة عند المدخنة الشمسية ثنائية المجرى, اظهرت النتائج العملية ان المدخنة الشمسية ذات مواد الخزن الحرارية تظهر تأثير لفترة طويلة حتى بعد غياب الشمس لكن مع تأثير حراري اقل نتيجة الحفاظ على درجة حرارة مستقرة تمثل درجة الانصهار للمادة الثنائية والتي تحدد فيها درجة الحرارة بالثبات على الرغم من اكتساب الحرارة، النتائج أشارت الى اعلى كفاءة لخزن الحرارة ضمن مادة الخزن المركبة وبمقدار 47% عند اعلى مقدار للإشعاع الشمسي 780W/m2 ضمن ظروف الاختبار عند وقت الاختبار 12:00 pmوالسبب في ذلك يعود الى اكتساب الهواء المار في المدخنة جزء من الحرارة المخزنة لدوام استمرارية عمل المنظومة وهذا يحدث بسبب فرق درجات الحرارة , بينما سجل مجموع الطاقة خلال مدة الشحن الحراري بمقدار18460 kJ . النتائج الحسابية أظهرت سلوكا منطقيا لذوبان الشمع وتصلده خلال مدة شحن الحرارة واطلاقها بوجود الرغوة المعدنية، مع تقارب منطقي للنتائج النظرية من العملية وبمعدل خطا يصل الى 16.8% حيث تم اعتماد طريقة الحرارة النوعية المكافئة لحساب الحرارة المخزونة في المادة ثنائية الطور المدعمة برغوة النحاس.

CFD --- Copper foam matrix --- Heat storage --- Paraffin wax --- Phase change material --- Solar chimney.