مربع سرعة الضوء
<- “107 2 396 جول/إثانية
ولا يوجد خطر من نقصان هذه المادة على المدى المنظور
طرق انتقال الحرارة :
تنتقل الحرارة بواسطة ثلاث طرق هي : التوصيل ؛ والحمل ؛ والإشعاع وسيتم
التطرق بشكل مختصر ومبسط إلى هذه الطرق
انتقال الحرارة بالتوصبل
عند امتصاص الإشعاع الشمسي من قبل جسم معتم فإن الطاقة تتوزع خلاله بواسطة
التوصيل بين جزيئاته ويتناسب الانتقال الحراري بين الجزيئات مع معامل التوصيل
الحراري للمادة وفرق درجة الحرارة بين أطرافه فالمعادن عامة لها قابلية توصيل
الحرارة ويعتبر الهواء من المواد العازلة الجيدة ؛ ولهذا فإن معظم العوازل الجيدة
تحتوي على طبقة من الهواء محصورة بين طبقتين من مادة
انتقال الحرارة بواسطة الاحدل
تنتقل الحرارة بين الموائع (غاز أو ساثل) بواسطة عملية الحمل وتنتقل الطاقة إلى
جزيئات المائع الذي ينتقل من مكان إلى آخر حاملاً معه الطاقة ونتيجة تسخين المائع
فإته يتمدد مولدا تياراً يُعرف بالحمل الطبيعي إن انتقال الحرارة بواسطة الحمل هو
أحد طرق انتقل الحرارة عبر نوافذ المنازل إلى المحيط الخارجي كما هو موضح
بالشكل (66,60-2) وانتقال الحرارة يحدث بين الهواء والزجاج على السطحين
الخارجي والداخلي وفي حالة النوافذ المزدوجة يحدث لتقال للحرارة في الهواء داخل
الفراغ بين طبقتي الزجاج

انتقال الحرارة بالتوصيل يحدث +
خلال الزجاج والهواء الساكن
شكل (66-2): انتقال الحرارة من الشبابيك ذات الزجاج المزدوج
شكل (60-2): تغيّر كمية الفقد الحراري مع تغيّر سمك العازل الهوائي
في الشبابيك ذات الزجاج المزدوج

ما هو أفضل سّمك للفراغ الهوائي في النوافذ المزدوجة (نوافذ لها سطحان متوازيان من
الزجاج بينهما طبقة هواء) من ناحية تقليل انتقال الحرارة
إذا كان سمك الزجاج قليلا جداً فإن انتقال الحرارة بواسطة الحمل يكون صعباً ؛ ولكن
الانتقال بواسطة التوصيل يكون علياً وذلك لتقارب جزيئات الهواء أما إذا كان سّْمك
الزجاج كبير فإن تيارات الحمل تكون عالية وقد ثبت بواسطة التجارب أن أقل انتقال
للحرارة يحدث عندما يكون سمك الفراغ الهوائي بين 10 و 15 سم يمكن أيضاً تقليل
انتقال الحرارة بواسطة الحمل باستخدام غازات ثقيلة في الفراغ بين طبقتي الزجاج ومن
هذه الغازات الأرجون وثاني أكسيد الكربون ويمكن أيضاً تفريغ المسافة بين طبقتي
الزجاج من الهواء (أي يكون هناك فراغ) لتقليل انتقال الحرارة وذلك لأن تيارات
الحمل لا يمكن أن تنتقل خلال الفراغ («سسعة7») ؛ ولكن ذلك يحتاج إلى دقة عالية في
صنع هيكل النافذة لمنع دخول الهواء من المحيط الخارجي إلى الفراغ
2-7-3 نتقال الحرارة بواسطة الإسعاع
تنتقل الطاقة الحرارية بواسطة الإشعاع من جسم إلى آخر وذلك بواسطة اختلاف
درجات الحرارة فكمية الحرارة المتنقلة تعتمد على درجة حرارة الجسم المشع؛
والمسافة بين الجسمين فالسقف مثلاً يمكن أن يشع حرارة إلى المحيط الخارجي ؛
وكمية الحرارة تعتمد على درجة حرارته وشدة انبعاثية المادة التي يتكون منها هذا
السطح فمعظم المواد المستخدمة في المباني لها معامل انبعاث عالٍ يصل إلى 9096 أي
السقف يشع دفء الغرف إلى الخارج عن طريق السقف
ولبعض السطوح قابلية انبعاث قليلة أذ تستخدم الآن طبقات من المواد القليلة الابتعاثية
داخل النوافذ المزدوجة ؛ وذلك لتقليل خسائر فقد الطاقة الحرارية من الطبقة الداخلية
للزجاج إلى الطبقة الخارجية عبر الفراغ الهوائي إلى المحيط الخارجي ويطلق على
معامل الانتقال الحراري الكلي خلال جزء معين من الأبنية ؛ والذي يتضمّن خليطاً من

انتقال الحرارة بواسطة التوصيل والحمل والإشعاع ؛ بالمعامل الكلي لانتقال الحرارة
(نا) ؛ وهو يعرف فيزيائياً على أنه كمية الحرارة المفقودة من مساحة معينة بدرجة
حرارة معينة (واط/متر“ درجة مئوية ©-37/002) ويتضمن الجدول (1-2) قيماً
للمعامل الكلي لانتقال الحرارة لأنواع مختلفة من النوافذ
جدول (1-2) : المعامل الكلي لانتقال الحرارة لأنواع مختلفة من النوافذ
]نافذة ذات طبقتين من الزجاج مع ثلاث طبقات بلاستيكية
وغاز ثتقيل
استخدام الطاقة الشمسية في التكبيف وتسخين المياه
يتم حالياً استخدام الطاقة الشمسية في مجالات تسخين المياه والتدفئة والتبريد وتوليد
البخار المستخدم في أغراض توليد الطاقة الكهربائية
تسخين المياه
استخدام الطاقة الشمسية في تسخين المياه معروف منذ مدة طويلة وقد زاد الاهتمام
بتطوير منظومات التسخين منذ بداية القرن الحالي نتيجة الحاجة إليها في مناطق بعيدة
عن مصادر الطاقة التقليدية ومع الزمن زاد الاهتمام بالسخان الشمسي الذي يعتبر رمن
أفضل تطبيقات الطاقة الشمسية في الوقت الحاضرء وذلك لسهولة صنعه وقلة تكاليفه
وقد انتشر استخدامه بصورة واسعة في العقود الماضية في مختلف بلدان العالم ومنها
بعض الدول العربية
يمكن تقسيم منظومات تسخين المياه للأغراض المنزلية إلى ثلاثة أقسام:
ٍِ منظومة فعالة تتكون من مجمعات شمسية ومبادل حراري وخزان ماء حار
بالإضافة إلى بعض المضخات اللازمة لتدوير الماء في المنظومة ويوضح الشكل

سخان مساعد خزان حراري مضخة
شكل (7-2): منظومة تسخين ماء فَعالةٌ
- منظومة تسخين على شكل صندوق حراري تتكون من خزان مصبوغ بلون أسود
وموضوع داخل صندوق معزول من الجوانب ومن أسفل سطحه العلوي مقخطى
بطبقة من الزجاج وعند الحاجة إلى ماء ساخن يتم فتح الصمام فيمر الماء البارد
في الخزان الذي يقوم بتسخينه نتيجة امتصاص الأشعة الشمسية الساقطة على
المجمع الشمسي والماء الخارج من هذه المنظومة يحتاج عادة إلى المرور بسخان
كهربائي مساعد لتسخينه إلى الدرجة المطلوبة الشكل (8-2) يوضح منظومة من
هذا النوع تحتوي على خزانين حراريين ويمكنها أن توفر الماء الساخن لعائلة ذات
أربعة أشخاص
خزانات سوداء ذات
سعة 40 غلون س__
شكل (8-2): منظومة تسخين ماء على شكل صندوق حراري

- منظومة تعمل بالدوران الطبيعي ؛ ويسري فيها الماء من المجمعات إلى الخزان
نتيجة لاختلاف الكثافة فعند امتصاص الإشعاع الشمسي من قِبل اللوح الماص في
المجمع الشمسي ترتفع درجة حرارة الماء الموجود فيه وتقل كثافته فيرتفع إلى
الخزان ويحل محله ماء بارد من أسفل الخزان؛ وهكذا يتم تسخين الماء ويمكن أن
تصل درجة حرارة الماء في الخزان إلى أكثر من 60 درجة مئوية في يوم مشمس
ماءحار اهمد
شكل (9-2): منظومة تسخين ماء تعمل بالدوران الطبيعي
تتكون المجمعات الشمسية من لوح ماص على شكل صفيحة خفيفة سوداء اللون ذات قابلية
امتصاص عالية وتقوم بامتصاص الأشعة الشمسية فالمائع الذي يكون عادة ماء أو هواء
يكون بحالة تماس مع الصفيحة ؛ ويتم تدويره إما بطريقة الدوران الطبيعي أو بواسطة
مضخة أو دافعة هواء لاستخراج الحرارة يتم تغطية اللوح الماص بطبقة أو طبقتين من
الزجاج لتقليل الخسائر الحرارية بواسطة الحمل والإشعاع ويقوم الزجاج بعملين في
المجمع هما منع خروج الإشعاع المنعكس من اللوح الماص ومنع حدوث الخسائر
الحرارية بواسطة الحمل ويسمح الزجاج لحوالي 9096 من الأشعة الشمسية ذات
الموجات لقصيرة بالدخول إلى اللوح الماص بينما يمنع خروج الإشعاع ذي الموجة

