أنواع سخانات المياه الشمسية الحرارية
يعمل **سخان المياه الشمسي الحراري** على مبدأ الحرارية، وهو نظام دوران طبيعي يستخدم الجاذبية والحرارة لتدوير السوائل. يتكون من خزانات، أحدهما لتخزين المياه والآخر لجمع الحرارة من الشمس. نظرًا لعدم حاجته إلى مضخات أو كهرباء، فإن هذا النوع من سخانات المياه أكثر موثوقية وأرخص من الأنواع الأخرى.
بناءً على المواد، تأتي سخانات المياه الشمسية الحرارية في فئتين رئيسيتين:
- خزانات من الفولاذ المقاوم للصدأ: الخزانات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ مرنة للغاية ويمكنها تحمل تغيرات درجات الحرارة والتآكل من الماء القاسي أو المالح. تتميز بكفاءة عالية في جمع الطاقة وتسخين المياه نظرًا لخصائصها العازلة الممتازة. يعمل فولاذ الخزان، جنبًا إلى جنب مع طبقة العزل، كحاجز للحفاظ على درجة حرارة الماء ثابتة وتقليل فقدان الحرارة إلى الحد الأدنى.
- خزانات المجلفنة: تستفيد الخزانات المجلفنة، التي تم طلائها بطبقة من الزنك، من مقاومة الزنك للتآكل والجلفنة. تحمي الطلاء الخزان من الأكسدة، مما يجعله يدوم لفترة أطول في البيئات المسببة للتآكل. على الرغم من أن الجلفنة توفر بعض مقاومة التآكل، إلا أن الخزان سيحتاج في النهاية إلى مواد بديلة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ.
بناءً على تصميم جامع الطاقة، يمكن تصنيف **سخانات المياه الشمسية الحرارية** إلى جامعات ألواح مسطحة أو جامعات أنابيب مفرغة.
تحتوي جامعات الألواح المسطحة على العديد من المكونات. لديها لوحة امتصاص تكون عادةً داكنة اللون لامتصاص أكبر قدر ممكن من الحرارة. لخفض فقدان الحرارة في الليل أو في الأيام الباردة، يتم عزل اللوحات وربطها بأنابيب تحمل الماء. يقلل الغطاء الزجاجي من فقدان الحرارة عن طريق الحمل الحراري ويعكس ضوء الشمس أقل على اللوحة للحفاظ على الماء ساخناً.
تتميز جامعات الأنابيب المفرغة بعدة مميزات. تتكون من أنابيب امتصاص تم طلائها بشكل انتقائي لامتصاص الإشعاع الشمسي وتحويله إلى حرارة. توجد الأنابيب داخل غلاف فراغ، مما يقلل من فقدان الحرارة عن طريق الحمل الحراري والإشعاع، مما يحسن الكفاءة.
بناءً على التطبيق، تشمل سخانات المياه الشمسية الحرارية سخانات منزلية وتجارية وصناعية.
تم تصميم سخانات الاستخدام المنزلي لتوفير المياه الساخنة للاستخدامات المنزلية النموذجية مثل الاستحمام وغسل الأطباق وغسل الملابس. عادةً ما يكون لديها خزانات تخزين بسعات مختلفة لتلبية احتياجات المياه في المنزل وضمان توفير مستمر للمياه الساخنة.
من ناحية أخرى، فإن سخانات المياه التجارية أكبر حجمًا ومصممة لتلبية الطلب العالي على المياه الساخنة من قبل الشركات أو المؤسسات مثل الفنادق والمطاعم والمستشفيات. لديها خزانات تخزين أكبر وأنظمة جامع قوية لإنتاج وتوصيل كميات كبيرة من المياه الساخنة بسرعة.
تخدم سخانات التطبيقات الصناعية عادةً عمليات أو عمليات محددة في المصانع أو المنشآت أو الصناعات التي تتطلب كميات كبيرة من المياه الساخنة أو البخار. تتمتع ببنية متينة وضاغطة متقدمة، ويمكنها تحمل درجات حرارة وضغوط أعلى.
