X انجام پروژه های نرم افزار های مهندسی مکانیک
آب گرم خورشیدی در منازل - وبلاگ مهندسی مکانیک
مقالات مهندسی مکانیک, مقالات حرارت و سیالات // ۱٢:٤٤ ‎ب.ظ - جمعه ۱٩ آذر ۱۳۸٩

آب گرم خورشیدی در منازل

تی شرت بسکتبالیست

تولید آبگرم مصرفی ساختمانها، از اقتصادی ترین روشهای استفاده از انرژی خورشیدی است. بدون شک گرم کننده های ترموسیفونی(گرم کننده هایی که با جریان طبیعی کار می کنند)بیشترین استفاده را در تهیه و طرح آب گرمکن های خورشیدی عهده دار می باشند.

آبگرمکن خورشیدی

فواید آبگرم کن های خورشیدی:

 

1.تولید آب گرم با اسنفاده از انرژی رایگان خورشید

2.صرفه جویی قابل توجه در مصرف سوخت

3. برگشت هزینه اولیه از محل صرفه جویی در کوتاه مدت

4.بدنه سبک و مقاوم در برابر خوردگی

5.راندمان بالای جذب انرژی خورشیدی

6.قابلیت تنظیم برای حداکثر استفاده از انرژی خورشید

7.عایق ویژه با ضخامت بالا جهت حداقل اتلاف حرارتی

8.قابلیت نصب شیشه یک یا دو جداره

9.مدار جداگانه حاوی ضد یخ برای نصب در مناطق سردسیر

10.مقاوم در برابر یخ زدگی

11.قابلیت ذخیره آب برای مدت طولانی

12.توان ظرفیت های مختلف

13. قابل کوپل شدن با سایر سیستمهای حرارتی

14.قابلیت نصب المنت حرارتی

15.سازگار با محیط زیست

 

 ساده ترین سیستم آبگرم کن خورشیدی از یک گردآور تخت و یک مخزن ذخیره تشکیل شده که آب یا سیال عامل، بعلت اختلاف درجه حرارت بطور طبیعی و با استفاده از عمل ترموسفون در آنها گردش می کند.

شرایط لازم در نصب این آبگرمکن آنست که قسمت فوقانی گردآور پایین تر از قسمت تحتانی مخزن ذخیره قرار می گیرد و حداقل درجه انحراف گردآور نسبت به سطح افق برای تحقق جریان ترموسیفون در حدود 20 درجه رو به جنوب است.

به منظور جلوگیری از تلفات حرارتی، گردآور و لوله های هادی کاملا عایق بندی می شوند. یک لوله عایق شده قسمت پایین مخزن را هدر پایین گردآور متصل کرده و لوله دیگر نیز هدر بالایی را به قسمت فوقانی مخزن وصل می کند. آبسرد تغذیه کننده از قسمت پایین به مخزن ذخیره هدایت شده و آبگرم مصرفی نیز از بالاترین نقطه مخزن بطرف شیرهای مصرف لوله کشی می شود. به علت بسته بودن سیستم و جلوگیری از خطر انبساط حرارتی سیال، وجود یک مخزن انبساط و یا لوله انبساطی که به  یک شیر اطمینان مجهز باشد در سیستمهای آبگرم کن خورشیدی ضروریست.

سیستم مذکور با آب سرد پر می شود و آب داخل لوله های گردآور، هنگامیکه خورشید روی سطح گردآور می تابد بتدریج گرم شده و به کندی به طرف مخزن ذخیره جریان می یابد. آب سرد مخزن نیز از طریق لوله دیگر به طرف قسمت پایین گردآور جریان یافته و تا زمانیکه تابش خورشیدی برای گرم کردن آب کفایت کند، این عمل ادامه می یابد. 

شکل زیر شماتیک یک ابگرمکن خورشیدی را نشان می دهد. توجه داشته باشید که مقطع گردآور نیز به طور جداگانه در شکل نمایش داده شده است.

