? **آبگرم کن های خورشیدی** - PETROLMAN
X
تبلیغات
رایتل

PETROLMAN

**آبگرم کن های خورشیدی**




این تحقیق توسط آقای مهندس نوید پورسلطانی  ورودی ۸۵ از دانشگاه آزاد اسلامی واحد قوچان برای وبلاگ مهندسان شیمی قوچان ارسال شده است .

در صورتی که شما هم تحقیق و یا مقاله ای در ارتباط با مهندسی شیمی دارید می توانید همراه با مشخصات کامل خود به آدرس ایمیل مدیر وبلاگ ارسال نمایید تا با نام شما به صورت رایگان در معرض دید عموم قرار گیرد.

با تشکر مدیر وبلاگ مهندسان شیمی قوچان اسماعیل اسماعیل زاده.




esmailzadeh.esmail@yahoo.com





آبگرمکن خورشیدی


ساختار یا ساختمان:
ساده‌ترین آب گرمکن خورشیدی از یک گردآور تخت (کلکتور) و یک مخزن ذخیره آب تشکیل شده است. 6-2-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:
1- حفاظت محیط زیست
2- جلوگیری از افزایش گرمای کره زمین
3- ذخیره منابع انرژی تجدید ناپذیر
4- کاهش هزینه های انرژی گرمایی
5- افزایش ضریب اطمینان و ایمنی
6- کاربرد آسان و راحت
7- دسترسی همیشگی به منبع انرژی

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

 

 

6-5-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:

1- حذف بار مخزن از روی پشت بام
2- طول عمر بیشتر و اتلاف دمای کمتر(به دلیل Indoor بودن مخزن)
3- کارآیی بالا
4- زیبایی بیتشر ساختمان (فقط کلکتور بر روی بام است)
5- قابلیت استفاده از سیستم جبران ساز گازی
6- عدم نیاز به ضد یخ و منبع انبساط



- 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:
1- ساختار ساده و نصب راحت و سریع
2-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.

 

- 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.


1- کارایی بالای کلکتورهای خورشیدی
2- راندمان بالای کل سیستم آبگرمکن های خورشیدی
3- حداقل اتلاف حرارتی در کل سیستم
4- تامین آب گرم متوسط 60 درجه سانتیگراد و بالاتر (در صورت نیاز مشتری)
5- استفاده از عایق های حرارتی مناسب و مرغوب
6- استفاده از المنت برقی جهت گرم کردن آب در روزهای ابری کامل
7- امکان طراحی مطابق با انواع ساختمانهای مهندسی ساز
8- قابلیت طراحی بهینه توسط نرم افزارهای کامپیوتری
9-مقاومت کامل در برابر خوردگی
10 داشتن گارانتی برای کل سیستم

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- تقسیم بندی آبگرمکن های خورشیدی از نظر نوع کارکرد به دو دسته عمده :

 الف) آبگرمکن های ترموسیفونی ( سیستم با گردش طبیعی)

در اثر تابش نور خورشید به صفحات جاذب کلکتورها و جذب انرژی گرمایی توسط این صفحات سیال موجود در کلکتورها در اثر خاصیت رسانایی گرم شده در اثر اختلاف چگالی که ناشی از اختلاف دمای سیال گرم و سرد می باشد خاصیت ترموسیفون بوجود آمده و بنا به این خاصیت سیال گرم به بالا حرکت کرده و به منبع ذخیره وارد می گردددر این قسمت اگر سیستم Direct ( مستقیم ) باشد در این صورت سیال گرم شده همان آب مصرفی می باشد که مورر مصرف قرار خواهد گرفت و چنانچه In direct ( اشمل مخزن دوجداره باشد) سیال گرم شده محلول آب و ضد یخ است که در جداره بیرونی مخزن را گرم و سپس به کلکتور باز می گردد.

ب) آبگرمکن های پمپی ( سیستم با گردش اجباری یا مدار باز)

در این دسته از آبگرمکنهای خورشیدی که معمولاً بصورت غیر مستقیم ( با تعداد کلکتور بالا و مخزن دو جداره ) می باشد جهت انجام بهتر عمل سیرکولاسیون از یک پمپ استفاده می شود این آبگرمکن ها معمولاًٌ جهت سیستم های بزرگ به کار می رود همچنین در سیستم های خانگی نیز کاربرد دارد.

