پروژهمکانیک صنعتی با موضوع آبگرمکن های خورشیدی

هدف: گرمادهی به آب
بخش (سکتور): خانگی
توضیح:
عملکرد:عملکرد آب گرم کن های خورشیدی بستگی مطلق به شرایط آب و هوائی، نوع سیستم به کار رفته، طرز نصب و کارگذاری و همچنین به نوع استفاده از آب داغ دارد.
دفتر راهنمایی شرکت (SRCC) مقدار انرژی ذخیره شده در این روش را بین ۳۷ تا ۹۵ درصد اعلام کرده است.
مزایای مصرف کننده:
هیچ هزینه ای در صورت طراحی و نصب صحیح متوجه مصرف کننده نخواهد بود.
مراحل و چگونگی پیشرفت:
تنوع گوناگون و زیاد در طراحی انواع مختلف آب گرم کن های خورشیدی طی ۲۰ سال گذشته زمینه تجارب بسیاری را برای شرکتها و نصب کننده هایی که در رقابت باقی مانده اند فراهم کرده است. از آنجا که هزینه ابتدائی ساخت بالا می باشد، در نتیجه فاکتورهای اطمینان، عمر مفید دستگاه و احتیاج به نگهداری کمتر کلیدهای موفقیت یک آب گرم کن خورشیدی می باشند.
و در چند دهه اخیر طراحیهای بد و بدون کیفیت جای خود را به طراحیهای بهتر و زیباتر داده است.
هزینه ها:
خرده هزینه های نسب یک آب گرم کن خورشیدی برای یک خانوار معمولا چیزی در حدود ۱۸۰۰ تا ۲۷۰۰ دلار خواهد بود.
باز پرداخت آسان هزینه ها بین ۷ تا ۱۲ سال به طول می انجامد.
ابزارآلات:
تأسیسات (نصب): مهمترین قسمت یک سیستم آب گرم کن خورشیدی تانکهای ذخیره سازی و آینه های خورشیدی می باشند. این آینه ها را معمولا بر روی پشت بام نصب می کنند. آینه ها به دو دسته کلی تقسیم می شوند. ۱) صفحات مسطح یا ۲) آینه های یکپارچه ذخیره کننده.
ذخیره کننده ها می تواند بخشی از خود آینه، یا بخشی از گرم کننده های کمکی و یا یک تانک مجزا باشند. در مناطق آب و هوای خنک تر که درجه حرارت به زیر صفر می رسد، یک روش حفاظتی در برابر انجماد مورد نیاز می باشد.
نگهداری و حفاظت: مقدار هزینه حفظ و نگهداری در یک سال بسته به نوع سیستم نصب شده بین ۳۵ تا ۷۵ دلار متغیر می باشد.
موارد حفاظتی: مزایایی پیشنهاد شده است یا در حال بررسی می باشند از جمله تخفیفاتی برای خریداری یک آب گرم کن خورشیدی.
پیامدهای زیست محیطی:
استفاده از آب گرم کن های خورشیدی خانگی نتایجی چون کاهش استخراج و استفاده از آب گرم کن های با سوخت فسیلی، افزایش بازده انرژی و همچنین کاهش درخواست انرژی در پی دارد. کاهش درخواست انرژی فوائد زیست محیطی همچون کاهش مصرف سوختهای گیاهی (فسیلی)، کاهش استخراج و بهره برداری از منابع طبیعی زنده و کاهش نیاز بهایجاد منابع طبیعی جدید دارد.

VII: هیترهای آبی خانگی خورشیدی:
۱- توضیح:
هیترهای آبی خانگی خورشیدی جمع کننده هایی (کالکتورهایی) در دو نوع هستند. نوع بشقابی تخت و یا نوع ذخیره های جانبی. ذخیره می تواند خود بخشی از کالکتور، هیتر متصل شونده و با یک تانک مجزا باشد. پمپها اغلب به کار می روند تا جریان در حال کار را از طریق کالکتور منتقل کنند و به ذخیره باز گردانند. تعدادی از سیستم ها از پانلهای فتوولکاییک که به پمپها نیروی می دهند استفاده می کنند. این مسئله کاهش دهنده مصرف انرژی جانبی و کنترلها است. نور خورشیدی که کالکتور را گرم می کند به پمپ نیز نیرو می دهد. اگر ذخیره کننده بخشی از کالکتور باشد دیگر نیازی به پمپ نیست. سیفون گرمایی (ترموسیفون) تانک ذخیره را در بالای کالکتور قرار می دهد. ظرفیت پایینتر آب گرم شده باعث می شود که به درون تانک ذخیره وارد گردد. این سیستم ها نیاز به پمپها ندارند. سیستم بدون پمپ دیگر از یک جریان سیال در حال کار برای انتقال حرارت از کالکتور به تانک ذخیره استفاده می کنند.
۱-۱- ویژگیهای به کارگیری:
به کارگیری هیتر آبی خورشیدی بسیار وابسته به آب و هوا، نوع سیستم، نحوه نصب و کاربرد آب گرم است. دستورالعمل شرکت مدرک دهی و درجه بندی خورشیدی (SRcc) بیان می دهد که میزان نسبی ذخیره انرژیاز ۳۷% تا %۹۵ است.
هیترهای آبی خورشیدی معمولا به نحوی طراحی می شود که در هر روز آفتابی یک تانک پر از آب را گرم کنند. آب می تواند به نحوی گرم گردد تا به دمای جوشاندن تا به دمای جوشاندن تحت شرایط خاص و معین برسد. سوپاپ ممانعت از دمای جوش برای ایجاد ایمنی بیشتر توصیه می شود. در سیستم های بشقابی تخت، سیستم گرمادهی آب جانبی معمولا در درون تانک ذخیره خورشیدی ساخته می شود.
۲-۱- کاربردد مصرف کننده
اگر (سیستم) درست طراحی و نصب شود هیچ تغییری در کاربرد مصرف کننده ایجاد نمی شود. یک سیستم با ابعاد نامشخص یا یکی بودن قابلیت جانبی مناسب، ممکن است باعث کاهش در میزان در دسترس آب گرم شود.
۳-۱- وضعیت توسعه:
تنوع گسترده ای از طرحهای گرمادهی آبی خورشیدی تاکنون در خلال ۲۰ سال گذشته نصب شده است که تجربه زمینه ای گسترده ای برای آنهایی که تولیدکننده یا نصب کننده (در این صنعت هستند) به ارمغان آورده است علی رغم آنکه هزینه اولیه بالاست اما قابلیت اعتماد، میزان عمر و (مشکلات اندک) نصب، کلیدهای موقعیت هیتر آبی خورشیدی است و برترین طرحهای ارزش خود را در طی دهه های گذشته ثابت کرده اند.
۲- هزینه اسباب:
هزینه های نصب ویژه سیستم های گرمایی آب خورشیدی برای اعضای یک خانواده در کالیفرنیای جنوبی در جدول VII-1 آمده است. قیمت های فروش عمومی (retail) برای یک هیتر آبی خورشیدی در یک خانواده از ۸۰۰/۱ تا ۷۰۰/۲ دلار متفاوت است. نسبت تخمین در کالیفرنیای جنوبی بین %۵۰ تا %۸۰ می باشد که بازگشت سرمایه بین ۷ تا ۱۰ سال است. این دوره زمانی بازگشت سرمایه به نسبت هیترهای آبی موجود الکتریکی با استفاده از هزینه الکتریکی ۸ در wh12 است. هیتر آبی جانبی برای مجموعه آبی خورشیدی گرمادهی شده حدودا، همواره مصرفش برابر مقاومت یک هیتر آبی است زیرا آسانتر نصب می شود و ابعاد دقیق سیستم عمل کننده معلوم است بنابراین هزینه الکتریسیته پایین است. در سیستم هایی که در آنها نوعی گاز حرات داده می شود مقدار وسیعی از دست دادن جریان روی می دهد که در هیترهای آبی این اتفاق صورت نمی پذیرد.

جدول هزینه های آبگرمکن های خورشیدی
دوره کارکرد هزینه نوع سیستم
۷-۱۰ $۱٫۸۰۰-$۲٫۳۰۰ فعال
۸-۱۲ $۱٫۸۰۰-$۲٫۷۰۰ غیر فعال
۹-۱۱ $۱٫۸۰۰-$۲٫۵۰۰ ترموسیفون

