گزارش سیستم گرمایش آب خورشیدی مجموعه سیمرغ – واحد زیاران  حمام مرکزی

مقدمه:

تولید آب گرم مصرفی از اقتصادی ترین روش های استفاده از انرژی خورشید است. می توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکانهایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد و چنانچه ظرفیت این سیستم ها افزایش یابد می توان از آنها در حمام های خورشیدی نیز استفاده نمود. تا کنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آبگرمکن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور نصب و راه اندازی شده است.

در این گزارش ابتدا چگونگی تاثیرگذاری حرارت بر روی آب یا بطور کلی سیال مورد بررسی قرار گرفته و سپس به بررسی سیستم آبگرم خورشیدی نصب شده در فارم شماره ۶ مجموعه زیاران پرداخته خواهد شد.

1. تاثیرگذاری حرارت بر روی آب

زمانی که انرژی حرارتی به یک مایع (سیال) منتقل گردد به شرط اینکه سیال تغییر حالت ندهد (مثلاً تغییر از حالت مایع به گاز یا بخار) دمای آن افزایش خواهد یافت. این واقعیت ساده با تجربیات روزانه هرکس تطبیق می نمایند (در خلال فرآیند تغییر حالت سیال به گاز یا بخار، دمای سیال با انتقال حرارت ازدیاد نمی یابد، بلکه میزان سرعت انتقال حرارت به مایع، منجر به سرعت تغییر حالت از سیال به گاز یا بخار خواهد شد.) بهرحال هرگاه دو نوع مایع با جرم مساوی ولی با ترکیبات شیمیایی متفاوت مقدار یکسانی حرارت جذب نمایند معمولاً افزایش دمای آن دو مساوی نبوده و یکی از آنها تغییر دمای بیشتری نسبت به دیگری نشان خواهد داد. برخی از مایعات حرارت کمتری برای گرم شدن نیاز دارند این مطلب را می توانیم با یک مثال به سادگی توضیح دهیم؛ تصور نمایید یک واحد جرم از آب و یک واحد جرم از اتیلن گلیکول ( همان محلول شیمیایی که به عنوان ضد یخ در خودروها بکار می رود) هر دو یک واحد انرژی حرارتی جذب کنند، تغییر دمای اتیلن گلیکون تقریباً دو برابر تغییر دمای آب خواهد بود. حرارت مخصوص که معمولاً با علامت Cp نشان داده می شود عبارت است از چگونگی جواب دادن ماده تشکیل دهنده یک جسم معین به فرآیند جذب حرارت و یا دریافت حرارت از آن جسم. در فشار جو زمین(آتمسفر) و در دمای ۶۰ درجه فارنهایت (۵/۱۵ درجه سانتیگراد) دمای یک پوند(۴۵۴ گرم) آب با دریافت یک واحد حرارت در دستگاه اندازه گیری انگلیسی (B.T.U ) به اندازه تقریبی یک درجه فارنهایت افزایش می یابد. این موضوع را       می توان در معادله زیرخلاصه نمود.                  ۴۱۸۴  =Cp (آب)

(یک کالری = 184/۴ ژول و یک بی.تی.یو=۱۰۵۵ ژول در نتیجه یک، بی.تی.یو.=۲۵۲ کالری)

مقدار واقعی حرارت مخصوص آب، به مقدار اندکی با دمای آن تغییر می نماید. ولی در محدوده دمای صفر تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد، حرارت مخصوص آب در فشار یک اتمسفر تقریباً ثابت است. بنابراین برای اغلب برنامه های کاربردی این فرض که حرارت مخصوص آب ثابت می باشد، مشکل زا نخواهد بود. از سوی دیگر حرارت مخصوص اتیلن گلیکول معادل ۵۳% حرارت مخصوص آب می باشد.