الطويلة (الأشعة الحرارية المسئولة عن تسخين الماء) المنعكس من اللوح الماص
ويوضح الشكل (10-2) بعض هذه التصاميم بالنسبة للمجمعات الشمسية المائية يجب أن
يتم لحم الأنابيب التي يمر فيها لماء باللوح الماص أو تكون جزءاً من اللوح لماص ومن
المهم جداً أن تكون الأنابيب ملتصقة تماماً باللوح الماص إن نوع مادة اللوح لماص لها
تأثير على التبادل الحراري مع الماء والمعادن المستخدمة في هذا المجال هي النحاس
والألمنيوم والحديد ويوضح الشكل أيضاً بعض المجمعات الشمسية لهوائية ولكون
الهواء ذا قابلية تبادل حراري أقل من الماء فإنه يجب أن تكون مساحة تماسه مع اللوح
الماص أكبر للحصول على كمية حرارة مناسبة
تعرف كفاءة المجمعات الشمسية بما يلي :
الكفاءة - -- كمية الحرارة المفيدة __ ل 10096
كمية الإشعاع الشمسي الساقط
والمتغيرات التي تؤثر على كفاءة المجمع الشمسي هي :
1 - درجة حرارة المائع الداخل
2 - درجة الحرارة الخارجية للمحيط
3 - كمية الإشعاع الشمسي
4- عدد ونوع الغطاء الزجاجي
5 - مواصفات اللوح الماص
أنابيب بداخل لوحة معدنية أنابيب متوازية أنابيب معدنيّة وملحومة
لوح هوائي هواء يمر فوق وتحت لوح متموج لوح متموج ملحوم
بلوح مسطح
سنا

تجدر الإشارة إلى أن المجمعات الشمسية يجب أن توجه نحو الجنوب دائماً وللحصول
على أعلى حرارة مكتسبة يجب أن تكون الأشعة الشمسية عمودية على سطح المجمع
الشمسي قدر الإمكان ونظراً إلى أن الشمس على ارتفاع منخفض في السماء في فصل
الشتاء فإن المجمعات الشمسية يجب أن تكون بدرجة ميل كبيرة للحصول على أعلى
إشعاع شمسي ساقط عليها وبصورة عامة يجب أن تكون زاوية ميل المجمعات
الشمسية في فصل الشتاء تعادل مقدار زاوية خط العرض مضاةً إليها 10 درجات (خط
العرض + "10) أما في فصل الصيف فيجب أن تكون زاوية الميل مساوية لمقدار
تجميع الأشعة الشمسية في نقطة معينة بواسطة مرايا أو عدسات الشكل (11-2) وفي
هذه الحالة يجب أن تكون المنظومة متعقبة لحركة الشمس (ن5 1216 ع1:86110) ؛ ويتم
عادة وضع اللوح الماص في هذه المنظومات داخل منطقة مفرغة من الهواء لتقليل
الخسائر بواسطة التوصيل والحمل والمركزات الشمسية مكلفة وتستخدم في أغراض
التدفئة أو تستخدم في معظم الأحيان في توليد البخار لأغراض إنتاج الطاقة الكهربائية
إذ يقوم البخار بتدوير عنفة (توربين) ومولد كهربائي
شكل (11-2): مجمعات شمسيه مركزه تتعقب حركة الشمس

مثال (1)
ما هي مساحة المجمعات الشمسية اللازمة لتزويد منزل بالماء الحار لمدة يوم كامل إذا كانت
كمية الحرارة المطلوبة 6000 واط بالساعة بافتراض أن كمية الإشعاع الشمسي الساقط كان
كمية الحرارة - كمية الإشعاع ( كفاءة المجمعاتز المساحة
0 واط “ل 24 ساعة - 4960 واط ل 05 * المساحة
‎٠‏ المساحة - 24326000 58م
‏مثال (2)
في عام 1912 تمكن المهندس الأمريكي فرانك شومان من نصب وتشغيل محطة شمسية كبيرة
في القاهرة بجمهورية مصر العربية؛ وكانت وظيفتها تزويد المنطقة بمياه الري من النيل
‏استخدم المهندس مجمعاً على شكل قطع أسطواني مكافئ (:0116010© ©:001001) لكي يركز
أشعة الشمس ويجمعها على أنبوب أسود من المعدن لتوليد البخار كانت قدرة النظام 50
كيلوواط ومساحة المجمعات الإجمالية 27 علماً بأن أقصى شدة إشعاع شمسي ساقطة عط
كمية الإشعاع الساقط على المجمعات - 1200 واط/م2 < 1207م" - 1576 كيلوواط
كفاءة النظام < درجة الحرارة النهائية (كلفن) ‏ درجة الحرارة الابتدائية (كلفن) ؛
درجة الحرارة النهائية (كلفن)
فإذا تم افتراض أن المنظومة تستطيع رفع درجة حرارة الماء من 20م إلى 100م فإن الكفاءة
ستكون :
‏الكفاءة - (100 + 273) - (20 + 273) ل 100