در این حالت مخزن ذخیره درهر محلی از ساختمان و نسب به کلکتورها می تواند قرار بگیرد.

پمپ را در مسیر ورود محلول سرد به کلکتورها قرار می دهند این محلول پس از گرم شدن توسط صفحات جاذب کلکتورها برگشت می کند. این نوع از سیستم های خورشیدی به دلیل افزودنیک پمپ سیرکولاسیون به مدار گردش سیال به میان قابل توجهی راندمان وتوان خروجی را بهبود می بخشد. در این نوع سیستم منبع ذخیره جدا از کلکتورها ودر نزدیکترین مکان به محل مصرف نصب می گردد.

همچنین این سیستم مجهز به یک کنتلر دما می باشد که این کنترلر درمواقع نیاز به پمپ دستور قطع و وصل می دهد.

به این ترتیب که این کنترلر دما اختلاف دمای  بین خروجی کلکتور و ورودی به مخزن را اندازه می گیرد و پس از مقایسه با تنظیم شده روی این کنترلر که می تواند بین 1 تا 10 درجه تتظیم گردد فرمان قطع یا وصل شدن عمل سیرکولاسیون ( خاموش یا روشن کردن پمپ ) .

 

 

 

- معرفی آبگرمکن های خانگی و عمومی :
موارد مصرف آبگرمکن های ترموسیفونی و پمپی در سیستمهای خانگی و عمومی می باشد.
الف)سیستمهای خانگی :
در مواردی که آب گرم مصرفی جهت تامین 4-7 نفر در روز باشد از سیستم های خانگی که ممکن است خاصیت ترموسیفونی یا پمپی را شامل گردد.

آبگرمکن های خورشیدی خانگی :
آبگرمکن های خورشیدی خانگی از نظر کارکرد به دو دسته ترموسیفونی و پمپی تقسیم می شوند:
1- آبگرمکنهای خانگی توموسیفونی:

الف) با مخزن افقی

ساختار و عملکرد این دسته از آبگرمکن های خورشیدی نسبتاً ساده می باشد هر آبگرمکن از یک مخزن و تعدادی کلکتور تشکیل شده که عملکرد آن بستگی زیادی به شرایط زمانی و مکانی ( منطقه جغرافیایی) خواهد داشت.

صفحات جاذب کلکتورها انرژی تابشی خورشید را جذب و به گرما تبدیل می کند.
معمولاً تعدادی لوله به این صفحات متصل می شود که با عبور سیال از دورن این لوله ها باعث گرم شدن آن می شود سیال گرم در مخزن ذخیره می شود چنانچه سیستم (
Indirect) باشد ( متشکل از منبع ذخیره دو جداره ) سیال گرم ( محلول آب و ضد یخ ) وارد جداره خارجی شده و آب مصرفی جداره داخل را گرم می کند.

 برای افزایش کارآیی آبگرمکن ها ، صفحات جاذب را درون فریمی قرار می دهند و بخش زیرین ان را با عایق مناسب می پوشانند تا تلفات حرارتی آن کاهش یابد.
همچنین برای پیشگیری از تفات حرارتی در سطح فوقانی صفحت جاذب، سطح رویه فریم را معمولاً با یک یا دو لایه شیشه ( یا مواد شفاف مشاه) می پوشانند خواص تابشی صفحات جاذب در عملکرد آبگرمکن خورشیدی اثر زیادی دارد برای کارکرد بهتر لازم است صفحات جاذب دارای ضریب جذب بالایی بوده و بر عکس برای اینکه تلفات حرارتی آن کم باشد باید ضریب صدور پائینی داشته باشد به صفحاتی که دارای این ویژگی باشند صفحات منتخب (
Selective Surface) می گویند.

تانک ( مخزن):

جداره داخلی تانک از ورق گالوانیزه با ضخامت 3 میلیمتر و پوسته بیرونی آن از ورق گالوانیزه به ضخامت 2-3 میلیمتر ساخته شده است.

