انرژی خورشیدی و کاربرد های آن در گرمایش،سرمایش و ذخیره سازی انرژی (فصل چهارم: ذخیره انرژی خورشیدی)

مقدمه

اهمیت انرژی در عصر ما به اندازه ای است که، کمبود آن را به بحران انرژی تعبیر می کنند. وجود بحران انرژی به معنای از کار افتادن تدریجی کارخانجات و نیروگاهها، اختلال در حمل و نقل، ایجاد صف اتومبیل در جایگاههای فروش بنزین، تعطیل شدن مدارس در زمستان، زمین گیر شدن هواپیماها و ... می باشد. در صد سال گذشته، وابستگی به انرژی به شدت افزایش یافته است و ما به شدت به سوخت های فسیلی که رو به پایان هستند، وابسته شده ایم. در حال حاضر نفت، گاز و زغال سنگ ۸۰ درصد از انرژی مصرفی جهان را تامین میکنند. مصرف انرژی در پنجاه سال گذشته بیشتر از مصرف انرژی در دو قرن پیش از آن بوده است. سازمان اطلاعات انرژی آمریکا پیش‌بینی کرده است، مصرف انرژی جهان تا سال ۲۰۳۰ درحدود ۵۷ درصد افزایش داشته باشد. با توجه به معضلات سوختهای فسیلی (آلودگی محیط زیست، منابع محدود و پایان پذیر، تجدید ناپذیری و تأثیر مستقیم سیاست بر آن) دنیا به انرژی های نو شامل خورشید، باد (برای ماشینهای بادی امروزی)، بیو انرژی، زمین گرمایی، هیدروژن، انرژی  هسته ای و ... تمایل نشان داده است.

نیروی خورشیدی از طبیعت سرچشمه می‌گیرد و چون انسان در تولید آن دخالتی ندارد، آلودگی ایجاد نمی‌کند. فناوری ساده، کاهش آلودگی هوا و محیط زیست و از همه مهمتر ذخیره شدن سوختهای فسیلی برای آینده با تبدیل آنها به مواد اساسی زندگی با استفاده از تکنیک پتروشیمی، از دلایل لزوم استفاده از انرژی خورشیدی هستند.

     مطلب پیشنهادی (مواد تغییر فاز دهنده):

     تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

 خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشأ تمام انرژیهای دیگر است. طبق برآوردهای علمی در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است، این کره نورانی را می‌توان بعنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد. قطر خورشید ۱۰۹× ۳۹/۱ متر است، میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می‌باشد که تابش از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه سانتیگراد، به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می‌شود. با اندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد که حدود۱۰۱۱*۸/۱ مگا وات می باشد. البته تمام این انرژی به سطح زمین که در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است نمی‌رسد، مقداری از آن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد حدود ۱ کیلو وات بر متر مربع است.

مهمترین موضوع در انرژی خورشیدی، جذب و ذخیره آن است. جذب انرژی خورشیدی توسط کلکتورهای مختلف برای اهداف متفاوتی از جمله: تولید برق، گرمایش آب، گرمایش فضا و ... صورت می گیرد.

فراوانی و ارزان بودن انرژی در بعضی از ساعات شبانه روز از دلایل مهم ذخیره انرژی است. انرژی خورشیدی در روز به وفور یافت می شود ولی یکی از اشکالات مهم این انرژی عدم دسترسی به آن در شب می باشد. به کمک ذخیره انرژی می توان از این انرژی در ساعات نبود خورشید نیز بهره برد. در بعضی کشورها مثل چین که بیشتر از انرژی الکتریکی برای گرمایش منازل استفاده می شود، با توجه به ارزان بودن انرژی الکتریکی در روز و گران بودن تعرفه در شب حدود ۵/۱ برابر (به دلیل ساعات اوج مصرف )، ذخیره انرژی از راهکارهای مهم به شمار می آید.

ذخیره انرژی به شکلهای مکانیکی، الکتریکی و حرارتی صورت می گیرد. ذخیره انرژی حرارتی به شکل محسوس (از طریق گرمای ویژه موادی مانند آب، زمین و ...) و نهان (از طریق تغییر فاز موادی مانند پارافین، هیدراتهای نمک  و ...) انجام می گیرد.

تاریخچه

انسان از زمانهای دور از نور و گرمای خورشید استفاده می‌کرده است. هزاران سال قبل، انسانهای نخستین آموختند که چگونه پوست حیوانات و گیاهان خوردنی را زیر نور خورشید خشک کنند. آنها کم کم فهمیدند که اگر غار محل زندگیشان رو به آفتاب باشد، در ماههای سرد زمستان گرمتر باقی می‌ماند. حدود ۳۰۰ سال قبل، یک دانشمند سوئیسی آب گرمکنی ساخت که با استفاده از انرژی خورشید آب را گرم می‌کرد، این آب گرمکن ، جعبه‌ای چوبی بود که درب شیشه‌ای و کف سیاه و تیره داشت. قسمت سیاه، گرمای خورشید را جذب کرده و آب را گرم می‌کرد و دمای آن را به حدود ۸۸  درجه سانتیگراد می‌رساند. حدود دویست سال قبل نیز در فرانسه از پرتوهای خورشید برای جوش آوردن آب یک دیگ بخار برای راه اندازی یک دستگاه چاپ روزنامه استفاده می‌کردند. استفاده از انرژی خورشیدی در قرن معاصر پس از بحران انرژی در سال۱۹۷۳ عمومیت پیدا کرد و بعد از آن، مسائل زیست محیطی وگازهای گلخانه ای باعث شد تا از سال ۱۹۹۰ به طور جدی به انرژی خورشیدی پرداخته شود. 

