بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مروري بر جذب انرژي خورشيد توسط روسازي وتاثير نوع سنگدانه هاي مخلوط آسفالتي برآن
چکيده
استفاده از انرژي هاي پاک جايگزين انرژي هاي فسيلي امري اجتناب ناپذير است .در اين راستا استفاده از انرژي خورشيدي در کشـورهايي با دسترسي بسيار بالا به انرژي خورشيد در اولويت است .در اين مقاله امکان ذخيره انرژي خورشيد جـذب شـده توسـط روسـازي آسـفالت بررسي مي شود.در ابتدا روشي براي تبديل انرژي خورشيدي دريافتي توسط روسازي ارائه مي شود. کـه ايـن روش بـر پايـه جـذب انـرژي توسط آب جاري در لوله هايي که در روسازي قرارداده مي شوند،قرار دارد.سپس روش هايي براي آزمـون و اجـراي ايـن روش در مقيـاس ازمايشگاهي ارائه ونتايج آن ها بررسي مي شود و مصالح به ويژه کاني سنگدانه هاي مورد در آسفالت از نظر جذب انرژي خورشيدي با هـم مقايسه مي شوند.
واژه هـاي کليـدي : انـرژي پاک،روسـازي آسـفالتي،جذب انـرژي خورشيد،کاني سنگدانه .
مقدمه
در سيستم هاي جذب انرژي خورشيدي فعال از المانهـاي مختلفـي نظير گردآورنده ها(کلکتورها)،کانالهاي عبـور سـيال ،پمپها ولولـه هـا وسيستم ذخيره انـرژي اسـتفاده مـي شـود[١]. آسـفالت در سـطح مسيرهاي شهري در محاسبات فني درجـه حرارتـي معمـولا ٢ تـا ٧ درجه بيش تر از هواي محيط اطراف دارد[٢]،درجـه حـرارت بيشـتر آسفالت سطحي بيانگر جذب بهينه اشعه آفتاب مي باشد.به طوريکـه ايده جمع آوري اين انرژي پاک از سطح جاده ها چندين سال اسـت که جزء اهداف تحقيقات علمي قرار گرفته است [٣].مزاياي استفاده از
کلکتورهاي در زير سطح آسفالت عبارتند از:
١-استفاده از انرژي پاک خورشيدي
٢- کاهش دماي سطح آسفالت و کاهش دماي آسفالت وکاهش اثرات نامطلوب زيست محيطي دماي زياد سطح جاده ها
mkhabiri@yazd.ac.
٣-کاهش دماي قير وکاهش اثر خرابي ناشي از دمـاي زيـاد آسـفالت مانند خرابي شيارشدگي اي قير زدگي سطح آسفالت به ويژه در آب و هواي کويري
٤- کاهش اثرات نامطلوب اثرات انعکاس نور(دماي زياد هوا در اطراف آسفالت وپديده سراب ونورزدگي چشم رانندگان )
٥- افزايش ايمني کمک به تبخير سـريعتر آبهـاي سـطح روسـازي و جلوگيري از يخزدگي سطح جاده
هدف از اين مطالعه علاوه بر معرفي روش دريافت انـرژي خورشـيدي توسـط سـطوح جـاده اي ، مـروري برنتـايج تحقيقـات اثـر مخلـوط آسفالتي در جمع آوري انرژي خورشيدي است .روش تحقيق کتابخانه اي و براساس نتايج منتشره در متون علمي قبلي مي باشد.نتايج ايـن تحقيق علاوه بر يادآوري اهميت کاربرد انرژي هاي پـاک و فنـاوري جذب انرژي خورشيدي توسط آسفالت معرفي نموده اثر ويژگي هـاي مخلوطهاي آسفالتي رادر ميزان جذب انرژي را مرور مي نمايد.
امکانسنجي استفاده از انرژيِ خورشيدي
ايران کشور پهناوري است که در محدوده ٢٥درجه و ٣دقيقه الي ٣٩ درجه و٤٧دقيقه عرض شمالي و٤٤درجه و٥ دقيقه الي ٦٣درجه و١٨ دقيقه طول شرقي واقع شده است .عرض جغرافيايي يک کشور مطالب زيادي درباره رابطه آن کشور با خورشيد و ميزان تـابش خورشـيد در آن در اختيار ما قرار مي دهد[٤].
