السخانات الشمسية بالأنابيب المفرغة
.
من المعروف أن التفريغ الهوائي تم بهدف استخدامه كعازل حراري لمنع هروب الحرارة المرتفعة ضمن الأنبوب إلى خارجه مما أعطى فاعلية أكبر من استعمال المواد العازلة التقليدية في المجمعات المستوية وأدى إلى توفير ثمنها.. ومن أجل زيادة كفاءة و مردود الأنبوب المفرغ أدخلت تحسينات جديدة على تصميمه فوضع بدلاً من الصفيحة الماصة المطلية بالأسود صفيحة منحنية على شكل هلال عاكسة للإشعاع من الستانلس ستيل أو الألمنيوم تقوم بالاستفادة من الأشعة المنتشرة diffuse radiation ضمن الأنبوب وتعمل على توجيهها نحو الأنبوب الداخلي وهو في هذه الحالة مدهون بالطبقة الماصة السوداء، وهناك بعض التصميمات الأخرى مزجت بين الصفيحة المستوية الماصة والصفيحة العاكسة وبعضها الآخر اعتمد على أكثر من صفيحة عاكسة، وبعضها على أنبوب معدني ملتف بشكل حرف u.. وأثبتت هذه التحسينات جدارة وفاعلية ملموسة.
وفيما يلى مثال لأستخدام السخانات الشمسية بالأنابيب المفرغة فى التدفئة
تمتاز هذه المجمعات مقارنة مع المجمعات التقليدية المستوية بما يلي:
أكثر فعالية كما ذكرنا.. وأكثر سهولة في التركيب والصيانة، ويشغل مساحة أصغر... مع فقد حراري أقل، ومردود لابأس به، ومقاومة للعوامل الجوية أفضل، وتأثر بالمياه الكلسية أقل، كما أن ثمنه أرخص أو مساوي لنظيره التقليدي. إضافة إلى مظهره اللائق والجميل مما يجعل منه ربما النظام الأفضل لاستخدام الطاقة الشمسية فى جميع تطبيقاتها.
الأنبوب الاسطواني المفرغ هو عبارة عن أنبوبين خارجي وداخلي الأنبوب الخارجي يصنع من الزجاج المقسى Borosilicate المعالج المقاوم للاجهاد الناتج عن فروق الضغط والحرارة والأنبوب الداخلي قد يكون زجاجياً في أبسط الحالات أو معدنياً مع بعض الاضافات.
يتم تثبيت نهايتي الأنبوبين مع بعضهما بطريقة الصهر Fusion بعد تفريغ الهواء الموجود بينهما تحت درجة حرارة عالية ، وينتج عن عملية التفريغ السابقة ، وجود منطقة عزل بين الأنبوبين ، وهذا ما يجعل تلك الأنابيب متميزة بكفاءتها ، حيث يمنع هذا الفراغ تسرب الطاقة الحرارية التي اكتسبتها المياه ، وبالتالي وقف عمليتي التوصيل أو الحمل الحراريتين ، وبذلك نجد أن الأنبوب الداخلي قد تتجاوز درجة حرارته 150 درجة سلسيوس في حين يبقى الأنبوب الخارجي باردا ، وبذلك ترتفع الكفاءة التحويلية لتلك الأنابيب المفرغة حتى في الأجواء الباردة والغائمة
.يطلى الأنبوب الداخلي أو (الصفيحة الماصة التي تلحم معه) بمادة سوداء (وهناك أنواع مختلفة من هذه المادة) بحيث تمتص أشعة الشمس الداخلة إلى المنطقة المفرغة بين الأنبوبين ويتم انتقالها بالتوصيل والحمل كحرارة مكتسبة إلى السائل البارد الذي يتدفق ضمن الأنبوب الداخلي متحولاً إلى سائل ساخن
من هنا نجد أن تلك الأنابيب المتينة وذات الامتصاص الحراري العالي ، اكتسبت صفة العزل الحراري ، من خلال عملية التفريغ الهوائي السابقة مما يؤدي إلى الحيلولة دون عملية فقدان الحرارة المكتسبة التي تحدث في السخانات الشمسية التقليدية المسطحة Flat plate solar heater collectors والتي هي عبارة عن صندوق اسود يحتوي على أنابيب معدنية سوداء معزولة بمواد عزل تقليدية ، مما يؤدي إلى حدوث فاقد حراِري كبير خلال الليل عند انعدام أشعة الشمس الساقطة عليها .
