ورقه‌های سفید پلاستیکی که گاهی به جای شیشه و به عنوان ماده شفاف کلکتورها به‌کار برده می‌شوند همچنین دارای ضریب عبور نسبتاً زیادی در مقابل پرتوهای خورشیدی با طول موج کوتاه می‌باشند ولی بعضی از انواع آنها در طیف­های حرارتی متوسط، دارای ضریب عبور متوسطی می‌باشند و دارای ضریب عبور طول موج بلند ۴/۰ هستند که عاملی برای اتلاف حرارت در کالکتورها محسوب می‌شود.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

به‌علاوه پلاستیک‌ها در درجه حرارت‌های محدودی مقاوم بوده و در درجات بالا و در مقابل امواج ماوراء‌بنفش مقاومت خیلی کمی دارند. پلاستیک‌ها در صورتی که به شکل ورقه‌های نازک و شفاف درآیند مزایایی از قبیل مقاومت در مقابل شکستگی بر اثر طوفان و تگرگ و سنگ را خواهند داشت و انعطاف‌پذیری و سبک بودن نیز از مزایای پلاستیکها نسبت به شیشه محسوب می‌شود.
ضریب عبور شیشه که در حدود ۹۰ درصد مشخص شده در صورتی‌ است که زاویه تابش خورشید صفر بوده یعنی شیشه در برخورد مستقیم و رو به خورشید باشد. با تغییر زاویه تابش خورشید، به‌ طور یقین ضریب عبور شیشه نیز کاهش خواهد یافت و طبق جداول تنظیمی، با افزایش زاویه تابش به میزان ۶۰ درجه، ضریب‌ عبور شیشه از ۹۰ % تا حدود ۸۰% کاهش یافته و با زاویه تابش ۸۰ درجه، ضریب عبور به ۴۲ % (در کالکتورها یک شیشه) کاهش یافته و بالاخره در صورتی که زاویه تابش خورشید ۹۰ درجه انحراف پیدا کند ضریب جذب شیشه به صفر درصد می‌رسد. روکش‌های ضد انعکاس نیز می‌توانند مقدار ضریب عبور را بهبود بخشند.
اثر کثیفی و گرد و غبار سطح شیشه‌های کالکتور بسیار ناچیز است و تمیز کردن گاه ‌به گاه باران، برای ثابت نگهداشتن ضریب عبور با تغییرات ۲ ا‌لی ۴ درصد از مقدار ماکزیمم خود کافی است.
شیشه کالکتور اگر چه در مقابل تشعشعات طول موج بلندی که از طرف صفحه جذب کننده ساطع می‌شود مقاوم است ولی جذب این تشعشعات سبب بالارفتن درجه حرارت شیشه شده و به این طریق مقداری از حرارت با جابجایی هوا و از روی شیشه تلف می‌شود.
این نوع اتلاف حرارتی را می‌توان با بهره گرفتن از اندود و ا‌نعکاس مادون قرمز در پشت شیشه کاهش داد ولی چنین اندودی گران قیمت بوده و نیز باعث کاهش ضریب عبور تشعشعی خورشیدی شیشه، به میزان ۱۰ % می‌گردد. برای جلوگیری از تلفات شیشه می‌توان از چندین لایه شیشه و یا شیشه به اضافه پلاستیک استفاده کرد. در کلکتورهای تخت پس از شیشه، صفحه جذب‌کننده که پرتوهای خورشیدی را جذب‌کرده و به سیال عامل انتقال می‌دهد، حائز اهمیت می‌باشد. جاذبیت صفحات کالکتور به طبیعت و رنگ ماده اندود و زاویه برخورد پرتو بستگی دارد.
قبل از سال ۱۹۵۵ رنگ روغنی سیاه، انتخاب عمومی برای اندودکردن صفحات جذب‌کننده بود ولی تحقیقات بعدی نشان داد که بوسیله الکترولیز و با عملیات شیمیایی مناسب می‌توان سطوحی تولید کرد که در مقابل پرتوهای خورشیدی دارای ضریب جذب زیاد بوده ولی ضریب انتشار آنها برای طول موج بلند، بسیار کم باشد.
سطح نمونه فوق، لزوماً دارای لایه نازک روشنی می‌باشد و روی لایه دیگری قرار می‌گیرد که دارای ضریب انعکاس بالا و ضریب انتشار کم در مقابل پرتوهای خورشیدی می‌باشد. سطوح نمونه هنگامی اهمیت زیاد پیدا می‌کند که درجه حرارت سطح کلکتور از دمای محیط خیلی بیشتر باشد که مورد استفاده این نوع سطوح معمولاً در برنامه‌های فضائی می‌باشد.
در کالکتورهای گرم‌کننده سیال، عموماً لوله‌ها و یا گذرگاه­هایی تعبیه شده که خیلی محکم به صفحه جذب کننده متصل و یا به صورت یکپارچه با صفحه ساخته می‌شوند. در این مورد تحقیقات وسیعی به عمل آمده و مسئله مهم به‌ دست ‌آوردن رابطه حرارتی مناسبی بین لوله‌ها و سطح جاذب بوده است به طوری که با هزینه کمتر و مصالح ارزانتر، انتقال حرارت بیشتری حاصل شود.
در بیشتر موارد مصالحی که برای ساخت صفحات کلکتور مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از : مس، آلومینیوم، استیل، البته پلاستیک­های فشاری مقاومت (UV) امروزه به مقدار زیادی در کاربردهایی با دمای کم مثل گرم‌کننده‌های استخر شنا و کالکتورهای مشابه، مصرف دارند. باید توجه شود در صورتی که تمام سطح صفحه کلکتور با سیال عامل در تماس باشد، ضریب هدایت حرارتی صفحه اهمیت چندانی نخواهد داشت.

