آبگرمكن خورشيدي

مقدمه:

سيستم هاي حرارتي خورشيدي نقش مهمي در انرژي خورشيدي دارد، استفاده از دستگاه هاي خورشيدي سابقه طولاني دارد، گفته شده است ارشميدس تقريباً در سال 214 قبل از ميلاد از آينه مقعر براي داغ كردن آب استفاده كرده است. سيستم هاي حرارتي امروزي نيز كم هزينه ترين كاربرد انرژي خورشيدي را دارد.

حرارت خورشيد استفاده از حرارت انرژي خورشيد را توجيح مي كند. بنابراين تعداد متفاوتي از دستگاه هاي فني وجود دارد كه اضافه بر گرم كردن فضا، داغ كردن آب يا فرآيندهاي صنعتي سيستم هاي انرژي خورشيدي را مي توان براي سرمايش يا توليد برق با كارخانه هاي توليد برق خورشيدي مورد استفاده قرار داد. قسمت هاي عملياتي اصلي عبارتند از:

·                   گرم كردن استخر شناي خورشيدي

·                   آبگرمكن هاي خانگي خورشيدي

·                   حرارت كم خورشيد براي گرم كردن فضاي داخل ساختمان ها

·                   پردازش حرارتي خورشيدي

·                   توليد برق خورشيدي

چون اين حيطه هاي عملياتي خيلي دور از دسترس هستند، اين بخش فقط جنبه هاي مهم آبگرمكن هاي خانگي خورشيدي و استخرهاي خورشيدي را با سيستم هاي داراي صفحات خورشيدي بسته و باز مورد بحث قرار مي دهيم. بخش هاي زير به كاربرد بعضي كميت هاي ترموديناميك در توضيح اصول نياز دارد. جدول 1-3 مهمترين پارامترها، علائم آنها و واحدهايشان را نشان مي دهد.

انرژي به شكل حرارت Q با جريان گرماQ^o مرتبط مي باشد.

1-3              

هر تغيير درجه حرارت  نيز باعث تغيير حرارت  مي شود تغيير در حرارت را مي توان با ظرفيت خاص c و جرم m ماده تحت تأثير قرار گرفته محاسبه كرد.

2-3                      

ممكن است بعضي ابهامات رخ دهد كه به استفاده از معيارهاي متفاوت دما مرتبط باشد، مقياس فارنهايت معمولاً براي كار عملي استفاده نمي شود. ولي همزيستي درجه حرارت  در مقياس سلسيوس و درجه حرارت مطلقT به كلوين مسئله سازي مي باشد. تبديل سلسيوس به كلوين از فرمول زير استفاده مي شود.

3-3           

فرمول تبديل فارنهايت به سلسيوس و كلوين را مي توان در ضميمه ديد. مقدار عددي تفاوت درجه حرارت  به درجه سلسيوس  مانند تفاوت دما در كلوين (k) مي باشد. براي تعادل صحيح واحدها تفاوت دما در فرمول بالا براي تغيير حرارت بايد به كلوين باشد. همين مورد به معادلاتي مربوط مي شود كه در بخش بعد ارائه خواهند شد. ولي چون مقياس سلسيوس نسبت به كلوين رايج تر است، مقياس سلسيوس براي اكثر تفاوت هاي درجه حرارتي ومعادلات اين بخش مورد استفاده قرار داده مي شود. جريان حرارتQ^o كه باعث تغيير حرارت با ظرفيت حرارتي ثابتc مي شود به صورت زير است:

4-3           

براي ظرفيت حرارت مواد متفاوت به جدول 2-3 مراجعه شود.

شكل 1-3 ساخت لايه هاي n با حيطه سطحي را نشان مي دهد. از يك طرف درجه حرارت  و از طرف ديگر   وجود دارد. گرديان دما، جريان دما از طريق لايه ها با فرمول زير را به دست مي آورد.

5-3              

اين جريان دما Q^oباعث مي شود دما در سمت داراي درجه حرارت كمتر افزايش يابد و در سمت ديگر كاهش داشته باشد تا اينكه هر دو طرف از همان دما برخوردار شوند. اگر ميزان دما يك طرف بيشتر از طرف ديگر باشد تغييردرجه حرارت در سمتي كه از دماي بالاتري برخوردار است را مي توان ناديده گرفت. براي مثال ميزان دماي محيط اطراف يك ساختمان خيلي بالاتر از داخل ساختمان است. جريان گرما از طريق ديوارهاي ساختمان درجه حرارت هواي خارج را تغيير نمي دهد و اين مصداق دارد خواه درجه حرارت محيط نسبت به درجه حرارت ساختمان كمتر باشد يا بيشتر باشد.