بخاری های خورشیدی سیستم هایی هستند که انرژی خورشیدی را جمع آوری می کنند و گرما را به هوای عبوری منتقل می کنند که یا ذخیره می شود یا برای گرمایش فضا استفاده می شود. کلکتورها اغلب سیاه هستند تا انرژی بیشتری از خورشید را جذب کنند و یک ماده رسانا، اغلب فلز، به عنوان مبدل حرارتی عمل می کند . طرح های مختلفی وجود دارد و سیستم ها ممکن است شامل فن هایی برای افزایش سرعت جریان هوا باشند. از طرف دیگر، می توان یک کلکتور غیرفعال به گونه ای ساخت که وقتی هوای گرم بالا می رود، هوای تازه را از پایین می کشد. فن ها اغلب می توانند عملکرد سیستم را افزایش دهند، اما به قطعات اضافی نیاز دارند و پیچیدگی را اضافه می کنند. بخاری های خورشیدی می توانند سیستم های گرمایش داخلی سنتی را با ارائه یک منبع گرما رایگان و تمیز (پس از هزینه های اولیه) تکمیل کنند. در حالی که ابرها بر انرژی خروجی سیستم تاثیر می گذارند، فلز در یک روز گرم انرژی ذخیره می کند و تاثیر پوشش لحظه ای ابر را کاهش می دهد. برای دستیابی به بهترین نتایج، سیستم باید بدون سایه و رو به جهت کلی خورشید باشد (جنوبی برای نیمکره شمالی، شمال برای نیمکره جنوبی). [1]
در بریتانیا، 40 درصد از کل مصرف انرژی به گرمایش فضا اختصاص داشت. [2] این درصد بزرگترین مولفه استفاده از انرژی است و می‌توان آن را با استفاده از گرمکن‌های هوای خورشیدی به‌عنوان وسیله‌ای برای قادر ساختن خورشید به گرم کردن غیرفعال در نواحی درب بدون مصرف منابع محدود زمین کاهش داد.
مزایای مالی و زیست محیطی اجرای بخاری های خورشیدی را می توان با استفاده از این ابزار RETScreen که توسط دولت کانادا ایجاد شده و به صورت رایگان در دسترس جهانیان قرار گرفته است، تخمین زد.
فهرست
مواد
دو روش متداول برای ایجاد یک بخاری هوای خورشیدی وجود دارد. اولی طراحی قوطی پاپ است و دیگری هوا را از طریق یک کانال در الگوی "مار" هدایت می کند. هر دو روش از مواد و ابزار مشابه فقط با چند استثنا استفاده می کنند.
هر دو طرح به مواد زیر نیاز دارند: [3] [4]
- تخته سه لا
- چوب - 2 "x4"
- شیشه یا پلکسی گلاس
- درزگیر
- عایق
- رنگ مشکی
- تریم آلومینیومی "L".
- پیچ
- مته
برای ساخت یک طرح "مار"، یک تکه ورق فلز برای پایه به افزایش جرم حرارتی و بهبود انتقال حرارت به هوای عبوری کمک می کند. همچنین ممکن است به کاغذ ماسه ای نیاز باشد.
روش دیگر، ساخت طرح قوطی پاپ به تعداد زیادی قوطی پاپ و ملات یا چسب برای اتصال قوطی ها نیاز دارد.
سه شکل اصلی از گرم کن های هوای خورشیدی
طراحی قوطی پاپ [5]
- ابعاد واحد را تعیین کنید و یک جعبه برای تعداد ردیف قوطی ها بسازید و در امتداد دیوارها عایق بندی کنید.
