آبگرمکن خورشیدی (Solar Water Heater)

مروزه استفاده از آبگرمکن‌های خورشیدی با استقبال بسیار فراوانی روبرو شده است؛ دلیل این امر نیز صرفه اقتصادی بسیار بالای این سیستم‎ها می‎باشد.

آبگرمکن خورشیدی دستگاهی است که انرژی گرمایی خورشید را جذب کرده و برای گرمایش از آن استفاده می‌گند. استفاده از انرژی خورشیدی جهت گرم نمودن آب به دلیل رایگان بودن این منبع عظیم انرژی، از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می‌باشد. آب گرم تولید شده می‌تواند برای تأمبن آب گرم آشامیدنی استفاده شود. به طور کلی از آبگرمکن‌های خورشیدی می‌توان به تنهایی (به صورت مستقل) و همینطور به عنوان پیش گرمکن استفاده کرد. پیش گرمکن بدین معنی است که آب شهر ورودی پیش از وارد شدن به آبگرمکن ابتدا توسط آبگرمکن خورشیدی گرم می‌‌شود. در صورتی که به گرمایش بیشتری نیاز بود، سیستم حرارتی موجود (آبگرمکن دیواری، پکیج و …) می‌تواند دمای آن را تا میزان دلخواه افزایش دهد. به این ترتیب در مصرف انرژی به میزان قابل ملاحظه‌ای صرفه جویی می‌شود. برای دیدن لیست آبگرمکن‌های خورشیدی روی لینک زیر کلیک کنید. در ادامه توضیحاتی پیرامون عملکرد آبگرمکن‌های خورشیدی آورده شده است.

این سیستم ها از پرتوهای خورشیدی برای گرم کردن آب استفاده می‌کنند. به این صورت که با تابش نور خورشید به کلکتورهای نصب شده، سبب گرم شدن مایع عبوری از کلکتورها میشود. این کلکتورها عمدتا در دو نوع زیر تولید و مورد بهره برداری قرار میگیرند:

۱٫کلکتور‌های تخت Flat-plate collectors

۲٫لکتورهای تحت خلا Evacuated-tube collectors

 

 

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. 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. اساساً کلکتور غیر متمرکز کننده ای است که سطح جاذب آن مسطح می باشد. زیر صفحه لوله‌های کوچکی از جنس مس به صفحه جاذب جوش خورده اند که آب یا سیال انتقال حرارت در آنها جریان دارد. اطراف کلکتور به منظور کاهش اتلاف حرارتی عایق بندی شده است. روی سطح جعبه از پلاستیک شفاف یا شیشه پوشیده شده است. برای رسیدن به دمای بالا مجموعه ورق و لوله‌ها را در داخل یک جعبه عایق با روکش شیشه قرار می‌دهند تا با استفاده از اثر گلخانه‌ای بتوان حرارت بیشتری را بدام انداخت. اجزای داخلی این کاکتور را می توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.

جنس روکش سیاه معمولاً از جنس اکسید کروم است که۹۹% اشعه آفتاب را جذب می کند. جریان بوسیله خاصیت ترموسیفونی یا بوسیله پمپ الکتریکی به مخزن ذخیره که عایق بندی شده  و می تواند دوجداره نیز باشد منتقل می شود.

کلکتورهای تحت خلا Evacuated-tube collectors

این کلکتور از تعدادی لوله دو جداره شفاف موازی تشکیل شده است که در داخل آن یک تیوب با پوششی از ماده جاذب قرار دارد. هوا از فضای بین دو جداره خارج گردیده وخلا ایجاد شده از اتلاف حرارت جلوگیری می‌کند. مزیت این نوع کلکتور توانایی در ایجاد دمای بالاتر می‌باشد. می توانید اجزای داخلی این نوع کلکتورها را در شکل زیر ببینید:

معرفی اجزای تشکیل دهنده :

۱٫ مخزن جمع آوری

۲٫ عایق پشم شیشه

۳٫ لوله های مسی

۴٫ قاب از جنس فولاد ضد زنگ

۵٫ لوله جذب کننده انرژی خورشید

۶٫ لوله های انتقال حرارت (لوله گرمایی)

و همچنین میتوانید اجزای یک لوله خلا و نحوه قرار گیری لوله حرارت در لوله خلا را در تصاویر زیر مشاهده نمایید.

 

 

آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی

 

اصل ترموسیفون حرارتی

در یک سیکل بسته از سیال، درصورتیکه قسمتی از مدار که در ارتفاع پائینتر قراردارد گرمتر از قسمت بالاتر باشد، به دلیل اینکه چگالی کمتری دارد به سمت بالا حرکت میکند و تداوم این اختلاف دما و ارتفاع، باعث ایجاد جریان سیال در این مدار می شود و سیال به صورت طبیعی و بدون نیاز به پمپ به گردش در می آید. به این نوع جریان سیال، جریان ترموسیفونی می گویند.

از اصل ترموسیفون حرارتی، در آبگرمکن های خورشیدی استفاده می شود. بدین نحو که یک مخزن دوجداره ذخیره آب را در بالای کلکتور خورشیدی قرارداده و مابین جدار دوم مخزن ذخیره و لوله های کلکتور خورشیدی یک مدار بسته تشکیل می شود. با تابش خورشید بر روی سطح کلکتور خورشیدی، سیال داخل آن گرم شده و جریان ترموسیفونی مابین کلکتور و مخزن برقرار می شود. گردش آب گرم در جداره دوم مخزن سبب گرم شدن آب داخل مخزن اصلی می گردد و آب گرم با فشار در شبکه جاری می گردد.

حرکت ترموسیفون تا زمانی که انرژی خورشید موجود باشد ادامه دارد. این حرکت با افول خورشید متوقف می شود.

عایق

مخزن ذخیره در آبگرمکن های ترموسیفونی باید به خوبی عایق شود تا در طول شب، آب گرم ذخیره شده در آن گرم بماند. همچنین لوله های ارتباطی مابین مخزن و کلکتور نیز باید به خوبی عایق شوند.

ضدیخ

در شرایط آب و هوایی سردسیر که روزهایی از سال دمای هوا زیر صفر میرود، باید برای جلوگیری از یخ زدگی در سیکل بسته کلکتورها از ضدیخ مناسب استفاده نمود.

سیستم جبران ساز

آبگرمکن های خورشیدی به منظور جبران کمبود احتمالی انرژی خورشید، باید دارای یک سیستم جبران ساز باشند. سیستم جبران ساز در آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی یک المنت برقی است که در داخل مخزن اصلی قرار دارد و در مواقع مورد نیاز به صورت اتوماتیک روشن میشود. این المنت برقی دارای یک ترموستات است که میتوان دمای دلخواه را توسط آن تنظیم کرد..

 

ویژگی ها و مزایای این نوع آبگرمکن ها

ساختار ساده و نصب راحت و سریع

کارآیی بالا با سهم خورشیدی روزانه به طور متوسط ۶۰% دارای المنت برقی با تنظیم دمای دلخواه

این سیستمها به دو دسته مدار باز و بسته تقسیم می شوند. در سیستم مدار باز ( سیستم مستقیم ) آب به صورت مستقیم در میان گردآورنده جاری می باشد. این سیستم بسیار ساده، کارا و قابل اطمینان بوده ولی در شرایط آب و هوایی سرد و دماهای زیر صفر درجه کارایی خوبی ندارد، و یخ زدن آب داخل لوله ها ممکن است منجر به پارگی آنها شود. در سیستمهای مدار بسته ( غیر مستقیم ) معمولا سیالی غیر از آب که نقطه انجماد پایین تری دارد ( مانند مخلوط پروپیلن گلایکول و آب ) بکار گرفته می شود.

این سیستمها دو چرخه جداگانه دارند که از طریق یک مبدل گرمایی به یکدیگر متصل شده اند، و این مبدل گرما را از سیال داخل گردآورنده به آب مصرفی منزل منتقل می کند.

 

مزایای رقابتی آبگرمکن های خورشیدی

آبگرمکن خورشیدی

امروزه کیفیت و کارایی برتر سیستم های آبگرمکن خورشیدی براساس میزان قدرت جذب انرژی تابشی وهمچنین مقدار سطح اتصال ورقه های جاذب و لوله های متصل به آنها سنجیده می شود.

*کارایی بالای کلکتورهای خورشیدی

*راندمان بالای کل سیستم آبگرمکن های خورشیدی

*حداقل اتلاف حرارتی در کل سیستم

*تامین آب گرم متوسط ۶۰ درجه سانتیگراد و بالاتر (در صورت نیاز مشتری)

استفاده از عایق های حرارتی مناسب و مرغوب

*استفاده از المنت برقی جهت گرم کردن آب در روزهای ابری کامل

*امکان طراحی مطابق با انواع ساختمانهای مهندسی ساز

*قابلیت طراحی بهینه توسط نرم افزارهای کامپیوتری

*مقاومت کامل در برابر خوردگی

*داشتن گارانتی برای کل سیستم

 

دلایل استفاده از سیستم های خورشیدی

*انرژی پاک، ارزان، قابل دسترسی، پایان ناپذیر و ذخیره منابع انرژی تجدیدناپذیر

جلوگیری از افزایش گرمای کره زمین و حفاظت محیط زیست

*کاهش ۶۰% در هزینه تأمین آب گرم

*قابل استفاده در همه مکانها از قبیل: منازل،مدارس،خوابگاهای دانش آموزی و دانشجویی،بیمارستانها،استخرها و کارخانجات

*بازگشت سریع سرمایه با توجه به سیاست های دولت در اجرای هدفمند کردن یارانه ها

*اجرای سریع و آسان و بی نیاز از هرگونه تعمیر اساسی

*بی صدا ، بی خطر و ایمن

 

منابع: ۱- تبیان  ۲- تأسیسات آنلاین