استفاده از یخ رودخانه ها و دریاچه ها، ذخیره آن در انباری مجزا و استفاده از آن در طول سال (برای محافظت از غذا، نوشیدنی خنک و تهویه مطبوع)، قدیمی ترین شکل ذخیره انرژی به حساب می آید. حتی امروزه در قرن ۲۱، تهویه مطبوع ساختمان پارلمان مجارستان در بوداپست در تابستان، توسط دریاجه بالاتن  که در زمستان یخ می زند، انجام می شود. در اواسط قرن ۱۹ استفاده از باتریهایی که به صورت شیمیایی شارژ می شدند، عمومیت داشت. این باتریها توان لازم برای تلگراف، نور و وسایل الکتریکی دیگر را فراهم می کردند. در سال ۱۸۹۰ ایستگاههای مرکزی ( حاوی باتریهای شیمیایی) هر دو نوع انرژی، الکتریکی و گرمایی را فراهم می کردند. در سال ۱۸۹۶ مخترعی به نام یاران  ، از تانک ذخیره حرارتی (برای گرمایش آب با دمای کم در تاسیسات گرمایش) در شهر تولدو  بهره برد تا از گرمایش بیش از حد ایجاد شده به دلیل افزایش میزان مصرف برق در شهر استفاده نماید.

ذخیره انرژی با انرژی خورشیدی در هر دو نوع کاربرد، گرمایی و فوتو ولتائیک ارتباط نزدیکی دارد. تحقیقات بسیاری در ارتباط با این موضوع، پس از بحران انرژی انجام شده است. 

 روشهای ذخیره انرژی

 ذخیره انرژی به صورت مکانیکی

 این سیستم شامل ذخیره انرژی گرانشی، ذخیره توان آبی پمپ شده، ذخیره انرژی هوای فشرده شده و چرخ طیار می شود. ذخیره در زمانی که توان مورد نیاز کم می باشد، صورت می گیرد و در زمان احتیاج، از آن بهره برداری می شود.

ذخیره الکتریکی

انرژی الکتریکی از طریق باتری ذخیره می شود. باتری با اتصال به منبع الکتریکی مستقیم شارژ     می شود و در هنگام تخلیه انرژی شیمیایی آن به الکتریکی تبدیل می شود. کاربرد باتری در زمان افت توان و ذخیره انرژی الکتریکی تولید شده به وسیله توربین بادی یا فوتو ولتائیک می باشد. عمومی ترین نوع باتری های ذخیره سرب و   می باشد.

ذخیره انرژی حرارتی

ذخیره انرژی حرارتی به صورت تغییر در انرژی درونی مواد به شکل محسوس، نهان و ترموشیمیایی یا ترکیبی از آنها می باشد..

 ذخیره گرمای محسوس

انرژی به وسیله افزایش دما در جامد یا مایع ذخیره می شود. مقدار ذخیره گرمایی به گرمای ویژه، تغییر دما و مقدار ماده بستگی دارد. آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالا و ارزان بودن یکی از بهترین مواد برای این نوع ذخیره است. روغنها، نمکهای مذاب و فلزات مایع از دیگر موارد استفاده می باشند.

ذخیره گرمای نهان

این نوع ذخیره براساس جذب و آزاد کردن انرژی از طریق تغییر فاز از جامد به مایع یا مایع به گاز یا برعکس انجام می شود (توضیحات بیشتر در بخشهای بعدی ارائه می شود).

ذخیره انرژی ترموشیمیایی 

این نوع ذخیره براساس جذب و آزاد کردن انرژی از طریق شکست و تغییر شکل پیوند مولکولی در واکنش شیمیایی کاملاً برگشت پذیر انجام می شود. مقدار ماده، نوع واکنش و میزان تغییر، بر گرمای ذخیره شده تأثیر مستقیم دارند.