المميزات والوظائف
**سخان المياه الشمسي الحراري** طريقة بسيطة وفعالة لتسخين المياه باستخدام أشعة الشمس. يحتوي النظام على بعض المكونات الرئيسية التي تعمل معًا دون الحاجة إلى مضخات كهربائية. في هذا النظام، يتم تسخين الماء في خزان من خلال الحمل الحراري الطبيعي. عندما تسخن أشعة الشمس الماء في أنابيب المجمع على السطح، ترتفع المياه الدافئة الأخف إلى خزان التخزين. بسبب هذا الارتفاع الطبيعي للمياه الدافئة، تغرق المياه الباردة الأثقل وتتدفق من الخزان إلى المجمع. تستمر هذه الدورة طوال اليوم طالما سطعت الشمس. تمنع ميزة حماية الصقيع النظام من التلف في الطقس البارد. في فصل الشتاء، يتدفق محلول مضاد للتجمد، مثل الجليكول أو الماء الناعم المخصص، عبر المجمعات. لن يتجمد هذا السائل ويساعد على منع أي تلف من التجمد. يعمل التصميم بأكمله بدون مضخات كهربائية أو ضوابط، ويعتمد فقط على الجاذبية والحمل الحراري الطبيعي.
فيما يلي المزيد من الميزات والوظائف لسخان المياه الشمسي الحراري:
- يوفر سخان المياه الشمسي الحراري تسخينًا فعالًا من خلال الحمل الحراري الطبيعي. ترتفع المياه الدافئة من المجمع بينما تنزل المياه الباردة، مما يخلق نظام دوران مدفوع باختلاف درجات الحرارة.
- التصميم البسيط بدون مضخات يجعل التثبيت سهلًا والصيانة منخفضة. يعتمد النظام أيضًا على الجاذبية لتدفق الماء، لذلك يعمل حتى أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
- تعديلات زاوية المجمع تُحسّن من حصول النظام على الطاقة الشمسية على مدار العام، مما يزيد من إنتاج المياه الدافئة بناءً على أشعة الشمس في كل موسم.
- تُستخدم سخانات المياه الحرارية نقل الحرارة السلبي. ترتفع المياه الدافئة بشكل طبيعي، بينما تُدير التيارات الحمل الحراري الماء المُسخن بالطاقة الشمسية. لا يتطلب هذا التسخين السلبي كهرباء.
- هذه الأنظمة متينة. تحتوي مجمعات السطح المزودة بسقف على أنابيب أو ألواح زجاجية تحتفظ بالحرارة مُصممة لمقاومة العوامل الجوية، مما يضمن وظائفها على المدى الطويل.
- يمكن دمج سخانات المياه الحرارية مع خزانات تخزين المياه الموجودة أو استخدامها كسخانات مياه مستقلة، مما يجعلها متعددة الاستخدامات لتلبية احتياجات السباكة المختلفة.
- تُعد سخانات المياه الشمسية الحرارية حلولًا مجدية من حيث التكلفة للطاقة المتجددة تقلل من استخدام الكهرباء. من خلال الاستفادة من طاقة الشمس المجانية، تُقلّل هذه السخانات من فواتير الطاقة.
- تنتج هذه الأنظمة المياه الساخنة للاحتياجات السكنية مثل الاستحمام وغسل الأطباق وغسل الملابس بينما تحمي البيئة من خلال الحفاظ على الطاقة وتقليل الانبعاثات.
تطبيقات سخانات المياه الشمسية الحرارية
تُستخدم سخانات المياه الشمسية الحرارية على نطاق واسع في العديد من الأماكن لإنتاج المياه الساخنة باستخدام ضوء الشمس بدلاً من الكهرباء أو الوقود. تم تصميم هذه الأنظمة لتدوير المياه بسهولة لتوفير تسخين فعال.
- توفير المياه الساخنة للمنازل: تُستخدم سخانات المياه الشمسية الحرارية في المساكن للحصول على المياه الساخنة للأنشطة اليومية مثل الاستحمام وغسل الأطباق والاستحمام وغسل الملابس. يساعد استخدام الطاقة الشمسية على تقليل فواتير المرافق وتقليل التأثير على البيئة.
- تسخين حمامات السباحة: يمكن لأنظمة المياه الحرارية تسخين حمامات السباحة، مما يساعد على إطالة موسم السباحة ويجعل حمامات السباحة التجارية أو السكنية أكثر متعة.
