كتاب أكاديميا

م. منصور الجمعان يكتب: نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية

نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية

Solar Water Heating System

 

إن حرق الهيدروكربونات كوقود أحفوري، سواء الغاز الطبيعي أو النفط الخاملأغراض إنتاج الكهرباء  مسؤول عن جميع استهلاك الطاقة القومي في دولة الكويت، مما أدى الاستخدام المفرط لهذه الموارد غير المتجددة إلى سلسلة من القضايا ، مثل الاحتباس الحراري والتلوث الجوي. ومن أجل التعامل مع هذه القضايا ، يجب تقليل اعتمادنا على الهيدروكربونات ، وبالتالي تخفيض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من أجل تحقيق الأهداف المنشودة. ويمكن مواجهة هذا التحدي بمزيد من التطوير للطاقة البديلة سواء لإنتاج الكهرباء أو لتسخين المياه في الاجواء الباردة أو عند إحتياجها من خلال الاستفادة من الطاقة المتجددة ومثال عللى ذلك الطاقة الشمسية الحرارية (Solar Thermal Energy).

 

ومن هذا المنطلق سوف يتم التعرف عن تقنية تسخين المياه بالطاقة الشمسية                                                                       (Solar Water Heating System) والتي سوف يرمز لها لاحقا بـ SWHS.

 

                        [1]       (Google 2018) نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية

                                 

المكونات الرئيسية لأنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية:

 

1. مجمع أشعة الشمس (Solar collector): توجد عدة أنواع من مجمعات أشعة الشمس ، والمعروفة منها والأكثر شيوعا للإستخدامات المنزلية وغيرها:

 

 مجمع ذو السطح المستوي (Flat Plate Collector) : ينتج درجة تسخين ماء متوسطة من 10 لغاية 50 درجة سيليزية فوق درجة حرارة الجو الخارجية.

                                                                                           (Google 2018) [2]   مجمع ذو السطح المستوي 

         

 

 مجمع ذو الأنابيب المفرغة من الهواء (Evacuated Tubes Collector): يعمل على تسخين الماء أكثر من 50 درجة سيليزية فوق درجة حرارة الجو الخارجية وذلك لقدرة هذا النوع على تقليل فقد الحرارة التي تعمل على تسخين الماء.ويمكن استخدام هذا النوع لتدفئة ماء أحواض السباحة أو كميات الماء الكبيرة بالأخص بالأجواء ذات الرطوبة المتوسطة أو العالية.
 

                                                                                      [3](Google 2018) مجمع ذو الأنابيب المفرغة من الهواء

 

 

 

2. الخزان الحراري (Thermal storage): يعمل الخزان الحراري على تخزين الماء الساخن لكي يعمل النظام على تغطية احتياجات مستخدميه حسب سعة الاستخدام و التخزين المطلوبة.

 

3. النظام المساعد الغير شمسي (Non-solar auxiliary system):يعمل النظام المساعد على تسخين الماء بحالة غياب أشعة الشمس أو عدم كفايتها سواء بالفترة النهارية أو الليلية بالأخص بفصل الشتاء ، ويتم تشغيل النظام المساعد عن طريق استخدام الكهرباء أو الغاز وغيرها.

 

4. نظام التحكم(Control system) : يعمل نظام التحكم على تحديد طلب تسخين الماء المطلوب للتحكم بدرجة الحرارة التي سوف يتم تجميعها وتوزيعها. وكذلك يعمل النظام على تفعيل نظام التسخين المساعد اذا لم يفي النظام الشمسي بمتطلبات درجة الحرارة المطلوبة.

(Google 2018) [4]                                         تسخين ماء حوض السباحة بالطاقة الشمسية

 

 

طريقة عمل نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية (SWHS):

 

 

سوف يتم التطرق لشرح عملية تسخين المياه بالطاقة الشمسية للنظام الموضح بصورة رقم 1 ، وهومن الانظمة الدارجة بالأسواق العالمية. كما هو موضح بالصورة يوجد خزان لتخزين المياه الساخنة معزول حرارايا سواء المياه التي يتم تسخينها عن طريق نظام التسخين التقليدي أو نظام التسخين الشمسي.

 

دورة التسخين بالطاقة الشمسية: هي دورة مغلقة ووسيط الانتقال الحراري غالبا يوكون إيثيلين جيلايكول مخفف بالماء بنسب يحددها مصنّع النظام.تقوم مضخة تدوير وسيط الانتقال الحراري بسحب الوسيط البارد نسبيا من خزان المياه وإرساله لمجمع إشعة الشمس وهنا يتم تسخين وسيط الانتقال الحراري بواسطة أشعة الشمس ثم إندفاعها لخزان المياه وهي بحالة ساخنة ، وبما أن أنابيب إنتقال وسيط الانتقال الحراري( الأنابيب النحاسية) تكون على شكل ملف  إذن تحدث عملية تبادل حراري ما بين وسيط الانتقال الحراري والماء المار بالخزان عن طريق الانابيب النحاسية إلى أن يصل الماء لدرجة الإستخدام المطلوبة وفي هذه الحالة يعمل نظام التحكم على إيقاف تدوير وسيط الانتقال الحراري مما يعني أن نظام التسخين الشمسي تم إيقافة.

 

دورة نظام السخان التقليدي(المساعد الغير شمسي): في حالة أن درجة حرارة وسيط الانتقال الحراري بدورة النظام الشمسي مساوية أو قل من درجة حرارة ماء الخزان وهذه الدرجة غير كافية على تسخين الماء أو رفع درجة حرارته يتم تشغيل نظام السخان التقليدي عن طريق نظان التحكم بواسطةاستخدام ملفات تعمل على الغاز أو الكهرباء تكون مغمورة بالخزان وتقوم بتسخين مياه الخزان لغاية الوصول لدرجة الاستخدام المطلوبة.

 

دورة نظام التسخين المزدوج: في هذه الحالة توجد أشعة شمس تعمل على رفع درجة حرارة الخزان ولكن غير كافية لإيصال درجة حرارة الماء للدرجة المطلوبة. إذن يقوم نظام التحكم بتشغيل النظام الشمسي ليرفع درجة حرارة الماء لأعلى درجة ممكنة ثم يقوم بتشغيل نظام التسخين التقليدي لإيصال الماء لدرجة الحرارة المطلوبة. في هذه الحالة يعمل النظام الشمسي على تقليل إستهلاك الطاقة الغير بديلة لتقليل معدل ثاني أكسيد الكربون بالجو  لتقليل التلوث والإحتباس الحراري.

 

 

 

                                                                                                     المعهد الصناعي  صباح السالم

                                                                                                                عضو هيئة تدريب

                                                                                                          م. منصور أحمد الجمعان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

أنت تستخدم إضافة Adblock

برجاء دعمنا عن طريق تعطيل إضافة Adblock