يتم ترتيب الأنابيب المفرغة بشكل متوازي ومدروس ، حيث يتم حساب زوايا التركيب بدقة وبما يتناسب مع خط العرض في موقع التركيب لضمان أفضل أداء لها ، كذلك فإن تلك الأنابيب يمكن أن ترتب وتركب بأشكال مختلفة ( أفقية ، عمودية ، مائلة ) تبعا للمساحة المتاحة .
من المعروف أن التفريغ الهوائي تم بهدف استخدامه كعازل حراري لمنع هروب الحرارة المرتفعة ضمن الأنبوب إلى خارجه مما أعطى فاعلية أكبر من استعمال المواد العازلة التقليدية في المجمعات المستوية وأدى إلى توفير ثمنها.. ومن أجل زيادة كفاءة و مردود الأنبوب المفرغ أدخلت تحسينات جديدة على تصميمه فوضع بدلاً من الصفيحة الماصة المطلية بالأسود صفيحة منحنية على شكل هلال عاكسة للإشعاع من الستانلس ستيل أو الألمنيوم تقوم بالاستفادة من الأشعة المنتشرة diffuse radiation ضمن الأنبوب وتعمل على توجيهها نحو الأنبوب الداخلي وهو في هذه الحالة مدهون بالطبقة الماصة السوداء، وهناك بعض التصميمات الأخرى مزجت بين الصفيحة المستوية الماصة والصفيحة العاكسة وبعضها الآخر اعتمد على أكثر من صفيحة عاكسة، وبعضها على أنبوب معدني ملتف بشكل حرف u.. وأثبتت هذه التحسينات جدارة وفاعلية ملموسة.
إن أقدم المجمعات ذات الأنابيب الاسطوانية الزجاجية المفرغة من الهواء ظهرت عام 1975 على يد العالم برونو في جامعة كولورادو وأسمى مجمعه باسم corning وهو مجمع ذو 6 أنابيب قطر الأنبوب الواحد 4 انش وبطول 76 انش وصمم الأنبوب الداخلي المعدني ملحوماً مع صفيحة ماصة، وتم تطوير هذا الأنبوب بوضع صفيحتين عاكستين على شكل نصفي هلال وضع عند منطقة التحامهما الأنبوب الداخلي وطلي بالمادة الانتقائية الماصة.
تزايد إنتاج الأنابيب الاسطوانية المفرغة من قبل شركات تصنيع مختلفة، أدى إلى انخفاض كلفتها وثمن بيعها، حيث ادخلت تصاميم متنوعة أخرى لتحسين الأداء وسهولة الاستخدام والتركيب، مما أدى إلى ازدياد انتشارها لدى الراغبين باستخدام الطاقة الشمسيةِ الحراريةِ، ومن الشركات المنتجة على سبيل المثال شركة جنراك الكتريك التي استخدمت مجمعات ذات صفائح نحاسية عاكسة على شكل نصف هلال ملحومة إلى جانب بعضها وفي منطقة اللحام يوجد انبوب نحاسي ملحوم أيضاً مع الصفيحتين وعلى طولها وفي قلب الهلال (محرق القطع المكافئ) يوضع الأنبوب الزجاجي المزدوج حيث أن الأنبوب الزجاجي الداخلي منهما يطلى بطبقة من المادة الانتقائية السوداء يقوم بنقل الحرارة إلى الصفيحة النحاسية .. المجمع يأخذ الاسم CE TC – 300 درجة حرارة المياه قد تصل إلى 260 درجة مئوية..
وهناك شركات أخرى عديدة قدمت تصاميم أخرى متطورة للمجمعات الشمسية مثل Sanyo Collector والمجمع Solara المصمم خصيصاً لانتاج البخار، وهناك مجمعات مثل مجمعات Roberts ومجمعات Eutatom ومجمعات Gumman VHT و Phkllips و Phinco Italiana وهناك أنواع أخرى لا مجال لسردها...
يلاحظ أن المردود في دراسة الخطوط البيانية لهذه الأنواع من المجمعات ذات الأنابيب المفرغة بالمقارنة مع المجمعات المستوية عند نفس الشروط والمواصفات وفي الحالات المتوسطة من شدة الإشعاع الشمسي هي أفضل لصالح المجمعات الأنبوبية بنسبة تتراوح من 10 – 20% فقط.. ولكنها تصل إلى 40% عند شدة الاشعاع الشمسي المنخفضة.. أما عندما تكون شدة الاشعاع الشمسي عالية فإن المردود تقريباً متساوي بين الطرفين وفي أحسن حالات الاشعاع الشمسي يميل المردود إلى صالح المجمعات المستوية عن بعض الأنواع من المجمعات الانبوبية. وفي النتيجة يمكن القول بأن المجمعات المستوية أفضل في بعض حالات المقارنة بالمردود.