- إنتاج المياه الساخنة تجاريًا: تُستخدم الشركات مثل الفنادق والمستشفيات والمطاعم سخانات المياه الحرارية لتوليد المياه الساخنة لأغراض مختلفة، مثل التنظيف أو تسخين المساحة أو إمداد الحمامات.
- العمليات الصناعية: تتطلب بعض الصناعات كميات كبيرة من المياه الساخنة أو البخار لعمليات الإنتاج. يمكن لأنظمة المياه الشمسية الحرارية توفير الطاقة الحرارية للغسيل أو التجفيف أو التسخين.
- تسخين المياه في المناطق النائية: تُعد سخانات المياه الشمسية الحرارية مناسبة للمواقع خارج الشبكة مع الكثير من أشعة الشمس حيث يكون توصيلها بشبكات الكهرباء صعبًا أو مكلفًا. تُوفر المياه الساخنة الموثوقة للمنازل والمؤسسات في مثل هذه المناطق.
- إنتاج المياه الساخنة تجاريًا: تُستخدم الشركات مثل الفنادق والمستشفيات والمطاعم سخانات المياه الحرارية لتوليد المياه الساخنة لأغراض مختلفة، مثل التنظيف أو تسخين المساحة أو إمداد الحمامات.
- العمليات الصناعية: تتطلب بعض الصناعات كميات كبيرة من المياه الساخنة أو البخار لعمليات الإنتاج. يمكن لأنظمة المياه الشمسية الحرارية توفير الطاقة الحرارية للغسيل أو التجفيف أو التسخين.
- تسخين المياه في المناطق النائية: تُعد سخانات المياه الشمسية الحرارية مناسبة للمواقع خارج الشبكة مع الكثير من أشعة الشمس حيث يكون توصيلها بشبكات الكهرباء صعبًا أو مكلفًا. تُوفر المياه الساخنة الموثوقة للمنازل والمؤسسات في مثل هذه المناطق.
- حمام السباحة - الحفاظ على دفء الماء في حمام السباحة. يُمكن للأشخاص السباحة في وقت مبكر من العام أو لفترة أطول في الخريف. يُطيل تسخين حمام السباحة موسم السباحة.
- التجارية - تحتاج الشركات مثل الفنادق والمستشفيات أو المطاعم إلى الكثير من المياه الساخنة. يمكن لسخانات المياه الشمسية الحرارية توفير المياه الساخنة لاحتياجاتهم، مثل المياه للتنظيف أو تسخين المساحة.
- تتطلب بعض الصناعات كميات كبيرة من المياه الساخنة أو البخار لعملياتها. يمكن استخدام سخانات المياه الشمسية الحرارية لتوفير الطاقة الحرارية اللازمة للتسخين أو التجفيف أو الاستخدامات الصناعية الأخرى.
- يمكن للمواقع خارج الشبكة مع الكثير من أشعة الشمس حيث يكون توصيلها بشبكات الكهرباء صعبًا أو مكلفًا جدًا استخدام سخانات المياه الشمسية الحرارية للحصول على المياه الساخنة للاستخدامات المنزلية والتجارية.
- البحث والتطوير: تدرس الجامعات والمنظمات مدى فعالية سخانات المياه الشمسية في مختلف المناخات. تساعد هذه الأنظمة على اختبار التقنيات الجديدة لتحسين الكفاءة أو العثور على طرق أفضل لاستخدام الطاقة الشمسية.
كيفية اختيار سخانات المياه الشمسية الحرارية
عند اختيار نظام سخان المياه الشمسي الحراري لجزء معين من السوق، يجب مراعاة بعض المتغيرات لتحديد الخيار الأفضل الذي سيلبي الاحتياجات والميول المحددة. فيما يلي بعض الأمور الأساسية التي يجب مراعاتها أثناء اختيار نظام سخان المياه الشمسي الحراري الموثوق والكفء:
- التوافر والآلية: عادةً ما تكون سخانات المياه الحرارية أكثر أمانًا عند استخدامها. يرجع ذلك إلى أن الماء في الخزان يتم الاحتفاظ به في أعلى درجة حرارة ممكنة وتخزينه في خزان معزول جيدًا يتم وضعه فوق ألواح مجمعات الطاقة الشمسية.
