معرفی آبگرمکن های خورشیدی
شما میتوانید در اینستاگرام مطالب جدید ما را دنبال کنید
آبگرمکن خورشیدی
خورشید سرمنشاء انرژی است ،انرژی خورشیدی عظیم ترین منبع انرژی در جهان می باشد. این انرژی پاک، ارزان و بی پایان بوده و در تمام مناطق کشورمان و جهان قابل مصرف می باشد. آبگرمکن های خورشیدی از طریق جذب انرژی خورشید توسط صفحات جاذب ( کلکتور ) خود عمل می نمایند و راندمان گرمایشی آنها برحسب نوع کلکتور آنها متفاوت می باشد. آبگرم، در تمام ساعات شبانه روز یعنی در شبها و روزهای ابری، در مخزن دوجداره و عایق حرارتی که دمای آب را تا سه روز بدون تغییر حفظ می کند، نگهداری می شود. با استفاده از این سیستم می توان هزینه های مصرف گاز – گازوئیل و برق را بطور چشمگیری کاهش داد.(دیگر نگران هزینه ی قبوض خود نباشید!)
همچنین هزینه های نگهداری و تعمیرات این سیستمها بسیار پائین و در حد صفر است زیرا هیچ قطعه متحرکی نداشته و طول عمر کارکرد سیستمها با کیفیت فنی بالا تا ۲۰ سال می رسد. باتوجه به ظرفیت بالقوه کشورمان از نظر انرژی خورشیدی و تعداد ساعات آفتابی بالایی که در بسیاری از نقاط کشور داریم، همچنین مشکلات زیست محیطی و هزینه بالای سوختهای فسیلی، لازم است تا از این فناوری روز دنیا بهره مند شویم.
آبگرمکن خانگی خورشیدی
جالب است بدانید که گرمایش آب و فضا مجموعاً بیش از ۸۰% انرژی را در ساختمان‌ها مصرف میکند و بنابراین بیش از یک سوم کل انرژی مصرفی جهان در جهت گرمایش مصرف میشود. از این میان گرمایش آب به طور متوسط ۲۰ تا ۳۰ درصد کل انرژی مصرفی در خانه را مصرف میکند.بنابراین با استفاده از آبگرمکن خورشیدی می‌توان سالیانه ۷۰% انرژی مورد نیاز برای گرمایش آب را تامین کرد.
بخش اصلی یک آبگرمکن خورشیدی کلکتور آن است که خود شامل یک ورق است که به‌وسیله تابش کلی خورشید حرارت یافته و حرارت خود را به یک سیال جذب کننده (مانند آب ) که داخل لوله در حال جریان است، منتقل میکند. رنگ این ورق همیشه تیره انتخاب میشود و دارای پوشش خاصی است که بتواند ضریب جذب انرژی را به حداکثر و ضریب پخش را به حداقل برساند. برای رسیدن به دمای بالا، مجموعه ورق و لولهها را در داخل یک جعبه عایق با روکش شیشه قرار می‌دهند تا از اثر گلخانه‌ای بتوان استفاده کرد.
آبی که با این روش گرم میشود، بر اثر اختلاف دما و با گردش طبیعی وارد یک تانک دوجداره شده و آب مخزن را گرم میکند. این آب گرم شده یا به طور مستقیم به مصرف گرمایش خانوار می‌رسد و یا توسط یک مبدل حرارتی دمای آب مصرفی خانواده را افزایش می‌دهد. شکل زیر طرح ساده ای از این آبگرمکن را نشان می‌دهد:
انواع کلکتورهای خورشیدی
کلکتورهای تخت Flat-plate collectors
این کلکتور ساده‌ترین و پر استفاده‌ترین نوع کلکتور به‌شمار می‌رود. ساختار آن به شکل یک جعبه مستطیل شکل بوده که در داخل آن یک صفحه جاذب فلزی از جنس مس یا آلومینیوم با پوششی به رنگ‌های خاص است. این صفحه، جاذب انرژی حرارتی خورشید است. در زیر صفحه، لوله‌های کوچکی قرار گرفته که آب یا سیال انتقال حرارت در آنها جریان دارد. اطراف کلکتور به منظور کاهش اتلاف حرارتی عایق بندی شده است. روی سطح جعبه نیز از پلاستیک شفاف یا شیشه پوشیده شده است.
کلکتورهای تحت خلا Evacuated-tube collectors
جمع کننده خورشیدی تحت خلاء که به Collector Glass-Metal معروف میباشد همانند یک مبدل حرارتی دو لولهای از دو لوله متداخل فلزی و شیشهای تشکیل شده است. دراین جمعکننده عموماً لوله فلزی از جنس مس میباشد که بنام لوله جاذب بوده بطوریکه سیال در داخل آن جریان دارد و لوله شیشهای در بیرون قرار گرفته و از تلفات جابجایی بین محیط و لوله جاذب جلوگیری میکند. جهت بهحداقل رساندن تلفات جابجایی، فضای بین دو لوله از هوا تخلیه میشود. عملکرد این مبدل به صورت ترموسیفون بوده که بواسطه آن جریان سیال گرم در داخل جمعکننده در اثر اختلاف دانسیته سیال گرم و سردصورت میگیرد. در اثر جریان سیال گرم در داخل مخزن ذخیره کوئیلدار، آب مصرفی گرم میشود. این نهتنها سبب کاهش هزینههای ساخت، پمپاژ آب و نگهداری سیستم میشود، بلکه این جمعکننده در دمای متوسط به لحاظ جذب تابش خورشیدی حداکثر در اثر تمرکز اشعه تابیده شده در محور لولهها عملکرد بهتری نسبت به جمعکنندههای خورشیدی مسطح دارد.
ساختار یا ساختمان آب گرمکن خورشیدی
ساده‌ترین آب گرمکن خورشیدی از یک گردآور تخت (کلکتور) و یک مخزن ذخیره آب تشکیل شده است. شرایط لازم نصب این آب گرمکن آن است که قسمت فوقانی گرد آور پایین‌تر از قسمت تحتانی مخزن ذخیره قرار گیرد و حداقل انحراف گرد آور نسبت به سطح افق ، در حدود ۲۰ درجه رو به جنوب انتخاب شود.
طرز کار
ابتدا مخزن آب گرم با آب سرد پر میشود و آب داخل لوله‌های گردآور ، هنگامی که خورشید روی سطح گرد آور می‌تابد به تدریج گرم شده و به کندی به طرف مخزن از طرف بالا ذخیره میشود، آب سرد مخزن نیز از طریق لوله دیگربه طرف قسمت پایین گردآور جریان یافته تا زمانی که تابش خورشیدی برای گرم کردن آب کفایت کند، این عمل ادامه می‌یابد
انواع سیستمهای آبگرمکن خورشیدی:
– آبگرمکن خورشیدی کم فشار (سیستمهای چرخش طبیعی – ترموسیفون )
با آنکه چندین دهه از ساخت نخستین آبگرمکن خورشیدی ترموسیفون می گذرد، اما با اینحال 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 لوله های تحت خلا 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 آب در لوله های تحت خلا می شود. آب گرم شده آن با جابجایی طبیعی بالا رفته، به مخزن ذخیره می رسد و آب سرد مخزن از پایین آن به داخل لوله های تحت خلا جاری می گردد. به این ترتیب چرخش طبیعی براساس قانون چگالی آبگرم و سرد در جایی که تابش خورشید به اندازه کافی باشد، به خودی خود برقرار می شود. آبگرم به سمت بالا می رود و آب سرد بسمت پایین، بابراین آبگرم در مخزن بالای آبگرمکن ذخیره می شود و امکان برداشت آبگرم از آبگرمکن خورشیدی فراهم می شود. این سیستم بسیار ساده، کارا و قابل اطمینان بوده ولی در شرایط آب و هوایی سرد و دماهای زیر صفر درجه کارایی خوبی ندارد. با این وجود می بایست حتما در مرتفع ترین قسمت ساختمان قرار گیرد تا بتواند آبگرم ساختمان را تامین نماید. حداقل ارتفاع مورد نیاز چهت تامین فشار آب از موقعیت مخزن آب تا مصرف کننده آب در این سیستم باید ۵ متر باشد.مشکل عمده این سیستم پدیده یخ زدگی در فصول سرد سال میباشد.