بنابراین با مقایسه با سایر مایعات، سیال آب دارای حرارت مخصوص بسیار زیادی می باشد.آب می تواند مقدار زیادی انرژی حرارتی را جذب نموده یا از دست بدهد، بدون آنکه دچار تغییر دمای زیادی شود. به همین دلیل است که دمای هوا در کنار مقادیر زیاد آب (دریا و اقیانوس)، در مقایسه به دمای سطوح خشک زمین، به سمت مقادیر میانگین متمایل می باشد.آب با جذب نمودن حرارت، در هنگام افزایش دما و منتشر نمودن حرارت در هنگام کاهش دما، باعث تعدیل دمای هوای مجاور آن می گردد و این در حالی است که دمای خود آب در طول روز به مقدار اندکی تغییر می یابد. گرمای ویژه (حرارت مخصوص) یک نمونه از مایع، وابسته به تغییر دمای آن مایع بوده و با فرمول زیر نشان داده می شود:

به دلیل بالا بودن حرارت مخصوص آب، گرم کردن آن یکی از روشهای بسیار موثر درنگهداری و انتقال حرارت می باشد، روشی که اکثر مردم برای همین مقاصد بطور روزمره مورد استفاده قرار می دهند. بعنوان مثال گرم کردن یک گالن(۷۸۵/۳ لیتر ) آب، و رساندن آن از دمای اولیه ۶۰ درجه فارنهایت (۵/۱۵ درجه سانتیگراد) به نقطه جوش، نیاز به ۱۳۰۰ بی.تی.یو.(۳۷/۱ میلیون ژول) انرژی دارد.(این رقم را میتوان با بکار گرفتن فرمول بالا و با استفاده از واحدهای متریک ثابت نمود). به این نکته توجه داشته باشیم که یک گالن آب، حدود ۷۸۵/۳ کیلوگرم جرم یا وزن دارد)روش دیگر برای درک این مطلب، آن است که توجه نماییم، برای به جوش آمدن آب تحت شرایط مذکور، همان مقدار انرژی لازم است که یک لامپ رشته ای بتواند برای بیش از ۶ ساعت روشن بماند؛  البته با فرض اینکه کل انرژی صرف شده به منظور بالابردن دمای آب، بطورکامل جذب آب گردیده باشد. گرچه در عمل تمامی انرژی حرارتی به آب انتقال نمی یابد. مثلاً هنگام گرم کردن یک گالن آب روی اجاق آشپزخانه، مقداری حرارت در فضای آشپزخانه پخش گردیده و موجب بالا رفتن دمای فضای آشپزخانه خواهد شد. بنابراین رقم ۱۳۰۰ بی.تی.یو.(۳۷/۱ میلیون ژول) مقدار حداقل بوده و برای گرم کردن یک گالن آب در واقع مقدار بسیار بیشتری حرارت مورد نیاز می باشد. ولی حتی رقم ۱۳۰۰ بی.تی.یو. هم مقدار قابل ملاحضه‏ای انرژی را نشان می دهد. آنچه که بحث قبلی به خوبی نشان داد، این است که استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی برای گرم کردن آب(بجای سایر حامل های انرژی نظیر گاز،الکتریسیته یا نفت) می تواند تغییر عمده ای در الگوهای مصرف انرژی بوجود آورد. از آنجا که آبگرمکن های خورشیدی مقدار ناچیزی آلودگی ایجاد می نمایند و یا حتی ممکن است هیچ آلودگی ایجاد ننماید. بنابراین اثر نامطلوب زیست محیطی یکی از گسترده ترین و پرمصرف ترین فعالیت های همه روزه انسان ها، یعنی تهیه آبگرم مصرفی و گرمایش ساختمان ها به شدت کاهش می یابد.