۲-۴-۲ کالکتورهای لوله‌ای غیرمتمرکز

یک نوع از کالکتور های تخت،از یک لوله شیشه‌ای که صفحه و لوله جذب‌کننده را در برگرفته تشکیل شده و برای اینکه از تلفات حرارتی بیشتر جلوگیری شود در داخل لوله شیشه‌ای ایجاد خلاء گردیده است. وجود خلاء برای حفظ خاصیت رنگ مخصوصی که روی صفحه جذب کننده را پوشانده ضروریست زیرا که رنگ در خلاء دارای ضریب جذب بالایی بوده ولی در اتمسفر این خاصیت را از دست می‌دهد. ساخت این نوع کالکتورها بعلت وجود خلاء در داخل لوله‌ها،‌ به تکنولوژی پیشرفته‌ای نیازمند است. شکل (۲-۶) مقطع کالکتور لوله‌ای را با دو نوع سطح منعکس کننده، نشان می‌دهد.
اشعه خورشید پس از گذشتن از لوله شیشه‌ای و خلاء داخلی آن،‌ به صفحه جذب‌کننده برخورد و انرژی حرارتی خود را از طریق این صفحه به لوله و سپس به سیال داخلی آن که آب و یا سیال واسطه دیگری می‌باشد، منتقل می‌کند. سطح منعکس کننده نیز مطابق شکل، اشعه‌های محیط لوله را از سمت پایین به داخل کالکتور منعکس کرده و به این ترتیب درجه حرارت سیال داخلی را افزایش می‌دهد. به‌علت بالا بودن درجه حرارت در این نوع کالکتورها، می‌توان از آبگرم تهیه شده برای گرمایش و تبرید استفاده کرد.

