آب‌گرمكن‌هاي خورشيدي

Printer-friendly version

كلكتور مهمترين قسمت هر آب‌گرمكن خورشيدي است و وظيفه دريافت انرژي خورشيد و گرم كردن آب در آب‌گرمكن‌هاي خورشيدي را برعهده دارد. كلكتورهاي خورشيدي از شيشه‌هاي نشكن با خلوص بالا بمنظور دستيابي به ضريب عبور نور بيش از 97/0 ساخته شده‌اند و صفحه جاذب آلومينيومي در اين كلكتورها از پوشش طيفي خاص بمنظور حداكثر جذب تابش خورشيد و حداقل صدور انرژي ساخته شده است. مسير جريان آب در لوله‌هاي مسي و بصورت مارپيچي براي حداكثر دريافت انرژي طراحي شده است.

از ديگر اجزا آب گرمكن‌هاي خورشيدي مخزن ذخيره انرژي مي‌باشد كه انواع گوناگوني از مخازن، براي كارايي‌هاي مختلف قابل ارائه مي‌باشد. تمامي اين مخازن بمنظور كاهش تلفات حرارتي از آب‌گرم توليدي در كلكتورهاي خورشيدي و نگهداري آب گرم در روزها و شب‌هاي متوالي مي­بايست با عايق‌حرارتي پوشانده شوند. همچنين تمامي آب‌گرمكن‌هاي خورشيدي براي افزايش كارايي داراي سيستم كنترل و پمپ مستقل مي‌باشند.

 

انواع آب گرم­كن خورشيدي

آبگرمكن­هاي خورشيدي  به سه دسته زير تقسيم مي­گردند:

1-      آب‌گرم کن خورشيدي ترموسيفوني

2-      آب‌گرم کن خورشيدي با جريان اجباري

3-      كلكتور خورشيدي هيت پايپ

آب‌گرم کن خورشيدي ترموسيفوني

سيستم‌هاي گرمايش ترموسيفوني يکي از طرح‌هاي متداول و با کاربرد فراوان در استفاده از انرژي خورشيدي براي آب گرم مصرفي ساختمان مي‌باشد. اساس اين فرآيند استفاده از فرآيند ترموسيفوني براي سيرکولاسيون سيال مي‌باشد. در اين سيستم‌ها انتقال حرارت با جابجايي طبيعي صورت گرفته  و نياز به پمپ براي انجام سيرکولاسيون نمي‌باشد. نحوه اجراي اين سيستم به گونه­اي مي‌باشد، که اين سيستم بصورت موازي با سيستم موجود تامين آب گرم مصرفي نصب مي‌شود. سيستم ترموسيفوني بصورت پايه عمل نموده و در مواقعي که جوابگو نباشد از سيستم سابق استفاده مي‌گردد.

انرژی خورشیدی

آب‌گرم کن خورشيدي با جريان اجباري

در اين سيستم سيرکولاسيون بصورت اجباري با پمپ صورت مي‌پذيرد، و مخزن ذخيره آب گرم در داخل موتورخانه مي‌باشد، سيستم کنترل خورشيدي بر اساس اختلاف دماي ما بين مخزن ذخيره و سيال کلکتور عمل نموده و فقط هنگامي سيرکولاسيون با فرمان به پمپ صورت مي‌پذيرد که  سيال داخل کلکتور توانايي گرم نمودن آب مخزن دخيره را داشته باشد.

با اجراي سيستم خورشيدي براي ميزان مصرف و دماي آبگرم معين، سالانه بيشتر از 70 درصد در مصرف گاز صرفه­جويي مي­گردد. لازم بذكر است كه استفاده از اين سيستم موجب خواهد شد تا در بخش عمده­اي از سال شامل فصل گرم، بويلر­هاي مجموعه خاموش شود كه باعث افزايش عمر سيستم تاسيساتي و كاهش هزينه­هاي نگهداري آن خواهد شد. از آنجا كه در حال حاضر مسائل مربوط به كاهش مصرف سوخت و واقعي شدن قيمت انرژي در كشور مطرح مي­باشد، پياده سازي اين طرح مقرون به صرفه بوده و اجراي آن پيشنهاد مي­گردد.

كلكتور خورشيدي هيت پايپ

كلكتورهاي تخت براي تامين آب گرم مصرفي و يا تامين گرماي مورد نياز براي گرمايش و يا سرمايش ساختمان مورد استفاده قرار مي‌گيرند ولي چنانچه دماهاي بالاتر مدنظر باشد و يا اينكه اختلاف دماي ميان كلكتور و محيط افزايش يابد، راندمان كلكتورهاي خورشيدي تخت كاهش مي‌يابد و در اين موارد استفاده از كلكتورهاي خورشيدي هيت‌پايپ پيشنهاد مي‌گردد. در كلكتورهاي هيت‌پايپ بدليل ايجاد خلا در ميان لوله شيشه‌اي و صفحه جاذب در زمستان راندمان سيستم بسيار بالاتر خواهد بود.