2. آبگرمکن خورشیدی چیست؟

حفاظت از محیط زیست، جلوگیری از افزایش گرمای کره زمین، ذخیره منابع انرژی تجدید ناپذیر، کاهش هزینه های انرژی گرمایی، افزایش ضریب اطمینان و ایمنی، کاربرد آسان و راحت و دسترسی همیشگی به منبع انرژی از مهمترین دلایل استفاده از آبگرمکن های خورشیدی می­باشد. انرژی خورشید، با توجه به اینکه انرژی کاملا پاک و عاری از هرگونه آلودگی بوده و بعنوان منبع انرژی کاملا ارزان شناخته شده است، اهمیت بیشتری پیدا می کند. درکشورهایی نظیر کشور ما که میزان تابش خورشیدی در آن به            Kw-h 2000 در سال می رسد و در بسیاری از نقاط آن تعداد ساعات آفتابی از ۲۸۰۰ ساعت در سال تجاوز می کند، استفاده از انرژی خورشید، نه تنها ضروری بلکه اجتناب ناپذیر است. وسعت و شرایط جغرافیایی کشور، بافت اجتماعی، فراوانی و گستردگی روستاها که اغلب به صورت یک نقطه در دل کوهها و پهنه دشت ها قرار دارند و همچنین عدم برخورداری از تکنولوژی پیشرفته و مستقل برای تولید و توزیع انرژی به روشهای متداول امروزی و بسیاری دلایل دیگر نشان می دهند که اگر انرژی خورشیدی بر پایه و اساس علمی و فنی مورد استفاده قرار گیرد، منبع مطمئن و مداومی برای تامین انرژی کشور خواهد بود. روشهای گوناگونی برای استفاده از این انرژی پاک و لایزال الهی وجود دارد، اما گرم کردن آب با استفاده از آبگرمکنهای خورشیدی، شاید بعنوان آسانترین و اقتصادی ترین روش باشد. زیرا با داشتن دانش کافی درباره تابش خورشید، براحتی و بصورت بسیار موثرتر می توان انرژی خورشید را برای گرم کردن آب مصرفی منازل و حتی کاربرهای صنعتی  بکار برد. پیشرفتهای علمی روی آبگرمکنهای خورشیدی در دهه های اخیر رشد چشمگیری داشته است. این نوع آبگرمکنها نه تنها برای کاربردهای خانگی بلکه برای هتلها، بیمارستانها، ساختمانهای اداری، صنایعی مانند نساجی، کاغذ سازی، صنایع غذایی و حتی گرم کردن آب استخرهای شنا در زمستان کاربرد فراوانی پیدا کرده اند.

3. انواع سیستمهای آبگرمکن خورشیدی

۱-۳- سیستمهای چرخش طبیعی ( ترموسیفون )

با آنکه چندین دهه از ساخت نخستین آبگرمکن خورشیدی ترموسیفون می گذرد، اما با این حال یکی از تکنولوژیهای برتر برای بکارگیری انرژی خورشید استفاده از این نوع آبگرمکنها می باشد. کارایی بالا، سهولت ساخت، عدم حضور قطعات متحرک و عدم نیاز به نگهداری باعث برتری آبگرمکنهای ترموسیفون نسبت به نوع دیگر، یعنی آبگرمکنهای جابجایی اجباری شده است. در آبگرمکنهای خورشیدی چرخش طبیعی، مخزن ذخیره در ارتفاع مشخصی ( ۳۰ تا ۶۰ سانتیمتر ) نسبت به بالاترین قسمت گردآورنده قرار داده می شود تا از چرخش معکوس سیال در ساعاتی که تابش خورشید وجود ندارد، جلوگیری شود.

در اوایل صبح، تابش خورشید باعث گرم شدن گردآورنده می شود. سیال گرم داخل آن با جابجایی طبیعی بالا رفته، به مخزن ذخیره می رسد و آب سرد مخزن از پایین آن به داخل گردآورنده جاری می گردد. به این ترتیب چرخش طبیعی در جایی که تابش خورشید به اندازه کافی باشد، به خودی خود برقرار می شود و در صورت نبودن تابش کافی خورشید، بعلت اینکه نیروی شناوری رو به بالا نمی تواند بر افتهای اصطکاکی سیال داخل لوله غلبه کند، چرخش سیال متوقف می گردد.

این سیستمها به دو دسته مدار باز و بسته تقسیم می شوند. در سیستم مدار باز ( سیستم مستقیم ) آب به صورت مستقیم در میان گردآورنده جاری می باشد. این سیستم بسیار ساده، کارا و قابل اطمینان بوده ولی در شرایط آب و هوایی سرد و دماهای زیر صفر درجه کارایی خوبی ندارد، و یخ زدن آب داخل لوله ها ممکن است منجر به پارگی آنها شود. در سیستمهای مدار بسته ( غیر مستقیم ) معمولا سیالی غیر از آب که نقطه انجماد پایین تری دارد ( مانند مخلوط پروپیلن گلایکول و آب ) بکار گرفته می شود. این سیستمها دو چرخه جداگانه دارند که از طریق یک مبدل گرمایی به یکدیگر متصل شده اند، و این مبدل گرما را از سیال داخل گردآورنده به آب مصرفی منزل منتقل می کند.

۲-۳-آبگرمکنهای جابجایی اجباری

تفاوت اصلی این نوع سیستم با آبگرمکن ترموسیفون در اینست که سیال عامل داخل گردآورنده در این حالت توسط پمپ به گردش در می آید. مزیت اصلی این سیستم اینست که می توان مخزن ذخیره آنرا در موقعیت دلخواه و مناسب مثلا در فضای زیر شیروانی، داخل حمام و یا در اطراف سقف قرار گیرد.  این نوع سیستمها نیز به دو دسته مدار باز و بسته تقسیم می شوند. یک نمونه از این آبگرمکن در شکل زیر آورده شده است.

آبگرمکن خورشیدی با سیستم جابجایی اجباری

۳-۳-اجزاء آبگرمکن خورشیدی

یک آبگرمکن خورشیدی از اجزاء زیر تشکیل شده است:

۱- گردآورنده  ۲- مخزن ذخیره  ۳- مبدل گرمایی  ۴- کنترل کننده های اتوماتیک ۵- پمپ، لوله ها  شیرآلات و اتصالات

۱-۳-۳-گردآورنده صفحه تخت    (absorber)

گردآورنده ها را بطور کلی می توان به سه گروه عمده تقسیم نمود: گردآورنده های تخت، متمرکز کننده، لوله ای تحت خلا. مهمترین بخش هر آبگرمکن، گردآورنده است که کار اصلی آن جذب تابش خورشیدی و تبدیل آن به گرما و انتقال آن به سیال عامل جاری داخل لوله ها یا کانالها می باشد. در سیستمهای آبگرمکن خورشیدی معمولا از گردآورنده های صفحه تخت استفاده می شود. این نوع گردآورنده ساده ترین و متداولترین وسیله برای تبدیل انرژی تابشی خورشید به گرمای مفید است. یک گردآورنده خورشیدی را می توان به عنوان یک نمونه ویژه از مبدل گرمایی در نظر گرفت. البته گردآورنده های خورشیدی در مقایسه با سیستمهای مبدل گرمایی دارای تفاوتهایی می باشد. در مبدلهای گرمایی، گرما معمولا از طریق جابجایی یا هدایت به سیال دیگر منتقل می شود و انتقال گرما از طریق تابش در آنها بسیار ناچیز است درحالیکه در یک گردآورنده خورشیدی، انتقال حرارت از طریق تابش نقش اساسی دارد. میزان تابش انرژی خورشیدی بدون متمرکز کردن آن در بهترین شرایط عملی حدود w/m2 1100 است، و با شرایط جوی تغییر       می کند. با طراحی صحیح گردآورنده­های تخت معمولی می­توان دمای سیال خروجی از آنها را بنا بر نیاز به حدود ۱۰۰ درجه سانتیگراد بالاتر از دمای محیط رساند. متداولترین کاربرد گردآورندهای تخت عبارتست از گرم کردن آب مصرفی و فضای منازل، استفاده از آنها در تهویه مطبوع و بالاخره تهیه آب گرم یا هوای مورد نیاز در فرآیندهای صنعتی. گردآورنده های تخت را معمولا بطور ثابت نصب می کنند و به همین دلیل مشکلات مربوط به سیستمهای دنبال کننده خورشید که در گردآورنده های متمرکز کننده بکار می روند، ندارند.