بر اساس تحقيقات انجام گــرفته متوسـط تـابش حرارتـي در ايـران حدود day.m.MJ ١٩.٢٣ است که اين مـــقدار درنواحي مرکـزي ايران بيشتر است . مــدت وجود آفتاب در ايـن نواحــي بـيش از ٧.٧ ساعت (حدود ٢٨٠٠ ساعت در سال ) است .
ميزان تابش حرارتي در ايران (حـدود ٢٠٠٠ ) مقـدار قابـل تـوجهي است . بعنوان مقايسه ميـزان تـابش حرارتـي درآلمـان بـين ٨٠٠ تـا
١٠٠٠ است که تقريبا" نصف مقدار فوق مي باشد. با توجه به وسـعت کشور، ميزان کل انرژي تابشي در ايران حـدود ١٠٦×٣.٣خواهـد شـد که تقريبا" ١٣ برابر مصرف انرژي فعلي در کشور است .
1
کوير لوت کويري است در منطقه جنوب شرقي ايـران ، ايـن کـوير در شمال شرقي شهرستان کرمان قـرار دارد. هسـته آن بـا دمـاي ٧٠.٧ درجه سانتيگراد گرم ترين نقطه بر سطح کره زمين از سال ٢٠٠٥ تـا کنون (٢٠١٢) بـوده اسـت .منطقه آغاجـاري در خوزسـتان نيـز جـز
١٠منطقه گرم و پر تابش جهان است . [٥]
انرژي خورشيدي از طريق تابش به سطح زمـين انـرژي منتقـل مـي گردد.ميزان انرژي جذب شده توسط سطح زمين به عوامـل مختلفـي وابسته است که در رابطه هاي(١) تا(٣) مقادير آن مشخص است [٣].
که در آن
D0= متوسط فاصله خورشيد تا زمين بر حسب متر= ١٠١١ ×١.١٤٩٦ D=فاصله خورشيد تا زمين در آن روز
Td=تعدادروزهاي گذشته از اول ژانويه
دماي آسفالت به صورت واقعي در عمق تغيير مي کند وچون در سيستم معرفي شده ،انرژي در ضخامتهاي ميانه آسفالت جذب مي گردد،سعي شده روش محاسبه دماي آسفالت در عمق ارائه گردد،به طوريکه حداکثر دماي روسازي در عمق ٢٠ ميليمتر زير سطح آسفالتي تعيين مي گردد. رابطه (٤) براي تعيين حداکثر دماي
روسازي در اين عمق ارائه شده شد[٢]:
که در آن
T٢٠=حداکثر دماي روسازي در عمق ٢٠ ميليمتري برحسب درجه
سانتيگراد
2 Lat=عرض جغرافيايي محل پروژه برحسب درجه
Tair=ميانگين بيشترين دماي هفت روز متوالي در سال برحسب درجه سانتيگراد
ضرايب اصلاحي دماي سطحي آسفالت براي تعيين ضـخامت روکـش نيز به کار مي رود به طوريکه با افزايش دماي آسفالت ضريب افزايش ضخامت روکش نيز بزرگترمي شود[٥] و افزايش ضخامت لايه روکش آسفالتي هزينه تعمير روسازي را افزايش مي دهد.
سيستم جذب انرژي خرشيدي توسط آسفالت از روشـهاي رو بهبـود گسترش چه از جنبه هاي علمي وتحقيقـاتي وچـه در حيطـه عملـي وکاربردي است ،روند نصب واسـتفاده از ايـن سيسـتم درعـين سـاده بودن نياز به محاسـبات دقيـق واجـراء سيسـتمهاي پشـتيبان بـراي
افزايش بهره وري دارد،که اين مراحل عبارت است از[٦]:
-محاسبه ميزان انرژي مورد نياز براي ساختمان وجاده
- محاسبه سطوح و ساختار و محل نصب کلوکتورها در آسفالت
-طرح اختلاط آسفالت و انجام محاسبه سازه اي آسفالت
-شناسايي سيستم گرمايش مورد استفاده در ساختمان وهمخواني آن با سيستم تامين انرژي
اشکال (١)و(٢) نمونه هاي از سيستمهاي جذب انرژي خورشيدي با شبکه اي از لوله هايي که در ميانه ضخامت آسفالت قرار داده شده
نمايش مي دهد.