همچنین روکش آن از ورق فولادی با ضخامت 8/0-9/0 میلیمتر همراه با پوشش رنگ الکترواستاتیک می باشد. عایق بندی تانک با فوم تزریقی انجام شده و ظرفیت آن بسته به میران مصرف ( سفارش خرید) هر اندازه می تواند باشد همچنین این مخزن می تواند دارای یک سیستم کمکی ( المنت برقی 1200-2000 وات) جهت گرم کردن آب در روزهای ابری می باشد

 ب) ترموسیفون مستقیم (Direct) با سیستم لوله حرارتی :

استفاده از این سیستم در جاهایی که دمای زیر صفر دارد توصیه نمی شود چرا که سیال گردش داخل کلکتور همان آب مصرفی است و ممکن است در اثر پائین آمدن دما در فصول سرد این آب یخ بزند و سبب ترکیدگی لوله های کلکتور گردد. مخزن سیستم تحت فشار آب شهری نیست و به همین دلیل فشار آب گرم خروجی تابع ارتفاع تانک می باشد.

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6-10- مشخصات آبگرمکن های خورشیدی:

سیال عامل : آب با پروپلین گلیکول ( ضد یخ )
کلکتور
نوع : کلکتور مسطح ( تخت)
مساحت کلکتور : 2 متر مربع ( 2*1 متر)
مساحت صفحه جاذب : حدود 6/1 متر مربع
جنس صفحه شفاف: شیشه کم آهن ( فلوت )
تعداد صفحات شفاف : 1 عدد
ضخامت صفحه شفاف: 4 میلیمتر
جنس لوله های رایزر: مس یا آلومینیوم
تعداد لوله های رایزر: 145 میلیمتر
ضریب اتلاف گرمائی کلکتور : 8
w/m-°C
راندمان کلکتور:
مدل مسی : %42
مدل آلومینیوم اکسترود شده : %43
مدل آلومینیومی: %46
عایق کلکتور:
جنس عایق: پشم و شیشه با روکش آلومینیوم
ضخامت عایق: 2 اینچ
قاب کلکتور:
جنس: آلومینیوم اکسترود شده
BS6063
رنگ : آندایز نقره ای
فریم : دو جداره جهت کاهش اتلاف انرژی
ورق زیر فریم : فولاد گالوانیزه با ضخامت 6/0 میلیمتر
قاب شیشه ای : آلومینیوم اکسترود شده
BS6063
رنگ قاب : آندایز نقره ای

لاستیک شیشه :
جنس : لاستیک تسمه ای اسفنجی مقاوم در برابر شعله
U.V
ابعاد : 5*20 میلیمتر

مدلهای متعددی آبگرمکن خورشیدی تولید می شود که یکی از تفاوتهای آنها در صفحات جاذب آنها است..

( مدل مسی- آلومینیومی-سوئدی):
جنس صفحه جاذب : آلومینیوم پرس شده
جنس لوله ها و رایزرها : مس
ضخامت: 6/0 میلیمتر

مدل لوله آلومینیومی
جنس صفحه جاذب : آلومینیوم اکسترود شده
رنگ : آندایز مشکی
ضخامت : 3/1 میلیمتر

 

 

 

 

143 mm (5.63) in

پهنای پره

12.7 mm(1.2) in

لوله مسیر سیال

0.6 mm (0.02) in

ضخامت پره

850 gr

وزن

A = 94%

ضریب جذب

سطح سیاه

خواص طیفی

£ =28%

ضریب پخش

گرمایش آب خانگی استخری و تجاری

کاربرد

 

ندارد

محدودیت منطقه ای و جغرافیایی

 

6-11- آبگرمکن های خانگی پمپی :

این سیستم از یک مخزن ، دو کلکتور و یک پمپ تشکیل یافته است توضیح مربوط به کلکتورهای مخزن این سیستم دقیقاً مشابه توضیحات ذکر شده سیستم ترموسیفونی می باشد با این تفاوت که مخزن این سیستم در هر جایی از ساختمان می تواند قرار بگیرد دراینصورت آنرا جدا از کلکتور و در نزدیکترین مکان به محل مصرف قرار می دهند از این نوع سیستم به عنوان سیستم کمکی یا پیش گرمکن نیز می توان بهره گرفت افزودن این پمپ سیرکولاسیون به مدار سبب افزایش راندکان و توان خروجی محصول می گردد.