صفحه جاذب اصلی ترین جزء گردآورنده می باشد، زیرا عمل جذب تابش خورشیدی و انتقال گرما به سیال عامل توسط این قسمت انجام می گیرد. صفحه جاذب باید دارای خواص انتقال حرارت خوب، ضریب هدایت حرارتی و ضریب جذب بالا و ضریب صدور پایین بوده و در دماهای بالا پایدار باشد. همچنین در مقابل خوردگی داخلی و خارجی نیز باید مقاوم باشد. خوردگی خارجی در نتیجه رطوبت موجود در محفظه گردآورنده بوجود می آید که این رطوبت از نشتی های اطراف محفظه، داخل شدن آب باران  یا در نتیجه قطرات چگالیده شده از شیشه بوجود می آید. ( صفحات فولادی حتی اگر روکش داشته باشند، باز هم در مقابل خوردگی خارجی حساسند ). خوردگی داخلی در اثر تماس سیال عامل با لوله ها یا حضور مواد نامتشابه در داخل لوله ها بوجود می آید. سیال عامل شامل مقدار زیادی اکسیژن می باشد و اگر سیستم کاملا آب بندی نشده باشد، ممکن است باعث اکسیژن زایی موادی همانند فولاد شود که در مقابل خوردگی مقاومت کمی دارد. موادی مانند مس، آلومینیوم و فولاد ضد زنگ در ساخت صفحات جاذب مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که این مواد به تنهایی جذب کننده های خیلی خوبی نیستند، با استفاده از روکش می توان قابلیت جذب صفحه را افزایش داد. به این پوششها که پوشش selective نیز می گویند، با افزایش کیفیت جذب برای تابش خورشیدی و عبور زیاد برای تابش با طول موج بلند بر روی زمینه هایی با صدور کم بکار می روند. بنابراین پوشش جاذب انرژی خورشیدی بوده و زمینه دارای صدور کمی از تابش موج بلند می شود.

۲-۳-۳-سیال انتقال دهنده گرما

سیال عامل گرما را از گردآورنده خورشیدی گرفته و آنرا بطور مستقیم  یا غیر مستقیم (از طریق مبدل گرمایی) به آب گرم تبدیل می کند. دمای سیال عامل در نتیجه اخذ گرما به تدریج افزایش می یابد. اگر دبی سیال عامل داخل گردآورنده کم باشد، دمای آن در اثر گرفتن  مقدار معینی گرما افزایش می یابد. در چنین حالتی حتی اگر گرما بطور کامل به سیال عامل منتقل شود، دمای متوسط گردآورنده افزایش خواهد یافت، در نتیجه اتلاف حرارتی به محیط افزایش یافته و کارایی گردآورنده پایین می آید. از طرفی اگر دبی جریان سیال عامل زیاد شود، با راندمان گردآورنده افزایش می یابد ولی ممکن است افزایش دمای مورد نظر حاصل نشود. بنابراین باید دبی بهینه جریان انتخاب شود. معمولترین سیال عامل مورد استفاده آب         می باشد. آب دارای ویژگیهای بسیار خوبی می باشد، ارزان قیمت بوده، براحتی در دسترس است، غیر سمی بوده و دارای گرمای ویژه نسبتا زیاد می باشد، اما در هوای سرد یخ می زند، در دمای نسبتا پایینی به جوش می آید و می تواند باعث خوردگی شود.به همین دلیل در اغلب موارد مخلوطی از آب و گلیکول به عنوان ضد یخ مورداستفاده قرار می گیرد،

۳-۳-۳-صفحات پوششی

کاهش افت گرمای جابجایی در گردآورنده ها بر عهده صفحه پوشش می باشد، که این عمل را با محدود کردن جریان هوا انجام می دهد. پوشش همچنین افت گرمای تابشی از صفحه جاذب را با بازتاباندن تابش گرمای صادر شده از صفحه جاذب کاهش می دهد. در ضمن بعنوان یک محافظ برای صفحه جاذب عمل نموده و از ورود آّب باران، گرد و غبار و … به داخل محفظه گردآورنده جلوگیری می کند.

۴-۳-۳-قاب گردآورنده

قاب گردآورنده اغلب از جنس آلومینیوم، فولاد و یا چوب ساخته می شود و در تعداد معدودی از گردآورنده ها از فایبر گلاس نیز استفاده می شود. اگر محفظه فلزی بکار برده شود، باید مسیرهای انتقال گرما از بخشهای گرم گردآورنده به محفظه را سد کرد. یعنی محفظه باید نسبت به صفحه جاذب، پوشش شیشه ای و فضاهای هوایی عایق کاری شود تا گرمای حاصله از طریق انتقال به محفظه تلف نگردد.

۵-۳-۳-مخزن ذخیره

مخزن ذخیره در آبگرمکن های خورشیدی باید آب داغ را در خود نگه دارد، بدون اینکه دچار خوردگی شود. همچنین باید در مقابل فشار وارده مقاومت کافی داشته باشد. جنس مخازن بکار رفته در آبگرمکن های خورشیدی معمولا از فولاد و مس بوده و گاهی اوقات از فایبر گلاس نیز استفاده می شود. این مخازن توسط پشم شیشه و یا پلی یورتان به ضخامت ۱۰ الی ۲۰ سانتیمتر عایق می شوند. اندازه مخازن از چند صد لیتر تا چند متر مکعب متغیر است.

۶-۳-۳-عایق­بندی حرارتی

گردآورنده، لوله های اتصال و مخزن ذخیره را برای کاهش اتلاف حرارت باید با ماده مناسبی عایق نمود. نوع عایقی که در گردآورنده های تولید داخلی بکار می رود، بیشتر از جنس پشم سنگ، پشم شیشه و پلی یورتان می باشد. برای مخازن ذخیره، فوم پلی یورتان و پلی استایرین برای عایق بندی بکار گرفته می شوند.

۷-۳-۳-مزیت رقابتی آبگرمکن های خورشیدی

امروزه کیفیت و کارایی برتر سیستم های آبگرمکن خورشیدی براساس میزان قدرت جذب انرژی تابشی و همچنین مقدار سطح اتصال ورقه های جاذب و لوله های متصل به آنها سنجیده می شود. کلکتورها و سیستم  گرمایش خورشیدی براساس قابلیت­ها و مزیت­های زیر طبقه بندی می­شوند:

1. کارایی بالای کلکتورهای خورشیدی
2. راندمان بالای کل سیستم آبگرمکن های خورشیدی
3. حداقل اتلاف حرارتی در کل سیستم
4. استفاده از عایق های حرارتی مناسب و مرغوب
5. استفاده از سیستم کمکی جهت گرم کردن آب در روزهای ابری کامل
6. مطابقت با استانداردهای بین المللی ISO، EN و SRCC
7. امکان طراحی مطابق با انواع ساختمانهای مهندسی ساز
8. مقاومت کامل در برابر خوردگی

4. طراحی و مشخصات سیستم خورشیدی نصب شده در مجموعه زیاران

در تاریخ ۲۳/۰۷/۱۳۹۱ قرارداد اجرای یک سیستم ۹۰۰۰ لیتری خورشیدی بین شرکت صنعت خورشیدی مازرون و شرکت سیمرغ واحد زیاران منعقد گردید. در تاریخ ۲۰/۸/۱۳۹۱ اقلام مورد نیاز تحویل و در نهایت در تاریخ ۱۴/۹/۱۳۹۱ سیستم تحویل و راه­اندازی شد. مشخصات سیستم نصب شده در جدول زیر آمده است و همچنین مشخصات کلکتور مورد استفاده قرار گرفته شده نیز ارائه شده است.

اطلاعات درست درباره تابش خورشیدی نخستین و مهمترین نیاز در طراحی­های کاربردی انرژی خورشیدی است. بنابراین برای تعیین میانگین واقعی انرژی دریافتی از خورشید بر هر سطح باید از سنجش دقیق تابش خورشید در بازه زمانی طولانی مدت استفاده کرد. بر طبق آمارهای بدست آمده از اطلاعات هواشناسی موجود در از ایستگاههای نقاط مختلف کشور به صورت میانگین ۳۰۰ روز آفتابی در کشور موجود است. همانطوریکه از نمودار ارائه شده از برآورد پتانسیل تابش خورشیدی که در صفحه بعد آورده شده است، مشخص است، متوسط تابش سالانه در منطقه قزوین حدودا   در سال می­باشد. جهت محاسبه سطح کلکتور مورد نیاز برای گرم­کردن ۹۰۰۰ لیتر آب تا دمای ۵۵ درجه با فرض دمای آب ورودی ۱۵ درجه جهت استفاده در استحمام قرنطینه، می­بایست در قدم اول میزان انرژی مورد نیاز را محاسبه کرد:

با توجه به میزان تابش سالانه در قزوین می­توان میزان متوسط تابش روزانه را بدست آورد:

