דוד שמש

מערכות סולריות לחימום מים הן אמצעי שפותח כדי לנצל את האנרגיה המגיעה מהשמש על ידי קרינה.

בישראל קיים חוק המחייב התקנת מערכת סולרית לחימום מים בכל בנייני המגורים במבנים עד 8 קומות. נהוג להתקין בהם מערכות דירתיות (תרמוסיפוניות). במבנים גבוהים יותר נהוג להתקין מערכות סולריות לחימום מים המעוררות ביקורת רבה בקרב מהנדסי התברואה. יש מהם הטוענים שמערכות אלה עלולות ליצור אילוצים מבחינת צנרת וקבועות תברואתיות שאינן משתלמות מבחינה כלכלית. ישראל נמצאת במקום ראשון בעולם בניצול מעשי של אנרגיית השמש לחימום מים. ניתן למצוא בשמונה מכל עשרה בתים בישראל מערכת סולרית.

חלקי המערכת:

1. דוד המים - האוגר.

2. קולטי השמש.

3. צנרת.

4. אביזרים וגיבוי חשמלי.

 

עקרון הפעולה:

המים מתחממים בקולטים בעזרת קרני השמש החודרות מבעד לזכוכית שבקולט, הן מחממות את משטח הקליטה ואת המים הנמצאים בצנרת הצמודה.

המים שהתחממו משנים את משקלם הסגולי, עולים אל חלקו העליון של דוד המים דרך צינור "מזרים" ודוחפים את המים הקרים שבדוד אל הקולט דרך צינור אחר. המים החמים אינם "מתערבבים" הודות לתופעת הסטרטפקציה (שכבתיות).

 

תפקידיהם של חלקי המערכת:

הקולט:

הרכיב העיקרי של המערכת הסולרית הוא משטח הקליטה. זהו משטח מושחר שתפקידו לקלוט את קרני השמש ולהעבירם אל המים הזורמים במשטח.

הקולט תפקידו לקלוט את אנרגיית החום מהשמש ולחמם בעזרת אנרגיה זו את המים.

קולט אופייני מורכב מהמרכיבים הבאים: לוח הקולט, מעברי מים, בידוד, ארגז הקולט, שמשת הקולט ואטמי השמשה והצינורות.

 

את משטח הקליטה ניתן לייצר מכמה חומרים ביניהם: נחושת, פלדת אל חלד, פלדה מגולוונת, אלומיניום ופלסטיק. בחירת החומר למשטח תלויה בחומרים המשמשים למערכת כולה. חומר זה אמור לעמוד בטמפרטורה המקסימלית שיכולה להתפתח בקולט. קולט עשוי נחושת הוא קולט בעל נצילות גבוהה מקולט פלדה, קולטי פלסטיק יצאו מהשוק לאחר ניסיונות יישום כושלים, וקולטי הפלדה הם הפופולריים ביותר, למרות משקלם הכבד ויכולתם הנמוכה יחסית להעביר את אנרגיית החום.

הרכיב העליון של הקולט הוא כיסוי שקוף אשר מטרתו להגן על משטח הקליטה והבידוד ממזג האוויר ומפגיעות מכניות, תוך העברה מקסימלית של הקרינה אל משטח הקליטה. הכיסוי עשוי מזכוכית או פלסטיק: הזכוכית עמידה יותר במזג האוויר ואילו הפלסטיק עמיד יותר בפגיעות מכניות. כדי להגיע למקסימום העברה יש להקפיד על זווית הפניית הקולט, סוג החומר ומספר השכבות. נצילות משטח הקליטה מגדירה את החלק היחסי של החום המועבר למים הזורמים במשטח.

 

נצילות הקולט תלויה במספר גורמים:

•הידוק לוח הקולט למעברי מים

•טיב ועובי חומר הבידוד

•תכונות הצבע או הציפוי

•תכונות אופטיות של הזכוכית או הפלסטיק

•אמצעים למניעת הצטברות אדים

•כמות האבנית (לכן יש לדאוג לניקיונו של הדוד)

•כמות ושטח השמשות

 

בקולט מותקנת מערכת צינורות הבאים במגע עם לוח הפח. מערכת הצינורות הזו מזרימה את המים לדוד - אוגר המים.

על הקולטים להיות אטומים בפני חדירת מים. הרטיבות פוגעת בכושר הבידוד של החומרים וגורמת לחלודה.

קיימים משטחים שונים של קולטים (שטוח או צלעות). לגודל הקולט ולתפוקתו יש משמעות לגבי שטח הקליטה הדרוש למערכת. גודל הקולט נמדד במונחים של תפוקת החום היומית שלו.

על הקולט חייב להופיע שם היצרן, שם הדגם, שטח פתח הקולט במ"ר, תפוקת החום היומית בקלוריות, לחץ עבודה, שנת ייצור והתנגדות לזרימה. הפרטים הטכניים של הקולט שונים מיצרן יצרן.

 

אוגר המים:

הרכיב האוגר את המים במערכת הסולרית הוא דוד המים או מיכל האגירה. מיכלי האגירה בארץ הם בגודל של 200,150,120 ליטר. ישנם אוגרים אנכיים ואופקיים.

אוגר אופקי מספק כמות מים חמים קטנה יותר בגלל שטח המגע הרחב יותר עם המים הקרים. יתרונו בכך שהוא מאפשר גמישות במקום התקנתו. ככל שהאוגר גבוה יותר כך נשמרים הבדלי הטמפרטורה בצורה טובה יותר בין המים החמים למים הקרים.

האוגר עשוי בדרך כלל מברזל ולעתים מנחושת והוא עטוף בחומר בידוד המונע את התקררות המים תוך זמן קצר.

בתוך הדוד קיים ציפוי אמייל אשר נועד לשמור על הטיב מפני חלודה.

האוגר מצויד בגוף חימום חשמלי לשם גיבוי החימום בימים מעוננים או גשומים וכן באמצעי למניעת התחשמלות ובתרמוסטט המפסיק את פעולת החימום כאשר המים מתקרבים לטמפרטורה שאליה כוון.

 

באוגרים איכותיים קיים סידור מיוחד המקטין את האפשרות לערבוב המים הקרים בשעת פתיחת ברז המים החמים.

מיכל האגירה חייב לעמוד בדרישת תו התקן 579.2 אשר קובע את אופן ההתקנה של האוגר במערכת ועוד.

גודל האוגר נקבע בהתאם לצריכה היומית המשוערת ובהתאם לגודל הקולט. בזמן בחירת הקולט יש להתחשב בעובדה כי לעיתים צריכת המים נעשית בשעות שבהן אין קליטה של אנרגיה סולרית - כך שיש לשאוף לאגירת אנרגיה גדולה במשך היום.

 

הצנרת:

הצנרת בין הקולט למיכל האגירה חייבת להיות מבודדת כדי למזער את הפסדי החום . בדרך כלל משתמשים בצנרת פלדה מגולוונת או בצנרת פלסטיק (המתאימה לסביבה של 100 מעלות צלזיוס). החיסרון בצנרת פלדה הוא היווצרות אבנית וקורוזיה. החיסרון בצנרת פלסטיק הוא אי יכולתה לעמוד בטמפרטורה גבוהה לאורך זמן.

יש להבחין בין צנרת המובילה את המים הקרים מהרשת אל המערכת (הנקרא צינור מבוא) לבין הצנרת המובילה את המים החמים (הנקרא צינור מוצא).

 

רכיבים נוספים במערכת:

•משאבת סחרור - כאשר משתמשים במערכת מאולצת יוצרים את סחרור המים על ידי משאבת סחרור, אשר תפקידה להבטיח כי ספיקת המים בקולט לא תהיה קטנה מ- 60 ליטר לכל 1 מ"ר שטח קולט.

•תרמוסטט - תפקידו להפעיל את משאבת הסחרור.

•שסתומים - לאורך הצנרת מותקנים שסתומים וברזים כאמצעי זהירות. יש שסתום שתפקידו לשחרר מים באופן אוטומטי אל מחוץ למערכת במקרה שהדוד מתחמם יתר על המידה עקב תקלה במערכת החשמל. שסתום אחר הנקרא אל חזור נסגר מיידית בעת הפסקת מים ברשת הכללית, ועל ידי כך נמנעת זרימת מים חמים מהאוגר בחזרה אל הצנרת. ברז הסגירה מאפשר את ניתוק המים מהרשת הכללית בשעת הצורך.

•מערכת חשמל - גיבוי למערכת הסולרית - יש לדאוג לגיבוי, כלומר לגוף חימום חשמלי המחובר למערכת ומופעל כאשר קרינת השמש אינה מספיקה לחימום המים. גוף החימום החשמלי נמצא בתחתית מיכל האגירה והוא עטוף שרוול אשר יפנה את המים המחוממים לחלקו העליון של האוגר.

•מערכת פיקוד ובקרה.

 

סוגי מערכות:

קיימים כמה סוגים של מערכות סולריות לחימום מים. את המערכות ניתן לסווג על פי המאפיינים הבאים:

1. עקרון ההפעלה (תרמוספוניות, מאולצות)

מערכת תרמוסיפונית - הכוח המניע את הסחרור הוא הפרשי הצפיפות בין המים החמים והקרים. מערכת מאולצת - הסחרור מונע על ידי משאבה. מערכת מאולצת אמינה פחות ממערכת תרמוסיפונית בגלל האלמנטים המורכבים של משאבה ותרמוסטט.

2. כמות המשתתפים (מערכות אינדיווידואליות, משותפות).

מערכת אינדוידואלית - לכל יחידת דיור מערכת שמש משלה, כולל כל אינסטלציית החשמל והמים.

מערכת מים משותפת - קולטי השמש מספקים מים ליותר מיחידה אחת. ניתן לספק מערכת זו עם מתקן אגירה בנפרד לכל יחידת מגורים או עם מיכל אגירה אחד מרוכז לכל היחידות.

3. מעגל קולטים (פתוחות, סגורות)

מערכת פתוחה - המים המיועדים לצריכה עוברים דרך הקולט.

מערכת סגורה - המים הזורמים בקולט שונים מהמים באוגר. במערכת סגורה המים מכילים בדרך כלל תוספים נגד קיפאון וקורוזיה. המים בקולט מוסרים את החום שנקלט למים במיכל אגירה באמצעות מחליף חום. יתרונה של המערכת הסגורה הוא בכך שלא מצטברת אבנית, דבר הגורם לאורך חיים גבוה למערכת.

 

המערכות הנפוצות בשוק הן מערכות תרמוסיפוניות פתוחות.

 

כללים להתקנה נכונה של המערכת:

1. יש למקם את הקולטים באופן ששום צל לא ייפול עליהם ויפריע למהלך הקליטה.

2. יש לשמור על צורה אסתטית של הבניין ולהתקין את הקולטים בשורה מסודרת ולא בפיזור, להסתיר צינורות ולאפשר גישה נוחה במקרה של תקלה או צורך בבדיקה.

3. את משטחי הקולטים יש להפנות כלפי דרום. מותרת סטייה של 10 מעלות כלפי דרום מזרח.

4. יש למנוע פגיעה בציפוי הגג.

5. יש לעגן את המערכת כך שלא תינזק מרוחות וסערות.

6. בגמר ההתקנה על המתקין לבדוק את המערכת.

7. אין להתקין את האוגר והקולטים מתחת לאנטנות.

8. המערכת החשמלית של דודי השמש צריכה להיות מצוידת בנתיך נפרד.

9. למתקן החשמלי של דודי השמש יש לחבר מוליך הארקה.

למידע נוסף היכנסו לסרטון וידאו בחירת דוד שמש לבית