۳- مراحل اتمام کار
۱-۳- نصب:
نصب هیترهای آبی خورشیدی نیازمند مهارت و آموزش ویژه است که ترکیبی از دانش ساخت، لوله کشی آب، کنترلهای الکتریکی و مبادله دما است. حتی بهترین ابزار نیز بوسیله نصب یک فرد غیر متخصص آسیب می بیند. بعضی از انواع ابزار نوعا قابلیت نصب آسانتری بنا به نحوه لوله کشی اولیه و سیم کشی، طراحی سیستمیک یا اجزای عملکردی ساده تر به نسبت بقیه انواع دارند.
اهلی ترین بخش سیستم های گرمایی آب خورشیدی کالکتورهای خورشیدی و تانکهای ذخیره ای است. کالکتورها نوعا بر روی سقف قرار می گیرند در حالیکه بقیه سیستم باید متصل به سیستم مجموعه آب خانگی باشد.
در انواع آب و هوای سردتر و در محلی که دما پایین تر از دمای یخ زدن است. بعضی از روش های محافظت از سرما نیاز است. چه به این صورت که کالکتور کاملا لوله کشی شده باشد و چه به این صورت که بوسیله آب در حال چرخش که از آن می گذرد گرم شود. انتخابهای دیگر کاربرد یک کالکتور بسته لوپ مانند بهمراه یک ماده ضد یخ زدگی است یا می توان کالکتور را از موادی ساخت که در هنگام یخ زدن آب آسیب نبینند.
۲-۳- نگهداری:
هزینه نگهداری از یک هیتر آبی خورشیدی در یک خانواده مقیم کالیفرنیا توسط سازمان صنایع انرژی خورشیدی بین ۳۵ دلار تا ۷۵ دلار در سال، بسته به نوع سیستم نصب شده متفاوت است. میزان عمر آن نیز بین ۱۵ تا ۲۰ سال تخمین زده می شود.
یک برنامه ساده نگهداری از این سیستم می تواند مدت زمان عمر مجموعه را افزایش دهد. این برنامه نگهداری شامل جابجایی قطب آند در هر چند سال یکبار برای جلوگیری از پوسیدگی و زنگ زدگی تانک و بیرون ریختن رسوبحاصله است. این نحوه نگهداری باید در مورد خود هیترهای آبی خورشیدی علاوه بر ذخیره آبی آن نیز صورت پذیرد.
در هنگامیکه نگهداری از تانک آبی مهم است، مهم است که از بقیه اجرای خورشیدی نیز نگهداری لازمه بعمل بیاید. کیفیت ضد یخ و دیگر مایعات، تفاوت در نحوه نگهداری از سرما، تفاوت و سنسور و عملکردهای کنترلی، پیدا شدن سرب (در لوله)، افت پمپ بسته شدن لوله ها یا تبادلات حرارتی، سطح مایع و فشار، بالا رفتن فشار هوا و عملکرد اتوماتیک (خودکار) سوپاپ باید هر چند سال یکبار یا هر زمان که مشکلی بر اساس نوع سیستم پدید آمد کنترل شود. این اجزا می تواند جلوی عملکرد مجموعه گرمایی خورشیدی را بگیرد و باعث شود که سیستم بر مبنای سوخت بدون در نظر گرفتن اینکه کاربرد هیچ اطلاعی از خرابی مذکور ندارد به کار خود ادامه دهد.

