آب گرمکن خورشیدی

[M!Zare 48037]

ساده‌ترین آب گرمکن خورشیدی از یک گردآور تخت (کلکتور) و یک مخزن ذخیره آب تشکیل شده است.

شرایط لازم نصب این آب گرمکن آن است که قسمت فوقانی گرد آور پایین‌تر از قسمت تحتانی مخزن ذخیره قرار گیرد و حداقل انحراف گرد آور نسبت به سطح افق که برای تحقیقی جریان تومو سیفونی ، در حدود 20 درجه رو به جنوب انتخاب شد.

طرز کار

ابتدا مخزن آب گرم با آب سرد پر می‌شود و آب داخل لوله‌های گردآور ، هنگامی که خورشید روی سطح گرد آور می‌تابد به تدریج گرم شده و به کندی به طرف مخزن از طرف بالا ذخیره می‌شود، آب سرد مخزن نیز از طریق لوله دیگربه طرف قسمت پایین گردآور جریان یافته تا زمانی که تابش خورشیدی برای گرم کردن آب کفایت کند، این عمل ادامه می‌یابد.

 

دلایل استفاده از آبگرمکن های خورشیدی

- حفاظت محیط زیست

- جلوگیری از افزایش گرمای کره زمین

- ذخیره منابع انرژی تجدید ناپذیر

- کاهش هزینه های انرژی گرمایی

- افزایش ضریب اطمینان و ایمنی

- کاربرد آسان و راحت

- دسترسی همیشگی به منبع انرژی

اجزاء آبگرمکن خورشیدی

یک آبگرمکن خورشیدی از اجزاء زیر تشکیل شده است:

1- گردآورنده

2- مخزن ذخیره

3- مبدل گرمایی

4- کنترل کننده های اتوماتیک

5- پمپ، لوله ها شیرآلات و اتصالات

[M!Zare 48037]

آبگرمکن های خورشیدی پمپدار

این دستگاه یک آبگرمکن خورشیدی پمپدار است که به عنوان جبران ساز قابلیت استفاده از سوخت گاز را دارا می باشد. در این آبگرمکن، مخزن ذخیره در پائین و در داخل ساختمان قرار میگیرد و بر روی بام تنها کلکتورهای خورشیدی نصب می شوند.مهمترین ویژگیهای آن به صورت زیر است:

• مخزن دوطبقه:

مخزن این آبگرمکن به صورت دو طبقه است که در طبقه اول (مخزن خورشیدی) یک مخزن دوجداره و در طبقه دوم (مخزن گازی) یک مخزن تک جداره دودکش دار قرار دارد. جداره دوم مخزن خورشیدی به وسیله لوله های ارتباطی با یک یا دو عدد کلکتور که در بالای ساختمان نصب می شود مرتبط می گردد و به وسیله یک پمپ سیرکولاتور کوچک، سیال عامل مابین کلکتورها و جدره دوم مخزن به گردش در می آید. این دو مخزن به وسیله لوله های رابط به یکدیگر متصل میباشند.

 

• سیستم جبران ساز (کمکی):

در این آبگرمکن، علاوه بر المنت برقی، در فضای مابین دو مخزن یک مشعل گازی کوچک قرار داده شده است. آب سرد از شبکه لوله کشی شهری ابتدا به مخزن خورشیدی وارد شده و در مجاورت جدار متصل به کلکتورها گرم می شود. هنگام خروج آب گرم از مخزن به مصرف، آب از مخزن خورشیدی بوسیله لوله های ارتباطی وارد مخزن گازی می شود. در این حالت در صورتیکه دمای آب ورودی به مخزن گازی به اندازه کافی توسط بخش خورشیدی گرم شده باشد، سنسور مشعل گازی را گرم نگه داشته و گاز روشن نمیشود. اما در صورت کمبود دمای آب ورودی از قسمت خورشیدی، مشعل گازی به صورت اتوماتیک روشن شده و کمبود دمای مورد نیاز را جبران می نماید.

• سیستم تخلیه (بدون نیاز به ضدیخ و منبع انبساط):

سیال عامل در این محصول آب است. در داخل مخزن خورشیدی یک مخزن مخفی به عنوان مخزن تخلیه تعبیه شده است. آب گردش کننده در کلکتورها در داخل این مخزن قراردارد. در زمانیکه پمپ آب با فرمان کنترلر روشن میشود، بخشی از آب مخزن تخلیه به داخل کلکتورها پمپ شده و پس از عبور جداره دوم مخزن، دوباره به مخزن تخلیه باز می گردد. در زمانیکه گردش پمپ با فرمان کنترلر قطع می شود، آب موجود در کلکتورها به صورت ثقلی به داخل مخزن تخلیه باز می گردد و کلکتورها خالی از آب می شوند. لذا در زمستانها نیازی به ضد یخ نیست و در تابستانها هم سیستم جوش نمی آورد.

 

 

 

ویژگی و مزایا:

• حذف بار مخزن از روی پشت بام

• طول عمر بیشتر و اتلاف دمای کمتر (به دلیل Indoor بودن مخزن)

• کارآیی بالا

• زیبایی بیتشر ساختمان (فقط کلکتور بر روی بام است)

• قابلیت استفاده از سیستم جبران ساز گازی

• عدم نیاز به ضد یخ و منبع انبساط

[M!Zare 48037]

آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی

اصل ترموسیفون حرارتی:در یک سیکل بسته از سیال، درصورتیکه قسمتی از مدار که در ارتفاع پائینتر قراردارد گرمتر از قسمت بالاتر باشد، به دلیل اینکه چگالی کمتری دارد به سمت بالا حرکت میکند و تداوم این اختلاف دما و ارتفاع، باعث ایجاد جریان سیال در این مدار می شود و سیال به صورت طبیعی و بدون نیاز به پمپ به گردش در می آید. به این نوع جریان سیال، جریان ترموسیفونی می گویند.

از اصل ترموسیفون حرارتی، در آبگرمکن های خورشیدی استفاده می شود. بدین نحو که یک مخزن دوجداره ذخیره آب را در بالای کلکتور خورشیدی قرارداده و مابین جدار دوم مخزن ذخیره و لوله های کلکتور خورشیدی یک مدار بسته تشکیل می شود. با تابش خورشید بر روی سطح کلکتور خورشیدی، سیال داخل آن گرم شده و جریان ترموسیفونی مابین کلکتور و مخزن برقرار می شود. گردش آب گرم در جداره دوم مخزن سبب گرم شدن آب داخل مخزن اصلی می گردد و آب گرم با فشار در شبکه جاری می گردد.

حرکت ترموسیفون تا زمانی که انرژی خورشید موجود باشد ادامه دارد. این حرکت با افول خورشید متوقف می شود.

عایق:

مخزن ذخیره در آبگرمکن های ترموسیفونی باید به خوبی عایق شود تا در طول شب، آب گرم ذخیره شده در آن گرم بماند. همچنین لوله های ارتباطی مابین مخزن و کلکتور نیز باید به خوبی عایق شوند.

 

ضدیخ:

در شرایط آب و هوایی سردسیر که روزهایی از سال دمای هوا زیر صفر میرود، باید برای جلوگیری از یخ زدگی در سیکل بسته کلکتورها از ضدیخ مناسب استفاده نمود.

 

سیستم جبران ساز

 

آبگرمکن های خورشیدی به منظور جبران کمبود احتمالی انرژی خورشید، باید دارای یک سیستم جبران ساز باشند. سیستم جبران ساز در آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی یک المنت برقی است که در داخل مخزن اصلی قرار دارد و در مواقع مورد نیاز به صورت اتوماتیک روشن میشود. این المنت برقی دارای یک ترموستات است که میتوان دمای دلخواه را توسط آن تنظیم کرد.

ویژگی ها و مزایای این نوع آبگرمکن ها:

ساختار ساده و نصب راحت و سریع

کارآیی بالا با سهم خورشیدی روزانه به طور متوسط 60% دارای المنت برقی با تنظیم دمای دلخواه

این سیستمها به دو دسته مدار باز و بسته تقسیم می شوند. در سیستم مدار باز ( سیستم مستقیم ) آب به صورت مستقیم در میان گردآورنده جاری می باشد. این سیستم بسیار ساده، کارا و قابل اطمینان بوده ولی در شرایط آب و هوایی سرد و دماهای زیر صفر درجه کارایی خوبی ندارد، و یخ زدن آب داخل لوله ها ممکن است منجر به پارگی آنها شود. در سیستمهای مدار بسته ( غیر مستقیم ) معمولا سیالی غیر از آب که نقطه انجماد پایین تری دارد ( مانند مخلوط پروپیلن گلایکول و آب ) بکار گرفته می شود.

این سیستمها دو چرخه جداگانه دارند که از طریق یک مبدل گرمایی به یکدیگر متصل شده اند، و این مبدل گرما را از سیال داخل گردآورنده به آب مصرفی منزل منتقل می کند

 

[M!Zare 48037]

مزیت رقابتی آبگرمکن های خورشیدی

امروزه کیفیت و کارایی برتر سیستم های آبگرمکن خورشیدی براساس میزان قدرت جذب انرژی تابشی وهمچنین مقدار سطح اتصال ورقه های جاذب و لوله های متصل به آنها سنجیده می شود.

- کارایی بالای کلکتورهای خورشیدی

- راندمان بالای کل سیستم آبگرمکن های خورشیدی

- حداقل اتلاف حرارتی در کل سیستم

- تامین آب گرم متوسط 60 درجه سانتیگراد و بالاتر (در صورت نیاز مشتری)

- استفاده از عایق های حرارتی مناسب و مرغوب

- استفاده از المنت برقی جهت گرم کردن آب در روزهای ابری کامل

- امکان طراحی مطابق با انواع ساختمانهای مهندسی ساز

- قابلیت طراحی بهینه توسط نرم افزارهای کامپیوتری

- مقاومت کامل در برابر خوردگی

- داشتن گارانتی برای کل سیستم

[کهربا 18089]

1. آب گرمکن خورشیدی(Solar Water Heater)

 

 

آبگرمکن ها اصلی ترین سیستم مورد استفاده در کاربردهای غیرنیروگاهی خورشیدی می باشند. همانطور که از نام آن پیداست برای گرم کردن آب مورد استفاده قرار می گیرد. طرز کار یک آبگرمکن خورشیدی : آبگرمکنها از سه بخش اصلی تشکیل می شوند که شامل: کلکتور، مدار لوله کشی، مخزن ذخیره حرارتی می باشند. در اغلب آبگرمکنهای امروزی سیال عامل که محلول آب و ضد یخ است در یک سیکل بسته بین مخزن و کلکتور توسط مدار لوله کشی در جریان است. کلکتور انرژی حرارتی خورشید را جذب کرده و به سیال عامل منتقل می کند. سیال گرم شده به سمت منبع ذخیره حرکت کرده و در آنجا پس از عبور از یک مبدل حرارتی، گرمای خود را به آب داخل مخزن منتقل می کند و پس از سرد شدن به کلکتور باز می گردد و بدین ترتیب بدون اینکه با آب مصرفی مخلوط شود، دائماً در یک سیکل بسته در حال حرکت است. آبگرمکنهای خورشیدی به دو دسته، آبگرمکنهای مدار باز و مدار بسته طبقه بندی می شوند که هر یک به دو صورت ترموسیفونی(جریان طبیعی) یا پمپی(اجباری) می توانند کار نمایند. بخش اصلی یک آبگرمکن خورشیدی کلکتور آن است که خود شامل ورقی است که به‌وسیله تابش کلی خورشید حرارت یافته و حرارت خود را به یک سیال جذب کننده که داخل لوله در حال جریان است، منتقل می‌کند. رنگ این ورق همیشه تیره انتخاب می‌شود و دارای پوشش خاصی است که بتواند ضریب جذب انرژی را به حداکثر و ضریب پخش را به حداقل برساند. برای رسیدن به دمای بالا مجموعه ورق و لوله‌ها را در داخل یک جعبه عایق با روکش شیشه قرار می‌دهند تا از اثر گلخانه‌ای بتوان استفاده کرد.

 

 

[کهربا 18089]

 

2. گرمایش و سرمایش ساختمان (Solar Heating & Cooling)

 

از آنجا که روزانه انرژی بسیاری صرف گرمایش و سرمایش ساختمان ها می شود، طراحی و اجرای ساختمانهایی که بتواند از انرژی خورشیدی حداکثر استفاده را ببرد بسیار حائز اهمیت و مفید است. تامین نیاز حرارتی ساختمانها با استفاده از خورشید به 2 طریق پسیو(Passive) و فعال (Active) قابل دسترسی است. کیفیت و چگونگی معماری ساختمان به دریافت و ذخیره انرژی خورشیدی در حالت پسیو بستگی کامل دارد در صورتیکه گرمایش خورشید بصورت فعال، مستلزم استفاده از گردآورنده های خورشیدی و یک منبع انرژی دیگر جهت انتقال سیال گرم شده به داخل ساختمان می باشد.

 

 

 

• سیستم گرمایش خورشیدی پسیو
  

در این سیستم گرم کردن ساختمان بطور طبیعی و با استفاده از عوامل طبیعی مثل خورشید انجام می گیرد. بدین معنی که چنین سیستمی این امکان را فراهم می سازد که ساختمان بدون نیاز به انرژی فسیلی و در نهایت با مصرف انرژی بسیار کمی کار کند. در مورد سیستم های گرمایش پسیو ساختمان ها روشهای مختلفی وجود دارد: 1. ورود مستقیم نور خورشید به داخل اطاق از طریق پنجره ها(Direct Gain Method) 2. استفاده از دیوار ذخیره کننده انرژی خورشیدی(دیوار ترومب) و دیوار آبی(Drum Wall)

3. استفاده از گیرنده مسطح قائم با جریان طبیعی هوا(Solar Chimney Design)

4. استفاده از گلخانه مجاور(Attached Green House)

5. استخر یا حوضچه روی بام

 

 

 

• سیستم گرمایش خورشیدی فعال(Active Solar Heating)
  

در سیستم های فعال بر خلاف سیستم های پسیو از المانهای متفاوتی برای گرمایش ساختمان استفاده می شود. اجزائی که در این سیستم ها به کار می روند عبارتند از: گردآورنده ها(کلکتورها)، سیستم ذخیره انرژی گرمائی، کانالهای عبور سیال، پمپها، لوله کشی، شیرآلات، دمپرها، سیستم های کنترل دستی یا اتوماتیک، سیستم سوخت کمکی و مبدل های حرارتی.

 

 

 

 

• سیستم سرمایش خورشیدی(Solar Cooling System)
  

برخلاف گرمایش خورشیدی که عملی نسبتا آسان و ارزان است، تولید سرما با استفاده از انرژی خورشیدی کاری نسبتا مشکل و گران می باشد.

بطور کلی دو راه حل برای سرمایش خورشیدی وجود دارد:

o تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی مکانیکی و یا الکتریکی و استفاده از آنها در بکار انداختن دستگاههای تبرید تراکمی

o تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی حرارتی و استفاده از آن در بکار انداختن دستگاههای تبرید جذبی.

[کهربا 18089]

3. آب شیرین کن خورشیدی(Solar desalinization)

 

اصول کار دستگاه تصفیه آب خورشیدی ساده بوده و سرپوش پلاستیکی یا شیشه ای در سطح فوقانی دستگاه نقش عمده و کلیدی را در عملکرد سیستم ایفا می کند. با عبور اشعه خورشید کف حوضچه آب شور که معمولا برای جذب بالاتر گرما سیاه رنگ می باشد، آب دریا یا آب شور داخل خود را گرم و درجه حرارت بالا می رود، سپس بخار آب ایجاد شده و پس از برخورد به سطح داخلی سرپوش شیشه ای که دمای آن پائین تر از دمای داخل آب شیرین کن است، شروع به تقطیر می کند که با جمع آوری این آب مقطر، آب شیرین به دست می آید. سیستم آب شیرین کن از نظر نحوه عملکرد به دو روش مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شود. در روش مستقیم فقط از انرژی حرارتی خورشیدی استفاده می شود در حالی که در روش غیر مستقیم از انرژی برق به عنوان انرژی کمکی استفاده می شود. طراحی آب شیرین کن های خورشیدی با توجه به شرایط اقلیمی و جوی در منطقه مورد نظر بایستی صورت پذیرد.