شکل۲-۶ آرایش کالکتور های لولهای و سطح مقع آن [۳۶]
نوع دیگری از کالکتورهای لوله‌ای غیر متمرکز کننده که چند سالی است طراحی و ساخته شده‌اند تقریباً از نظر ظاهر مشابه کالکتورهای لوله‌ای خلائی می‌باشند ولی دارای ساختمان و طرز کار متفاوتی بوده و به نام کالکتور غیرمتمرکز با لوله تخلیه شده نامیده می‌‌شوند.
کاربرد این کالکتورها نیز در جذب انرژی خورشیدی و ایجاد حرارت در دماهای پایین می‌باشد و در آنها نیز می‌توان از آب و یا هوا، به عنوان سیال عامل انتقال حرارت استفاده کرد.
این کالکتور خورشیدی، از دو لوله فلزی تو در تو و هم مرکز با قطرهای متفاوت که در داخل یک لوله‌ شیشه‌ای قرار گرفته‌اند تشکیل شده است. لوله کوچک مرکزی به عنوان لوله تغذیه عمل کرده و سیال انتقال حرارت را به داخل کالکتور هدایت می‌کند. سیال هدایت شده در این لوله‌ها، قبل از رسیدن به انتهای مسیر، کمی پیش‌گرم می‌شود. در انتهای لوله، سیال وارد محفظه بین دو لوله هم مرکز شده و در جهت مخالف اولی و داخل لوله جذب‌کننده حرارت جریان می‌یابد و سیال در این مسیر است که بیشترین حرارت خود را از طریق لوله جاذب حرارت، دریافت کرده و پس از گرم شدن به داخل یک منیفولد می‌ریزد تا از این طریق وارد لوله تغذیه بعدی شده و همین عمل در لوله‌های بعدی نیز تکرار می‌شود. به این ترتیب دمای سیال در هر لوله افزایش می‌یابد تا درانتها از کالکتور خارج شود. شکل (۲-۷) مقطع این نوع کالکتور را نشان می‌دهد.

شکل۲-۷سطح مقع یک لوله از کلکتورهای لوله‌ای غیرمتمرکز با جزئیات آن ]۳۷[
یکی از مزایای این کالکتورها نسبت به نوع تخت در آن است که با به کار بردن صفحات منعکس‌کننده، تشعشع خورشید از تمام جهات به لوله جذب حرارت می‌رسد و لذا در صورتی که مشخصات ذکر شده، در ساخت این کالکتورها رعایت شود، دمای سیال گرم شده خروجی بحدود ۱۹۰ الی ۲۴۰ درجه فارنهایت خواهد رسید.

فصل سوم – تحلیل ترمودینامیکی و حرارتی سیستم­های جذبی خورشیدی

مقدمه:

در فصول قبل به اجزاء مختلف سیکل جذبی خورشیدی اشاره و عملکرد و تکنولوژی انواع سیستم­های جذبی خورشیدی و همچنین قسمت­ های مختلف سیستم مورد بررسی قرار گرفت. همانطور که در فصل ۲ اشاره شد، بر اساس نتایج محققان، پرکاربردترین وبه صرفه ترین نوع سیستم­های جذبی خورشیدی، سیکل­های جذبی تک اثره آب-لیتیم برماید با تأمین حرارت به وسیله کالکتورهای خورشیدی تخت می­باشند که به مرحله استفاده تجاری در آمده­اند. با توجه به این موضوع، در این فصل و فصل­های آتی به آنالیز حرارتی و تحلیل فنی و اقتصادی اینگونه سیستم­ها پرداخته می­ شود. در این فصل به تحلیلی ترمودینامیکی و حرارتی سیکل­های جذبی خورشیدی می­پردازیم. ابتدا بعد از بیان مقدمه­ای در خصوص خواص ترمودینامیکی محلول لیتیم برماید-آب، جزء جذبی سیستم یعنی سیکل جذبی متداول تک اثره مورد مطالعه دقیق تر قرار گرفته و آنالیز ترمودینامیکی و همچنین عملکرد سیستم به تفصیل بررسی خواهد شد. سپس جزء خورشیدی مورد مطالعه قرار گرفته و در نهایت آنالیز ترمودینامیکی و حرارتی و همچنین عملکرد تجهیزات مرتبط با جزء خورشیدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

۳-۱ خواص ترمودینامیکی محلول لیتیم برماید – آب[۳۸]

۳-۱-۱ غلظت

به طور کلی ترکیب محلول لیتیم برماید – آب به وسیله جزء جرمی اجزاء آن نشان داده می­ شود. در محلول حاوی لیتیم برماید و آب، به منظور نمایش جزء جرمی لیتیم برماید در محلول لیتیم برماید – آب به صورت زیر تعریف می­ شود که به آن به اصطلاح غلظت لیتیم برماید در محلول لیتیم برماید – آب گویند:

(۳-۱)

در رابطه بالا بیانگر جرم لیتیم برماید در محلول بر حسب کیلوگرم و بیانگر جرم آب در محلول بر حسب کیلوگرم می­باشد. به وضوح جزء جرمی آب در محلول مطابق با رابطه بالا می­باشد. اگر جزء جرمی LiBr در محلول به صورت درصد نشان داده شود، این مقدار به عنوان غلظت LiBr شناخته می­ شود.

۳-۱-۲ فشار بخار

به طور کلی فشار کل محلول عبارت است از مجموع فشار بخار حلال و حل شونده. اگرچه در مورد محلول لیتیم برماید – آب فشار بخار نمک LiBr خالص به دلیل میزان بسیار کمتر فشار بخار نسبت به آب، قابل صرف نظر می­باشد. هنگامی که LiBr در آب حل می­ شود، نقطه جوش محلول در فشار داده شده افزایش می­یابد. هرچند اگر دمای محلول ثابت بماند LiBr حل شده میزان فشار بخار محلول را کاهش خواهد داد.
هنگامی که محلول اشباع می­باشد، تعادل تثبیت شده است. تعداد مولکول­هایی که از سطح تماس مایع با بخار در واحد زمان عبور می­ کنند با میزان تعداد مولکول­هایی که از بخار به مایع منتقل می­شوند برابر است. چنانچه تعداد مولکول­های مایع در واحد حجم به دلیل ظهور ماده حل شونده کاهش یابند؛ تعداد مولکول­های بخار در واحد حجم نیز کاهش خواهند یافت. در نتیجه فشار بخار محلول کاهش خواهد یافت. مطابق شکل ۱-۳به طور کلی میزان غلظت یک محلول لیتیم برماید-آب تابعی از فشار بخار و دمای محلول می باشد
۳-۱-۳ نمودار تعادل
خواص ترمودینامیکی محلول آب لیتیم برماید – آب که شامل فشار بخار، دما و جزء جرمی در حالت تعادل می­باشد، ممکن است بر روی نمودار تعادلی پایه گذاری شده توسط Duhring نشان داده شود. این نمودار در شکل ۳-۱ نشان داده شده است. عرض نمودار تعادلی بیانگر میزان بخار اشباع آب در مقیاس لگاریتمی از فشار میلیمتر جیوه مطلق و دمای اشباع بر حسب درجه فارنهایت مربوط به آن می­باشد. طول نمودار بیانگر دمای محلول بر حسب درجه فارنهایت می­باشد. خطوط جزء جرمی و غلظت در نمودار خطوط مایل بوده و با یکدیگر موازی نمی­باشند.از روی این نمودار مشخص است که غلظت محلول آبی لیتیم برماید-آب تابعی از دما و فشار بخار محلول می باشد. در انتهای خطوط غلظت، خط بلورینگی یا خط اشباع می­باشد. چنانچه دمای محلول با جزء جرمی ثابت LiBr از این خط در نمودار پایین­تر برود ( یا چنانچه جزء جرمی LiBr در محلولی با دمای ثابت از شرایط اشباع بالاتر باشد)، قسمتی از نمک LiBr از میزان اشباع تجاوز نموده و تمایل به تشکیل بلورهای جامد خواهد داشت.
۳-۱-۴ دیاگرام غلظت – آنتالپی
هنگامی که آب در نمک لیتیم برماید غیر آبی و در دمای یکسان به صورت آدیاباتیک حل می­ شود، میزان قابل توجهی از افزایش درجه حرارت در محلول مشاهده می­ شود. اگر فرایند اختلاط به صورت همدما باشد ( دمای فرایند ثابت بماند)، می­بایست گرمای حاصله از محلول گرفته شود. چنین انتقال

شکل ۳-۱ نمودار تعادلی محلول آبی لیتیم برماید – آب(Duhring Chart) [38]
حرارتی در واحد جرم محلول گرمای انتگرالی محلول یا گرمای جذب () نامیده می­ شود که واحد آن () است. بر پایه اغلب قوانین ترمودینامیکی، منفی می­باشد. چنانچه محلول آبی لیتیم برماید در طی فرآیندی همدما تشکیل شده باشد، میزان آنتالپی ویژه آن در واحد به صورت زیر نمایش داده می­ شود:

(۳-۲)