- الميزانية والتكلفة: ترغب جميع الشركات في تحقيق المزيد من الأرباح مع تقليل النفقات. لذلك، أثناء اختيار أنظمة سخانات المياه الشمسية الحرارية، يجب على المرء مقارنة التكاليف قصيرة الأجل بالفوائد طويلة الأجل التي يرغب في الحصول عليها. قد تكون النفقات الأولية مرتفعة، ولكن يمكن استرداد الخسائر التي تم إنفاقها في المراحل المبكرة من خلال فواتير الطاقة المنخفضة والحوافز الحكومية.
- المناخ والبيئة: يؤثر المناخ والظروف المحيطة بشكل كبير على كيفية عمل أنظمة سخانات المياه الشمسية الحرارية. يجب قياس وفهم العوامل مثل الإشعاع الشمسي واحتياجات المياه قبل اتخاذ قرار بشأن نظام لتثبيته. قس كمية الماء المطلوبة للشركة وحدد الكمية الموجودة من الماء الساخن المُنتج يوميًا قبل الوصول إلى رقم محدد.
- خزان التخزين: تعتمد أنظمة المياه الحرارية على الجاذبية، لذلك يجب تثبيت الخزان فوق المجمعات لأداء الوظيفة بشكل جيد. عادةً ما يتم وضع الخزانات على أسطح المنازل. تُعزل الخزانات لمنع فقدان الحرارة، والذي يجب دمجه في النظام المختار. ابحث عن خزانات ذات عزل على الأقل R-4 لضمان الحد الأدنى من فقدان الطاقة.
- الامتثال للمعايير واللوائح: قبل شراء سخان المياه الشمسي الحراري، يجب على المرء التحقق من مطابقته للمعايير واللوائح المحلية. تأكد أيضًا من أن النظام المختار يلبي متطلبات برنامج الحوافز. تضع وكالة حماية البيئة (EPA) متطلبات سخانات المياه الشمسية؛ يجب التحقق من هذه المتطلبات مقابل تلك المختارة من الموردين لتجنب أي خسائر أو مشكلات في الامتثال لاحقًا.
أسئلة وأجوبة حول سخانات المياه الشمسية الحرارية
س1: ما هي عيوب سخان المياه الشمسي الحراري؟
ج1: العيوب الرئيسية لنظام المياه الشمسية الحراري هي القيود المفروضة على موقع المجمعات. يجب تثبيت المجمعات على ارتفاع أعلى من خزان التخزين لإنشاء الحمل الحراري الطبيعي. يمكن أن يجعل هذا التثبيت أكثر تعقيدًا ويحد من خيارات التثبيت.
س2: هل تتطلب أنظمة المياه الحرارية مضخات؟
ج2: لا، يعتمد سخان المياه الشمسي الحراري على الميل الطبيعي للمياه الساخنة للارتفاع والمياه الباردة للهبوط لتدوير المياه بين المجمعات الشمسية وخزان التخزين. تسمح عملية الحمل الحراري الطبيعية هذه، المعروفة باسم الدوران الحراري، للنظام بالعمل دون الحاجة إلى مضخات أو مكونات كهربائية.
س3: ما هي عيوب سخان المياه الشمسي الحراري؟
ج3: تشمل بعض عيوب سخانات المياه الشمسية الحرارية التثبيت المحدود للمجمعات، والضعف من التجمد في المناخات الباردة، وكفاءة أقل مقارنةً بالأنظمة المزودة بمضخات. قد لا تكون مناسبة لجميع المواقع وتتطلب صيانة بسيطة. يمكن أن تكون التكاليف أعلى أيضًا لبعض التكوينات.
س4: هل تتطلب المياه الحرارية مضخة؟
ج4: لا، يُلغي تأثير المياه الحرارية الطبيعية الحاجة إلى مضخة، مما يسمح بتدوير المياه بناءً على اختلاف درجات الحرارة.
س5: ما هي عمر نظام المياه الشمسية الحراري؟
ج5: مع الصيانة المناسبة، يمكن أن يدوم نظام المياه الشمسية الحراري لمدة 20 عامًا أو أكثر. يمكن أن يساعد التنظيف المنتظم للمجمعات الشمسية والتحقق من النظام بحثًا عن التسريبات أو التآكل على إطالة عمره.
浙公网安备 33010002000092号
浙B2-20120091-4
