Dolaşımsız Sistemler
Mümkün olan tüm ilkelerin bu en temelinde, ısı transfer ortamı ve tüketici tarafından fiilen kullanılan sıvı aynı ortamdır. Normal içme veya kullanma suyu devresinde uygun bir kollektör entegre edilmiştir. Kollektörden akarken su ısıtılır ve daha sonra kullanılabilir. Bu temel ilke, bir örnek vermek gerekirse, depo toplayıcılarda kullanılır.
Açık doğal dolaşım sistemleri
Tüm sirkülasyon konseptleri içinde en temel olan bu, kollektör, gidiş ve dönüş borusu ile basınçsız, açık bir depodan oluşur. Doğal dolaşımın nedeni, artan sıcaklıkla bir sıvıda yoğunluğun azalmasıdır.
Örnek vermek gerekirse, 20 °C’deki su yoğunluğu 998 kg/m3 ve 80 °C’deki sadece 972 kg/m3’tür. Kollektördeki sıcak sıvı ile depodaki soğuk akışkan ve kollektör akış borusu arasındaki bu yoğunluk farkları, eğer daha soğuk ortamlı depo kollektörün üzerinde konumlandırılmışsa sistem içinde sirkülasyonu oluşturur.
Yoğunluktaki bu farklılıkların itici güçlerine, boru sürtünmesinin neden olduğu basınç düşüşü karşı çıkar. Kaldırma basıncı ve akışın neden olduğu basınç kayıpları, dururken aynıdır. Bu, sıvının kütle akışına neden olur. Radyasyon şiddeti artarsa kollektör çıkış sıcaklığı da artar ve bununla birlikte depo ile kollektör arasındaki sıcaklık farkı da artar.
Kütle akışı artırılır, artan miktarda ısı transfer ortamı ve onunla birlikte ısı depoya taşınır ve depolama ortamına salınır. Sonuç olarak, kollektördeki sıcaklık tekrar düşer.
Bu nedenle, bu, en azından temel haliyle, sensörler ve kontrol cihazları olmadan çalışabilen kendi kendini düzenleyen bir sistemdir.
Bu durumda doğal dolaşım sistemi açıktır. Aynı sıvı, doğrudan kullanıcıya aktarılan kollektörden akar ve ısıtılarak kullanılır.
Güney ülkelerinde genellikle don tehlikesi bulunmadığından ve bu nedenle ısı transfer ortamı kollektör devresinde donamayacağından, bu tür sistemler bu bölgelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kollektör devresi, içinden genellikle içme suyu aktığı için korozyona dayanıklı olmalıdır.
Kapalı Doğal Sirkülasyon Sistemleri
Doğal sirkülasyon sistemlerinde donma ve korozyonu önlemek için kollektör devresi kapatılabilir.
Ancak bu, normalde kollektör devresindeki ısıyı, ısıyı daha fazla dağıtabilecek bir depoya bırakan bir ısı transfer ortamı gerektirir.
Devre ortamdan izole edildiğinden, normalde daha fazla basınç altındadır. Güvenli bir şekilde çalışması için, birincil devreye bir genleşme tankı ve bir basınç kontrol vanası takılmalıdır. Dona maruz kalan alanlarda bu tür sistemler kullanılıyorsa, dona karşı dayanıklı ısı taşıyıcılar kullanılmalı ve depo, soğuk ve sıcak su servis boruları dona karşı korunmalıdır.
Açık cebri sirkülasyon sistemleri
Soğutucu (örn. ısı deposu, yüzme havuzu vb.) kollektörlerin üzerine monte edilemiyorsa, devreye bir pompanın entegre edilmesiyle ısı transfer ortamının sirkülasyonu zorlanmalıdır. Kollektörlerin ve soğutucunun birbirinden bağımsız olarak yönlendirilmesinin sağladığı avantaj, kollektörlerin normalde çatılarda veya soğutucunun üzerindeki boş alanlarda konumlandırıldığı açık hava yüzme havuzlarının ısıtılması için önemlidir.
Kollektördeki sıvı, kollektör devre borularından daha hızlı soğursa, pompa çalışmıyorsa gece boyunca sirkülasyon tersine dönebilir. Bu durumda, soğuk sıvı kollektörden aşağı doğru bastırır ve sıcak sıvıyı depodan veya ısı eşanjöründen çıkarır. Bu, örn. toplayıcı dönüş akış borusuna bir çek valf entegre edilmesi.
Kapalı cebri sirkülasyon sistemleri
Açık cebri sirkülasyon sistemleri için, kollektör devresinden akan ortam genellikle normal sudur. Bu nedenle bu sistemler, açık doğal sirkülasyon sistemleri ile aynı donma ve korozyon risklerine maruz kalmaktadır.