آبگرمکن خورشیدی

در پایان یک روز آفتابی، آزمایش روی آبگرمکن فوق نشان داده است که مخزن در زمستان دارای آب 49 درجه و در تابستان دمای آب به 74 درجه سانتیگراد رسیده است. در صورتیکه سطح گردآور برابر با 1.5 تا 2 متر باشد و ظرفیت مخزن بین 40 تا 60 گالن انتخاب شود، این آبگرم کن  می تواند جوابگوی نیاز آبگرم مصرفی یک خانواده 3 الی 5 نفره باشد.

در مورد استفاده از آبگرمکن خورشیدی اقدامات احتیاطی ضروری می باشد زیرا با وجود با بودن سطح مخزن ذخیره، امکان جریان معکوس سیال از مخزن به گردآور در شبهای سرد وجود دارد. همچنین گردآورهایی که با پوششی از یک لایه شیشه ساخته شده باشند امکان یخ زدن در هوای سرد وجود دارد.

که اقداماتی برای جلوگیری از این دو مورد باید صورت گیرد.

اولین گردآورهای ساخته شده برای آبگرمکن های خورشیدی، به شکل لوله های ممتد در آرایشی سینوسی بود که این نوع لوله ها درجه حرارت آب را به میزانی بالا می برد که رسوبات مواد معدنی در داخل کویل تشکیل می گردید. برای رفع این عیب تصمیم بر استفاده از سیستم شبکه ای گرفته شد که شکل گردآور خورشیدی فوق از همین نوع می باشد. تجربیات نشان می دهد که در سیستم های خورشیدی استفاده از لوله های به قطر کمتر از ½ اینچ مجاز نمی باشد.

ذخیره کردن انرژی برای ساعاتی از شبانه روز که دسترسی به خورشید وجود ندارد، از ضرورت های سیستم های خورشیدی است.

در آبگرمکن های خورشیدی از مخازن ذخیره آب گرم استفاده کرده و انرژی حرارتی را برای مصارف مختلف جمع آوری و ذخیره می کنند. شکل بالا برش خورده یک مخزن ذخیره آب گرم را نشان می دهد.

مخازن ذخیره معمولا برای ظرفیت یک تا دو روز مصرف آب گرم طراحی می شوند. درجه حرارت آب گرم برای مصرف در حمام حدود 40 تا 45 درجه و برای شستشوی لباس به علت وجود مواد پاک کننده، معادل 60 درجه سانتیگراد مناسب میباشد. مخزن ذخیره آب گرم را می توان به طور افقی و یا قائم نصب کرد.

در ادامه به بررسی ساختار آبگرم کن های خورشیدی می پردازیم:

معمولا یک کویل الکتریکی برای مواقعی که انرژی خورشیدی به گردآور نمی رسد، جهت ایجاد حرارت در روی مخازن ذخیره آب گرم نصب می گردد. شکل زیر یک سیستم آبگرمکن خورشیدی با مخزن افقی و جریان طبیعی را نشان می دهد. این سیستم باید مجهز به یک شیر فشار شکن نیز باشد.

آبگرم کن خورشیدی

آبگرمکن خورشیدی در حالت ترموسیفون(جریان طبیعی)، این محدودیت را دارد که مخزن ذخیره حتما باید بالاتر از گردآور نصب شود. اما اگر به هر علت این امر امکان پذیر نباشد می توان مخزن را در محل مناسب حتی پایین تر گردآور نصب کرده و برای جریان دادن آب بین گردآور و مخزن ذخیره از یک پمپ جریانی (سیرکولاتور) استفاده کرد. در این حالت سیستم آبگرمکن خورشیدی را سیستم اجباری می گویند. ناگفته نماند که پمپ و کنترل قطع و وصل آن، هزینه این آبگرمکن را افزایش داده و علاوه بر آن، لزوم انرژی الکتریکی در محل، و افزایش هزینه های جاری، مزایای این سیستم را کاهش می دهد. ساده ترین کنترل پمپ جریانی در این آبگرمکنها، ترموستاتی است که با افزایش دمای آب گردآور، پمپ را به کار انداخته و باعث جریان آب بین گردآور و مخزن ذخیره آبگرمکن خورشیدی می گردد.