شکل ١: مدل سيستم جذب انرژي خورشيدي ونمونه واقعي در حال اجراءآن در روسازي [٦]
شکل ٢: فرآيند واجزاء جذب انرژي خورشيدي توسط روسازي [٦]
اثر دماي آسفالت بر ميزان خرابي آن
يکي از اثرات نامطلوب افـزايش دمـا يـا نگهداشـت دمـا در روسـازي آسفالتي کاهش عمر مفيد آن به واسـطه کـاهش مـدول الاستيسـته آسفالت است که نمودارهاي اشکال (٣) و(٤) اين موارد را بـه صـورت شماتيک نمـايش مـي دهـد.نمودار شـکل (٣) اثـرات دمـاي سـطحي آسفالت را در ميزان کاهش عمر خدمت دهـي آسـفالت نمـايش مـي دهد..به طوريکه باکاهش ٥ درجه اي دماي سطحي آسفالت مي توان
به عمر روسازي تا حد ١٠ سال افزود.
شکل ٣: کاهش عمر روسازي در اثر افزايش درجه حرارت آسفالت
سطحي [٦]
تــاثيرات نــامطلوب افزايــــش دمــا بــر روســازي بــاتغييرات مــدول الاستيسيته روسازي نمايان مي گردد.به طوريکه با افزايش ١٠ درجـه اي دماي آسفالت ســطحي به طور متوسـط %١٠٠مقاومـت روسـازي کاهش مي يابد(شکل (٤)) بدين معني که به طور غير مستقيم تغيير
شکلهاي سطحي وگسيختگي وترکخوردگي آسفالت افزايش مي يابد.
شکل ٤: کاهش عمر روسازي در اثر افزايش درجه حرارت آسفالت
سطحي [٧]
بنابراين با کاهش دماي آسفالت به هر شيوه ممکن مي توان عمر آنرا
افزايش داد که از جمله اين روشهاي حرکت دادن جريان آب با دماي کمتر در ضخامت آسفالت ودريافت انرژي آن است .
اثر ضريب هدايت حرارتي آسفالت بر ميزان جذب انرژي
در ارزيابي صـورت گرفتـه از تـاثير مشخصـات آسـفالت بـر عملکـرد سيستم جذب انرژ ي خورشيدي توسط آسفالت مشخص گرديـد کـه هم دماي آب خروجي وهم انرژي جذب شده از سيستم جذب انـرژي به ميزان ضرايب انتقال حرارت وابسته هستند.در اصـل هنگـامي کـه سنگدانه هاي با کاني داراي ضريب انتقال حرارت بالا در آسفالت بهره گرفته شود(مانند کوارتز).نمودار شکل (٥) تاثير ميزان ضريب هـدايت حرارتي بر دما و درجه حرارت آب خروجي ملاحظه مي گردد[٧].
اثر سنگدانه ها برعملکرد جذب وانتقال انرژي
يکي از اجزاء مهم سيستم بخش جذب اشــعه خورشيد آن وانتقال انرژي جذب شده به قسمت لــوله ها است ،جذب و انتــقال انرژي توسـط لايه آسفالتي انجام مي يذيرد، لـذا ويژگي هاي فيريکي آن در محاسبات وبهره دهي سيستم موثر خواهد بود. نتايج تحليل اقتصادي
درتحقــــيقات گذشته نشان مي دهد[٦]:
١-در بررسيهاي آزمايشگاهي ونرم افزاري نشان داده شده که کاهش دماي آسفالت درکاهش آثارنامطلوب افزايش دماي هوا تاثيرگذار است .
٢-موقعيت وفاصله لوله هاي آب تعبيه شده درون آسفالت بستگي به درجه حرارت آسفالت دارد.
٣-کاهش دماي آسفالت باعث افزايش عمر روسازي مي گردد.
٤-استفاده از لايه هاي آسفالتي با ضريب هدايت حرارتي بالا تعداد
لوله هاي مورد نياز در روسازي آسفالتي را کاهش مي دهد.
فارسي به زبان فارسي و مقالات انگليسي الزاما به زبان انگليسي ارائـه خواهند شد.
شکل ٥: تاثير ويژگي حرارتي آسفالت بر عملکرد جذب انرژي ودماي آن [٨]
3