وقد استخدمت هذه المجمعات بدائرة مغلقة بوسيط مخصص ومبادل حراري ومضخة وأجهزة تحكم وقياس..
تزايد إنتاج الأنابيب الاسطوانية المفرغة من قبل شركات تصنيع مختلفة، أدى إلى انخفاض كلفتها وثمن بيعها، حيث ادخلت تصاميم متنوعة أخرى لتحسين الأداء وسهولة الاستخدام والتركيب، مما أدى إلى ازدياد انتشارها لدى الراغبين باستخدام الطاقة الشمسيةِ الحراريةِ، ومن الشركات المنتجة على سبيل المثال شركة جنراك الكتريك التي استخدمت مجمعات ذات صفائح نحاسية عاكسة على شكل نصف هلال ملحومة إلى جانب بعضها وفي منطقة اللحام يوجد انبوب نحاسي ملحوم أيضاً مع الصفيحتين وعلى طولها وفي قلب الهلال (محرق القطع المكافئ) يوضع الأنبوب الزجاجي المزدوج حيث أن الأنبوب الزجاجي الداخلي منهما يطلى بطبقة من المادة الانتقائية السوداء يقوم بنقل الحرارة إلى الصفيحة النحاسية .. المجمع يأخذ الاسم CE TC – 300 درجة حرارة المياه قد تصل إلى 260 درجة مئوية..
وهناك شركات أخرى عديدة قدمت تصاميم أخرى متطورة للمجمعات الشمسية مثل Sanyo Collector والمجمع Solara المصمم خصيصاً لانتاج البخار، وهناك مجمعات مثل مجمعات Roberts ومجمعات Eutatom ومجمعات Gumman VHT و Phkllips و Phinco Italiana وهناك أنواع أخرى لا مجال لسردها...
يلاحظ أن المردود في دراسة الخطوط البيانية لهذه الأنواع من المجمعات ذات الأنابيب المفرغة بالمقارنة مع المجمعات المستوية عند نفس الشروط والمواصفات وفي الحالات المتوسطة من شدة الإشعاع الشمسي هي أفضل لصالح المجمعات الأنبوبية بنسبة تتراوح من 10 – 20% فقط.. ولكنها تصل إلى 40% عند شدة الاشعاع الشمسي المنخفضة.. أما عندما تكون شدة الاشعاع الشمسي عالية فإن المردود تقريباً متساوي بين الطرفين وفي أحسن حالات الاشعاع الشمسي يميل المردود إلى صالح المجمعات المستوية عن بعض الأنواع من المجمعات الانبوبية. وفي النتيجة يمكن القول بأن المجمعات المستوية أفضل في بعض حالات المقارنة بالمردود.
وقد استخدمت هذه المجمعات بدائرة مغلقة بوسيط مخصص ومبادل حراري ومضخة وأجهزة تحكم وقياس..
وحيث أن الدوائر المغلقة تمكننا من رفع درجة حرارة السائل إلى مستويات عالية وعالية جداً فيتم استخدامها في مجالات التدفئة والتكييف وتدفئة برك السباحة والاستخدامات الصناعية أو لتوليد الكهرباء..
أو بدارة مفتوحة مباشرة في مواجهة السائل المستخدم وحيث أن الدوائر المفتوحة أرخص كلفة وتعقيداً لذلك استخدمت منزلياً مثل تسخين المياه من أجل الاستخدام الشخصي في تسخين الماء للاستعمال المنزلي حيث يجري السائل المسخن ضمن الأنبوب الداخلي..
وفيما يلى مثال لأستخدام السخانات الشمسية بالأنابيب المفرغة فى التدفئة
تمتاز هذه المجمعات مقارنة مع المجمعات التقليدية المستوية بما يلي:
أكثر فعالية كما ذكرنا.. وأكثر سهولة في التركيب والصيانة، ويشغل مساحة أصغر... مع فقد حراري أقل، ومردود لابأس به، ومقاومة للعوامل الجوية أفضل، وتأثر بالمياه الكلسية أقل، كما أن ثمنه أرخص أو مساوي لنظيره التقليدي. إضافة إلى مظهره اللائق والجميل مما يجعل منه ربما النظام الأفضل لاستخدام الطاقة الشمسية فى جميع تطبيقاتها.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق