طراحی و بافت یک نمونه تابلو فرش هوشمند با قابلیت کنترل دمای محیط از طریق تولید حرارت

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                            صفحه

چکیده……………………………………………………………………………………………………………………………………..1

پیش گفتار………………………………………………………………………………………………………………………………..2

فصل اول: ضروریت تحقیق

مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………3

1-1-اهمیت انرژی وبهینه سازی آن…………………………………………………………………………………………….4

1-2-شرایط آسایش دمایی انسان………………………………………………………………………………………………..4

فصل دوم: پیشینه ها

2-1-پیشینه ی تحقیقات حرارتی در صنایع نساجی……………………………………………………………………….6

2-1-1-تحقیق روش انتقال گرما در پارچه ها………………………………………………………………………………6

2-1-2-تحقیق تاثیر رطوبت و نفوذ هوا و بخار آب در انتقال حرارت در پارچه ها…………………………..7

2-1-3-تحقیق مشخصات الکترو دینامیکی پارچه ها…………………………………………………………………….7

2-1-4-تحقیق تولید پارچه های گرماساز……………………………………………………………………………………7

2-1-5-تحقیق تاثیرتغییر ساختار پارچه بر میزان هدایت حرارتی پارچه ها………………………………………8

2-2-اختراعات حرارتی در صنایع نساجی……………………………………………………………………………………9

2-3-سیر تکاملی منسوجات هوشمند…………………………………………………………………………………………10

فصل سوم: محاسبه ی توان حرارتی و مقایسه روش های توزیع آن

مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………..17

3-1-روش های انتقال گرما………………………………………………………………………………………………………17

3-1-1-روش هدایت یا همرفت……………………………………………………………………………………………….17

3-1-2-روش جابجایی یا وزش……………………………………………………………………………………………….18

3-1-3-روش تشعشع یا تابش………………………………………………………………………………………………….19

3-2-مقایسه ی روش های گرمایی اتاق……………………………………………………………………………………..20

3-2-1-گرمایش از بالا……………………………………………………………………………………………………………20

3-2-2-گرمایش از کف…………………………………………………………………………………………………………..22

3-3-امتیازات گرمایش از کف………………………………………………………………………………………………….23

3-4-روش های گرمایش از کف………………………………………………………………………………………………23

3-5-گرمایش از طریق رادیاتورهای قرنیزی……………………………………………………………………………….25

3-6-گرمایش از کف برقی………………………………………………………………………………………………………27

3-7-مقایسه گرمایش از کف هیدرولیکی با الکتریکی………………………………………………………………….27

3-8-کاربرد های گرمایش برقی………………………………………………………………………………………………..27

3-9-محاسبه اتلاف حرارتی ساختمان ها…………………………………………………………………………………..32

3-10-محاسبه وات گرمایی مورد نیاز……………………………………………………………………………………….35

فصل چهارم: تجهیزات و روش تحقیق

4-1-وسایل مورد نیاز……………………………………………………………………………………………………………..38

4-1-1-کنترل کننده منطقی قابل برنامه نویسی……………………………………………………………………………38

4-1-2-فیوز…………………………………………………………………………………………………………………………..41

4-1-3-ترمیستور……………………………………………………………………………………………………………………42

4-1-4-PT100……………………………………………………………………………………………………………………43

4-1-5-کنتاکتور……………………………………………………………………………………………………………………..44

4-1-6-سیم حرارتی……………………………………………………………………………………………………………….44

4-1-7-دیمر………………………………………………………………………………………………………………………….45

4-1-8-سرووموتور………………………………………………………………………………………………………………..46

4-1-9-سیم استیل………………………………………………………………………………………………………………….47

4-1-10-وارنیش……………………………………………………………………………………………………………………48

4-1-11-دستگاه بافندگی فرش………………………………………………………………………………………………..49

4-1-12-نخ…………………………………………………………………………………………………………………………..51

4-1-12-1-مشخصات الیاف پلی استر……………………………………………………………………………………. 53

4-2-طراحی بافت فرش………………………………………………………………………………………………………….54

4-3-محاسبات تقسیم بندی الکتریکی……………………………………………………………………………………….55

4-4-روش بافت…………………………………………………………………………………………………………………….56

4-5-دیاگرام سیستم………………………………………………………………………………………………………………..62

4-6-نحوه ی سیم کشی پروژه ی پایان نامه……………………………………………………………………………….64

4-7-کنترل…………………………………………………………………………………………………………………………….66

4-7-1-برنامه نویسی………………………………………………………………………………………………………………66

4-7-2-مانیتورینگ…………………………………………………………………………………………………………………71

4-7- نتایج…………………………………………………………………………………………………………………………….77

4-7-1- شبیه سازی سه بعدی توزیع حرارت با استفاده از نرم افزار فلوئنت…………………………………..77

4-7-1-1- شبیه سازی سه بعدی نحوه ی انتقال حرارت بااستفاده از نرم افزار فلوئنت……………………77

4-7-1-2- شکل های قرارگیری تابلو فرش و فایل مش……………………………………………………………..77

4-7-1-3- نتایج شبیه سازی برای حالت تابلو فرش چسبیده به دیوار…………………………………………..81

4-7-1-4- نتایج شبیه سازی برای حالت تابلو فرش در ده سانتیمتری از دیوار………………………………86

4-7-1-5- نتایج شبیه سازی برای حالت تابلو فرش به صورت مایل……………………………………………90

4-7-1-6-. نتایج حاصل از شبیه سازی ها……………………………………………………………………………… 93

4-7-1-7- شبیه سازی سه بعدی انتقال حرارت با استفاده از نرم افزار فلوئنت جهت بررسی نحوه ی توزیع دما در اتاق……………………………………………………………………………………………………………………93

4-7-2- نتیجه گیری از نقطه نظر بافت……………………………………………………………………………………..96

4-7-3- نتیجه گیری از نقطه نظر تست الکتریکی……………………………………………………………………….96

4-7-4- نتیجه گیری از نقطه نظر تست حرارتی…………………………………………………………………………97

4-7-4-1- تست حرارتی در اتاق مفروض با تابلو فرش قبل از پرداخت………………………………………98

4-7-4-2- تست حرارتی در اتاق مفروض با تابلو فرش بعد از پرداخت ……………………………………..101

4-7-4-3- بررسی اثر خواب تابلو فرش در انتقال حرارت………………………………………………………….104

4-7-5- مقایسه نحوه ی توزیع دما بین نتایج حاصله ازشبیه سازی نرم افزارفلوئنت و تست عملی…..110

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………..111

5-2-پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………113

5-2-1-پیشنهادات در موردروش های کنترل دمای اتاق………………………………………………………………113

5-2-1-1- وسیله گرماساز کمکی…………………………………………………………………………………………….113

5-2-1-2- اعمال فرمان از راه دور……………………………………………………………………………………………113

5-2-1-3- کنترل حلقه بسته……………………………………………………………………………………………………113

5-2-1-4- بلوک برنامه زمانی………………………………………………………………………………………………….113

5-2-1-5- تغییر توان حرارتی………………………………………………………………………………………………….115

5-2-1-6- فرمان پذیری هوشمند…………………………………………………………………………………………….115

5-2-2- پیشنهادات در مورد سخت افزار…………………………………………………………………………………..115

5-2-2-1- توزیع دما از دو محل……………………………………………………………………………………………. 115

5-2-2-2- استفاده از سیم های ساخت جدید………………………………………………………………………….. 116

5-2-2-3- چیدمان سیم های فلزی…………………………………………………………………………………………. 116

5-2-2-4- شبکه فلزی جهت گسترش دما………………………………………………………………………………. 116

5-2-2-5- افزایش جریان گردشی دما…………………………………………………………………………………….. 116

5-2-2-6- فرش گرما ساز…………………………………………………………………………………………………….. 116

5-2-2-7- تولید برق با گرما…………………………………………………………………………………………………. 116

5-2-2-8- استفاده از تکنولوژی نانو……………………………………………………………………………………….. 117

5-2-2-9- تابلو فرش با قابلیت انتشار نور………………………………………………………………………………..118

مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………119

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول ها

 

جدول (3-1): ضریب انقطاع……………………………………………………………………………………………………..34

جدول (3-2): ضریب قطع………………………………………………………………………………………………………..34

جدول (3-3): مقدار K برای سقف انقطاع…………………………………………………………………………………..34

 

 

فهرست شکل ها

 