راندمان کلکتور که شامل اتلاف در انتقال حرارت به آب، انتقال در لوله­ها و انتقال به آب داخل مخازن می­باشد حدودا ۵۰% می­باشد. با توجه به این نکته و با توجه به میزان تابش می­توان سطح کلکتور مورد نیاز را بدست آورد:

با توجه به محاسبات بالا به ۱۸۳ مترمربع کلکتور یا ۹۱ عدد کلکتور با سطح جاذب ۲ متر مربع نیاز  می­باشد. هم اکنون در فارم با توجه به محدودیت فضا از ۷۵ عدد کلکتور استفاده شده است. کل سیستم نصب شده بصورت دو سیستم کاملا جدا از هم با تعداد ۴۰ و ۳۵ کلکتور می­باشد. دلیل این موضوع نیز محدودیت های موجود در سقف برای نصب می­باشد. طی ۲۰ روز بعد از نصب( از تاریخ ۲۸/۹/۱۳۹۱ الی ۱۷/۱۰/۱۳۹۱)، سیستم مورد تست قرار گرفت. دمای مخزن در ۴ ساعت زمانی مختلف شامل: ۶ صبح، ۱۰ صبح، ۲ بعد از ظهر و ۶ عصر مورد بررسی قرار گرفت. در تمام این مدت سیستم کمکی (دیگ و مشعل موتورخانه موجود) روشن است. در نمودارهای صفحات بعد گزارش دمایی در هر ساعت مشخص و مربوط به هر روز برای هر مخزن بصورت جداگانه آورده شده است. در نمودارهای آخر هر بخش میانگین دمای آب در ساعات مورد بررسی آورده شده است. همانطوریکه در نمودار بخوبی دیده می-شود میانگین دمای آب برای مخزن شماره ۱ در ساعت ۶ صبح حدودا  ۳۸ درجه و در ساعت ۶ برابر با ۴۰ درجه و برای مخزن شماره ۲ در ساعت ۶ صبح حدودا  ۳۷ درجه و در ساعت ۶ برابر با ۴۰ درجه می¬باشد. با توجه به فصل زمستان و سرمای هوا در مدت زمان تست دستگاه پیش بینی می¬شود در فصل تابستان میانگین دما به بالای ۵۵ درجه افزایش یابد.

5. بررسی هزینه نصب و بازگشت سرمایه گزاری سیستم خورشیدی نصب شده در مجموعه زیاران :

در موتورخانه حمام مرکزی دو عدد دیگ با ظرفیت تقریبی ۴۰۰۰۰۰ کیلوکالری در ساعت و دو مشعل گازسوز هوفمات با ظرفیت ۵۳۰۰۰۰ کیلوکالری در ساعت نصب شده است. به طور معمول مشعل ها همراه و متناسب با دیگ انتخاب می شوند و به میزان مصرف سوخت بر حسب مترمکعب در ساعت، لیتر در ساعت و کیلو گرم در ساعت یا گالن در ساعت مشخص می شوند. با داشتن قدرت حرارتی مشعل و ارزش حرارتی سوخت می توان میزان مصرف سوخت را بدست آورد. جهت تعیین میزان مصرف مشعل مورد نظر با شرکت سازنده آن[۱] ارتباط برقرار گردید. طبق کاتالوگ و اطلاعات شرکت سازنده مدل SG3NZ دارای ظرفیت حرارتی ۵۳۰۰۰۰ کیلوکالری در ساعت می­باشد. همانطوریکه در کاتالوگ صفحه بعد دیده می­شود، این مدل از مشعل­ها دارای میانگین مصرف اسمی حدودا ۳۵ مترمکعب در ساعت می­باشند. شایان ذکر است این میزان مصرف اسمی بوده و با میزان واقعی مصرف بدلیل عدم سرویس در بازه زمانی لازم و یا عدم تامین هوای کافی برای احتراق و عوامل مختلف دیگر متفاوت می­باشد. راندمان مشعل بین ۶۰/۰ الی ۸۵/۰ می­باشد. طبق اطلاعات کسب شده از شرکت صنایع حرارتی الوند (تولید کننده مشعل­های هوفمات) راندمان این مشعل در حدود ۷۸ % می­یاشد. با توجه به این نکته می­توان میانگین مصرف سوخت در هر ساعت این مشعل را بدست آورد:

