მზის კოლექტორი (ნაწილი მე-2)

მზის კოლექტორების მქ კოეფიციენტი

მზის კოლექტორის მქ კოეფიციენტი ეწოდება ნზის კოლექტორის აპერტურის ფართობზე დაცემული მზის გამოსხოვების იმ ნაწილს, რომელიც მარგ თბურ ენერგიად გარდაიქმნება. აპერტურის ფართობი კოლექტორის ის ფართობია, რომელზეც ეფექტურად ზემოქმედებს მზის გამოსხივება.  ოპტიკური მქ კოეფიციენტი და თბოდანაკარგების კოეფიციენტები განისაზღვრება სათანადო ევროპული სტანდარტებით  და წარმოადგენს კოლექტორის მნიშვნელოვან მახასიათებლებს.                 

მოცულობითი წყალგამცხელებელი

ეს დანადგარი არ წარმოადგენს ცხელი წყლის აკუმულირების სისტემას ცალკე მდგომ ავზებში. მოცულობითი წყალგამაცხელებელი გამოიყენება სასმელი (ცივი) წყლის გასაცხელებლად და ცხელი წყლის გარკვეული მარაგის შესაქმნელად წყლის აღების დროსწყალგამაცხელებლის თბოგადამცემი მოთავსებულია მის ქვემო ნაწილში, რის გამოც წყლის ცირკულაცია ავზში გრავიტაციული წნევის ხარჯზე ხდება.ასეთ წალგამაცხელებელს, რომელიც თბური ენერგიით იკვებება მხოლოდ ერთი წყარიდან, მაგალითად, მზის კოლექტორიდან, მონოვალენტური წყალგამაცხელებელი ეწოდება. არსებობს ასევე ბივალენტური მოცულობითი ცხელწყალგამაცხელებელი.ასეთ წყალგამაცხელებელს აქვს ორი თბოგადამცემი, რომელთაგანაც ერთი, ქვემო ნაწილში განლაგებული იკვებება მზის დანადგარით, მეორე კი, ზემო ნაწილში განლაგებული - გათბობის ქვაბიდან.

ბუნებრივი ცირკულაციის მზის სისტემები

ბუნებრივი ცირკულაციის მზის თბომომარაგების სისტემაში თბოშემცვლელის ცირკულაცია ცივ და გაცხელებულ სითხეებს შორის მიმდინარეობს სიმკვრივეთა სხვაობის შედეგად წარმოწმნილი  ბუნებრივი (გრავიტაციული) წნევის ხარჯზე. კოლექტორებში თბოშემცვლელი ცხელდება მზის გამოსხივების ხარჯზე. გაცხელებული თბოშემცვლელი უფრო მსუბუქია ვიდრე  ავზ-აკუმულატორში მოთავსებული თბოშემცვლელი, რის გამოც უფრო ცხელი მსუბუქი თბოშემცვლელი ზემოთკენ გადაადგილდება ავზ-აკუმულატორში, მის ადგილს კი იკავებს უფრო მძიმე, ცივი თბოშემცვლელი, რომელიც ავზ-აკუმულატორიდან თბოშემცვლელში გადაადგილდება და ამრიგად იქმნება თბოშემცვლელი ცირკულაცია, ამ ცირკულაციის ხარჯზე თბოშემცვლელი სითბოს გადაცმეს ავზ-აკუმულატორში დაგროვილ წყალს. თბოშემცვლელის ცირკულაცის შეწყდება მაშინ, როდესაც ტემპერატურათა(სიმკვრივეთა) სხვაობა მზის კოლექტორსა და ავზ-აკუმულატორს შორის იმდენად მცირე ხდება, რომ იგი საკმარისი აღარ არის თბოშემცვლელი მოძრაობის კონტურში წინააღმდეგობის გადასალახად.

ბუნებრივი ცირკულაციის მზის თბომომარაგების სისტემებს, თერმოსიფონურ სისტემებსაც უწოდებენ. თერმოსიფუ=ონი წარმოადგენს წყლის გასაცხელებელ მოწყობილობას, რომელიც ზიარჭურჭელში სითხეების წონასწორობაზეა დამყარებული.

არსებობს მზის ბუნებრივი ცირკულაციის ერთკონტურიანი და ორკონტურიანი სისტემა. ერთკონტურიან მზის სისტემებში ცხელწყალმომარაგების სისტემისათვის წყალი უშუალოდ მზის კოლექტორში ცხელდება, ორკონტურიან სისტემებში კი პირველად კონტურში მოძრავი თბოშემცვლელი განცალკევებულია წყალგამაცხელებელში გასაცხელებელი სახმარი წყლისაგან განცალკევებულია თბოგადამცემით.

ბრტყელი და ვაკუუმური მზის სისტემების შედარება

ბრტყელი მზის სიტემები, როგორც წესი, კარგავენ მეტ სითბოს ვიდრე ვაკუუმური მზის სისტემები, განსაკუთრებით კი ტემერატურის მატებისას. ბრტყელი სისტემები შეუსაბამოა ისეთი სამუშაობის შესასრულებლად რგორიცაა წლისგან ორთქლის წარმოქმნა და მათი შემდგომი გამოყენება.  ვაკუუმურ მზის სისტემებს აბსორბირების უფრო მცირე საერთო ზედაპირი აქვთ ბრტყელ სისტემებთან შედარებით. აბსორბანტი ფართობის ერთეულის შედარებისას  ვაკუუმური სისტემა ბევრად ეფექტურია. რაც ხდის მათ შესაფერისს ისეთი ადგილებისთვის , სადაც გადახურვის ფართობი მცირეა, მაგალითად, ისეთ სახლებში სადაც სართულიანობა მაღალია მის შესაფერის სახურავთან შედარებით. ამიტომაც ასეთ ადგილებში მოსახერხებელია ვაკუუმური სისტემის დამონტაჟება, განსაკუთრებით კი ზამთრის პერიოდისთვის. თუმცა ისეთ ადგილებში სადაც შედარებით ნაკლებია სითბოს რაოდენობა უფრო ეკონომიური და შესაბამისი შეიძლება სწორედ ბრტყელი სისტემები აღმოჩნდეს.

მოცემული აბსორბირებადი ფართბოსთვის  მაღალი  ტემპერატურის თბომცვლელის წარმოების მხრივ ვაკუუმური სისტემა ძალიან ეფექტურია. 

მზის კოლექტორი

მზე მიეკუთვნება ჩვენი პლანეტის ე.წ. „განახლებად ენერგეტიკულ რესურსს“, ანუ ენერგიის ეს სახე, ყველა სხვა ტრადიციული წყაროსგან განსხვავებით, პრაქტიკულად, ამოუწურავია. მზის სხივი არ საჭიროებს მოპოვებასა და ტრანსპორტირებას, იგი უწონო, უხმაურო, უვნებელია, ხოლო მისი უტილიზაცია არ წარმოქმნის პირდაპირ ნარჩენებს და არ არღვევს პლანეტის თბურ წონასწორობას.

ცდება, ვინც ფიქრობს, რომ მზის ენერგიის გამოყენება მხოლოდ ზაფხულშია შესაძლებელი. მზის სითბო ზამთარშიც საკმარისია ცხელი წყლის მისაღებად.

„NASA”-ს მონაცემებით, მაისიდან ოქტომბრამდე, საქართველოში, შესაძლებელია წყლის გასაცხელებლად საჭირო ენერგიის 100 %-ით უზრუნველყოფა; მარტში, აპრილსა და ოქტომბერში მზე მოგვცემს საჭირო სითბოს ნახევარს; ნოემბრიდან თებერვლამდე კი –          20-30 %-ს.

