آبگرمکن های خورشیدی و کارکرد آنها
از گذشته تاکنون تامین آبگرم از نیازهای اولیه و ضروری بشر بوده و است، به همین دلیل انواع آبگرمکن به تولید رسیده اند که آبگرم مورد نیاز مناطق مسکونی، تجاری، اداری و … را تامین می کنند، با توجه به اینکه بسیاری از آبگرمکن ها در محیط منجر به ایجاد آلودگی می شوند که سبب ایجاد آلایندگی در زیست محیط شده و این عامل سبب نگرانی افراد می شود، به همین دلیل انواع آبگرمکن های خورشیدی به تولید رسیده اند که نیروی خود را از انرژی پاک خورشید می گیرند، امروزه آبگرمکن های خورشیدی جای سوخت های آلاینده زای فسیلی را گرفته و بسیار کم مصرف می باشند، در ادامه با آبگرمکن های خورشیدی و کارکرد آبگرمکن های خورشیدی آشنا خواهید شد.
همانطور که می دانید انرژی خورشید بزرگترین منبع انرژی جهان بوده و دسترسی به آن بسیار آسان می باشد و نیز امکان ذخیره سازی دائمی آن وجود دارد، همچنین این انرژی پاک سازگاری بالایی با محیط زیست دارد، همین عامل سبب محبوبیت بیش از حد آن در بین تولید کنندگان و مصرف کنندگان شده است.
شرکت صنعتی هیمورا آبگرمکن های خورشیدی را در ظرفیت های مختلف طراحی نموده است، از این آبگرمکن ها می توان جهت گرم کردن آب استخر نیز استفاده کرد.
ویژگی های آبگرم کن های خورشیدی
- آبگرمکن های خورشیدی مجهز به صفحات جذب کننده انرژی خورشید هستند که دارای جهات و موقعیت های ثابت می باشند، این آبگرمکن ها با استفاده از پرتورهای خورشیدی آب مورد نیاز منازل، آپارتمان ها، اداره جات، پاساژها و … را گرم می کنند و هرگز در محیط منجر به آلودگی نمی گردند.
- آبگرمکن های خورشیدی مجهز به کلکتورهایی می باشند که روی دستگاه نصب شده است، زمانی که نور خورشید به این کلکتورها می تابد گرمایش مورد نیاز مایع عبور شده از کلکتورها تامین می گردد، بطور معمول کلکتورها در دو حالت کلکتور تخت و تحت خلاء قابل تولید است.
- بطور معمول کلکتورها در داخل سقف و یا دیوارها نصب می گردند، بگونه ای که روکش سقف ها بعنوان سطحی جاذب برای هوا عمل می کند.
- با توجه به اینکه کارکرد آبگرمکن های خورشیدی به گونه ای است که از انرژی رایگان خورشید به منظور گرمسازی آب استفاده می کنند، از لحاظ اقتصادی صرفه بالایی دارد، در حالت کلی آبگرمکن های برقی در سه حالت پمپ دار، ترموسیفون و برگشت ثقلی قابل تولید است که نوع پمپ دار حالت تحت فشار دارد.
- آبگرمکن های خورشیدی نقش تاثیرگذاری در حفاظت از محیط زیست دارند و نیز از افزایش گرمای زمین پیشگیری می کنند، در واقع انرژی خورشید جزو منابع ارزان و بی پایانی است که آب را بصورت طبیعی گرم می کند.
کارکرد آبگرم کن های خورشیدی
- آبگرمکن های خورشیدی مجهز به تعدادی کلکتور و یک مخزن می باشند، کلکتورها مجهز به صفحاتی هستند که حرارت تابشی خورشیدی را جذب می نمایند و سبب گرم شدن آب می گردند، البته میزان عملکرد آنها براساس شرایط محیطی و جغرافیایی متفاوت است.
- در این نوع آبگرمکن ها تامین آبگرم به مستقیم و یا غیرمستقیم صورت می گیرد، بگونه ای که در حالت مستقیم آب از کلکتور عبور نموده و حرارت می گیرد و در حالت غیرمستقیم از طریق مبدل حرارتی که خود از طریق آب داخلی کلکتور حرارت می گیرد سبب گرم شدن آب می شود.