۳-۳- برنامه های محافظتی:
اعتبارات مالیاتی در زمانهای گذشته و در بعضی از ایالات وجود داشت تا مردم به استفاده از این سیستم تشویق شوند. بعضی از کاربران پیشنهاد کرده اند یا هنوز هم پیشنهاد می کنند که از شدت و حدت این مسئله کاسته شود. منطقه خودمختار ساکرامنتو پیشنهاد کاهش در استفاده از این سیستم را داده است.
شرکت مدیریت کیفیت هوا کرانه جنوبی به تازگی استانداردهایی برای هیترهایی که با گرمای سوختن گاز آب را گرم می کنند وضع کرده است که به علت سخت گیری بیش از حد نیاز به هماهنگی بیشتر را الزامی نموده است.
۴- مسائل محیط زیست:
کاربرد هیترهای آبی خانگی خورشید منجر به استفاده از انرژی بهبود یافته و کاهش در درخواست انرژی می شود. تقاضاهای انرژی کاسته شده مزایای زیست محیطی فراوانی از جمله کاهش در میزان انرژی به نسبت هیترهای آبی گرم شونده با سوخت، کاربرد کمتر سوختهای بکار رفته از گیاهان (فسیلی)، کاهش انتشار انرژی و کاهش نیاز به ایجاد سوختهای جدید گیاهی دار است.
۵- مراجع:
– کتل ۱۹۹۱ – هیترهای آبی خورشیدی، دستورالعمل مصرف کننده، سازمان صنایع انرژی خورشیدی فلوریدا .
– لس نلسون، سازمان صنایع انرژی خورشیدی کالیفرنیا (ریاست) ۱۹۹۱- نامه ای به آقای زوریخ پیرویسیان، شرکت مدیریت کیفیت هوای کرانه جنوبی ۲۲/۱۰/۱۹۹۱٫ این فهرستهای موضوعی قیمت و میزان کاربرد برای تنوعی از سیستم های گرمادهی آب خورشیدی کالیفرنیای جنوبی است.
– شرکت مدرک دهی و میزان سنجی خورشیدی ۱۹۹۱٫ دستورالعمل SRcc مدارک درجه بندی هیترهای آبی و کالکتور خورشیدی – دسامبر، واشنگتن DC.
6- مراکز تماس:
– صنایع انرژی خورشیدی کالیفرنیا خیابان ریورسایه ۸۰۱ – سوئیت ۲۰۱ – روزویل …
– مرکز انرژی خورشیدی فلوریدا – ۳۰ – جاده ایالتی ۴۰۱ – کیپ کاناورال …
– سازمان صنایع انرژی خورشیدی فلوریدا – خیابان کروم سوئیت A2 – هومستید
– شرکت مدرک دهی و درجه بندی خورشیدی ۷۷۷ کاپیتول جنوبی سوئیت ۸۰۵ – واشنگتن DC…

VIII – هیترهای آبی پمپ گرمایی:
هدف: گرمادهی به آب – بخش (سکتور): خانگی
توضیح:
به کارگیری: بدوا کاربردی مشابه با انواع ذخیره خانگی دارد بجز آنکه بازدهی آن ۲ تا ۵/۲ مرتبه بیشتر است.
کاربرد مصرف کننده: هیترهای آبی پمپ گرمایی، هوای اطراف کویل تبخیر کننده را سرد و بی رطوبت می سازند. این مسئله زمانیکه خنک سازی مدنظر است دارای فایده است ولی در زمانی که خنک ساختن مورد نیاز نیست یک نوع ضرر محسوب می شود. بعضی از انواع به نحوی طراحی شده اند تا گرمای تلف شده از تمام سیستم و نیتلاسیون را جمع آوری می کنند.
وضعیت پیشرفت: هیترهای آبی پمپ گرمایی به طور تجارتی در ایالات متحده به فروش می رسند. فروش به میزان کمتر از %۱ هیترهای آبی الکتریکی است. انیستیتوی تحقیقات انرژی الکتریکی (EPRI) مسئول حمایت از کاهش هیترهای آبی پمپ گرمایی است.
هزینه ها:
هزینه کاربرد این نوع بین ۸۵۰ تا ۱۷۰۰ دلار است که شامل هزینه نصب نمی شود. میزان باز پرداخت بین پنج تا نه سال است که بسته به کاربرد آب گرم و تأثیر هیتر آبی که جایگزین می شود دارد.
کاربرد:
نصب: هیترهای آبی پمپ گرمایی باید در محلی که میزان هوای مناسبی در دسترس است یا حداقل هوا در گردش (سیر کوله شدن) است باشد تا به منابع گرمایی لازمه دسترسی حاصل گردد. لوله کشی مناسب نیز باید صورت پذیرد.
نحوه نصب:
انواع اولیه این گونه هیترها شهرت به غیر قابل اعتماد بودن داشتند اما انواع امروزی بسیار قابل اعتمادترند.

برنامه نگهداری:
بعضی از سازمان های (مرتبط)، مالیاتی برای نصب این گونه هیترها منظور داشته اند. این اداره هنوز در مرحله آغازین است و شامل یک برنامه گسترده با هدف جمع آوری گرمای تلف شده از سیستم های انتشار هوا (وینتلاسیون) می باشد.

مسائل زیست محیطی:
استفاده از هیترهای مزبور منجر به افزایش در کاربرد انرژی و کاهش درخواست انرژی می شود. کاهش انرژی مورد نظر، منابع زیست محیطی در کاربرد کاهش سوختهای حاصل از گیاهان، کاهش انتشار سوختهای گیاهان و کاهش نیاز به ساخت گیاهان جدید برای مصارف انرژی از جمله این منافع هستند.