 

 

 

 

 

[کهربا 18089]

4. خشک کن خورشیدی(Solar dryer)

 

 

 

عملکرد خشک کن های خورشیدی بدین ترتیب است که مواد خشک شدنی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی حرارتی خورشید استفاده کرده و هوا نیز بطور طبیعی و یا اجباری جریان یافته و باعث خشک شدن محصول می گردد. خشک کن مستقیم: کاربرد آن آسان و ارزان است ولی در این سیستم راهی برای کنترل درجه حرارت وجود ندارد، در این روش اگر سبزی ها و میوه ها زیاد در معرض تابش خورشید باشند تغییر رنگ داده و مقدار زیادی از ویتامین های خود را از دست می دهند. خشک کن غیر مستقیم: در این روش درجه حرارت قابل کنترل است و مواد غذایی به طور مستقیم با اشعه خورشید در تماس نیستند در نتیجه رنگ آنها ثابت می ماند. این وسیله متناسب با نیاز روستاها در امر خشک کردن میوه و سبزیجات و همچنین در صنعت خشک کردن برنج و تولید سبزی خشک بوسیله انرژی خورشیدی طراحی شده است.

 

 

 

 

 

[کهربا 18089]

5. اجاق خورشیدی(Solar cooker)

 

 

اجاقهای خورشیدی در 3 نوع رایج شلجمی، لوله های حرارتی و جعبه ای ساخته شده است. نوع شلجمی آن به صورت یک بشقاب سهموی می باشد که برای پختن غذا بوسیله آن باید ماده غذایی مورد نظر را در کانون این بشقاب قرار داده و با تنظیم و متوجه نگاه داشتن(focusing) سهموی می توان غذا را پخت. چون در این نوع متمرکز کننده ها می توان دماهای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد بدست آورد بنابراین سرخ کردن سبزی و گوشت و... در آنها کاملا امکان پذیر است. در پخت غذا با استفاده از لوله های حرارتی می توان در گیرنده های مسطح مخصوص تولید بخار نموده و این بخار را با استفاده از مکانیسم لوله های حرارتی با برگشت طبیعی به داخل آشپزخانه( که بالاتر از گیرنده قرار دارد) منتقل نمود. بخار به محفظه ای که در آن ظرف حاوی غذا قرار دارد وارد شده و دور ظرف غذا تقطیر شده و حرارت تبخیر خود را به مواد غذایی جهت پخت غذا می دهد. بخار تقطیر شده با استفاده از نیروی ثقل به گیرنده خورشیدی بر می گردد. از این نوع سیستم نمی توان جهت سرخ کردن سبزی و گوشت استفاده نمود. در اجاق خورشیدی از نوع جعبه ای( آرام پز خورشیدی ) که اولین بار توسط شخصی به نام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه ای سیاه رنگ و در پوش شیشه ای بود. اشعه خورشید با عبور از میان در پوش شیشه ای وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب می شد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به 88 درجه افزایش می داد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه می باشد.

 

 

 

 

[کهربا 18089]

6. کوره خورشیدی(Solar Furnace)

 

کوره خورشیدی با استفاده از انرژی خورشید گرم می شود (در کوره‌های دیگر ، نوعی سوخت را می‌سوزانند تا گرمایش به کوره منتقل شود.) معمولا با استفاده از تعداد زیادی آینه ، پرتوهای نور خورشید را جمع آوری و پرقدرت می‌کنند و مجموعه آنها را بر روی کوره می‌تابانند تا دمایش خیلی بالا رود . ذره بین وسیله‌ای است که همین کار را انجام می‌دهد. شاید دیده باشید که وقتی ذره بین را مقابل خورشید می‌گیریم و مجموعه پرتوهای آنرا به صورت یک نقطه مثلا روی پوست یا کاغذ می‌تابانیم، آن قدر حرارت ایجاد می‌شود که پوست می‌سوزد و یا کاغذ آتش می‌گیرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از 2 آئینه یکی تخت و دیگری کروی می باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آئینه به آئینه کروی بازتابیده می شود. طبق قوانین اپتیک هرگاه دسته پرتوی موازی با محور آئینه برخورد نماید در محل کانون متمرکز می شود، به این ترتیب انرژی حرارتی خورشید در این نقطه جمع شده و این نقطه به دمای بالائی می رسد.