Donmayı önlemek için zorunlu devre kapatılır ve içinden donmaya dayanıklı bir sıvı akar. Bu kapalı cebri sirkülasyon konsepti, Orta ve Kuzey Avrupa’daki uygulamalar için en pratik çözümdür. Binaların içinde kullanılıyorsa, toplayıcı normalde çatıya kurulur.
Kollektör devresinden gelen ısı normalde bodrumdaki bir ısı deposuna aktarılır. Kapalı doğal sirkülasyon sistemlerinde ayrıca genleşme tankı ve basınç kontrol vanası gereklidir. Ek olarak, açık cebri sirkülasyon sisteminde olduğu gibi bir çek valf de takılmalıdır.
Açık hava yüzme havuzlarının güneş enerjisiyle ısıtılması
Güneş enerjisi termal enerjisinden yararlanmanın en iyi yollarından biri açık hava yüzme havuzlarının ısıtılmasıdır; ısı talebinin zamanlaması ve mevcut güneş radyasyonu az ya da çok ilişkilidir. Ayrıca içi su dolu olan açık yüzme havuzu depo görevi görebileceği için harici bir ısı deposuna gerek yoktur.
Havuzdaki suyun yalnızca nispeten düşük sıcaklıklara (maksimum yaklaşık 28 °C) kadar ısıtılması gerektiğinden, açık hava yüzme havuzunun çatısına monte edilen basit ve ucuz, üstü örtülmemiş emici paspasların kullanılması veya bitişik bir boş alan, yüksek enerji çıkışı üretir.
Güneş enerjisiyle ısıtılan bir açık hava yüzme havuzunun diyagramını ve akışlarını gösterir. Geleneksel enerji taşıyıcılarına dayalı ek bir ısıtma kaynağının gerekli olup olmadığı, büyük ölçüde sahaya özgü gerekliliklere bağlıdır. Böylece, açık hava yüzme havuzunun ısı kazançları şunlardan oluşur: enerji Q. emiciler tarafından havuza salınan abs, havuza çarpan radyasyonun yarattığı ısı kazançları vb.
Konvektif termal G insan kayıpları Q, radyasyon kayıpları Q ve su yüzeyindeki buharlaşma kayıpları Q konv rad. buharlaşmak
toprağa iletim kayıplarının yanı sıra Qcond, doğal kayıplardır. Su sirkülasyonu nedeniyle (m. in veya m. out), sirkülasyon borularında da ortama az miktarda ısı kaybedilir.
Yaklaşık olarak, toplam radyasyon ve konveksiyon kayıpları (Qrad ve Qconv), havuzdaki su sıcaklığı ile havanın ortalama sıcaklığı arasındaki farka doğrusal olarak bağlıdır. Ortam sıcaklığı havuz suyu sıcaklığının üzerinde ise konvektif termal akış tersine çevrilir; havuz suyu daha sonra konvektif olarak ortam ısısını emer.
Normalde en yüksek olan buharlaşma kaynaklı ısıl kayıplar, havuz alanına, rüzgar hızına, atmosferik neme ve su sıcaklığı ile ortam sıcaklığı arasındaki farka bağlıdır. Toprağa iletim kayıpları düşüktür, tüm ısı kayıplarının yaklaşık %3’ü kadardır.
Havuz gece boyunca kapatılırsa konveksiyon, radyasyon ve buharlaşma kayıpları önemli ölçüde azaltılabilir. Havuzun on saat boyunca standart yutucu malzemelerle kaplanması, buharlaşma kayıplarını yaklaşık %30, radyasyon ve konveksiyon kayıplarını ise yaklaşık %16 oranında azaltır.
Havuz tarafından absorbe edilen güneş ışınımı ile kazanılan enerji, havuz yüzey alanına ve havuz suyunun ve havuz tabanının absorpsiyon derecesine bağlıdır.
Havuz tabanının ve duvarların rengi beyazdan açık maviden koyu maviye doğru koyulaştıkça ve ayrıca artan su derinliği ile emilim derecesi artar. Yüzücüler tarafından salınan ısıya bağlı olarak ek enerji üretilebilir; yüzücünün hareketlerine bağlı olarak, ısı kapasitesi yüzücü başına 100 ila 400 W arasındadır.
Bu enerji üretiminin ötesine geçen herhangi bir enerji talebi, emiciler veya başka bir fosil yakıt (örn. doğal gaz) veya yenilenebilir enerji taşıyıcısıdır.
130 günlük bir yüzme periyodu düşünüldüğünde, havuz alanının metrekaresi başına 540 ile 1.620 MJ arasında ihtiyaç duyulmaktadır. Havuz örtüsüne bağlı olarak ortalama 3 ila 6 °C arasında bir sıcaklık artışı elde etmek için soğurucu alan havuz alanının %50 ila %70’i arasında olmalıdır.