دیدگاه کلی ذخیره انرژی حرارتی 

در میان تکنیک های ذخیره گرمایی گفته شده، ذخیره انرژی به شکل نهان به دلیل چگالی بالای ذخیره انرژی و مشخصه های آن در ذخیره گرما در دمای ثابت به دلیل تغییر فاز، روشی قابل قبول تر می باشد. تغییر فاز می تواند به شکل: جامد جامد، جامد مایع، جامد گاز، مایع گاز و برعکس باشد. در تغییر فاز جامد جامد، گرما در تغییر از یک نوع کریستال به نوع دیگر ذخیره می شود. این تغییرات عموماً انرژی نهان کم و تغییر حجم کوچکی نسبت به تغییر فاز جامد مایع دارند. مهمترین مواد در این نوع تغییر فاز، محلول جامد آلی پنتا اریتول  (Kj/Kg۳۲۳= انرژی نهان و ۱۸۸= نقطه ذوب)، پنتا گلیسرین (Kj/Kg ۲۱۶= انرژی نهان وC۸۱= نقطه ذوب)، سولفات لیتیم (Kj/Kg ۲۱۴= انرژی نهان و ۵۷۸= نقطه ذوب) وKHF۲ (Kj/Kg ۱۳۵= انرژی نهان و C۱۹۶= نقطه ذوب) می باشد.

تغییر فاز جامد گاز و مایع گاز دارای گرمای نهان بیشتری هستند ولیکن تغییر فاز جامد مایع به دلیل تغییر حجم کمتر در خلال تغییر فاز، کاربرد بیشتری نسبت به جامد گاز دارد. انتقال انرژی گرمایی در هنگام تغییر فاز از جامد به مایع و یا مایع به جامد صورت می گیرد. مواد تغییر فاز دهنده  جامد مایع با جذب و آزاد کردن گرما دمایشان بالا و پایین می رود و در دمای تقریباً ثابتی در تغییر فاز، گرما جذب و یا آزاد می کنند. این مواد مقدار انرژی بیشتری (۱۴-۵ برابر) نسبت به مواد ذخیره انرژی محسوس، ذخیره می کنند.

مواد تغییر فاز دهنده به تنهایی برای انتقال گرما کافی نیستند، برای استفاده از این مواد به یک مبدل حرارتی بین منبع و ماده تغییر فاز دهنده نیاز است. این موضوع به علت پایین بودن ضریب پخش مواد تغییر فاز دهنده است.

ویژگیهای سیستم ذخیره نهان

هر سیستم ذخیره نهان حداقل بایستی سه مؤلفه زیر را دارا باشد: 

- مواد تغییر فاز دهنده مناسب با نقطه ذوب معین در رنج دمایی مطلوب

- سطح انتقال حرارت مناسب

- محفظه مناسب سازگار با مواد تغییر فاز دهنده

 ویژگیهای مواد تغییر فاز دهنده 

مواد تغییر فاز دهنده مورد استفاده در طرح ذخیره حرارتی بایستی دارای خواص شیمیایی، جنبشی و ترموفیزیکی مناسبی باشد که در زیر به آن اشاره می شود.

خواص حرارتی:

- دمای تغییر فاز مناسب با توجه به نوع کاربرد

- گرمای نهان بالا

- ضریب انتقال حرارت خوب

خواص فیزیکی:

- تعادل فازی مطلوب

- چگالی بالا

- پایین بودن تغییر حجم

- فشار بخار پایین

خواص جنبشی: 

- عدم فوق تبرید 

- نرخ کریستالیزه شدن مناسب

خواص شیمیایی: 

- پایداری شیمیایی

- سازگاری با ساختار مواد

- غیر سمی

- غیر قابل اشتعال

ویژگی های اقتصادی:

- در دسترس بودن

- هزینه پایین

دسته بندی مواد تغییر فاز دهنده 

  مواد تغییر فاز دهنده به سه دسته آلی ، غیرآلی  و اوتکتیک  تقسیم بندی می شوند.

مواد تغییر فاز دهنده آلی

مواد آلی به دو دسته پارافین ها و غیرپارافین ها تقسیم بندی شده اند. مواد آلی دارای ذوب متجانس ( همگون)، تشکیل دهنده هسته  و همچنین برای موادی که به عنوان پوشش آنها به کار می روند خورنده نیستند. مواد تغییر فاز دهنده آلی که برای گرمایش و سرمایش ساختمانها به کار می روند دارای نقطه ذوب ۳۲-۲۰ درجه سانتی گراد هستند.

دسته بندی مواد تغییر فاز دهنده 

پارافین ها

پارافین شامل ترکیبی از زنجیره مستقیم CH3-(CH2)-CH3 است. کریستالیزه شدن این زنجیره باعث آزاد شدن مقدار زیادی گرمای نهان می شود. با افزایش طول زنجیره، نقطه ذوب و گرمای نهان افزایش می یابد. پارافین به دلیل قابل دسترس بودن در محدوده وسیعی از دمای ذوب، یکی از بهترین انتخابها به عنوان مواد تغییر فاز دهنده برای ذخیره انرژی است. به علت ملاحظات اقتصادی، فقط پارافین های با خلوص صنعتی، قابلیت استفاده به عنوان مواد تغییر فاز دهنده در سیستمهای ذخیره گرمایی نهان را دارند. پارافین ایمن، قابل اطمینان، قابل پیش بینی، غیر خورنده و دارای هزینه کمتری می باشد. پارافین در دمای کمتر از۵۰۰ درجه سانتی گراد، از نظر شیمیایی خنثی و پایدار است، تغییرات حجم کمی در ذوب و فشار بخار پایینی در حالت ذوب دارد. پارافین ها به دلیل خواصی که در بالا گفته شد، معمولاً دارای سیکل انجماد ذوب طولانی هستند. علاوه بر خواص فوق، ذوب متجانس و تشکیل دهنده هسته، دو ویژگی مهم پارافین ها می باشد. از اشکالات پارافین می توان به ضریب رسانش پایین، کمی اشتعال پذیر و ناسازگاری با محفظه پلاستیکی اشاره کرد، این اشکالات با کمی تغییر در واکس پارافین و واحد ذخیره برطرف می شود. در جدول ۴-۱ لیستی از پارافین های منتخب با نقطه ذوب و گرمای نهان ارائه شده است. پارافین ها از نظر پیشنهاد برای طرحها به سه دسته (I) خوب، (II) متوسط، (III) ضعیف دسته بندی شده اند.