 مقايسه سيستم خورشيدي ترموسيفوني و سيستم خورشيدي با جريان اجباري

سيستم ترموسيفون بدليل عدم امكان كنترل مناسب داراي راندمان كمتر و همچنين معايبي هم دارد كه اين معايب در مواردي كه آب‌گرم در تمام روزهاي سال بطور يكسان مورد نياز نباشد، بيشتر مشهود است. يكي از معايب سيستم اين است كه لوله كشي آن بايستي با دقت و پيروي دقيق از راهنما و با لوله­هاي بزرگتر انجام گردد تا بتواند جريان رواني را توليد نمايد. جريان ترموسيفون تا زماني كه آب تا درجه معيني گرم نشود برقرار نشده و هرگونه هواگرفتگي يا ايجاد حباب در سيستم مي تواند جريان ترموسيفون را متوقف كرده و سيستم را از كار بيندازد. از آنجا كه سيستم كنترلي نيز در اين روش استفاده نمي­گردد بالارفتن دماي آب در زماني كه آب‌گرم مصرف نمي‌شود، مي‌تواند موجب جوشش، توليد حباب يا مسائلي از اين دست گرديده و جريان ترموسيفون را به كلي متوقف نمايد.

از معايب ديگر اين سيستم­ها قرار داشتن مخزن روي بام ساختمان و در بالاي كلكتور است كه باعث مي­گردد وزن آن به بام اضافه شده و كلكتور و اتصالات و لوله كشي نيز در نتيجه وزن مخزن و تنش­ها و تغييرات حرارتي دچار فرسودگي و استهلاك زودرس شوند.

با توجه به قرارگيري مخزن اين سيستم­ها در روي كلكتورها، اين سيستم در ظرفيت هاي محدود قابل استفاده بوده و عموماً براي ساختمان هاي بلندتر از دو طبقه و داراي واحدهاي مسكوني بيش از سه يا چهار واحد قابل استفاده نيستند.

سيستم­هاي خورشيدي داراي پمپ، از اتصالات، لوازم جانبي، سيستم كنترلي و لوله كشي پيچيده­تري نسبت به سيستم­هاي ترموسيفون برخوردارند كه باعث مي­گردد هزينه اوليه اين سيستم­ها نسبت به سيستم ترموسيفون بيشتر شود، اما اين سيستم­ها داراي قابليت­هايي مي­باشند كه توسط سيستم­هاي ترموسيفون قابل دستيابي نيست.

سيستم­هاي داراي پمپ محدوديتي از نظر ارتفاع ساختمان و تعداد واحدها و مسائلي از اين دست ندارند و مي‌توانند براي تمامي ساختمانهاي اداراي، تجاري، مجتمع­هاي مسكوني بزرگ و برج­ها نيز استفاده گردند. بعلاوه در اين سيستم­ها نيازي به نصب مخزن در بالاي كلكتور نمي­باشد و مخزن مي­تواند در موتورخانه يا فضاي مناسب ديگري نصب شود و وزن آن نيز روي بام و كلكتورها قرار نمي­گيرد. به اين ترتيب عمر كلكتورها، اتصالات و لوله كشي آنها روي بام افزايش مي­يابد.

سيستم كنترلي نصب شده روي سيستم­هاي خورشيدي پمپ دار، مجهز به سنسورهاي حرارتي و تجهيزات قطع و وصل جريان بوده و از بالارفتن دماي آب از حد مجاز جلوگيري مي­كند و به اين ترتيب آسيب­هاي ناشي از بالارفتن دما، جوشيدن و تبخيرشدن آب در كلكتور، مخزن يا هر نقطه­اي از سيستم خورشيدي به كلي برطرف شده و عمر كلكتورها و سيستم افزايش مي­يابد. بعلاوه اينكه هواگيري يا تبخير آب موجب از كار افتادن سيستم و قطع جريان نيز نمي­گردد.

انرژی خورشیدی

 هر كلكتور هيت‌پايپ از تعدادي لوله شيشه‌اي كه درون آنها صفحه جاذب و لوله مسي قرار گرفته، تشكيل شده است، كه فضاي ميان لوله شيشه‌اي و صفحه جاذب خلا مي‌باشد. صفحه جاذب انرژی خورشیدی را به انرژي گرمايي تبديل مي­كند و گرما را به لوله­ هاي حرارتي انتقال مي­دهد، سپس مايع داخل لوله حرارتي به بخار تبديل مي­شود و به سمت بالا (كندانسور) جريان مي‌يابد و حرارت خود را از طريق كندانسور به آب منتقل مي‌كند و درنتيجه بخار سرد شده و به مايع تبديل مي‌شود و به سمت پايين (لوله‌هاي حرارتي يا اواپراتور) منتقل مي‌شود، اين سيكل  انتقال حرارت تا زماني كه تابش خورشيد قابليت انتقال گرما به مايع را داشته باشد بصورت متناوب ادامه مي‌يابد.