- جعبه را بسازید تا به عنوان یک ساختار پایه برای بخاری هوا عمل کند. می توان آن را با استفاده از تیرهای 2 اینچ در 4 اینچ ساخت و تخته سه لا می تواند به عنوان پایین عمل کند
- یک سوراخ در بالای دستگاه و در پایین، به تعداد مساوی سوراخ به عنوان ردیف قوطی (در 2 اینچ در 4 اینچ) ایجاد کنید تا به عنوان جریان ورودی و خروجی هوا عمل کند. اندازه سوراخ ها باید به اندازه دهانه قوطی ها باشد
- جعبه باید در امتداد تمام لبه ها آب بندی شود تا از نشت هوا از سیستم جلوگیری شود
- برای کاهش میزان حرارت خروجی از واحد می توان عایق اضافه کرد. عایق در امتداد دیوارهای داخلی قرار می گیرد و می توان دومین کاربرد درزگیر را در امتداد لبه ها اعمال کرد.
- قوطی های آلومینیومی را بشویید و سپس سوراخ هایی را در پایین قوطی های آلومینیومی سوراخ کنید یا می توانید قسمت های بالا و پایین آن را برش دهید.
- جعبه و قوطی ها را با روکش مات به رنگ مشکی درآورید.
- قوطی ها را در یک ردیف با استفاده از چسب وصل کنید (بالاهای متصل به قسمت پایین معمولاً بهترین جا را دارند)
- ردیف قوطی ها را به موقعیت های مربوطه در جعبه بچسبانید و درزگیر را در اطراف سوراخ های ورودی هوا اضافه کنید.
- ورق شیشه یا پلکسی گلاس را در بالای دستگاه قرار دهید تا جعبه کامل شود و سیستم محصور شود. مواد را با استفاده از تریم آلومینیومی "L" ببندید.
طراحی مار [6]
- ابعاد واحد را تعیین کنید و جعبه ای بسازید که عایق در امتداد دیوارها باشد.
- جعبه را بسازید تا به عنوان یک ساختار پایه برای بخاری هوا عمل کند. می توان آن را با استفاده از تیرهای 2 اینچ در 4 اینچ ساخت و تخته سه لا می تواند به عنوان پایین عمل کند. از طرف دیگر، استفاده از یک ورق فلزی به عنوان قسمت پایین به طور قابل توجهی به خواص انتقال حرارت دستگاه کمک می کند.
- یک سوراخ در بالا و پایین دستگاه (در 2 اینچ در 4 اینچ یا تخته سه لا) سوراخ کنید تا به عنوان جریان ورودی و خروجی هوا عمل کند.
- جعبه باید در امتداد تمام لبه ها آب بندی شود تا از نشت هوا از سیستم جلوگیری شود
- برای کاهش میزان حرارت خروجی از واحد می توان عایق اضافه کرد. عایق در امتداد دیوارهای داخلی قرار می گیرد و می توان دومین کاربرد درزگیر را در امتداد لبه ها اعمال کرد.
- با قرار دادن قطعات اضافی 2 اینچ در 4 اینچ عمود بر جریان هوا که تمام عرض واحد را نمی‌پوشانند اما به طور متناوب بین دیوارهای «چپ» و «راست» لمس می‌کنند، بافل‌ها را اضافه کنید.
- جعبه و بافل ها را با استفاده از رنگ مات سیاه کنید
- شیشه یا پلکسی گلاس را طوری قرار دهید که دستگاه را محصور کند و ارتفاع بافل ها را تنظیم کنید تا یک تناسب محکم با شیشه ایجاد کنید. این کار را می توان با استفاده از کاغذ ماسه یا افزودن درزگیر در صورت لزوم انجام داد
- ورق شیشه یا پلکسی گلاس را در بالای دستگاه قرار دهید تا جعبه کامل شود و سیستم محصور شود. مواد را با استفاده از تریم آلومینیومی "L" ببندید.
طراحی دهانه پایین [7]
- شبیه به طراحی قوطی پاپ.
- ابعاد یونیت را تعیین کنید و باکسی به تعداد ردیف های سرریز و عایق بندی در امتداد دیوارها بسازید (افزودن عایق به جعبه چوبی حرارت بسیار کمی می افزاید و هزینه را افزایش می دهد).