- کارکرد آبگرمکن های خورشیدی به گونه ای است که در واقع آب جهت حرارت گیری در حالت طبیعی جریان یافته و یا در حالت اجباری به جریان در می آید، گردش طبیعی در آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی رخ می دهد و در آبگرمکن های پمپ دار این گردش آب حالت اجباری دارد.
- جهت ممانعت از یخ بستن کلکتور در سیستم های مستقیم از گردش معکوس یا تخلیه استفاده می شود و در سیستم های غیرمستقیم از روش تخلیه برگشتی بهره گیری می کند.
سیستم جبران ساز
- جهت جبران کمبود احتمالی انرژی تابشی خورشید از سیستم جبران ساز استفاده شده که در نوع ترموسیفونی این سیستم جبران ساز یک المنت برقی است که در بخش داخلی مخزن نصب شده است، بدین وسیله در صورت نیاز در حالت خودکار فعال می گردد، المنت برقی خود مجهز به ترموستاتی است که با این ترموستات می توان دما را به دلخواه تنظیم کرد.
- همچنین می توان از یک مشعل گازی کوچک نیز در فضای بین دو مخزن استفاده کرد، بدین صورت در ابتدا آب سرد از شبکه لوله کشی شهری به مخزن خورشیدی وارد می شود و بر اثر جدار متصل شده به کلکتورها حرارت می گیرد. کارکرد آبگرمکن های خورشیدی بسیار ساده و بدون پیچیدگی است.
- زمانی که آبگرم جهت استفاده از مخزن خارج می گردد، آب از طریق لوله های ارتباطی از مخزن خورشیدی به مخزن گازی وارد می شود، در این شرایط اگرچه دمای آب ورودی به مخزن گازی به حد لازم گرم شد، حسگر مشعل در حالت گرم قرار گرفته و گاز روشن نمی گردد، ولی اگر دمای آب ورودی از بخش خورشیدی کم باشد مشعل به صورت خودکار روشن شده و سبب جبران کمبود دما می گردد.
مزیت های کارکرد آب گرمکن های خورشیدی
- استفاده از انرژی رایگان و بی انتهای خورشید
- سازگار با محیط زیست
- قابلیت دسترسی آسان به انرژی خورشیدی
- امکان ذخیره سازی دائمی انرژی
- از کارکرد آبگرمکن های خورشیدی، گرم سازی آب با سرعت بالا می باشد.
- قابلیت تولید در ظرفیت های مختلف
- تولید در سه حالت ترموسیفونی، پمپ دار و برگشت ثقلی
انواع آبگرمکن های خورشیدی
آبگرمكن های ترموسيفونی
این نوع آبگرمکن ها حالت بدون پمپ دارند و جریان آب در آنها با سیکل طبیعی وارد کلکتورهای خورشیدی شده و گرم می شود. در واقع زمانی که نور خورشید به صفحه های جاذب یا کلکتورها اصابت نموده و این صفحات انرژی گرمایی جذب می کنند، دمای آب داخلی کلکتورها بر اثر خاصیت رسانایی افزایش یافته و گرم می شود. اختلاف دما سبب می شود چگالی مابین ابتدا و انتهای رایزر (لوله ای در راستای عمودی) متفاوت باشد. بدین ترتیب در رایزر خاصیت ترموسیفون رخ می دهد و این امر سبب می شود سیال گرم به سمت بالا منتقل و وارد منبع ذخیره گردد. در این دسته از آبگرمکن ها از یک المنت برقی استفاده شده تا بتوان از آن در مواقع اضطراری استفاده کرد.
از آنجایی که در آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی، سیکل کلکتورها حالت بسته دارد، جهت نگهداری از آنها به ضد یخ نیاز می باشد. پس بهتر است از ضد یخ های گرید غذایی بجای ضدیخ های معمولی استفاده شود؛ زیرا ضدیخ های معمولی مخصوص خودروها بوده و سمی هستند و احتمال دارد مواد سمی این ضد یخ ها به داخل سیستم های آب بهداشتی نفوذ کند و سلامتی کاربران را به خطر بیاندازد. مخزن این آبگرمکن ها را می توان در دو حالت بی فشار و تحت فشار تولید کرد.
