طراحي، ساخت و ارزيابي سامانه گرمايش خورشيدي با عدسي فرسنل خطي براي گلخانه

Design, manufacturing and evaluation of a solar heating system with Fresnel concentrator for greenhouse

كشت‌هاي گلخانه‌اي به دليل ماهيت توليد خارج از فصل، يكي از پرمصرف‌ترين بخش‌هاي مصرف‌كننده انرژي در بخش كشاورزي مي‌باشند كه منبع عمده تأمين كننده انرژي آنها، سوخت‌هاي فسيلي است. با توجه به معايب مصرف سوخت‌هاي فسيلي و قوانين بازدارنده مصرف آن در سال‌هاي آينده، بايستي در خصوص جايگزيني تدريجي آنها با انرژي‌هاي تجديدپذير مطالعات لازم صورت گيرد. در اين تحقيق، يك سامانه گرمايش خورشيدي مجهز به متمركزكننده از نوع عدسي فرسنل خطي با قابليت تنظيم براي كل مناطق ايران، در دانشكده كشاورزي دانشگاه تربيت مدرس طراحي و ساخته شد. بدين منظور، در ابتدا نياز گرمايشي يك واحد گلخانه خيار محاسبه شده و با توجه به آن، سامانه گرمايش خورشيدي و سيستم ذخيره حرارت براي تأمين گرماي مورد نياز داخل گلخانه طراحي و ساخته شد. به منظور ذخيره انرژي بيشتر، از مخزن عايق‌بندي شده با عايق الاستومريك و لوله‌هاي مسي حاوي پارافين داخل مخزن استفاده شد. سپس، عملكرد سامانه در سه محدوده دمايي 35، 50 و 65 درجه سلسيوس پايش گرديد. بررسي روند تغييرات دماي آب مخزن نشان داد كه ميانگين آهنگ كاهش دما در مخزن با دماي اوليه بيشتر نسبت به مخزن با دماي كمتر، سريع‌تر است. ولي با حجم و عايق‌بندي مناسب و استفاده از مواد تغييرفاز دهنده، بخصوص در محدوده ذوب پارافين، دما در مخزن ثابت‌تر باقي مانده و روند سرد شدن آن كندتر شد. لذا، سامانه گرمايش خورشيدي و مخزن ذخيره حرارت با حجم و عايق‌بندي مناسب مي‌تواند در گرمايش گلخانه‌ها مورد استفاده قرار گيرد.

Energy consumption is very high in greenhouses mainly due to offseason production. The main source of its energy supply is fossil fuels. Due to the disadvantages of fossil fuels consumption and preventive laws in the incoming years, study on reducing consumption and replacing a part of them with renewable energy is essential. In this research, a solar heating system, equipped with a concentrator and Fresnel lens, adjustable to all regions in Iran, was designed and manufactured in Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University. Thermal heating requirement of a cucumber greenhouse was calculated and then solar heating system and thermal storage system were designed and manufactured. For more energy saving, besides insulation of the reservoir tank with an elastomeric layer, cupper tubes and paraffin was used. Then, behavior of the system was evaluated under three thermal conditions of 35, 50 and 65°C. The results of variations of water temperature in the tank showed that mean descending rate of temperature, with a higher initial temperature, has been faster in the tank as compared to the tank with lower initial temperature. But, with proper volume and insulation and use of phasechange materials, particularly in the melting point range of paraffin, temperature in the tank remains constant and the cooling process is slower. Therefore solar heating system and thermal tank with suitable volume and insulation can be used for heating the greenhouses.