- یک سوراخ در بالا و پایین دستگاه (در 2 اینچ در 4 اینچ یا تخته سه لا) سوراخ کنید تا به عنوان جریان ورودی و خروجی هوا عمل کند.
- جعبه باید در امتداد تمام لبه ها آب بندی شود تا از نشت هوا از سیستم جلوگیری شود
- برای کاهش میزان حرارت خروجی از واحد می توان عایق اضافه کرد. عایق در امتداد دیوارهای داخلی قرار می گیرد و می توان دومین کاربرد درزگیر را در امتداد لبه ها اعمال کرد.
- با قرار دادن قطعات اضافی 2 اینچ در 4 اینچ عمود بر جریان هوا که تمام عرض واحد را نمی‌پوشانند اما به طور متناوب بین دیوارهای «چپ» و «راست» لمس می‌کنند، بافل‌ها را اضافه کنید.
- جعبه و بافل ها را با استفاده از رنگ مات سیاه کنید
- شیشه یا پلکسی گلاس را طوری قرار دهید که دستگاه را محصور کند و ارتفاع بافل ها را تنظیم کنید تا یک تناسب محکم با شیشه ایجاد کنید. این کار را می توان با استفاده از کاغذ ماسه یا افزودن درزگیر در صورت لزوم انجام داد
- ورق شیشه یا پلکسی گلاس را در بالای دستگاه قرار دهید تا جعبه کامل شود و سیستم محصور شود. مواد را با استفاده از تریم آلومینیومی "L" ببندید.
مکان ها و زوایای بهینه
- Meteonorm - یک مرجع بصری برای درک میزان انرژی که موقعیت جغرافیایی شما از خورشید دریافت می کند ارائه می دهد
- مسیر یاب خورشیدی - به تعیین زاویه ای که کلکتور باید بر اساس موقعیت مکانی شما قرار گیرد کمک می کند
- پایگاه آب و هوا - دارای یک پایگاه داده بزرگ از داده های دما و آب و هوا است که می تواند در یادگیری بیشتر در مورد نیازهای گرمایش و سرمایش شما مفید باشد.
- گزارش کارایی - بررسی کارایی بخاری های خورشیدی هوا در آب و هوای سرد
هزینه های تخمینی
هزینه ساخت یک بخاری هوای خورشیدی بسته به اینکه مواد "نو" خریداری شده باشند یا نجات یافته باشند، به طور قابل توجهی متفاوت است. علاوه بر این، تصمیم بین شیشه و پلکسی تاثیر بسیار زیادی بر هزینه کل سیستم دارد. در نهایت، عوامل دیگری مانند استفاده از فن، پنل‌های خورشیدی ، باتری پشتیبان، سیم‌ها و ورق‌های فلزی وجود دارند که می‌توانند در طراحی گنجانده شوند و قطعاً بودجه را افزایش می‌دهند.
| مورد | هزینه |
|---|---|
| تخته سه لا | 20 دلار |
| تیرهای چوبی | 15 دلار |
| شیشه یا پلکسی گلاس | 40 دلار |
| درزگیر | 5 دلار |
| عایق | 5 دلار |
| رنگ سیاه | 5 دلار |
| تریم آلومینیومی "L". | 3 دلار |
| پیچ | 2 دلار |
به طور کلی، یک سیستم پایه را می توان با تقریباً 95 دلار ساخت، که به راحتی می توان با کاردانی در هنگام جمع آوری اجزا، این هزینه را کاهش داد. به عنوان مثال، این یک بخاری خورشیدی را ببینید که با استفاده از مواد بازیافتی ساخته شده است: بخاری خورشیدی DIY در Love and Trash .
