Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Türleri ve Çalışma Şekli Hakkında Kapsamlı Bir Kılavuz

Güneş Enerjili Su Isıtma Teknolojisine Giriş

Güç Kaynağı Olmayan Anlık Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemi

Sistem bileşenleri: Vakumlu tüplü kolektör, bağlanabilir su deposu, ayarlanabilir braket ve ısı eşanjörü.

Güç Kaynağı Olmayan Dolaşımlı Anlık Güneş Enerjili Su Isıtma Sisteminin Çalışma Prensibi: Vakumlu tüp içindeki su, güneş ışığına maruz kaldığında ısınmaya başlar. Su ısındıkça yoğunluğu azalır ve doğal olarak tanka doğru akar, böylece suyu kademeli olarak ısıtır. Isıtılan su daha sonra poliüretan köpük ile yalıtılmış bir tankta depolanır. Soğuk iç mekan suyu, tank içindeki sabit bir körük kanalından geçerek basınçlı musluk suyunu tanktaki suyla neredeyse aynı sıcaklığa (2 santigrat dereceden daha az bir sıcaklık farkıyla) yükseltir. Bu, istikrarlı, basınçlı, temiz sıcak su elde edilmesini sağlar.

Doğal Sirkülasyonlu Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemi

Doğal sirkülasyonlu güneş enerjili su ısıtma sistemi, kolektör ile su tankı arasındaki sıcaklık farkını kullanarak bir termosifon başlığı oluşturur ve bu başlık suyu sistemde dolaştırır. Aynı zamanda, kolektörden elde edilen faydalı enerji, suyun ısıtılmasıyla sürekli olarak tankta depolanır.

Sistem çalışması sırasında, kolektördeki su güneş radyasyonuyla ısıtılır, bu da sıcaklığının artmasına ve yoğunluğunun azalmasına neden olur. Isıtılan su kolektör içinde yavaş yavaş yükseler, kolektörün üst sirkülasyon borusundan su depolama tankının üst kısmına akar. Aynı zamanda, su depolama tankının altından gelen soğuk su, alt dolaşım borusu aracılığıyla kolektörün alt kısmına akar. Zamanla, su depolama tankında belirgin bir sıcaklık katmanlaşması oluşur; suyun üst katmanı ilk olarak kullanılabilir bir sıcaklığa ulaşır ve bu durum tüm tank tamamen kullanılabilir hale gelinceye kadar devam eder.

Sıcak su elde etmenin iki yöntemi vardır. Biri, soğuk suyu depolama tankının altına dolduran bir makyaj tankı kullanır ve sıcak suyu üst katmandan dışarı iterek kullanıma hazır hale getirir. Su seviyesi, dolum tankındaki şamandıralı valf ile kontrol edilir. Bu yöntem bazen "üstten doldurma yöntemi" olarak adlandırılır. Diğer yöntem, makyaj tankı olmadan, sıcak suyun yerçekimiyle depo tabanından aşağıya doğru akmasını sağlar. Bu yöntem bazen "açılan menü yöntemi" olarak adlandırılır.

Zorlamalı Sirkülasyonlu Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemi

Zorlanmış sirkülasyonlu güneş enerjili su ısıtma sistemi, kolektör ile su depolama tankı arasındaki boru hattına takılı bir su pompası kullanarak sistemdeki suyu dolaştırır. Aynı zamanda, kolektörden elde edilen faydalı enerji, suyun ısıtılmasıyla su depolama tankında saklanır.

Sistem çalışması sırasında sirkülasyon pompasının etkinleştirilmesi ve devre dışı bırakılması kontrol edilmelidir, aksi takdirde hem elektrik enerjisi hem de ısı enerjisi boşa gider. Sıcaklık farkı kontrolü genellikle en popüler yöntemdir ve bazen hem sıcaklık farkı kontrolü hem de fotovoltaik kontrol aynı anda kullanılır.

Sıcaklık farkı kontrolü, kolektör çıkışındaki su sıcaklığı ile su depolama tankının altındaki su sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkını kullanarak sirkülasyon pompasının çalışmasını kontrol eder.

Sabah güneş doğduktan sonra, kolektördeki su güneş radyasyonuyla ısıtılır ve sıcaklığı kademeli olarak artar. Kolektör çıkışıyla depo tabanındaki su arasındaki sıcaklık farkı belirlenmiş bir değere ulaştığında (genellikle 8-10 derece) ° C) sıcaklık kontrol cihazı, sirkülasyon pompasını çalıştırmak için bir sinyal üretir ve sistem çalışmaya başlar. Bulutlu dönemlerde veya gün batımından önceki öğleden sonraları güneş ışınımı azalır ve bu da kolektör sıcaklığının kademeli olarak düşmesine neden olur. Kolektör çıkışıyla depo tabanındaki su arasındaki sıcaklık farkı belirli bir değere ulaştığında (genellikle 3-4 derece) ° C) sıcaklık kontrol cihazı, sirkülasyon pompasını kapatmak için bir sinyal üretir ve sistem çalışmayı durdurur.

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri

Sıcak su elde etmenin iki yöntemi de vardır: üstten akışlı ve aşağıdan akışlı.

Üstten akış yöntemi, depo tankının alt kısmına soğuk su (musluk suyu) eklemeyi ve sıcak suyu üst katmandan dışarı iterek kullanmayı içerir. Düşme akışı yöntemi, sıcak suyun yerçekimi nedeniyle tankın altından kendiliğinden düşmesine dayanır. Zorunlu sirkülasyon altında, tanktaki su iyice karışır ve önemli ölçüde sıcaklıkta katmanlaşma oluşmasını engeller. Bu nedenle, hem yukarı akışlı hem de aşağı akışlı yöntemler başlangıçtan itibaren sıcak su sağlar. Üstten su besleme yöntemiyle karşılaştırıldığında, üstten su besleme yönteminin avantajı, basınçlı sıcak su püskürtmesinin kullanıcı konforunu artırması ve su tankını yeniden doldurma konusunda endişelenmeye gerek olmamasıdır. Ancak dezavantajı, su deposunun altından gelen soğuk suyun, tanktaki sıcak suyla karışabilmesidir. Üstten su doldurma yönteminin sıcak ve soğuk suyun karışmasını önleme avantajı olmasına rağmen, sıcak suyun yerçekimiyle düşmesi nedeniyle kullanıcı konforunu etkilemesi ve su tankını her gün yeniden doldurma zorunluluğunun olması gibi dezavantajları da vardır.

Çift devreli zorlanmış sirkülasyon sisteminde, ısı eşanjörü ya su tankının içinde yer alan daldırma tipi bir ısı eşanjörü olabilir, ya da su tankının dışında yer alan plakalı bir ısı eşanjörü olabilir. Plakalı ısı eşanjörleri, daldırma tipi ısı eşanjörlerine göre birçok avantaj sunar: Öncelikle, plakalı ısı eşanjörleri daha geniş bir ısı transfer alanına, daha küçük ısı transfer sıcaklık gradyanlarına ve sistem verimliliği üzerinde daha az etkiye sahiptir. İkincisi, plakalı ısı eşanjörleri sistem boru hattına yerleştirilmiştir, bu da daha fazla esneklik sunar ve sistem tasarımını ve düzenini kolaylaştırır. Üçüncüsü, plakalı ısı eşanjörleri ticari olarak mevcuttur ve standartlaştırılmıştır, bu da kalite güvencesini ve güvenilirliği kolaylaştırır.

Zorlamalı sirkülasyon sistemleri, büyük, orta ve küçük ölçekli güneş enerjili su ısıtma sistemleri için uygundur.

Doğrudan ısıtmalı güneş enerjili su ısıtma sistemleri, suyu kolektörden tek geçişte istenen sıcaklığa kadar ısıtır ve ısıtılan su daha sonra sürekli bir akış halinde depoya aktarılır.

Sistem çalışması sırasında, sıcak suyun kullanıcı gereksinimlerini karşılamasını sağlamak için genellikle sabit sıcaklıkta deşarj yöntemi kullanılır. Kolektör giriş borusu musluk suyu hattına bağlıdır. Kolektördeki su güneş radyasyonuyla ısıtılır ve sıcaklığı kademeli olarak artar. Kolektör çıkışına bir sıcaklık sensörü takılıdır. Bir sıcaklık kontrol cihazı, kolektör girişine takılan elektrikli vananın açılmasını kontrol eder. Bu sıcaklık kontrol cihazı, kolektör çıkış sıcaklığına göre kolektör giriş akış hızını ayarlayarak sabit bir çıkış suyu sıcaklığı sağlar. Bu sistemin güvenilirliği, değişken akışlı elektrikli valfin ve kontrol cihazının performansına bağlıdır.

Elektrikli valf ve kontrol cihazıyla ilgili katı gereksinimlerden kaçınmak için bazı sistemler elektrikli valfi kolektör çıkışına yerleştirir ve valfin yalnızca iki durumu vardır: açık ve kapalı. Kolektör çıkış sıcaklığı belirlenmiş bir değere ulaştığında, bir sıcaklık kontrol cihazı elektrikli vanayı açarak sıcak suyun kolektör çıkışından su depoya akmasını sağlar. Aynı anda, kolektör çıkış sıcaklığı ayarlanan değerin altına düşene kadar soğuk su (musluk suyu) kolektöre eklenir. Elektrikli valf kapanır ve süreç tekrarlanır. Bu sabit sıcaklıkta su deşarj yöntemi nispeten basit olsa da, elektrikli vananın kapanmasındaki histerezis nedeniyle ortaya çıkan sıcak suyun sıcaklığı ayarlanan değerden daha düşük olabilir.

Doğrudan akışlı sistemlerin birçok avantajı vardır: Öncelikle, zorlamalı sirkülasyon sistemlerine kıyasla su pompası gerektirmez; ikincisi, doğal sirkülasyon sistemlerine kıyasla su depolama tankı iç mekanda bulunabilir; Üçüncüsü, devridaim sistemlerle karşılaştırıldığında, kullanılabilir sıcak su her gün daha erken elde edilebilir ve belirli bir süre boyunca havanın temiz olması durumunda belirli miktarda kullanılabilir sıcak su elde edilebilir; dördüncüsü, kışın donmayı önlemek için sistemin gece boşaltılmasına yönelik bir tasarım uygulamak kolaydır. Doğrudan akışlı sistemin bir dezavantajı, güvenilir değişken akışlı elektrikli valfler ve kontrolörler gerektirmesidir, bu da sistemi karmaşıklaştırmakta ve yatırımı artırmaktadır.

Doğrudan akışlı sistem öncelikle büyük ölçekli güneş enerjili su ısıtma sistemleri için uygundur.