شکل(2-1): نمایش هوای محبوس با توجه به طرح فرش……………………………………………………………7

شکل(2-2):نحوه قرارگیری سیم حرارتی در طرح عرفان مصفا…………………………………………………….8

شکل(2-3): طرحی از اختراع مینگ لای وو………………………………………………………………………………9

شکل(2-4): نحوه بافت پارچه گرماساز توسط فردریش….. ………………………………………………………. 9

شکل(2-5): لباس هوشمند گوگل……………………………………………………………………………………………10

شکل(2-6): نحوه قرارگیری رسانا بین الیاف و تولید نخ رسانا……………………………………………………..11

شکل(2-7): نخ رسانای قابل بافت در پارچه……………………………………………………………………………..12

شکل(2-8):  لباس هوشمند…………………………………………………………………………………………………….12

شکل(2-9): قابلیت فرمان به موبایل از طریق لباس هوشمند………………………………………………………..12

شکل(2-10):  فرش هوشمند آشکارسازی مسیر حرکتی فرد……………………………………………………….13

شکل(2-11): لباس هوشمند امروزه………………………………………………………………………………………….14

شکل(2-12)  لباس با رنگ متغیر…………………………………………………………………………………………….15

شکل(3-1):بخاری با گرمایش همرفتی……………………………………………………………………………………..18

شکل(3-2):بخاری با گرمایش تابشی………………………………………………………………………………………..19

شکل(3-3): مقایسه توزیع دما برای چند سیستم گرمایشی…………………………………………………………..20

شکل(3-4): گرمایش دیواری با آب گرم…………………………………………………………………………………..21

شکل(3-5):گرمایش برقی ازسقف……………………………………………………………………………………………21

شکل(3-6): رادیاتور شیشه ای………………………………………………………………………………………………..22

شکل(3-7): مقایسه نحوه توزیع دما در دو مدل گرمایش از کف و دیوار………………………………………24

شکل(3-8): مقایسه توزیع دما در دو مدل گرمایش از کف و دیوار………………………………………………24

شکل(3-9): مقایسه توزیع گرما بین رادیاتور و قرنیز………………………………………………………………….25

شکل(3-10): نمایش نحوه توزیع دما توسط رادیاتور دیواری و قرنیزی………………………………………..26

شکل(3-11): نحوه انتشار گرما توسط رادیاتور قرنیزی……………………………………………………………….26

شکل(3-12): کابل حرارتی در کف………………………………………………………………………………………….28

شکل(3-13): کابل حرارتی در زیر کف پوش……………………………………………………………………………28

شکل(3-14): کابل حرارتی جهت بر طرف نمودن یخ زدگی معابر……………………………………………….29

شکل(3-15): کابل حرارتی جهت محافظ لوله ها و مخازن در برابر یخ زدگی……………………………….29

شکل(3-16): سیستم گرمایش از کف برقی………………………………………………………………………………30

شکل(3-17): سیستم گرمایش از کف برقی ثابت………………………………………………………………………30

شکل(3-18): سیستم گرمایش از کف برقی سیار……………………………………………………………………….31

شکل(3-19): گرمایش از کف برقی مدل اکو فیلم……………………………………………………………………..31

شکل(3-20): فیلم حرارتی پشت آینه………………………………………………………………………………………32

شکل(3-21): پلان مسکونی اتاق مورد نظر……………………………………………………………………………….35

شکل(4-1): پی ال سی لوگو…………………………………………………………………………………………………..39

شکل(4-2): کارت آنالوگ ورودی……………………………………………………………………………………………40

شکل(4-3): منبع تغذیه…………………………………………………………………………………………………………..40

شکل(4-4): نمایشگر لوگو……………………………………………………………………………………………………. 41

شکل(4-5): فیوز مینیاتوری…………………………………………………………………………………………………….41

 شکل(4-6): ترمیستور……………………………………………………………………………………………………………43

شکل(4-7): سنسور دما …………………………………………………………………………………………………………44

شکل(4-8): کنتاکتور………………………………………………………………………………………………………………44

شکل(4-9): سیم حرارتی………………………………………………………………………………………………………..45

شکل(4-10): دیمر…………………………………………………………………………………………………………………46

شکل(4-11): سروو موتور………………………………………………………………………………………………………47

شکل(4-12): سیم استیل…………………………………………………………………………………………………………47

شکل(4-13): چیدمان سیم استیل در تابلو فرش…………………………………………………………………………48

شکل(4-14): وارنیش…………………………………………………………………………………………………………….49