6-12- آبگرمکن های خورشیدی عمومی( سیستم گردش اجباری) :

این دسته از آبگرمکنهای خورشیدی لزوما به صورت غیر مستقیم(In Direct) و با مخزن کویل دار می باشدو استفاده از پمپ جهت گردش محلول آب و ضد یخ الزامی می باشد در این سیستم از تعداد زیادی کلکتور ( تعداد آن بستگی به میزان مصرف یا تعداد نفرات استفاده کننده از آن دارد) به صورت سری و موازی استفاده می کردد که نمای شماتیک آن نمایش داده شده است این سیستم برای گرمایش آب مصرفی مورد نیاز در حمامها استخرها و صنایع گوناکون بکار می رود.

 

6-12-1- مشخصات و اجزای تشکیل دهنده سیستم های عمومی:

اجزای تشکیل دهنده آبگرمکن های خورشیدی عمومی عبارتند از :

1- کلکتور در تعداد مشخص بر اساس میزان مصرف آبگرم روزانه
2- مخازن کویل دار جهت ذخیره آبگرم در حجم زیاد
3- پمپ های سیرکولاسیون: جهت گردش سیال داخل کلکتورها و تبادل حرارتی با تانک
4- منبع های انبساط : جهت تعادل سیال
5- تاسیسات مربوطه : جهت تبادل و انتقال حرارت

 

 

 

 

 

6-13- نحوه فرآیند گرمایش در آبگرمکن خورشیدی:

نحوه گرمایش در سیستم آبگرمکن خورشیدی به صورت انتقالی میباشد:

-         گرمایش در سیستم آبگرمکن خورشیدی توسط ماده رساناء حرارت که در داخل لوله های شیشه ای خلاء با روکش سیلیکون یا همان کلکتورها عبور میکند که البته در یک مداربسته بین کلکتورها ولوله های بوبین انتقال حرارت به آب در حرکت است تابش خورشید به لوله های کلکتور باعث داغ شدن لوله آغشته به سلیکون گشته و این عمل محلول آب و ضدیخ داخل لوله را داغ مینماید این محلول در اثر واکنش جابجایی گرما در مسیر خود به گردش در می آید و به بخش بوبین شکل سیستم میرسد وبوبین در اثر این عمل داغ میشود بوبین که در داخل منبع اصلی آب قراردارد گرمایی خود را به بصورت انتقال ار بدنه بوبین به آب منبع داده واین چرخش ادامه دار باعث داغ شدن آب مخزن اصلی میگردد.

-         این گردش بصورت طبیعی است وعامل گردنده ای وخود ندارد چراکه منبع آب آن در کنار خود سیستم است ولی در نوع بزرگتر این سیستم دارای پمپ سیرکولاسیون میباشد این نوع سیستم به علتی که مخازن آن بزرگ میباشد و به علت سنگینی نمیتوان بالای ساختمان نصب نمود در قسمت موتور خانه نصب میگردد و نیاز به پمپی در مسیر کلکتورها و بوبین قرار میگیرد که باعث گردش مایع ناقل و ایجاد حرارت در بوبین میگردد برای اینه سیستم فرصت داغ کردن مایع ناقل باشد یک سیستم الکترونیکی حرارت بین کویل و کلکتورها را کنترل میکند و هرگاه اختلاف بین کلکتور و کویل 10درجه باشد به پمپ فرمان روشنایی داده ومحلول حامل را به گردش درمی آورد . وتا زمانی که این حرارت به صورت یک دست نگردد ادامه میدهد البته این حالت در حالی خواهد بود که درجه حرارت کلکتورها نیز بالا بوده و آمادگی داغ کردن آب را داشته باشد.

-         در مورد زمستان و روزهایی که شدت ابر بیشتر از توان داغ کردن کلکتورها باشد در داخل مخزن یک المت گرم کننده قرار میگیرد که توسط مدار الکترونیک کنترل و وضعیت را احساس میکند و به المنت فرمان روشنایی داده وسپس گرمای مخزن که به حد قابل قبول رسید فرمان خاموشی المنت را میدهد.

-         مخازن برای حفظ  گرما ی ایجاد شده در آن از جنس دوجداره با عایق پلی اورتان میباشد که از عایقهای قوی حرارتی میباشد این عمل باعث حفظ حرارت به مدت زیاد در مخزن میگردد این عمل برای مخازن ضروری میباشد چرا که در سیستمهای کوچک که بر روی بام میباشند و یا در بخش تاسیسات مستقر هستند به علت کندی عمل گرم شدن نیاز به ایزولاسیون قوی برای حفظ گرمای ذخیره شده میباشند.