جدول 4-1: نقطه ذوب و گرمای نهان پارافین ها

 غیر پارافین ها

غیرپارافین های آلی شامل تعداد بیشماری مواد با خواص متغیر هستند. برخی محققین، تحقیق وسیعی برروی مواد آلی انجام داده اند و سرانجام تعدادی از استرها ، اسیدهای چرب ، الکل  و گلیکول  را برای ذخیره انرژی مناسب دانستند. برخی خصوصیات این مواد عبارتند از: گرمای نهان بالا، اشتعال پذیر، ضریب رسانش پایین، نقطه اشتعال پایین، مقدار سمی بودن مختلف و ناسازگاری در دماهای بالا. جدول ۴-۲ برخی از غیرپارافین های آلی را ارائه کرده است.

جدول 4-2: نقطه ذوب و گرمای نهان غیر پارافین ها

مواد تغییر فاز دهنده غیر آلی

مواد غیرآلی به هیدراتهای نمک و فلزات تقسیم بندی می شوند. ترکیبات غیرآلی گرمای نهان بالایی در واحد جرم و حجم دارند، از نظر هزینه، ارزان قیمت هستند و در مقایسه با ترکیبات آلی اشتعال ناپذیرند. به هر حال این مواد دارای مشکلات تجزیه و فوق تبرید (که برروی خواص تغییر فاز تأثیر دارند) می باشند.

هیدراتهای نمک

فرمول عمومی هیدراتهای نمک به صورت AB-nH2o می باشد. انتقال فاز جامد مایع هیدراتهای نمک، در واقع آب زدایی از این ماده است. هیدراتهای نمک گروه بسیار مهمی از مواد تغییر فاز دهنده هستند که دارای خصوصیات زیر می باشند: گرمای نهان بالا در واحد حجم، رسانش حرارتی نسبتاً بالا، تغییرات کم حجم در هنگام ذوب، کمی سمی، ذوب متجانس، اختلاف چگالی آب و ماده ترکیبی با آن (که باعث ته نشین شدن در انتهای محفظه می شود) و تشکیل هسته ضعیف که باعث فوق تبرید می شود. جدول ۴-۳ لیستی از هیدراتهای نمک را ارائه می کند.

فلزات

این دسته از مواد شامل فلزات با ذوب پایین و فلزات اوتکتیک می شود. این فلزات به دلیل مشکل وزن، در تکنولوژی مواد تغییر فاز دهنده چندان جدی گرفته نشده اند. گرمای نهان بالا در واحد حجم و رسانش حرارتی بالا از خصوصیات این مواد است. در جدول ۴-۴ لیستی از این مواد ارائه شده است. اوتکتیک ها

اوتکتیک ترکیبی از دو یا چند عنصر با حداقل ذوب می باشد. اوتکتیکها تقریباً همیشه بدون آنکه تجزیه شوند فرآیند ذوب و انجماد را طی می کنند. جدول ۴-۵ لیستی از اوتکتیکها را ارائه می کند.

کپسوله کردن مواد تغییر فاز دهنده 

مواد تغییر فاز دهنده به دو روش کپسوله می شوند: ماکرو کپسوله  و میکرو کپسوله . در روش اول مواد تغییر فاز دهنده در لوله، کیسه، کره، صفحات و یا اجزای ساختمان بسته بندی می شود. ماکرو کپسوله ها دارای معایب، خرابی، نیاز به محافظت، ضریب انتقال حرارت ضعیف در حالت جامد و هزینه بالا می باشند. در روش دوم ذرات ریز مواد تغییر فاز دهنده با فیلم پلیمری با وزن مولکولی بالا (که بایستی سازگار با ساختار ماده ومواد تغییر فاز دهنده باشد) مخلوط می شود. میکرو کپسوله ها معایب ماکرو کپسوله ها را تا حد زیادی بر طرف کرده اند.

جدول 4-3: نقطه ذوب و گرمای نهان هیدراتهای نمک

جدول 4-4: نقطه ذوب و گرمای نهان فلزات

جدول 4-5: نقطه ذوب و گرمای نهان اوتکتیکها 

مواد تغییر فاز دهنده تجاری 

برای ذخیره گرمای نهان، مواد تغییر فاز دهنده های تجاری به دلیل در دسترس بودن و ارزان بودن به دیگر مواد ترجیح داده می شوند. خواص و رفتار ترموفیزیکی مواد تجاری با موادی که در مقالات و پژوهشها آمده است دارای اختلافاتی می باشد. بنابراین بررسی صحت این خواص (دمای ذوب، مقدار انرژی نهان و ظرفیت گرمایی ویژه) مهم می باشد.

تا سال ۱۹۹۰ تنها ۱۲ شرکت و اغلب در آمریکا، محصولات ذخیره حرارتی را تولید می کردند. مدولهای ذخیره حرارتی به شکل لوله های پلی اتیلن ، توپهای پلی الفین  تولید و از هگزاکلرید کلسیم ، سولفات سدیم  و پارافین به عنوان مواد تغییر فاز دهنده استفاده می شد. مواد ذخیره ای که با CaCl۲.۶H۲O ساخته می شدند، به مدت ۱۰ سال گارانتی داشتند، اما برای دیگر مواد گارانتی به مدت ۱ و ۲ سال بود. کمپانی هایی که امروزه در زمینه مواد ذخیره تغییر فازدهنده سرمایش و گرمایش فعالیت دارند، عبارتند از:

- Cristopia از فرانسه

- TEAP Energyاز استرالیا 

- Rubitherm GmbHاز آلمان 

- EPS Ltdاز انگلیس 

- PCM Thermal Solutions از آمریکا 

- Climatorاز سوئد 

- Mitsubishi chemicalاز ژاپن 

به علت تغییر فاز، این مواد معمولاً به شکل های مختلفی کپسوله می شوند. بررسی سازگاری شیمیایی مواد تغییر فاز دهنده دمای پایین، نشان داده است که فولاد ضد زنگ، پلی پروپلین و پلی لفین در اغلب موارد، برای پوشش کپسولهای مواد تغییر فاز دهنده قابل قبول است. مواد تغییر فاز دهنده در شکلهای کروی، استوانه ای و مستطیلی کپسوله می شوند. لیستی از مواد تغییر فاز دهنده تجاری که در ساختمان ها به عنوان ذخیره حرارتی کاربرد دارند و در بازاربین المللی قابل دسترس می باشند، در جدول ۴-۶ ارائه شده است.

مواد تغییر فاز دهنده کروی (الف)

مواد تغییر فاز دهنده استوانه ای (ب)

مواد تغییر فاز دهنده مستطیلی (ج)

جدول 4-6: مواد تغییر فاز دهنده تجاری  قابل دسترس در بازاربین المللی

مخزن ذخیره گرمای تجاری

در عمل، کمپانی ها یکسری واحدهای استاندارد را برای استفاده از این مواد تولید می کنند. این واحدهای استاندارد هریک برای کاربرد ویژه ای طراحی شده اند. جدول ۴-۷ اطلاعاتی مربوط به ابعاد و حجم های مخازن ذخیره گرمایی که بوسیلهCristopia  وEPS تولید شده اند را ارائه می کند

 سیستم های ذخیره انرژی حرارتی

 سیستم های گرمایش آب خورشیدی

آب در طول روز توسط انرژی خورشیدی به دست آمده از طریق کلکتور گرم می شود، گرما از آب به مواد تغییر فاز دهنده منتقل شده و از جامد به مایع تغییر فاز می دهد. در ساعاتی که خورشید وجود ندارد، گرمای ذخیره شده در مواد تغییر فاز دهنده به آب منتقل و از مایع به جامد تغییر فاز می دهد.

 سیستم های گرمایش هوای خورشیدی

کلیت این سیستم مانند سیستم گرمایش آب خورشیدی است که فقط سیال عامل آن به جای آب، هوا می باشد.

جدول 4-7: ابعاد و حجم های مخازن ذخیره 

اجاق خورشیدی

اجاق خورشیدی توسط منعکس کننده ها و صفحات جاذب، پخت و پزغذا را انجام می دهد. اما محدودیت اجاق خورشیدی در استفاده ازآن در بعد ازظهر وشب باعث شد تا محققین به فکر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (با دمای ذوب پیشنهادی۱۱۰-۱۰۵ درجه سانتی گراد) در جعبه اجاق خورشیدی برای ذخیره انرژی بیفتند.

 اجاق خورشیدی به همراه مواد تغییر فاز دهنده

گلخانه خورشیدی 

از مواد تغییر فاز دهنده در گلخانه برای ذخیره انرژی خورشیدی برای پرورش، تولید و خشک کردن گیاهان استفاده می شود.

واحد ذخیره انرژی در گلخانه

کاربردهای مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان

کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان دو هدف عمده را دنبال می کند:

- استفاده از گرمای طبیعی ( انرژی خورشیدی) به منظور گرمایش در شب زمستانی و سرمایش در شب تابستانی

- استفاده از منابع گرمایی یا سرمایی ساخت بشر

سه راه مختلف برای استفاده از مواد تغییر فاز دهنده برای گرمایش یا سرمایش ساختمان عبارتند از:

- مواد تغییر فاز دهنده در دیوارهای ساختمان

- مواد تغییر فاز دهنده در دیگر اجزای ساختمان

- مواد تغییر فاز دهنده در واحدهای ذخیره سرما و گرما

دو سیستم غیر فعال اول، گرما یا سرما ذخیره شده را وقتی که دمای داخل یا خارج بیشتر یا کمتر از نقطه ذوب می شود، به صورت خود به خود آزاد می کند. در سیستم سوم که گرما یا سرمای ذخیره شده به صورت کاملا ایزوله از ساختمان نگهداری می شوند، سیستمی فعال است. بنابراین در این سیستم فقط از گرما یا سرمای ذخیره شده مورد نیاز استفاده می شود (برخلاف دو سیستم قبلی که به شکل خود به خود و اتوماتیک استفاده می شد). با توجه به مکان ونوع وسیله مواد تغییر فاز دهنده به کاربرده شده، از مواد تغییر فاز دهنده با نقطه ذوب مطلوب استفاده می شود. بازار برای مواد تغییر فاز دهنده تجاری مورد نیاز در محدوده نقطه ذوب ۲۵-۵ درجه سانتی گراد دچار کمبود است، خصوصاً بین محدوده دمایی ۲۰-۱۵ درجه سانتی گراد که محصولات آنتالپی پایینی دارند. اغلب مواد تغییر فاز دهنده اصلی در محدوده ۲۵-۲۲  درجه سانتی گراد هستند که مورد قبول متخصصان در سیستمهای غیرفعال در ساختمان است.

وسایل ذخیره انرژی نهان برای گرمایش و سرمایش ساختمان عبارتند از:

 مواد تغییر فاز دهنده به شکل دیوار ترامب 

در دیوار ترامب انرژی به صورت غیرمستقیم ذخیره می شود. این دیوار به شکل یک دیوار بنایی در ضلع جنوبی ساختمان با یک یا دو لایه شیشه یا پلاستیک ( در وجهی که خورشید به آن تابش دارد) در فاصله ۱۰ سانتی متری از سطح دیوار، ساخته می شود. گرمای خورشید در فضای بین شیشه و دیوار جمع می شود. سطح بیرونی دیوار برای جذب گرما سیاه رنگ است و گرما در جرم دیوار ذخیره می شود. وقتی دمای داخلی کمتر از دمای دیوار ترامب می شود، گرما از دیوار به اتاق انتقال می یابد. برای جلوگیری از اتلاف گرما درشب، از پوشش عایق برای فضای بین شیشه و دیوار استفاده می شود. در گذشته از دیوارهای ترامب با ذخیره انرژی محسوس استفاده می شده است، اما اکنون مواد تغییر فاز دهنده به دلیل پتانسیل بالای ذخیره انرژی به شکل نهان کاربرد بیشتری دارد. دیوار پرشده از مواد تغییر فاز دهنده، در مجاور پنجره در ضلع جنوبی ساختمان قرار می گیرد، مواد تغییر فاز دهنده در روز با تشعشع خورشید ذوب می شود و در شب گرما با انجماد مواد تغییر فاز دهنده به اتاق داده می شود. دیوارهای ساخته شده از مواد تغییر فاز دهنده علاوه بر پتانسیل بالای ذخیره، حجم و وزن کمتری نسبت به دیوارهای ترامب آبی و ... دارند. از هیدراتهای نمک و هیدروکربنها به عنوان مواد تغییر فاز دهنده در دیوارهای ترامب استفاده می شود.

 کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان

 نمونه ای از دیوار ترامب

مواد تغییر فاز دهنده به شکل شاتر 

در این طرح، شاتر شامل مواد تغییر فاز دهنده در سطح بیرونی پنجره قرار می گیرد. در روز شاتر باز شده و سطح خارجی آن در مقابل تشعشع خورشید قرار می گیرد و مواد تغییر فاز دهنده با گرمای جذب شده ذوب می شود. در شب شاتر بسته شده و گرما از سطح دیگر آن به فضای مورد نظر منتقل می شود. 

مواد تغییر فاز دهنده به شکل بلوکهای ساختمانی 

استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در بلوکهای ساختمانی باعث می شود که مقدار حرارت زیادی در این بلوکها ذخیره شود بدون اینکه این تغییر ساختار، باعث افزایش حجم یا جرم شود. از مواد تغییر فاز دهنده مورد استفاده در این بلوکها می توان از بوتیل ، دودکانل ، پارافین، تترادکانل  نام برد.

مواد تغییر فاز دهنده به شکل شاتر

دیوارهای پیش ساخته مجهز به مواد تغییر فاز دهنده 

این دیوارها به دلیل ارزانی و کاربرد در بسیاری از موارد، یکی از مناسب ترین راهها برای کپسوله کردن مواد تغییر فاز دهنده است. در فرآیند تولید این دیوارها، مواد تغییر فاز دهنده مایع به گچ تخته اضافه می شود. این فرآیند به دو صورت میکروکپسوله و ماکرو کپسوله انجام می شود که صورت اول کاربرد تجاری بیشتری دارد.