شکل(4-15): دار چله کشی شده تابلو فرش……………………………………………………………………………..50

شکل(4-16): گره های مرسوم در بافت……………………………………………………………………………………51

شکل(4-17): تار و پود…………………………………………………………………………………………………………..52

شکل(4-18): الیاف پلی استر…………………………………………………………………………………………………..53

شکل(4-19): سوف قبل از بافت……………………………………………………………………………………………..56

شکل(4-20): نقشه تابلو فرش…………………………………………………………………………………………………56

شکل(4-21): نمایش ساختار سیم حرارتی………………………………………………………………………………..57

شکل(4-22): سیم فلزی بر روی چله کشی……………………………………………………………………………..58

شکل(4-23): نحوه عایق گذاری سیم حرارتی………………………………………………………………………….59

شکل(4-24): طرح بافت یک قسمت از تابلو فرش…………………………………………………………………..59

شکل(4-25): قسمتی از بافت تابلو فرش………………………………………………………………………………..60

شکل(4-26): تابلو فرش کامل بافته شده………………………………………………………………………………..60

شکل(4-27): تابلو فرش کامل بافته شده در حال پرداخت………………………………………………………..61

شکل(4-28): تابلو فرش کامل بافته شده از پشت…………………………………………………………………….61

شکل(4-29): دیاگرام فرایند………………………………………………………………………………………………….62

شکل(4-30): طرح کلی فرش……………………………………………………………………………………………….63

شکل(4-31) :سخت افزار پروژه در حال تست……………………………………………………………………….64

شکل(4-32): دیاگرام کنترلی ON/OFF……………………………………………………………………………….66

شکل(4-33): نحوه تنظیمات بلوک برنامه……………………………………………………………………………….67

شکل(4-34): عملکرد ANALOG THRESHOLD TRIGGER…………………………………..68

شکل(4-35): محیط برنامه نویسی پی ال سی………………………………………………………………………….68

شکل(4-36): برنامه کنترلی پی ال سی……………………………………………………………………………………69

شکل(4-37): برنامه کنترلی و حفاظتی PLC با سه سنسور………………………………………………………70

شکل(4-38): محیط نرم افزار مانیتورینگ WINCC FLEXIBLE……………………………………….72

شکل(4-39): نمایش وضعیت ورودی ها در LCD PLC LOGO…………………………………………72

شکل(4-40): پی ال سی و نمایشگرآن……………………………………………………………………………………73

شکل(4-41): برنامه کنترلی و حفاظتی و مانیتورینگ…………………………………………………………………74

شکل(4-42): نحوه تنظیمات بلوک پیغام…………………………………………………………………………………75

شکل(4-43): نمایش عددی مقادیر در حالت تست آنلاین………………………………………………………..76

شکل(4-44): نمایش گرافیکی مقادیر در حالت تست آفلاین…………………………………………………….76

شکل(4-45): تابلو چسبیده به دیوار……………………………………………………………………………………….78

شکل(4-46): مش ورودی نرم افزار فلوئنت در حالت تابلو چسبیده به دیوار……………………………….78

شکل(4-47): تابلو با 10 سانتی متر فاصله از دیوار…………………………………………………………………..79

شکل(4-48): مش ورودی نرم افزار فلوئنت در حالت فاصله تابلو از دیوار 10 سانتی متر……………..79

شکل(4-49): شکل اتاق با تابلو در حالت مایل……………………………………………………………………….80

شکل(4-50): مش ورودی نرم افزار فلوئنت در حالت تابلوی مایل…………………………………………..80

شکل(4-51): انتقال حرارت از طریق تابلو به بیرون………………………………………………………………..81

شکل(4-52): توزیع دما در اتاق…………………………………………………………………………………………..82

شکل(4-53): انتقال گرما از تابلو به اتاق……………………………………………………………………………….82

شکل(4-54): اتلاف گرما از طریق پنجره و دیوارها………………………………………………………………..83

شکل(4-55): انتقال گرما از تابلو به اتاق……………………………………………………………………………….83

شکل(4-56):توزیع دما در دیوار سمت اتاق…………………………………………………………………………..84

شکل(4-57): توزیع دما روی دیوار سمت بیرون اتاق……………………………………………………………..84

شکل(4-58): توزیع دما روی دیوار سمت داخل اتاق……………………………………………………………..85

شکل(4-59): توزیع دما نزدیک تابلو و انتقال گرما به اتاق…………………………………………………….. 85

شکل(4-60): نمودار مکانی توزیع دما در حالت تابلو چسبیده به دیوار……………………………………..86