معمولا در سیستم های اجباری ذخیره آبگرم کن از نوع مخزن دو جداره و کویلی است که در شکل زیر یک آبگرمکن خورشیدی با مخزن دو جداره نشان داده شده است.

آبگرم کن خورشیدی

از مزایای این سیستم آنست که آب گرم کننده که در گردآور و جدار خارجی مخزن ذخیره گردش می کندهرگز با آب گرم مصرفی مخلوط نمی شودو به راحتی می توان آب گرم کننده را آب ناخالص و یا سیال واسطه دیگری که دمای انجماد آن پایین بوده و گرمای ویژه بالایی دارد، انتخاب کرد. پمپهایی که در این سیستم به کار گرفته می شوند باید قادر باشند سیال جریانی را در تمامی سیستم به جریان بیاندازند.

در سیستم های باز قدرت پمپ برابر است با مجموع اصطکاک داخل لوله ها و اختلاف ارتفاع بین گردآور و مخزن ذخیره، در صورتیکه در سیستم های بسته قدرت پمپ تنها برابر است با مجموعه اصطکاک داخلی لوله ها.

در بعضی از سیستم های آبگرم کن خورشیدی معمولا از یک مخزن اضافی بنام مخزن اولیه استفاده می شود. شکل زیر چنین سیستمی را نشان می دهد. در این آبگرم کن  مخلوط ضد یخ و آب در مداری است که شامل جدار خارجی مخزن اولیه، پمپ، گردآور و منبع انبساط می باشد. آبسرد به قسمت پایین مخزن اولیه وارد شده و آب گرم از قسمت بالا خارج می شود.

در قسمت خروجی آبگرم، شیر کنترلی وجود دارد و در صورتی که درجه حرارت آبگرم خروجی بالاتر از 50 درجه سانتیگراد باشد این شیر مقداری آب سرد به آن اضافه می کند تا همواره آب ورودی به مخزن دوم 50 درجه سانتیگراد باشد. نسبت حجم مخزن اولیه به مخزن دومی قابل تغییر بودده مثلا اگر تانک اولیه در حدود 300 تا 500 لیتر ظرفیت داشته باشند حجم تانک ثانویه 120 تا 200 لیتر خواهد بود که البته به سطح گردآور نیز بستگی خواهد داشت.

آبگرم کن خورشیدی

به منظور ایجاد یک دبی یکنواخت و همگون در گردآورها معمولا 2 روش مرسوم است که به نام روش جریان معکوس و روش جریان موازی نامیده می شود. در جریان معکوس در گردآور سمت چپ کمتر است و بیش از 50 درصد دبی را حمل می کند ولی در جریان موازی مقاومت ها در هر دو گردآور یکی است ولی لوله کشی بیشتری مورد نیاز است.

سیستم کنترل آب گرم کن ها توسط ترموستات مقایسه ای عمل می کند به این ترتیب وقتی که اختلاف درجه حرارت بین گردآور و مخزن در حدود 6 درجه سانتیگراد باشد، ترموستات پمپ را روشن کرده و سیال جریان می یابد. پمپ تا زمانی کار می کند که به حدود 2 درجه سانتیگراد برسد که در این حالت ترموستات پمپ را خاموش می کند.

آبگرم کن های نوع ترموسیفونی(جریان طبیعی) و پمپی با یک یا چند گردآور که دارای یک یا دو مخزن ذخیره داشته باشند هریک کاربرد خاصی داشته و استفاده از سیستم های فوق بستگی کامل به شرایط محیط ، محاسبات اقتصادی، و سطح تکنولوژی موجود در منطقه خواهد داشت ولی برای روستاهای آفتاب خیز، سیستم های ترموسیفونی با مخازن عایق شده توصیه می شوند.


موضوعات

صفحات