      

მზის სისტემის ერთადერთი ვარსკვლავია მზე, რომლის ირგვლივ მოძრაობენ ამ სისტემის ობიექტები: პლანეტები და მათი თანამგზავრები, ასტეროიდები, მეტეორიდები, კომეტები და კოსმოსური მტვერი. მზე არის მყარი სხეული, იგი შედგება წყალბადის (მასის 73 % და მოცულობის 92 %), ჰელიუმის (მასის 25% და მოცულობის 7%) და სხვა ნაკლები კონცენტრაციის ელემენტებისგან, როგორიცაა:რკინა, ნიკელი, ჟანგბადი, აზოტი, კრემნიუმი გოგირდი, მაგნიუმი, ნახშირბადი, ნეონი, კალციუმი და ქრომი.

მზის შიგა ნაწილში მიმდინარეობს თერმობირთვული რეაქცია, რომლის დროსაც წყალბადის ატომებისგან ხდება ჰელიუმის ატომების სინთეზირება. ამ დროს დიდი რაოდენობით ენერგია გამოიყოფა: მაგალითად: ყოველ წამში 700 მლნ ტონა წყალბადი გარდაიქმნება 695 მლნ ტონა ჰელიმად და 5,0 მლნ ტონა ენერგიად გამა-გამოსხოვების სახით. ასეთი დიდი რაოდენობით ენერგიის გამოსხივების შედეგად  მზის შიგა ნაწილი 15,0 მლნ გრადუსამდე ცხელდება. მზის ზედაპირის ტემპერატურა კი 6000 -ია. ენერგია, რომელსაც მზე აწვდის დედამიწას, 5000-ჯერ აღემატება სამყაროს ენერგომოთხოვნილებას.

გათბობის ტექნიკაში გამოყენებული მზის სისტემები

მზით გათბობის სისტემის ერთ-ერთ ძირითად ელემენტს წარმოადგენს მზის კოლექტორი, რომელსაც ხშირად ჰელიოკოლექტორსაც უწოდებენ (ბერძნული სიტყვიდან: ჰელიოს-მზე). ამ მოწყობილობის დანიშნილებაა შეკრება მზის სითბური ენერგიის, რომელიც მას გადაეცემა ხილული და ინფრაწითელი გამოსხივებით.

ჩვეულებრივ, კოლქტორი წარმოადგენს სითბოს გენერატორს, რომელიც ბევრად განსხვავდება ტრადიციული თბოგენერატორისაგან. მთავარი განსხვავება ისაა, რომ მზის კოლექტორში სითბოს  მისაღებად ენერგიის წყაროს წარმოადგენს არა ტრადიციული სათბობი, არამედ მზის გამოსხივება.

განსხვავებით მზის ბატარეისაგან, რომელიც მზის გამოსხივებას უშუალდ ელეატროენერგიად გარდაქმნის, მზის კოლექტორი აცხელებს თბოშემცვლელს, რომელიც შემდგომ გამოიყენება გათბობისა და ცხელწყალმომარაგების სისტეებში.

მზის კოლექტორს ეცემა როგორც მზის, ასევე გაბნეული გამოსხვება (ა). მზის კოლექტორის მინის ზედაპირი გამოსხოვების ნაწილს შთანთქვს (ც) ნაწილს კი აირეკლავს (ბ). მზის კოლექტორში მოხვედრილი გამოსხივების ნაწილი შთაინთქმება აბსორბერის მიერ (ე), ხოლო ნაწილი აირეკლება (დ). აღსანიშნავია, რომ კოლექტორის ჰაერის შრეში სითბოს გადაცემა მიმდინარეობს როგორც კონვექციით (ჰ), ასევე გამოსხივებით (ჟ) და თბოგამტარობით კოლექტორის თბოიზოლირებულ კორპუსში (ფ). კოლექტორზე მოხვედრილი გამოსხივება მცირდება ოპტიკური დანაკარგებით (ბცდ), ხოლო გამოსხოვების დარჩენილი ნაწილი აცხელებს აბსორბერს. სითბოს რაოდენობა, რომელსაც აბსორბერი გადასცემს გარემოს, წარმოადგენს თბოდანაკარგებს.

