ما هو نوع مجمعات الطاقة الشمسية ومبخرات المضخات الحرارية التي تستخدم عادة في سخانات المياه بالطاقة الشمسية

اختيار المجمع الحراري الشمسي: المفاضلة بين الأداء والسيناريو

أداء أ سخان المياه مصدر الهواء الشمسي يعتمد نظام (SAW) بشكل كبير على نوع وكفاءة مكونه الأساسي: المجمع الحراري الشمسي. في الممارسة الهندسية المهنية، يتم أخذ اثنتين من التقنيات الرئيسية بعين الاعتبار: مجمعات الألواح المسطحة ومجمعات الأنابيب المفرغة.

1. جامع الأنبوب المفرغ (ETC)

تلعب تقنية الأنابيب المفرغة دورًا رئيسيًا في أنظمة SAW نظرًا لأداء العزل الممتاز.

الميزة الأساسية: تستخدم الأنابيب المفرغة طبقة فراغ عالية بين الأنابيب لتقليل فقدان الحرارة بالحمل الحراري والتوصيل بشكل كبير. وهذا يعني أنه حتى في درجات الحرارة المحيطة المنخفضة أو الإشعاع الشمسي المنخفض (مثل الأيام الملبدة بالغيوم أو في الشتاء)، يمكن لـ ETCs الحفاظ على كفاءة عالية في التجميع وتسخين المياه إلى مستوى أعلى.

السيناريوهات المطبقة: نظرًا لأدائه الممتاز في تجميع الحرارة في درجات الحرارة المنخفضة، فإن نوع الأنبوب المفرغ مناسب بشكل خاص لشمال الصين، والمناخات الباردة، والتطبيقات التجارية التي تتطلب درجات حرارة أعلى لمياه المخرج. إنه يوفر تسخينًا مسبقًا بدرجة حرارة عالية للمضخات الحرارية ذات مصدر الهواء بشكل أكثر كفاءة، مما يقلل بشكل كبير من حمل عمل المضخة الحرارية، وبالتالي تحسين عامل الأداء الموسمي للنظام (SPF) في الشتاء.

الاعتبارات الفنية: غالبًا ما تستخدم مجمعات الأنابيب المفرغة الحديثة تكنولوجيا الأنابيب الحرارية، مما يتيح التشغيل بدون ماء والتبادل الحراري غير المباشر. وهذا يبسط الحماية من التجميد ويحسن موثوقية النظام.

2. جامع الألواح المسطحة (FPC)

يتم تفضيل مجمعات الألواح المسطحة في بعض المشاريع بسبب هيكلها القوي واستقرارها الحراري.

الخصائص الهيكلية: تتكون الـ FPC من لوح ممتص للحرارة، وغطاء شفاف، وطبقة عازلة. هيكلها المدمج يجعل من السهل دمجها مع المباني (BIPV، الخلايا الكهروضوئية المتكاملة للمباني/الحرارية).

اعتبارات الأداء: توفر المجمعات المسطحة كفاءة فورية ممتازة في ظل الإشعاع العالي ودرجات الحرارة المحيطة. ومع ذلك، فإنها تعاني من فقدان أكبر للحرارة مقارنة بالأنابيب المفرغة في ظل تقلبات درجات الحرارة الكبيرة.

سيناريوهات التطبيق: تعتبر المجمعات المسطحة أكثر ملاءمة لجنوب الصين، أو المناطق التي تتمتع بأشعة الشمس الوفيرة على مدار العام، أو كحل تكامل نظام واسع النطاق ومنخفض التكلفة.

التكامل الاحترافي: في سخانات المياه التي تعتمد على مصدر الهواء الشمسي، غالبًا ما تعمل المجمعات المسطحة كمصدر تسخين مسبق لمبخر المضخة الحرارية. تعمل المياه الساخنة ذات درجة الحرارة المتوسطة والمنخفضة التي تولدها على زيادة درجة حرارة التبخر وتحسين COP (معامل الأداء) للمضخة الحرارية.

تصميم مبخر المضخة الحرارية: تبادل حراري مطابق وفعال

في نظام تسخين المياه بمصدر الهواء الشمسي، يكون قلب المضخة الحرارية هو المبخر، الذي يمتص الطاقة الحرارية المنخفضة الدرجة من البيئة. لتلبية متطلبات النظام المعقد، يجب أن يلبي المبخر كفاءة التبادل الحراري العالية والقدرة على التكيف متعدد الأوضاع.

1. أنبوب داخل الأنبوب / مبخر الصدفة والأنبوب

يستخدم هذا النوع من المبخر عادةً في التطبيقات التي تتضمن التبادل الحراري المباشر أو غير المباشر بين الماء وغاز التبريد.

الوضع الوظيفي: في وضع المضخة الحرارية القياسية لمصدر الهواء (ASHP)، يمتص المبخر الحرارة من الهواء. ومع ذلك، في الوضع الهجين الشمسي، قد يتم تصميم المبخر كمبادل حراري متعدد الوظائف.

التطبيق المتخصص: تستخدم بعض أنظمة مصدر الهواء الشمسي المتطورة وسيلة وسيطة (مثل مضاد التجمد أو الماء المتداول) يتم تسخينها أولاً بواسطة مجمعات الطاقة الشمسية ثم يتم نقلها إلى المبخر لتكملة مادة التبريد. يتطلب هذا التصميم أن يتمتع المبخر بمقاومة تدفق ممتازة ومعامل نقل الحرارة.

2. المبخر الأنبوبي ذو الزعانف

يتم استخدام هذا المبخر في الوحدات الخارجية ذات المضخات الحرارية القياسية لمصدر الهواء ويمتص الحرارة مباشرة من الهواء المحيط.

الوظيفة الأساسية: خلال فترات غير موسمها أو التدفئة الإضافية، يعتمد النظام بشكل أساسي على المبخر الأنبوبي الزعانف لامتصاص حرارة الهواء.

اعتبارات إزالة الجليد: في البيئات ذات درجة الحرارة المنخفضة والرطوبة العالية، يواجه المبخر ذو الأنبوب الزعانف مشكلة الصقيع. تستخدم أنظمة مصدر الهواء الشمسي الاحترافية الحرارة الزائدة من مجمعات الطاقة الشمسية، حتى كمصدر حرارة لإزالة الجليد، مما يحسن كفاءة إزالة الجليد ويقلل من استهلاك طاقة إزالة الجليد وتوقف المضخة الحرارية.

تكامل النظام المشترك وتحسينه

تكمن خبرة سخان المياه بالطاقة الشمسية بمصدر الهواء في منطق التحكم الأمثل والدورة الديناميكية الحرارية بين المجمع والمبخر.

تآزر الطاقة: يستخدم النظام خوارزمية ذكية للتحكم في درجة الحرارة لتحديد بدقة متى يتم استخدام التسخين الشمسي (لزيادة درجة حرارة خزان المياه أو درجة حرارة تبخر المضخة الحرارية) ومتى يتم التبديل إلى وضع المضخة الحرارية النقية. ويضمن هذا التبديل الديناميكي أولوية الطاقة الشمسية ويزيد من الاستفادة من الطاقة المتجددة.

تحسين الأداء: تعمل طاقة التسخين المسبق التي يوفرها المجمع على زيادة ضغط الشفط لضاغط المضخة الحرارية بشكل كبير وتقليل نسبة الضغط، مما يجعل COP للنظام في الوضع المدمج أعلى بكثير من مضخة الحرارة ذات مصدر الهواء النقي، مما يزيد من الفائدة الحدية للطاقة.