belépés / regisztráció
2019. május 20. hétfő
Aktuális lapszám

Levegős napkollektorok – napenergia hasznosítása épületek szellőztetésében II.

A napenergiával történő közvetlen levegőfűtéshez számos gyártó kínál különböző felépítésű kollektorokat. A cikk első részében bemutatott moduláris felépítésű kollektorok után a perforált abszorberű, burkolat nélküli kollektorok működését ismertetjük, valamint általános érvényű rendszermegoldásokra és a tervezésnél meggondolandó szempontokra hívjuk fel a figyelmet.

 

A perforált abszorberű, burkolat nélküli levegős kollektorok a moduláris kollektorokkal szemben egyszerűbb felépítésűek. Ahogy az 1. ábrán is látszik, egy perforált fémlemezt erősítenek az épület homlokzatára egy adott távolságban: ez a fémlemez az abszorber. A felmelegítendő levegő a perforációkon átáramlik, felmelegszik, és felfelé áramlik a kialakított légrésben. A homlokzat felső élénél egy ventilátor elszívja a felmelegített levegőt és továbbítja a szellőztetési rendszer többi eleme felé.

Akárcsak a medencefűtő abszorbereknél, a perforált abszorberű, burkolat nélküli, levegős napkollektoroknál is jelentkezik az az előny, hogy az optikai veszteségek az üvegborítás hiányában minimálisak. A hőveszteség viszont éppen a hiányzó burkolat miatt rendkívül összetett és nehezen meghatározható. Az abszorber külső, matt fekete felületén a napsugárzás hatására egy vékony levegőréteg felmelegszik, amit a perforációkon át lassan, de folyamatosan elszívnak. A levegő a légrésben tovább melegszik, így az abszorberlemez mindkét felülete aktívan részt vesz a hőtermelésben. A teljesítmény viszont nagymértékben függ a széltől. Egy enyhe légmozgás is elfújhatja a külső oldalon felmelegedett légréteget és megnöveli az abszorber és a környezet közötti hőátadási tényezőt. Így a burkolat nélküli abszorber gyorsabban kihűl egy burkolattal rendelkezőhöz képest. Több gyártó is megemlíti viszont azt az előnyét, hogy az épület konvektív hővesztesége viszszanyerhető azokon a falfelületeken, ahová a perforált abszorberű kollektorokat telepítik (2. ábra).

A perforált abszorberű, burkolat nélküli levegős kollektorok felépítésükből adódóan a külső környezet levegőjét melegítik fel, előkezelve ezzel az épület friss, szellőző levegőjét. A frisslevegős üzem a kollektor hatásfokát tekintve igen kedvező, mert a kollektor a hideg külső levegőt melegíti fel, így alacsonyabb hőmérsékleten üzemel, ezáltal hővesztesége alacsonyabb. Frisslevegős rendszereknél viszont a rendszer teljesítményét az épület használatából adódó frisslevegőigény korlátozza, mert magasabb hőleadás magasabb légcserével jár. A magasabb légcsere viszont a hőszükséglet növekedését hordozza magában.

A teljesítmény frisslevegő-aránytól független fokozása lehetségessé válik, ha a belső tér levegőjét melegítjük fel a kollektorokban. Ebben az esetben a magasabb hőmérsékletű üzem miatt a napkollektorok hatásfoka alacsonyabb, mint tisztán frisslevegős üzemben, viszont az eleve magasabb hőmérsékletű levegőt nem szükséges olyan mértékben felmelegíteni, mintha az a szabadból érkezne.

A levegős napkollektorok érdekes alkalmazási lehetősége az a fűtési rendszer, ami az ókori rómaiaknál hypocaustum néven terjedt el. A fűtött levegő ebben az esetben nem kerül kapcsolatba a fűtendő térrel, hanem a padlóban és a falakban kialakított résben áramlik. A gyengén felmelegített felületek magas komfortot biztosítanak a helyiségben, a hőleadásban a hősugárzás aránya magas, a konvekcióé alacsony. Egy ilyen fűtési rendszer kialakításának feltétele a megfelelő épületszerkezet, valamint az elegendően nagy hőleadó felületek, viszont az épülettömeg hőtárolóként funkcionál. [1]

Egyéb esetekben a levegős napkollektorokon termelt, de rögtön fel nem használt hő tárolására kavicsos tárolók szolgálnak. A kavicsrétegek felveszik a meleg levegő hőjét, majd borús idő esetén, ha a napkollektorokon nem termelődik elegendő hő, a szellőző levegő a kavicsos hőtárolón átáramolva melegszik fel. Fontos megemlíteni, hogy a kőzúzalék fajhője alacsonyabb, mint a vízé, így ugyanazon hőmennyiség tárolásához 2,5-3-szor nagyobb tároló térfogat szükséges kavicsos tárolóval, mint vízzel töltöttel. Viszont az épületszerkezetbe integrált vizes tárolóval szemben a kőzúzalékkal töltött hőtároló igen olcsón megépíthető: nyomásmentes és nincsen semmilyen különösebb igény a tömítésére sem. Kavicsos tárolók lakóépületbe való elhelyezésére a 3. ábra mutat két alternatívát. [2]

Levegős napkollektoros rendszerben a napenergiával történő HMV-készítés egy levegő-víz hőcserélőn keresztül történik. Ebben az esetben a napkollektorokon felmelegített levegő a 4. ábrán látható levegő- víz hőcserélő egységben a lamellás hőcserélő felé áramlik, felmelegítve ezzel a hálózati hideg vizet. Az éppen aktuális szellőztetési és melegvíz-igény alapján egy szabályozó elektronika határozza meg az egyes ágakban áramló levegő mennyiségét. [3]

A megújuló energiaforrásokat hasznosító épületgépészeti rendszerek nagyon átgondolt tervezést és igényes kivitelezést követelnek. A napenergiával történő levegőfűtés hatékonyságát alapvetően befolyásolják az épülethasználat paraméterei. A használat ideje, a belső hőterhelés, a passzív szoláris hőnyereség, a hőszükséglet és a frisslevegő- igény mind befolyásoló tényezők. Jó feltételeket teremt a levegős napkollektorok üzemének, ha a belső hőterhelés és a szoláris hőnyereség alacsony, de a frisslevegőigény ezzel egyidejűleg magas. Alacsony belső hőterhelés és szoláris hőnyereség mellett az épület fűtési periódusa elnyúlik, ami a napkollektorok hasznos üzemét is meghosszabbítja. [1]

Lakóépületekben, elsősorban alacsony energiaigényű épületekben az energiaháztartás kézben tartása miatt legtöbbször gépi szellőzés biztosítja a belső terek komfortjához szükséges friss levegőt. A szellőztető rendszerek kiegészíthetőek levegős napkollektorokkal, és ezek frisslevegős és keringtetett üzemben is működhetnek.

Irodaépületekben a nagyszámú elektromos berendezés és az alkalmazottak sok hőt adnak le, így a belső hőterhelés jelentős. Ehhez járul az általában nagy üvegfelületekre érkező jelentős passzív szoláris hőnyereség, így a levegős kollektorok alkalmazási lehetőségei korlátozottak. Leginkább a magasabb hatásfokkal üzemelő frisslevegős rendszerek telepíthetők irodaházakba a megfelelő energiahatékonyság reményében, amelyek kihasználtságának kedvez az alkalmazottak a magas frisslevegőigénye. [1]

Legfőképp az ipari csarnokok, raktárak, szerelőüzemek biztosítanak a levegős napkollektorok kihasználtságához kedvező feltételeket. A nagy belmagasságú terekben a passzív szoláris hőnyereség alacsony, és a frisslevegő-igény a gyártási folyamatok mellett magas. Olyan funkcionális épületeknek, mint uszodák, sportcsarnokok, laborépületek, általában magas a frisslevegő-igényük, így ezekben szintén nagy hatékonysággal bevethetők a levegős napkollektorok. Csökkenthető továbbá a meglévő, hővisszanyerés nélküli szellőztető berendezések energiaigénye, ha a külső levegőt napenergiával előfűtjük. [1]

Összefoglalva megállapítható, hogy az energiatudatos tervező, kivitelező vagy megrendelő számos különböző felépítésű levegőfűtő napkollektor közül választhat, hogy azokat a meglévő, vagy új szellőztetési rendszerbe integrálja. Megfelelő típusaik alkalmazásával a közműhálózatoktól távol eső épületek hőszükséglete fedezhető, a ritkán használt épületek állaga hosszútávon megóvható, valamint fűtési költség takarítható meg olyan épületeknél, amelyek (pl. műemlékvédelmi okokból) nem hőszigetelhetők, de a kollektorok otthonokban, sőt a mezőgazdaságban is bevethetők. Kihangsúlyozandó viszont, hogy az elvárt teljesítmény és megtakarítás csak akkor jelentkezik, ha a tervező figyelembe veszi a rendszer és a külső környezet (napsugárzás, időjárás), valamint a rendszer és a belső környezet (az épület szerkezete, funkciója, használata) közötti kölcsönhatásokat. Ezeknek elemzéséhez segítséget nyújthat egy dinamikus rendszerszimuláció.

Irodalomjegyzék:

[1] Morhenne, Joachim: Solare Luftsysteme – BINE Informationsdienst Themen Info II/01: Fachinformationszentrum Karlsruhe, Gesellschaft für wissenschaftlich- technische 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] www.tatasteel.com
[5] www.ecobuildtrends.com
[6] www.solaripedia.com; Robin Rogers 2011

Lektorálta Dr. Kajtár László PhD, egyetemi docens, BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék

***

1. ábra. Perforált abszorberű, burkolat nélküli, levegős napkollektor felépítése és működése [4][5]
2. ábra. Perforált abszorberű, burkolat nélküli, levegős napkollektorok homlokzati telepítése [6]
3. ábra. Kavicsos tároló integrálása az épületbe [2]

Bokor Balázs
okl. épületgépész mérnök

A szerzõ egyéb cikkei:

  Csoma nyomában: magyar palotafelújítás és napiskola-építés a Himalájában
  Levegős napkollektorok – napenergia hasznosítása épületek szellőztetésében I.
  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