جهت تعیین مدت زمان کارکرد مشعل جهت تامین آبگرم به پارامترهای زیادی نظیر نوع دیگ، راندمان حرارتی دیگ، حجم آبگیری دیگ آبگرم، نوع عایقکاری لوله­ها، نوع و ضخامت ورق مخازن موجود در موتورخانه و …. نیاز می­باشد. در حقیقت تعیین مدت زمان کارکرد مشعل بصورت تئوری امکان پذیر     نمی­باشد و بهترین راه حل استفاده از اطلاعات تجربی موجود در موتورخانه ­های مشابه می­باشد.

با توجه به ظرفیت دیگ و همچنین ظرفیت مشعل و الگوریتم مصرف آبگرم قرنطینه فارم (تامین آبگرم جهت دو شیفت کاری صبح و عصر) و با مشورت با بخش مهندسی شرکت صنایع حرارتی البرز زمان کارکرد مشعل در روز جهت گرم نگه داشتن آب مخازن ۹۰۰۰ لیتری موجود در موتورخانه بطور متوسط ۵ ساعت در شبانه روز برای تامین آبگرم ( و نه گرمایش) می­باشد. ( این عدد در روشن بودن سیستم گرمایش حداقل ۱۵ ساعت می­باشد). با توجه به اینکه سیستم در بازه زمانی زمستان زیر تست بوده است و با توجه به تجربه مزرعه شماره ۶ و تست آن در فصل تابستان، پیش بینی می­گردد که این سیستم توانایی تامین ۱۰۰ درصدی آبگرم در حداقل ۵ ماه از سال و تامین حداقل ۵۰ درصدی در فصول دیگر سال ( با توجه به تامین آب ۴۰ درجه بعنوان پیشگرم برای یک مخزن ۶۵ درجه در فصول سردتر سال) را دارد، در نتیجه مشعل با ظرفیت ذکر شده دارای کاهش کارکرد حدودا ۲۰۰ دقیقه در روز در زمان کاری کل سال برای تامین آبگرم خواهد بود.

با توجه به موارد ذکر شده میزان کاهش مصرف سوخت در شبانه روز برابر است با

با توجه به قیمت گاز برای مجموعه سیمرغ (هر متر مکعب ۱۰۰۰ ریال) میزان کاهش ریالی در مصرف سوخت عبارت است از:

همانطور که مشاهده می­شود هزینه صرفه­جویی شده برای کل یک سال حدودا مبلغ ۰۰۰/۵۰۰/۱۰۹ ریال می­باشد. با توجه به هزینه اولیه انجام گرفته، سرمایه­گذاری حدودا ۵/۶ سال بازگشت می­نماید. البته افزایش بازگشت سرمایه نسبت به اجرای فاز اول در فارم ۶ بدلیل افزایش بیش از ۵۰ %  قیمت تجهیزات بدلیل نوسانات شدید قیمت ارز بوده و با اجرای فاز دوم هدفمندی که بنظر می­رسد اجرای آن نزدیک می­باشد این زمان به حدودا ۳ سال کاهش یابد. البته در محاسبات بالا موارد بسیاری که تاثیر زیادی در عملکرد بهتر سیستم خورشیدی و یا کاهش هزینه­ها در مقابل سیستم فسیلی دارد در نظر گرفته نشده است، مواردی نظیر:

• افزایش پلکانی بهای گاز
• کاهش هزینه نگهداری سیستم موتورخانه
• تغییر الگوی مصرف پرسنل مرزعه
• افزایش قیمت بهای گاز بعد از اجرای تمامی فازهای هدفمندسازی یارانه­ها و یکسان سازی قیمت­ها با قیمت­های جهانی سوخت
• کاهش آلودگی زیست محیطی

در نظر گرفتن هرکدام از موارد فوق تاثیر زیادی در بازگشت سرمایه گذاری اولیه دارد.

تمام محاسبات بالا بر اساس کمترین ساده سازی در جهت سیستم خورشیدی و یا به عبارت دیگر بیشترین ضریب Factor of Safety برای سیستم گازسوز انجام گرفته است.

با تشکر – آسیابان