آبگرم كن های خورشیدی پمپ دار
این دسته از آبگرمکن های خورشیدی مجهز به پمپ هستند و آب بواسطه پمپ به داخل کلکتورها منتقل و بصورت مداوم به چرخش در آمده و گرم می شود. آبگرمکن خورشیدی پمپ دار دارای تعدادی کلکتور بوده و مخزن کاربردی در آن از نوع دو جداره است و از کلکتورها جداست. معمولاً این گرمکن های آب در محیط های بزرگ استفاده می شوند و البته می توان از آنها بصورت خانگی نیز استفاده کرد.
مخزن این آبگرمکن ها را می توان در هر مکانی از ساختمان قرار داد و به کلکتورها نصب کرد، البته بهتر است در نزدیکترین مکان به محل مصرف نصب گردد. محل نصب پمپ در مسیر ورودی آب سرد به کلکتورها قرار دارد. پمپ کاربردی از نوع سیرکولاسیون بوده که در مسیر گردش سیال قرار دارد، این پمپ در افزایش راندمان موثر بوده و توان خروجی را بهبود می بخشد. در طراحی آبگرمکن های خورشیدی پمپ دار از کنترلر دما استفاده شده است، این کنترلر دما سبب می شود در زمان نیاز دستور روشنی و خاموشی به پمپ داده شود.
آبگرمکن های بی فشار
مخزن این آبگرمکن ها تحمل فشار آب شهر را ندارد و زمانی که کاربر شیر آبگرم را باز می کند، فشار آبگرم کمتر از فشار آب سرد است. در ساخت این دسته از آبگرمکن ها از ورق های تک جداره با ضخامت کم استفاده شده است. لوله های کاربردی از نوع دو جداره هستند که با فناوری لوله خلاء طراحی شده اند؛ به همین دلیل به ضد یخ نیاز نیست و اگر از آن در مناطق سردسیر استفاده شود، آب درونی کلکتور یخ نمی بندد. قیمت این محصول نسبت به نوع پرفشار پایین تر است. از آنجایی که این دسته از آبگرمکن ها فشار پایینی دارند، استفاده از آنها در مواردی که به فشار بالای آب نیاز باشد (ویلاها و آپارتمان ها) توصیه نمی شود.
آبگرم کن های تحت فشار
این آبگرمکن ها دارای مخزنی پر فشار هستند و از قابلیت تحمل فشار آب شهر برخوردارند، به همین دلیل می توان از آنها در آپارتمان ها و ویلاها که به فشار بالای آب نیاز است هم استفاده کرد. در واقع مخزن آبگرمکن های تحت فشار مستقیماً به آب شهر وصل بوده و کاربر براحتی به آب گرم پر فشار دسترسی خواهد داشت. ضخامت ورق های کاربردی در آبگرمکن های تحت فشار نسبت به نوع بی فشار بیشتر است، به همین دلیل قیمت تمام شده آنها بیشتر از آبگرمکن بی فشار می باشد. در این آبگرمکن به راحتی می توان آب گرم را به لوله های آب ساختمان وصل کرد، بگونه ای که خروجی آبگرم را می توان براحتی به آبگرم مصرفی یا پیش گرم موتورخانه ها و پکیج ها متصل نمود.
دسته بندی آبگرم کن های خورشیدی از لحاظ نوع کلکتور
صفحه تخت (Flat Plate)
در برخی از آبگرمکن ها از جمله آبگرمکن های ترموسیفونی و پمپ دار از صفحات تخت استفاده شده است. آبگرمکن هایی که دارای صفحه تخت بوده ساختار ساده ای دارند و به آبگرمکن های پنلی نیز معروفند. از آنجایی که این گرمکن های آب، به راحتی قابل نصب هستند، می توان از آنها در هر محیطی استفاده کرد. معمولاً آبگرمکن های خورشیدی با صفحه تخت را روی سقف خانه ها و یا در محیط های باز که امکان تابش مستقیم نور خورشید وجود دارد، نصب می کنند. آبگرمکن های صفحه تخت، از لحاظ ظاهری شبیه جعبه های مستطیلی شکل هستند و در داخل آنها از صفحات جاذب استفاده شده که جنس آنها معمولاً از مس یا آلومینیوم می باشد.
در واقع این صفحات، جاذب انرژی خورشید بوده و دارای لوله هایی هستند که سیالات و یا آب، برای انتقال حرارت از داخل آنها عبور می کند. صفحات جاذب، حرارت را به سرعت جذب می کنند و حالت عایق بندی شده دارند، به همین دلیل راندمان حرارتی افزایش می یابد. این دسته از آبگرمکن ها دارای کلکتور، پایه نگهدارنده، عایق پلی یورتان، مخزن و … هستند و جهت تامین آبگرم، ابتدا سیال واسط از جمله آب در کلکتورها گرم شده و به طرف مخزن حرکت می کند.
لوله خلاء(Vacuum Tube)
آبگرمکن های خورشیدی که دارای کلکتورهایی با لوله خلاء یا وکیوم هستند، به لوله های تحت خلاء مجهز شده اند که جنس آنها شیشه ای بوده و حالت دو جداره دارد. مابین جداره ها خلاء وجود دارد و در بخش بیرونی جداره ها از پوششی استفاده شده که جاذب انرژی خورشیدی است. لوله های کاربردی مستقیماً وارد مخزن می شوند و داخل لوله ها و مخزن را آب فرا می گیرد.
هنگامی که نور خوشید به لوله های کاربردی اصابت می کند، آنها را گرم می کند و این عامل سبب گرم شدن آب عبوری از لوله ها می گردد. بدین ترتیب آب گرم به طرف بالا هدایت و بین مخزن و لوله های شیشه ای به حرکت در می آید. در نتیجه آب داخلی مخزن گرم می شود. جنس مخزن آبگرمکن های خورشیدی که دارای کلکتوری با لوله هایی خلاء هستند از استیل بوده و حالت عایق بندی شده دارد، به همین دلیل گرمای آب تولیدی بواسطه آنها تا چند روز حفظ می گردد. از آنجایی که در لوله های شیشه ای این دسته از آبگرمکن ها خلاء وجود دارد، در سرمای شدید نیازی به ضد یخ نیست و احتمال یخ زدن در لوله ها وجود ندارد.
مقایسه آبگرمکن های خورشیدی وکیوم و پنلی
آبگرمکن های خورشیدی که مجهز به صفحات تخت هستند (پنلی)، به راحتی قابل نصب بوده و ساختار بسیار ساده ای دارند. صفحات کاربردی در آبگرمکن های پنلی از قابلیت جذب بالای انرژی خورشید برخوردارند. از سوی دیگر در ساخت این دسته از آبگرمکن ها از لوله هایی استفاده شده که آب و سایر سیالات، جهت انتقال گرما باید از آنها عبور کند. اما در آبگرمکن هایی که دارای لوله خلاء هستند (وکیوم)، جنس لوله ها شیشه ای بوده و دارای دو جداره می باشند.
یعنی بین جداره ها خلاء وجود دارد و بخش بیرونی جداره ها را جاذب انرژی خورشیدی فراگرفته است. لوله های شیشه به مخزن استیل منتهی شده و بخش داخلی آنها و مخزن مملو از آب می گردد. این دستگاه نیز مانند نوع پنلی حالت عایق بندش شده دارد و تا چند روز از قابلیت حفظ دمای آب برخوردار است.
سخن نهایی
استفاده و کاربرد سیستم های گرمایشی در فصول سرد سال و دیگر فصل ها برای مصارف بهداشتی یکی از الزامات زندگی امروزی افراد بشر می باشد. این دستگاه ها اغلب دو منظوره بوده یعنی ضمن گرم کردن محیط خانه می توانند آب گرم مصرفی را نیز فراهم آورند. همانطور که می دانید اهمیت وحفظ محیط زیست یکی از مسائل مهم عصر ما بوده و از این رو تلاش برای تولید این گونه تجهیزات گرمایشی در اولویت قرار دارند. سیستم های گرمایش خورشید که شامل آب گرمکن های خورشیدی و حرارت مرکزی هستند، براساس مورد گفته شده طراحی و ساخته شده اند. این دستگاه ها با استقبال بی نظیر مواجه شده و در هر نقطه ای به لحاظ جغرافیایی مورد استفاده قرار می گیرند.
آب گرمکن های خورشیدی با تنوع و راندمان خوب حرارتی، در مدل ها و ظرفیت های متنوع ساخته و به بازار عرضه شدند. این دستگاه ها از صفحات خاص برای جذب گرما و انرژی حرارتی خورشید ساخته شده اند که در پشت بام نصب می شوند. ما در این مقاله به بررسی تنوع این محصولات پرداخته و مزایا و کاربردهای آن را شرح داده ایم. با مطالعه این مقاله می توانید برحسب متراژ محل، شرایط نصب و … یک انتخاب درست داشته باشید.