მზის კოლექტორის სახეები

მზის კოლექტორის ყველაზე მეტად გავრცელელბული სახეა ბრტყელი კოლექტორები. კოლექტორის ძირითადი შემადგენელი ნაწილია აბსორბერი, რომელშიც მზის გამოსხივება გარდაიქმნება სითბოს. აბსორბერის ზედაპირიდან სითბო გადაეცემა თხევად თბოშემცვლელს. ბრტყელ კოლექტორებში აბსორბერი წარმოადგენს ფოლადის ფირფიტებს ან ფურცლებს. არსებობს ორი სახის ბრტყელი კოლექტორი: აბსორბერი მილების რეგისტრებით, სადაც გვაქვს წნევის მცირე დანაკარგები, მაგრამ მოსალოდნელია მილებში თბოშემცვლელის არათანაბარი გადანაწილება, და აბსორბერი მილების კლაკნილებით, რაც გვაძლევს სითბოს ართმევის დიდ საიმედოობას, რადგანაც თბოშემცვლელი მხოლოდ ერთ მილში გაედინება. ბრტყელ კოლექტორებს აქვს გამჭვირვალე სახურავი, რომელიც დამზადებულია მინისგან ლითონის მცირე შემადგენლობით, რაც არასასურველი ამინდის დროს მის ხანგრძლივ დაცვას უზრუნველყოფს. ბრტყელი კოლექტორის აბსორბერის ზედაპირი შეღებილია შავი საღებავით ან დაფარულია სპეციალური სელექციური დაფარვით. შავი საღებავითშეღებვისას არეკლილი გამოსხივება გარემოში 40%-ია, ხოლო სელექციური დაფარვისას 5%.

        აბსორბერი მილების კლაკნილებით                                         

აბსორბერი მილების რეგისტრებით 

                                      

მზის კოლექტორების შემდეგი სახეა ვაკუუმირებული მილოვანი კოლექტორი. მზის გამოსხივები თბურ ენერგიად გარდაქმნა იგივენაირად ხდება, როგორც ბრტყყელ გამათბობელში, განსხვავება თბოიზილაციაშია. ვაკუუმმილოვან კოლექტორში აბსორბერი, თერმოსის მსგავსად, ჩაშენებულია ვაკუუმირებულ მინის მილში, რადგან ვაკუუმი ხასიათდება კარგი თბოსაიზოლაციო თვისებებით, ამიტომ ასეთ კოლექტორებში თბოდანაკარგები გაცილებით ნაკლებია ბრტყელ კოლექტორებთან შედარებით, განსაკუთრებით მაღალი ტემპერატურისას.

ვაკუუმირებული მილოვანი კოლექტორები ორი სახისაა: წინდენითი და თბური მილის მქონე.

წინდენით ვაკუუმირებულ მილოვან კოლექტორში თბოშემცვლელი უშუალოდ აბსორბერის მილებში ცირკულირებს, ამიტომ მათი მონტაჟი  ნებისმიერ მდგომარეობაშია შესაძლებელი.

                                                                            წინდენითი და თბური მილი

თბურმილებიან ვაკუუმირებულ კოლექტორებს აქვს დახურულმილებიანი აბსორბერი, რომელშიც მოძრაობს მეორეული თბოშემცვლელი, როგორც წესი, წყალი. თბური მილების ზემო ნაწილში, ე.წ. კონდენსატორში, ორთქლი კონდენსირდება და სითბო გადაეცემა თბოსემცვლელს. ეს პროცესი ითხოვს კოლექტორის გარკვეული კუთხით დახრას, რათა უზრუნველყოფილ იქნეს თბური მილის ამაორთქლებლიდან კონდენსატორზე სითბოს გადაცემა.

                                                   თბურმილებიანი ვაკუუმირებული კოლექტორი