آبگرمکن خورشیدی تحت فشار (جابجایی اجباری)
در این سیستم مدار بسته میباشد و برای جابجایی سیال از پمپ استفاده می‌کنند. تفاوت اصلی این نوع سیستم با آبگرمکن ترموسیفون در این است که آب داخل لوله های تحت خلا در این حالت تحت فشار به گردش در می آید. بدلیل اینکه لوله های تحت خلا از جنس شیشه هستند و تحمل فشار آب را ندارند، از لوله های هیت پایپ مسی بعنوان ناقل حرارت استفاده شده است. سر لوله های هیت پایپ در داخل مخزن آب قرار دارد، لوله های هیت پایپ که در داخل لول های تحت خلا قرار دارند، در اثر جذب انرژی خورشید گرم شده و گرمای خود را به آب درون مخزن آب منتقل می کنند.
مزیت اصلی این سیستم این است که نیازی به اینکه آبگرمکن بر روی پشت بام قرار گیرد، نیست. بعبارت دیگر برخلاف آبگرمکن های کم فشار که می بایست حتما بر روی ارتفاع قرار گیرند تا بتوانند فشار آبگرم لازم را در خانه تامین نمایند، وجود ندارد و می توان آبگرمکن را 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 مخزن مجزا و یکپارچه تقسیم می شوند و می توان مخزن آبگرمکن را از کلکتورهای آبگرم جدا نمود.برای جلوگیری از یخ زدگی از ضد یخ استفاده میشود. این سیستم در مناطقی که اختلاف دمای زیادی را تجربه میکند، کارایی کمتری دارد.
– آبگرمکن خورشیدی برگشت ثقلی
سیستمهای برگشت ثقلی عموماً جزء سیستمهای غیرمستقیم گرمایش آب است که در آن آب در یک سیکل بسته حرارت خورشید را از کلکتور دریافت کرده و به وسیله یک مبدل حرارتی آب داخل مخزن را گرم می‌نماید. سیستم تا زمانی که انرژی خورشید به میزان کافی موجود باشد، کار میکند. در غیر اینصورت پمپ از کار افتاده و سیال داخل کلکتور در اثر نیروی گرانشی به داخل مخزن تخلیه میشود. این سیستمها برای مناطقی که اختلاف دمای زیادی را تجربه می‌کنند بسیار مناسب است. سیستم برگشت ثقلی کلکتورهای SGP متناسب با شرایط کشور ایران طراحی شده و بدلیل عدم استفاده از ضد یخ، نسبت به سیستمهای ترموسیفون و تحت فشار برتری فراوانی دارد.
مکانیزم عایق بندی آبگرمکن خورشیدی
بخش اصلی تشکیل دهنده آبگرمکن خورشیدی مجموعه لوله هایی است به نام کلکتور collector که از یک استوانه شیشه ای با روکشی از یک ترکیب خاص تیره رنگ که اشعه آفتاب آنرا بشدت داغ می کند . در داخل این استوانه ها آب جریان دارد که با جذب گرمای استوانه گرم می شود . برای جلوگیری از هدر رفت گرمای استوانه تیره رنگ ، با در نظر گرفتن یک لایه خلأ ، استوانه را داخل استوانه ای شیشه ای و بزرگتر قرار می دهند . لایه خلأ به دلیل قابلیت بالای عایق بودن اجازه نمی دهد گرمای استوانه ی داخلی به استوانه ی خارجی رسیده و تلف شود.
در زمستان برای استفاده از سیستم های خورشیدی با سه مسئله روبرو هستیم :
الف) زاویه مایل تابش خورشید
ب) دمای پایین هوا
ج) روزهای کوتاه
زاویه قرارگیری تیوبها در زمستان طوری تنظیم می شود که اشعه مایل خورشید کاملاً بر آن عمود می شود و بنابراین حتی بهتر از تابستان در واحد زمان اشعه خورشید را جذب می کند . این سیستم ها به دلیل عایق بندی قوی مشکلی با دمای پایین هوا ندارند و با وجود وکیوم یا خلا بین دو جداره تیوبها و لایه ضخیم پلی اورتان جداره تانکرها تقریباً هیچ گرمایی از سیستم خارج نمی شود . در روزهای ابری هم کلکتورها قابلیت جذب اشعه های پراکنده را دارند و با توجه به عایق بندی قوی این سیستم ها آب موجود در آنها حتی در شبهای سرد زمستان هم سرد نمی شود .
بیشتر بدانیم:
- فرم ها و چک لیست هاي ضروري براي مهندسین ناظر ،طراح و مجری
- محاسبات سرانگشتی ویژه مهندسین عمران
- مشاوره مهندس ناظر