سیستمهای گرمایشی کف اتاق

چگالی موادی مانند بتن در کف اتاق باعث نوسان دمای اتاق می شود، در حالیکه اگر ازمواد تغییر فاز دهنده استفاده شود علاوه بر ذخیره انرژی بیشتر، محدوده دمایی آسایش انسان نیز بهبود می یابد.

 دیوار پیش ساخته به روش میکرو کپسوله

تخته های سقفی 

سقف مانند کف اتاق از اجزای مهم ساختمان در گرمایش و سرمایش است. با به کاربردن مواد تغییر فاز دهنده (با محدوده دمای ذوب ۳۰-۲۰ درجه سانتی گراد) در تخته های سقفی به کاهش مصرف انرژی در ساعات اوج مصرف کمک فراوانی می شود، بدین صورت که در زمانهای غیر از ساعات اوج مصرف، مواد تغییر فاز دهنده، انرژی را ذخیره می کند و در ساعات اوج مصرف از این انرژی استفاده می شود.

کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در دیگر زمینه ها

- کاربرد در زمینه مواد غذایی

حفظ دمای غذا در فاصله بین تولید و سرو کردن، از مشکلات عمده تولیدکنندگان مواد غذایی است که کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در این زمینه مشکلات عمده حفظ دمای غذا را تا لحظه تحویل حل می‌نماید.

- کاربرد در زمینه پزشکی- دارویی

در روزهای گرم تابستانی، هنگامی که ذخیره خون در بیمارستان به شدت کاهش می‌یابد، خیلی از بیمارستانها نیاز به تهیه خون از بانکهای خون دوردست دارند. در حال حاضر انتقال خونهای مورد نیاز توسط سیستمهای بسیار مجهز و پیچیده‌ای که باعث ایجاد حفظ دمای خون در محدوده خاصی می‌شوند، حمل‌ونقل می‌شوند. قیمت تمام شده این سیستم بسیار بالا می‌باشد و در صورت یخ ‌زدگی یا گرمایش بیش از حد، خون فاسد و غیرقابل استفاده می‌شود. با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده با محدود کردن دمای خون در محدوده مجاز، می‌توان با هزینه کم عمل انتقال خون از بانک به بیمارستان را صورت داد.

- خنک‌سازی کامپیوترهای لپ‌تاپ

- خنک‌سازی فضای داخلی کلاه‌کاسکت 

- کاربردهای فضایی در خارج جو زمین

انرژی خورشیدی و کاربرد های آن در گرمایش،سرمایش و ذخیره سازی انرژی (فصل اول: انرژی خورشیدی)

انرژی خورشیدی و کاربرد های آن در گرمایش،سرمایش و ذخیره سازی انرژی (فصل دوم: گرمایش خورشیدی)

انرژی خورشیدی و کاربرد های آن در گرمایش،سرمایش و ذخیره سازی انرژی (فصل سوم: سرمایش خورشیدی)

تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

 "پایان نامه مهندسی مکانیک مقطع کارشناسی ارشد - گرایش تبدیل انرژی" تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره­ کننده ­های حرارتی PCM   تهیه شده بصورت کاملا انحصاری توسط ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 449000 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مکانیک شکست (Fracture Mechanics)

مقدمه : یکی از عمده ‌ترین مسائلی که انسان از زمان ساختن ساده‌ترین ابزارها با آن مواجه بوده است پدیده شکست در اجسام می‌باشد و درواقع برای استفاده از مواد ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مفهوم اگزرژی (Exergy)، کاربردهای اگزرژی در تحلیل سیستم، یک نمونه تحلیل اگزرژی

مفهوم اگزرژی و کاربرد‌های اگزرژی در تحلیل سیستم: زمانی که قانون اول ترمودینامیک به عنوان اصل بقای انرژی بیان می شود، با کمیت اشکال مختلف انرژی سروکار داریم. از دیدگاه ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن ترجمه: 16

گروه: پایان نامه

Stable And Metastable State

مقدمه: گیبس در مقاله خود در سال 1873 به نام "روشی در توصیف هندسی خواص ترمودینامیکی مواد در سطوح" خلاصه ‌ای ابتدایی از قوانین معادله‌ی جدیدش را معرفی می‌کند که ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 89500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مطالعه عددی ذوب کردن در داخل حلقه‌های افقی متحد المرکز و خارج از مرکز

چکیده: این مقاله، به بررسی عددی روی ذوب مواد تغییرفازدهنده با استفاده از N-eicosane  در داخل یک سیلندر استوانه‌ای می‌پردازد. شبیه سازی عددی برای ذوب مواد تغییرفازدهنده  بین دو استوانه در حالت‌های متحدالمرکز و خارج از مرکز با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت که دمای اولیه‌ی آن C˚۱ است. استوانه‌ی داخلی، لوله‌ای با دیواره‌های داغ درنظر گرفته می‌شود در حالی‌که لوله‌ی ... [ ادامه مطلب ]