مشکلات طراحی
همرفت طبیعی در طول یک روز آفتابی به بخاری اجازه می دهد تا هوای خنک را از اتاق شما بیرون بکشد، آن را گرم کرده و به عنوان هوای گرم به داخل اتاق بازگرداند. در شب و در روزهای ابری تاریک برعکس است. بخاری هوا را از اتاق شما به داخل "هیتر" می کشد و آن را خنک می کند و دوباره به اتاق شما می افتد. یک بخاری خورشیدی باید دارای قابلیت مسدود کردن کامل جریان هوا باشد. برای اینکه این بخاری 100% برای افرادی که در خانه نیستند واقعا قابل استفاده باشد، بخاری باید این قابلیت را داشته باشد که دریچه مهر و موم شده را در زمانی که دما به دمای بالاتر از اتاق می رسد، بدون تعامل انسانی باز کند. همین کار را باید با بخاری های مجهز به فن انجام داد. فن باید به طور خودکار روشن و خاموش شود. تا زمانی که این مسائل به روشی اقتصادی حل نشود، بخاری های خورشیدی کاربرد گسترده ای پیدا نخواهند کرد.
ادعای بالا درست نیست زیرا اگر درست باشد که وقتی اتاق گرمتر از هوای داخل بخاری بود جریان هوای معکوس ایجاد می شد، گرمای خارج شده از هوای اتاق در جریان جریان هوای معکوس در داخل بخاری حفظ می شد. فقط برای مدت کوتاهی که در نهایت در همان محیط خارج از بخاری هوا منتشر می شود. چنین محیطی در اطراف بخاری البته داخل اتاقی است که بخاری در آن قرار دارد.
برای رسیدگی به احتمال جریان هوای معکوس، ابتدا در نظر بگیرید که هوای گرم باید از طریق هوای خنک‌تر بخاری بالا برود، اما اگر هوا در مسیر بالا خنک‌تر از اتاق سردتر شود، هوا نمی‌تواند جاری شدن
برای در نظر گرفتن جریان هوای رو به پایین، بله درست است که هوای سرد زمانی که توسط هوای گرمتر جابه جا می شود، ته نشین می شود. بخاری هوای خنک‌تری نخواهد داشت، زیرا فرض می‌کنیم بخاری کاملاً داخل اتاق است و بنابراین نمی‌توان گرما را نسبت به اتاق از دست داد، زیرا اگر گرما را قطع کند، گرما را به اتاق می‌دهد. اتاق اگر بخاری سطح پلاستیکی خود را با یک پنجره بیرونی به اشتراک بگذارد، ممکن است در شب جریانی وجود داشته باشد زیرا گرمای داخل بخاری از طریق پنجره ای که به عنوان مبدل حرارتی عمل می کند به بیرون مبادله می شود.
طرح های جایگزین
برای افزایش دوام دستگاه، می توان یک پوشش محافظ به شیشه اضافه کرد تا عمر مورد انتظار آن را به دلیل وجود عناصر بهبود بخشد.
همچنین می توانید با افزودن دفلکتورها به قوطی های پاپ، تلاطم جریان هوا را افزایش دهید. این باید به افزایش انتقال حرارت از فلز به هوا کمک کند.
همچنین، در صورت تمایل با هر یک از انجمن های آنلاین زیر در مورد بخاری های خورشیدی مشورت کنید یا در آن مشارکت کنید:
فیلم های
در اینجا چند فیلم آموزشی وجود دارد که به شما کمک می کند تا یک بخاری خورشیدی بسازید و شاید حتی برای بهبود طرح ها الهام بگیرید.
منابع
- ↑ http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/AE_solar_air_heater.html
- ↑ http://webarchive.nationalarchives.gov.uk/+/http://www.berr.gov.uk/files/file11250.pdf
- ↑ http://www.coloradowindpower.com/page.php?26
- ↑ http://web.archive.org/web/20140407005834/http://transitionvictoria.ning.com:80/group/greenenergy/forum/topics/solar-air-heater-materials-and
- ↑ http://greenterrafirma.com/solar-air-heating.html
- ↑ http://web.archive.org/web/20200216100355/http://www.solarsponge.com:80/article.htm
- ↑ http://web.archive.org/web/20200216100355/http://www.solarsponge.com:80/article.htm