شکل(4-61): توزیع دما در اتاق…………………………………………………………………………………………..86

شکل(4-62): انتقال گرما از تابلو به اتاق……………………………………………………………………………….87

شکل(4-63): نحوه انتقال گرما از تابلو به اتاق……………………………………………………………………….87

شکل(4-64): اتلاف دما از طریق پنجره و دیوارها………………………………………………………………….88

شکل(4-65): توزیع گرما از تابلو به اتاق………………………………………………………………………………88

شکل(4-66): توزیع دما روی دیوار پشت تابلو………………………………………………………………………89

شکل(4-67): نمودار مکانی توزیع دما در حالت تابلو با فاصله 10 سانتیمتری دیوار……………………89

شکل(4-68): توزیع دما در اتاق…………………………………………………………………………………………..90

شکل(4-69): انتقال گرما از تابلو به اتاق……………………………………………………………………………….90

شکل(4-70):نحوه انتقال گرما از تابلو به اتاق………………………………………………………………………..91

شکل(4-71): اتلاف دما از طریق پنجره و دیوارها………………………………………………………………….91

شکل(4-72): توزیع دما روی دیوار سمت تابلو……………………………………………………………………..92

شکل(4-73): نمودار مکانی توزیع دما در تابلو در حالت مایل…………………………………………………92

شکل(4-74): اتلاف گرما از طریق پنجره و دیوارها……………………………………………………………….93

 شکل(4-75): توزیع دما در اتاق…………………………………………………………………………………………94

 شکل(4-76): انتقال گرما از تابلو به اتاق……………………………………………………………………………..94

شکل(4-77): نمایش کانتر دما در تابلو فرش………………………………………………………………………..95

شکل(4-78):نمودار مکانی توزیع دما در تابلو در حالت وات ثابت…………………………………………..95

شکل(4-79): محل قرارگیری سنسور داخل تابلو فرش…………………………………………………………..97

شکل(4-80): محل قرار گیری کلیه سنسورها در اتاق…………………………………………………………….98

شکل(4-81):موقعیت تابلوو سنسورها در اتاق………………………………………………………………………99

شکل(4-82): نمودار زمانی مقادیر سنسورها در اتاق قبل از پرداخت تابلو فرش……………………….99

شکل(4-83): نمودار مکانی  توزیع دما در حالت قبل از پرداخت …………………………………………..100

شکل(4-84): نمودار زمانی مقادیر سنسورها بعد از پرداخت تابلو فرش…………………………………..102

شکل(4-85): نمودار مکانی توزیع دما در حالت بعد از پرداخت……………………………………………..103

شکل(4-86): نمایش دما در تابلو فرش………………………………………………………………………………..104

شکل(4-87):مقایسه توزیع دما در دو حالت قبل و بعد از پرداخت………………………………………….105

شکل(4-88): مقایسه انباشت دما در داخل تابلو فرش در دو حالت قبل و بعد از پرداخت………….106

شکل(4-89):نمودار زمانی تست 16 ساعت………………………………………………………………………….107

شکل(4-90):نمودار مکانی نحوه ی توزیع دما بعد از 16 ساعت……………………………………………. 108

شکل(4-91):نمودار نمایش عملکرد حفاظتی و کنترلی پی ال سی……………………………………………109

شکل(4-92): مقایسه نتایج تست عملی با نتایج حاصل از نرم افزار………………………………………….110

شکل(5-1): دیاگرام کنترل حلقه بسته………………………………………………………………………………….114

شکل (5-2): شمای حقیقی کنترل حلقه بسته………………………………………………………………………..114

شکل (5-3): پوشش ضد آب……………………………………………………………………………………………..117

شکل (5-4): اثر فتو کاتالیزوری………………………………………………………………………………………….117