• التدقئة بالطاقة الشمسية .. كيف؟

    التدفئة بالطاقة الشمسية

    علي الرغم من ارتفاع درجات الحرارة الملحوظ في بلادنا العربية في فصل الصيف الا انه من الملاحظ ايضا ان فصل الشتاء اصبح قاسي البرودة هو الآخر لذلك توجب علينا الحديث عن التدفئة بالطاقة الشمسية, وفي الحقيقة عملية تدفئة الهواء بالطاقة الشمسية غير معروفة للكتيرين فكثير ممن يقرأ هذا الموضوع الآن سيسأل نفسه .. هل يمكن التدفئة بالطاقة الشمسية ؟؟ . والأجابة - بالطبع نعم, بل وسنتحدث في موضوع لاحق ايضا عن التبريد بالطاقة الشمسية... ودعونا ندخل في الموضوع وسنحاول ان نغطي فيه بشكل مبسط كيفية التدقئة بالطاقة الشمسية وطريقة عملها وانواعها.

     حينما نبدأ بالحديث عن التدفئة بالطاقة الشمسية فهذا يقودنا الي بعض المفاهيم التي يجب ان نذكرها ابتدائا فعملية التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (Heating, Ventilation & Air conditioning ) تسمي أختصارا ب HVAC وتنطق ( أتش فاك) وهذا العلم هو جزأ اصبح مهم جدا في تصميمات الأبنية السكنية والعامة والصناعية ويحكمه مجموعة اكواد عالمية اشهرها ASHRAE
    وهي عملية مهمة جدا للوصول بالمكان الي أكثر وضع مريح بالنسبة لساكنيه أو حتي توفير الظروف المناسبة لأغراض صناعية معينة تحتاج الي درجات حرارة ورطوبة وتهوية خاصة.
    أما عملية ربط هذا المجال بالطاقة الشمسية كالتبريد والتدفئة وتسخين المياه بالطاقة الشمسية بدأ يتطور سريعا مؤخرا مع ظهور الحاجة الملحة لوجود وسائل طاقة بديلة توفر استهلاكنا المتزايد من الكهرباء والغاز الطبيعي.

    التدفئة بالطاقة الشمسية

    هناك أكثر من طريقة لاستخدام التدفئة بالطاقة الشمسية فعملية الدفئة أصلا وبكل بساطة هي عملية ضخ حرارة داخل حيز ما.
    وبالحديث عن التدفئة في تطبيقات الطاقة الشمسية يكون المقصود تدفئة المساكن والمبانى (سواء كانت صناعية او تجارية او خاصة مثل المستشفيات وخلافه) بالطاقة الشمسية.
    ,والتدفئة بالطاقة الشمسية هي ضخ الحرارة المكتسبة في اﻟﻤﺠمعات الشمسية (Solar Collectors ) إلى داخل الحيز المراد تدفئته ولتحقيق هذا الغرض نحتاج إلى استعمال بعض المعدات والأجهزة لنقل التأثير الحراري من اﻟﻤﺠمع الشمسي إلى داخل الحيز.
    وهناك نظامان للتدفئة بالطاقة يستخدم أحدهما الهواء بينما يستخدم الآخر الماء, في نظام التدفئة بالهواء يتم تسخين الهواء في اﻟﻤﺠمعات الشمسية ومن ثم دفعه إلى داخل الحيز بواسطة مروحة, أما بالنسبة لأنظمة التدفئة بالطاقة الشمسية التي تستعمل الماء فإنها تتضمن مبادلات حرارية يجري عبرها نقل الحرارة من الماء القادم من اﻟﻤﺠمع الشمسي إلى الهواء المدفوع إلى داخل الحيز.

    التدفئة بالطاقة الشمسية باستخدام دورة الماء الساخن.

    التدفئة بالطاقة الشمسية
     تتم عن طريق عمل تبادل حراري بين دورة تسخين مياه مغلقة بالطاقة الشمسية وبين الهواء الذي بالحيز لتسخين الهواء.
    وفي هذا النظام يعتبر المجمعات الشمسية التي تقوم بتسخين الماء المار عليها هي الجزء الرئيسي في النظام, وتعد المجمعات الحديثة ذات الانابيب المغرغة Evacuated Tubes أكثر الأشكال فاعلية وانتشارا في الوقت الراهن سواء لعمليات تدفئة الهواء أو حتي سخانات المياه بالطاقة الشمسية.
    التدفئة بالطاقة الشمسية
    صورة توضح متوالية من مجمعات من نوع الانابيب المفرغة لتسخين الماء بالطاقة الشمسية
    التدفئة بالطاقة الشمسية
    الصورة عي اليسار توضح تركيب الانبوب المفرغ حيث انه كما هو واضح يتكون من انبوب زجاجي مطلي بمواد ماصة للضوء بداخله انبوب نحاسي لسهولة انتقال الحرارة والمسافية بينهما تكون مفرغة من الهواء حتي لا يفقد النحاس الحرار المكتسبة بسهولة وطبعا بداخل الأنبوب النحاسي يكون السائل الذي هو وسيط التسخين.
    التدفئة بالطاقة الشمسية
    صورة لتوضيح مبدأ نقل الحرارة في الأنابيب النحاسية الموجودة في الأنابيب الزجاجية إلى الأنبوب النحاسي الموجود داخل المجمع الشمسي.




