belépés / regisztráció
2020. december 4. péntek
Aktuális lapszám

Levegős napkollektorok – napenergia hasznosítása épületek szellőztetésében I.

A megújuló energiaforrások épületgépészeti alkalmazása iránti egyre növekvő érdeklődés lehetővé teszi a napenergia-hasznosítás különböző technikáinak gyakorlati kipróbálását. A vákuumcsöves és síkkollektorok széles palettája mellett Nyugat-Európában egyre többször találkozhatunk levegős napkollektorokkal, amelyekben víz, vagy glikolos elegy helyett levegő a hőhordozó közeg.

 

Az első hallásra szokatlan technika létjogosultságát számos működő rendszer támasztja alá, amelyek hatékonyságánál persze sorsdöntő az átgondolt tervezés és az igényes kivitelezés. A következőkben a moduláris felépítésű levegős napkollektorok működésébe engedünk betekintést.

A gyártók honlapjait tanulmányozva a termékek előnyeinek hoszszú listájával találkozhatunk:

  • a levegős rendszerek fagybiztosak,
  • nem károsodnak huzamosabb ideig szünetelő hőelvétel (stagnáció) mellett,
  • a kollektorok meglévő szellőztetési rendszerekbe integrálhatóak,
  • alkalmazásukkal a csupán passzív napenergia-hasznosításnál egyenletesebb hőeloszlást biztosíthatunk az épületben.

A levegő, mint hőközvetítő közeg mindezek mellett számos hátrányt jelent a vízzel szemben: elsősorban az alacsony fajlagos hőkapacitása miatt egységnyi térfogata kevesebb hőt vesz fel, így kevésbé alkalmas az energiatranszportra. Ennek ellenére, Észak-Amerikában elterjedt gyakorlat, hogy komfortterekben is levegőfűtést alkalmaznak, így a levegős napkollektorok is elsősorban a tengerentúlon terjedtek el. Az első darab 1881-ben, az Egyesült Államokban jelent meg a piacon, ahol a második világháború vége óta folyamatos fejlesztések zajlanak.

Európában, alpesi menedékházakban többször találkozhatunk levegős napkollektorokkal, ahol a kimondottan kedvező körülmények (alacsony külső hőmérséklet mellett magas a napos órák száma) miatt kedvelt hőtermelőkké váltak. Hegyvidéki környezetben viszont nincs mindig kiépítve áram- és gázcsatlakozás a hagyományos épületgépészeti berendezések ellátására, de az 1. ábrán látható, napelemes modullal ellátott levegős kollektorokat hálózatfüggetlen üzemük miatt éppen ilyen esetekre fejlesztették. A napelem egy, a kollektorba épített kis ventilátort táplál, biztosítva a szellőző levegő térfogatáramát. Ilyen kollektorokat ideiglenesen használt épületekben (pl. nyaralókban) is használnak az épületszerkezet megóvására, mert megfelelő napsugárzás mellett a használaton kívüli épületet meleg levegővel látják el, csökkentve ezzel a falak átnedvesedésének lehetőségét. Több megvalósult projekt mutatja, hogy a napenergia levegős kollektorokkal közvetlenül, hőcserélő közbeiktatása nélkül alkalmazható takarmányszárításra a mezőgazdaságban. A levegős kollektorok folyadéktöltetűekhez képest egyszerűbb szerkezete és üzeme szintén előnyt jelent a fejlődő országokban történő telepítésnél, ahol a szakszerviz a nagy távolságok miatt nem mindig megoldható.

A levegős napkollektorok felépítése nagyban függ a gyártótól. Alapvetően két csoportba sorolhatjuk a termékeket, a folyadékos síkkollektorokhoz hasonló moduláris kollektorokra, valamit a perforált abszorberű, burkolat nélküli kollektorokra.

Ahogy a 2. ábrán is látható, a hálózatfüggetlenül üzemelő levegős kollektorokat egy, a belépő csonkhoz szerelt napelemes ventilátorral szerelik fel. A kollektorfelület további modulok hozzáépítésével megnövelhető, de a tervezésnél ügyelni kell arra, hogy a napelemes ventilátor legyőzze a légcsatorna-hálózat ellenállását.

Ipari alkalmazásokhoz készültek a 3. ábrán látható nagy teljesítményű levegős kollektorok, amelyek már egy külső, a légtechnikai rendszerhez illesztett ventilátorral üzemelnek. Ipari csarnokok esetében az energiahatékonyság szempontjából kedvezőek a körülmények a szellőző levegő napenergiával történő felfűtéséhez, amire a későbbiekben még visszatérünk.

Az ipari és lakossági alkalmazásoknál egyre nagyobb teret nyerő fotovoltaikus napelemek a felületüket érő napenergia kb. 15 %-át alakítják át elektromos árammá. A napsugárzás megmaradó része felmelegíti a modulokat, ezzel korlátozva azok teljesítményét. Ahogy az 1. diagramon is látjuk, a 10 K-nel magasabb modulhőmérséklet a kristályos szilíciumcella teljesítményét több mint 3%-kal csökkenti. [3] A képződő hő elvezetése és hasznosítása növeli a cellák teljesítményét, az üzembiztonságot és alternatívát kínál a fűtési rendszer kiegészítésére. A 4. ábrán látható hibrid (PVT) kollektorok a cellák mögötti légcsatornákon vezetik el a keletkező hőt, ezzel egyszerre szolgáltatnak hőt és elektromos energiát egy németországi uszodának.

A bemutatott moduláris kollektorok mellett a napenergiával történő közvetlen levegőfűtés hatékony eszközei az épületek homlokzatára építhető perforált abszorberű, burkolat nélküli kollektorok. Ezek működésére, valamint a levegős napkollektorok tervezésénél megfontolandó üzemi tényezőkre világít majd rá a cikk második része.

Irodalomjegyzék:

  1. Morhenne, Joachim: Solare Luftsysteme – BINE Informationsdienst Themen Info II/01: Fachinformationszentrum Karlsruhe, Gesellschaft für wissenschaftlichtechnische Information mbH.
  2. Müller-Steinhagen, Hans, Prof. Dr.-Ing. – Drück, Harald, Dr.-Ing.: Vorlesungsskript Solarthermie I – ITW Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart
  3. www.grammer-solar.com
  4. A kép forrása: www.ee-news.ch, S. Schröpfer, www.grammer-solar.de Lektorálta Dr. Kajtár László PhD, egyetemi docens, BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék

***

1. ábra. Beépített, napelemes ventilátorral felszerelt levegős napkollektor alpesi menedékházon [3]
2. ábra. Beépített, napelemes ventilátorral felszerelt levegős napkollektor felépítése [3]
3. ábra. Ipari csarnok szellőzési rendszerére dolgozó nagy teljesítményű levegős kollektorok [3]
4. ábra. Hibrid (PVT) kollektorok egy németországi uszoda tetején [4]
1. diagram. Kristályos szilíciumcellák teljesítményének hőmérsékletfüggése [3]

Bokor Balázs
okl. épületgépész mérnök

A szerzõ egyéb cikkei:

  Csoma nyomában: magyar palotafelújítás és napiskola-építés a Himalájában
  Levegős napkollektorok – napenergia hasznosítása épületek szellőztetésében II.
  Történelmi épületek energiatudatos felújítása Ausztriában

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam