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.

آبگرمکن های خورشیدی خانگی:

آبگرمکن های خورشیدی خانگی از نظر کارکرد به دو دسته ترموسیفونی و پمپی تقسیم می شوند:

• آبگرمکن های خانگی ترموسیفونی

الف) با مخزن افقی ساختار و عملکرد این دسته از آبگرمکن های خورشیدی نسبتا ساده می باشد هر آبگرمکن از یک مخزن و تعدادی کلکتور تشکیل شده که عملکرد آن بستگی زیادی به شرایط زمانی و مکانی ( منطقه جغرافیایی) خواهد داشت. صفحات جاذب کلکتورها انرژی تابشی خورشید را جذب و به گرما تبدیل می کند. لوله­های رایزر متصل به این صفحات گرمای جذب شده را به سیال عبوری منتقل می­کند. درصورتیکه سیستم (Indirect) باشد، سیال گرم در مخزن ذخیره می شود (متشکل از منبع ذخیره دو جداره ) سیال گرم ( محلول آب و ضد یخ ) وارد جداره خارجی شده و آب مصرفی را گرم می کند.

ب) ترموسیفون مستقیم (Direct) با سیستم لوله حرارتی استفاده از این سیستم در جاهایی که دمای زیر صفر دارد توصیه نمی شود چرا که سیال گردش داخل کلکتور همان آب مصرفی است و ممکن است در اثر پائین آمدن دما در فصول سرد این آب یخ بزند و سبب ترکیدگی لوله های کلکتور گردد. مخزن سیستم تحت فشار آب شهری نیست و به همین دلیل فشار آب گرم خروجی تابع ارتفاع تانک می باشد.

• آبگرمکن های خانگی پمپی:

این سیستم از یک مخزن ، دو کلکتور و یک پمپ تشکیل یافته است توضیح مربوط به کلکتورهای مخزن این سیستم دقیقا مشابه توضیحات ذکر شده سیستم ترموسیفونی می باشد با این تفاوت که مخزن این سیستم در هر

جایی از ساختمان می تواند قرار بگیرد دراینصورت آنرا جدا از کلکتور و در نزدیکترین مکان به محل مصرف قرار می دهند از این نوع سیستم به عنوان سیستم کمکی یا پیش گرمکن نیز می توان بهره گرفت افزودن این پمپ سیرکولاسیون به مدار سبب افزایش راندمان و توان خروجی محصول می گردد.

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 به حداقل 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 جمع کننده در اثر اختلاف دانسیته سیال گرم و سردصورت می‌گیرد. در اثر جریان سیال گرم در داخل مخزن ذخیره کوئل‌دار، آب مصرفی گرم میشود.

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.

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.

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.

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

دلایل استفاده از آبگرمکن خورشیدی:

• حفاظت محیط زیست

• جلوگیری از افزایش گرمای زمین

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

• افزایش ضریب اطمینان ایمنی

• دسترسی همیشگی به منبع انرژی

• کاهش هزینه های انرژی گرمایی

اجزاء آبگرمکن خورشیدی

یک آبگرمکن خورشیدی از اجزاء زیر تشکیل شده است:

۱– گردآورنده  ۲- مخزن ذخیره  ۳- مبدل گرمایی  ۴- کنترل کننده های اتوماتیک ۵- پمپ، لوله ها  شیرآلات و اتصالات