    التدفئة بالطاقة الشمسيةالتدفئة بالطاقة الشمسية بتدوير الهواء.

     التدفئة بالطاقة الشمسية بطريقة تدوير الهواء هي أحد ابسط طرق التدفئة وأقلها تعقيدا فهي عبارة عن مجمعات شمسية زجاجية تستقبل اشعة الشمس الساقطة عليها لتقوم بتسخين الهواء الموجود بداخلها وعن طريق حساس الحرارة بالداخل عند وصولها لدرجة حرارة معينة ومقارنتها بدرجة الحرارة الموجودة بداخل الحيز المراد تدفئته عن طريق حساس حرارة مثبت داخل الحيز المراد تدفئته يتم توصيل مراوح وظيفتها تدوير الهواء الدافيء من المجمعات الي الحيز المراد تدفئته


    التدفئة عن طريق مجمع الهواء المفرغ.

    تم اختراع هذه التقنية بواسطة conserve engineering inc في عام 1990 وقد عملوا مع وزارة الطاقة في الولايات المتحدة (المختبر الوطني) وقد شارك في تسويق هذة التقنية معهد الدراسات والموارد الطبيعية في كندا وتم تركيب عدة آلاف من مجمعات الهواء المفرغة في مجموعة متنوعة من المباني التجارية، والتطبيقات الصناعية والمؤسسية، والزراعية في أكثر من 30 دولة  حول العالم, تستخدم مجمعات الهواء المفرغة الآن لتجميع الطاقة الشمسية عبر المبنى بأكمله بسبب إنتاجها طاقة عالية (تصل إلى 500 - 600 واط حراري بالذروة / متر مربع(، وتحويل الطاقة الشمسية بدرجة عالية (تصل إلى(% 80)، وانخفاض تكاليف رأس المال عند مقارنتها مع تسخين المياه بالطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الشمسية.
    التدفئة بالطاقة الشمسية
    كما هو واضح في الصورة بالأعلي تقوم مجمعات الهواء المفرغة بتجميع الهواء الخارجي بدلا من استخدام الهواء الموجود في الغرفة, وعادة ما تكون مجمعات الطاقة الشمسية مركبة على الحائط الخارجي لالتقاط زاوية سقوط اشعة الشمس المنخفضة في أشهر الشتاء الباردة.
    السطح الخارجي لمجعات الطاقة الشمسية المفرغة يتكون من آلاف الثقوب الصغيرة جدا التي تسمح لطبقة من الحرارة المجاورة بأن تدخل بانتظام الي تجويف الهواء الموجود خلف الألواح الخارجية. ويتم سحي هذا الهواء الساخن لداخل المبنىعن طريق مراوح سحب في نظام التهوية للمبنى حيث يتم توزيعها بعد ذلك عن طريق الوسائل التقليدية أو باستخدام نظام الطاقة الشمسية عبر الأنابيب.
    وقد أظهرت عملية رصد واسعة النطاق من قبل معهد الموارد الطبيعية في كندا، والمختبر الوطني ان نظام تجميع الطاقة الشمسية بواسطة مجمعات الهواء المفرغة تقلل بين 10-50٪ من الحمولة التدفئة التقليدية. كما انها لا تحتاج الي صيانة معقدة وعمرها الأفتراضي حوالي 30 عام.
    الاشكال المختلفة من المجمعات الطاقة الشمسية المفرغة : ممكن ان توضع مجمعات الطاقة الشمسية المفرغة على السطح للحالات التي تكون غير مناسبة إذا وضعت على الواجهة الجنوبية أو انها غير مناسبة للمضهر المعماري. في مثل هذة الحالات توضع المجمعات على السطح ويمر الهواء خلال انبوب حراري على طول السطح حتى يصل إلى اقرب وحدة معالجة.
    وممكن ان نجمع بين نظام ال PV (الواح الطاقة الشمسية) مع نظام التدفئة بالطاقة الشمسية لخلق نظام هجين لتحقيق أكبر استفادة  من الطاقة الشمسية, حيث يتم نقل الحرارة من الجزء الخلفي من الواح الطاقة الشمسية وهذه الطاقة الحرارية تعادل اربع اضعاف الطاقة الكهربية المنتجة من اللوح الشمسي أصلا,  وتنقل هذه الحرارة بواسطة نظام تدفئة الهواء الشمسي.
    كما ان سحب الحرارة من الواح الطاقة الشمسية يساعد نظام الخلايا الكهروضوئية للعمل بكفاءة أكبر تصنف ضمن (25 مئوي). 
    حاولنا تغطية أشهر طرق التدفئة بالطاقة الشمسية في الوقت الراهن ولكن ذلك لا يعني ان هذه هي كل الأنظمة الموجودة فهناك العديد من الأنظمة المستخدمة للتدفئة بالطاقة الشمسية الأخري ولكننا كما تعودنا نحاول ان نتحدث بشكل أقرب عن الأنظمة المنتشرة والحديثة.