انرژی خورشیدی و کاربرد های آن در گرمایش،سرمایش و ذخیره سازی انرژی (فصل اول: انرژی خورشیدی)

خورشید منبع عظیم انرژی بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی ... [ ادامه مطلب ]

شبیه سازی عددی عملکرد حرارتی سیستم گرمایش از کف با مواد تغییر فاز محصور (PCM)

چکیده در مقاله حاضر، یک نوع از مواد تغییر فاز محصور گرمایش از کف آب گرم دما پایین و همچنین سیستم تابشی خورشیدی مورد بررسی یک ساختار ،PCM  قرار گرفته است . برای به دست آوردن بهترین عملکرد خواص جدید گرمایش ی طراحی گردیده که در آن لوله های انتقال حرارت در یک لایه محصور مواد تغییر فاز بدون بتن ریزی ... [ ادامه مطلب ]

دینامیک سیالات محاسباتی‎

فصل اول (معرفی CFD): برای حل جریان حول یک هندسه دلخواه از این روش ها استفاده می شود: روش تجربی، روش تحلیلی، روش عددی یا CFD هر یک از این روش ها کاربرد خاص خود را دارد و از مزایا و معایب خود برخوردار است.در روش تجربی از آزمایشگاه و تونل باد گرفته تا تست های واقعی پرواز استفاده می شود ... [ ادامه مطلب ]

اثبات ریاضی روابط پتانسیل شیمیایی

... [ ادامه مطلب ]

بررسی عددی اثر نرخ کرنش بر پیش بینی آسیب به کمک معیارحدشکل‌دهی دینامیکی در فرآیند شکل‌دهی ورق‌های فلزی با سرعت بالا

... [ ادامه مطلب ]

دستورالعمل طراحی و محاسبه سیستم روشنایی

 مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 30

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل طراحی مخزن فلزی هوایی بر اساس آیین نامه AISC با در نظر گرفتن نیروی باد و زلرله

 فایل پیش رو اکسل طراحی مخزن فلزی هوایی می باشد که بر اساس آیین نامه AISC و با در نظر گرفتن نیروی باد و زلرله محاسبات را انجام داده و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل تحلیل اتصال برشی دارای خروج از مرکزیت برای گروه پیچ

 این برنامه ظرفیت برشی اتصال پیچ و مهره ای دارای خروج از مرکزیت برای گروه پیچ را محاسبه می کند، ابزاری مناسب برای طراحی صفحات gusset و اتصالات پیچ و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل طراحی روسازی آسفالتی بر مبنای آیین نامه آشتو و استفاده از آزمایش ظرفیت باربری کالیفرنیا

 فایل پیش رو اکسل طراحی روسازی آسفالتی بر مبنای آیین نامه آشتو می باشد که با استفاده از نتایج آزمایش ظرفیت باربری کالیفرنیا CBR اطلاعات ورودی را تحلیل و نتایج را ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

طراحی ابعاد و سازه شالوده های عمیق (شمع ها و پایه های عمیق) در خشکی

 مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 27

گروه: دستورالعمل طراحی

تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیر بتن مسلح تقویت شده با FRP توسط Finite Element Method

 "پایان نامه مهندسی عمران مقطع کارشناسی ارشد - گرایش سازه" تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیر بتن مسلح تقویت شده با FRP توسط Finite Element Method   مشخصات کلی: شامل فایلهای word و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

بررسی پارامترهای هندسی مهاربند زانویی

 "پروژه دانشجویی مهندسی عمران" بررسی پارامترهای هندسی مهاربند زانویی   مشخصات کلی: شامل فایلهای word و pdf بالغ بر 146 صفحه (4 فصل) فهرست مطالب فصل اول 1-1- مقدمه 1-2- شکل پذیری سازه ها 1-3- مفصل و لنگر پلاستیک 1-4- منحنی ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

شناسایی و رتبه بندی دلایل انحراف از هزینه پیش بینی شده و ارائه راهکارهای کاهش آن: مطالعه موردی پروژه های "پتروشیمی الف"

  "پایان نامه مهندسی عمران مقطع کارشناسی ارشد - گرایش مهندسی و مدیریت ساخت"   شناسایی و رتبه بندی دلایل انحراف از هزینه پیش بینی شده و ارائه راهکارهای کاهش آن: مطالعه ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 259500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل جامع طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله)

فایل اکسل طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله) دیوار حائل یا سازه نگهبان بنایی است که به منظور تحمل بارهای جانبی ناشی از خاکریز پشت دیوار، سازه مجاور، ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون تجهیزات افقی، قائم و پیت (Air Separation Units, Heat Exchangers, Drums, Pits...)

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات: Air Separation Units, Heat Exchangers, Horizontal & Vertical Drums, Pits پالایشگاه ها و مجتمعهای پتروشیمی مجموعه هایی متشکل از تجهیزات گوناگون صنعتی هستند؛ تجهیزاتی ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی