Güneş Enerjili Su Isıtıcılarının Kışa Hazırlanması: Donmuş Borular ve Hasar Nasıl Önlenir?

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri için Donmaya Karşı Koruma

Güneş enerjili su ısıtma sistemlerindeki kollektörler ve dış boruları, özellikle soğuk ve yüksek enlemli bölgelerde, sert kış aylarında donan suyun genleşmesi nedeniyle sıklıkla hasar görür. Bu nedenle, güneş enerjili su ısıtma sistemleri için kışa hazırlık önlemleri dikkate alınmalıdır. Günümüzde, güneş enerjili su ısıtma sistemleri için yaygın olarak uygulanan donmaya karşı koruma önlemlerinden bazıları aşağıdadır.

Donmaya Dayanıklı Güneş Kollektörlerinin Seçimi

Kollektör, güneş enerjili su ısıtma sisteminde açık havada bulunması gereken kritik bir bileşendir. Donmaya dayanıklı bir kollektör seçmek, sert kış aylarında donma hasarına dair endişeleri ortadan kaldırır.

Bu kitabın 1. Bölümünde tanıtılan ısı borulu vakum tüplü kollektör ve içten yerleştirilmiş tüplere sahip tamamen cam vakum tüplü kollektör, donmaya dayanıklı kollektörlerdir. Isıtılmış su asla doğrudan vakum tüplerine girmediği için, vakum tüplerinin cam kapaklı boruları suyla temas etmez. Ayrıca, ısı borularının çalışma akışkanı kapasitesi çok düşük olduğundan, vakum tüpleri sıfırın altında birkaç on santigrat derece sıcaklıklarda bile donmaya karşı korunur.

Donma önleyici özelliğe sahip bir diğer kollektör türü ise ısı borulu düz plakalı kollektördür. Geleneksel düz plakalı kollektörlerin aksine, bu kollektörde soğurucunun borularında borular yerine ısı boruları kullanılır. Bu borular, çalışma akışkanı olarak düşük kaynama ve donma noktasına sahip bir ortam kullanır ve soğurucunun donmasını önler. Ancak, ısı borulu düz plakalı kollektörlerin teknik ve ekonomik performansı yukarıda bahsedilen vakumlu borulu kollektörlerden daha düşük olduğundan, henüz yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Antifriz Kullanan Çift Sirkülasyon Sistemi

Çift sirkülasyonlu sistem (veya çift devreli sistem), güneş enerjili su ısıtma sistemine bir ısı eşanjörü entegre eder. Kollektör ve ısı eşanjörünün sıcak tarafı ilk devreyi (veya birincil devreyi) oluşturur. Isı transfer ortamı olarak düşük donma noktalı bir antifriz sıvısı kullanılır ve böylece sisteme antifriz sağlanır. Çift sirkülasyonlu sistemler, hem doğal hem de zorlamalı sirkülasyonlu güneş enerjili su ısıtma sistemlerinde kullanılabilir.

Doğal sirkülasyonlu sistemlerde, ana devrede antifriz kullanılmasına rağmen, su depolama tankı açık havada yer almakta olup, sistemin soğuk su deposu ve sıcak su besleme boruları da kısmen dışarıya monte edilmektedir. Yalıtım olsa bile bu dış mekan boruları soğuk kış gecelerinde içlerindeki suyun donmayacağını garanti edemez. Bu nedenle, sistemi tasarlarken, kullanımdan sonra sıcak suyun borulardan tahliye edilmesine yönelik bazı yöntemlerin dikkate alınması önemlidir. Örneğin, sifon tipi bir sıcak su giriş borusu, açılmasını ve kapanmasını kontrol etmek ve böylece boruyu boşaltmak için üstüne atmosferik bir vana takılarak soğuk su besleme borusu olarak da kullanılabilir.

Otomatik tahliyeli geri dönüş sistemi

Tek devreli zorunlu sirkülasyon sistemlerinde, sirkülasyon suyu pompasının çalışmasını kontrol etmek için genellikle bir sıcaklık farkı kullanılır ve su depolama tankı genellikle iç mekanda (zemin katta veya bodrumda) bulunur. Kışın gündüzleri, yeterli güneş radyasyonu olduğunda, sıcaklık farkı kontrolörü sirkülasyon suyu pompasını etkinleştirerek kollektörün normal şekilde çalışmasını sağlar. Gece veya bulutlu günlerde, güneş radyasyonu yetersiz olduğunda, sıcaklık farkı kontrolörü sirkülasyon suyu pompasını kapatarak kollektör ve borulardaki suyun yer çekimi etkisiyle su depolama tankına geri akmasını sağlar ve donma nedeniyle oluşabilecek hasarı önler. Ertesi gün veya güneş radyasyonu yeterli seviyelere döndüğünde, sıcaklık farkı kontrolörü sirkülasyon suyu pompasını yeniden başlatarak suyu su depolama tankından deflektöre geri pompalar ve sistemin çalışmaya devam etmesini sağlar. Bu antifriz sistemi basit ve güvenilirdir ve ek ekipman gerektirmez. Ancak, sistemdeki sirkülasyon suyu pompasının yüksek basma yüksekliğine sahip olması gerekir.

Son yıllarda denizaşırı ülkeler çift devreli sistemlere reflü antifriz önlemlerini uygulamaya başladılar. Bu sistemde ilk devre antifriz sıvısı kullanmaz ancak yine de kolektördeki ısı transfer ortamı olarak su kullanır. Güneş ışınımının yetersiz olduğu gece veya bulutlu günlerde, sirkülasyonlu su pompası otomatik olarak kapanır ve kollektördeki su, sifon etkisi ile özel olarak tasarlanmış küçük bir depolama tankına akar. Su daha sonra ertesi gün veya güneş ışınımı tekrar yeterli hale geldiğinde kolektöre yeniden pompalanarak sistemin çalışmaya devam etmesi sağlanır.

Depolanan suyu boşaltmak için bir drenaj sistemi kullanmak

Doğal veya zorunlu sirkülasyonlu tek devreli bir sistemde, kollektörün emicisinin altındaki boru tesisatına veya en düşük dış ortam sıcaklığına yerleştirilmiş bir sıcaklık sensörü, bir kontrol cihazına bağlıdır. Kollektörün veya dış borudaki su sıcaklığı donma noktasına (3-4°C) yaklaştığında, kontrol cihazı, sıcaklık sensöründen gelen bir sinyale dayanarak tahliye vanasını ve havalandırma vanasını açar. Kollektörün ve dış boruların içindeki su daha sonra yerçekimi etkisiyle sistemden boşalır, böylece yeniden kullanım önlenir ve istenen antifriz etkisi elde edilir.

Depolama Tankından Sıcak Suyun Otomatik Gece Sirkülasyonu

Zorunlu sirkülasyonlu tek devreli bir sistemde, kollektörün emicisinin altındaki veya en düşük dış ortam sıcaklığına sahip boru tesisatına yerleştirilen ve bir kontrol cihazına bağlı bir sıcaklık algılama elemanı bulunur. Kollektörün veya dış borunun içindeki su sıcaklığı donma noktasına yaklaştığında (örneğin 3-4°C), kontrol cihazı gücü açar ve sirkülasyon pompasını çalıştırır. Sirkülasyon pompası, depolama tankından kollektörün içine sıcak su pompalayarak kollektör ve borulardaki su sıcaklığını yükseltir. Kollektörün veya borunun içindeki su sıcaklığı ayarlanan bir değere ulaştığında (veya pompa belirli bir süre çalıştığında), kontrol cihazı gücü keserek sirkülasyon pompasını durdurur. Bu antifriz yöntemi, sirkülasyon pompasını çalıştırmak için belirli miktarda güç tükettiğinden, ara sıra donma yaşanan ancak şiddetli soğuk olmayan bölgeler için uygundur.

Doğal veya zorunlu sirkülasyonlu tek devreli bir sistemde, dış boru tesisatının donmaya en yatkın bölümüne kendi kendini düzenleyen bir ısıtma bandı yerleştirilir. Bu yöntem, ısıtma bandının yakınında bulunan ve ısıtma bandının devresine bağlı bir termistör kullanır. Isıtma bandına enerji verildiğinde, borulardaki suyu ısıtır ve aynı anda termistörün sıcaklığını yükseltir, bu da termistörün direncini artırır. Termistörün direnci belirli bir değere ulaştığında devre kesilir, ısıtma bandının enerjisi kesilir ve sıcaklık kademeli olarak düşer. Bu işlem sayısız kez tekrarlanarak dış borulardaki suyun donması önlenirken, ısıtma bandının da aşırı ısınarak tehlike yaratması önlenir. Bu antifriz yöntemi belirli miktarda elektrik tüketse de çok soğuk bölgelerde etkilidir.