belépés / regisztráció
2020. december 2. szerda
Aktuális lapszám

Napkollektoros rendszerek a közvetítő közeg szempontjából

Napkollektoros rendszerekkel sok hőt tudunk nyerni, ezáltal kevesebb primer energiára lesz szükség. Nagyon sok hőenergia állítható elő napkazánnal (napkohó), ahol a hőmérséklet olyan magas lehet, hogy akár vasat is olvaszthatnánk vele (1., 2. ábra). A tükröket számítógép vezérli, és a napsugarakat a középpontban lévő kazánra irányítja (torony tetején). De ebben a cikkben most nem fogunk ezzel foglalkozni, csak érdekességként mutatjuk be. Számunkra sokkal érdekesebb és hasznosabb a házunk tetején, vagy a kertben elhelyezett kollektor (3., 4. ábra).

 

A legelterjedtebb felépítési módnál a hőhordozó közeg a fagyálló folyadék, mert az épületen kívül elhelyezett kollektorok hideg- és napsugárzás-mentes időben elfagyhatnak.

Előnye tehát, hogy a fagyálló folyadék használatával elkerülhetjük a fagykárokat, amennyiben nem gondoljuk azt, hogy a fagyálló egész életünkre megoldja a problémát. Sajnos még manapság is van olyan szerelő, aki azt mondta a megrendelőjének, hogy 20-25 évig nem kell tennie semmit a kollektoros rendszerével.

Hátránya, hogy tudni kell azt is a fagyálló folyadékról, hogy idővel elveszti a fagyálló képességét, elsavasodik, a használat közbeni hőmérséklettől függően 4-6 év alatt. Ennyi időnként ki kell cserélni a rendszerben lévő teljes mennyiséget, vagyis az anyagköltségét és a szerelési költségét hozzá kell számolni a működési költséghez. Ezen kívül van még egy nagy probléma: az elhasznált fagyálló elhelyezése, ugyanis az veszélyes hulladék.

A fagyálló folyadék fajhője az összetételtől függően széles sávban változik 3,5-3,9 kJ/kg*K között, és a sűrűsége szintén változik 1050-1150 kg/m3 között (kerekített értékek). Amennyiben normál vízzel működtetnénk a rendszert, akkor annak a fajhője 4,19 kJ/kg*K és sűrűsége 1000 kg/m3. Ha összehasonlítjuk az üzemeltetésüket, akkor fagyálló folyadékból 7-19%-kal többet kell keringtetni, a nagyobb sűrűség miatt pedig 5-15%-kal nagyobb nyomással kell működnie a szivattyúnak, így aztán a szivattyú meghajtásához szükséges energia 12-37%-kal több energiát igényel. Ezeket a költségeket nem szokták beszámítani a megtérülési időbe. Probléma lehet az is, ha a legnagyobb nyári melegben megyünk szabadságra, és nem használjuk el a HMV-tartályból a felmelegedett vizet, hiszen akkor a következő napon már a meleg vizet fogja tovább melegíteni a kollektor, és bekövetkezhet a víz felforrása. A felforrás megelőzése érdekében olyan automatikát kell használni, hogy ha a víz hőmérséklete a tartályban például 90 °C fölé emelkedik, akkor éjjel a keringető szivattyú felnyomja a meleg vizet a kollektorba és az kisugározza a felesleges hőt. Ennek kiküszöbölésére megalkották az úgynevezett „drain-back” rendszert. E rendszer előnye, hogy normál vízzel működik. Itt a fűtött térben van egy tartály, amelyben annyi víz fér el, mint amekkora a tetőn kívüli rendszer térfogata. Amikor a szivattyú nem működik, akkor a víz visszafolyik a tartályba és a fagyveszélyes helyen lévő részben nincs víz. Ha kisüt a nap és a kollektor hőmérséklete magasabb a HMV-tartályban lévő víz hőmérsékleténél, akkor elindul a szivattyú, felnyomja a vizet a kollektorba, majd onnan lefolyik a HMV-tartály csőkígyójába és így megy körbe (5. ábra).

A rendszer hátránya, hogy a szivattyú nem csak keringeti a vizet a rendszerben, hanem emelnie is kell azt, és ez akár a meghajtáshoz szükséges energia többszörösét is jelentheti. Hátrány az is, hogy a hálózatban víz és levegő van, vagyis nagyon korrózióveszélyes, emiatt minden alkatrésznek ellen kell állnia a korróziónak. Ezek közül a legdrágább lehet a HMV-tartály, mert a hőcserélőjének rozsdamentes, vagy zománcozott anyagból kell készülnie.

A „drain-back” rendszernél is újabb megoldás az, amikor az egész rendszert teljes egészében vízzel töltjük fel, és az automatika gondoskodik a fagymentesítésről. A kollektorban lévő hőérzékelő a fagypont közeli hőmérsékleten jelet küld az automatikának, és az néhány másodpercre beindítja a keringető-szivattyút, hogy felmelegedjen a kollektor. Német mérések bizonyították, hogy ezzel a módszerrel 3-5% a hőveszteség, de ez lényegesen kisebb, mint az előző megoldások vesztesége. A gyártó cég teljes kártalanítást vállal arra, ha a rendszerük mégis elfagyna.

A rendszer nagy előnye, hogy ugyanazt a vizet keringtetjük a kollektorban, mint a fűtési rendszerben, vagyis a kinyert hőből fűtésre is lehet energiát használni (6. ábra).

A rendszer hátránya, hogy csak vákuumcsöves kollektorokkal lehet jó eredményt elérni. Sík-kollektorokkal a hőveszteség akkora, hogy már nem lesz nagyobb a nyereség az előbbi rendszerekhez viszonyítva (7. ábra).

Ennek a hőveszteségnek a bizonyítására egy épületre sík-kollektorokat szereltek fel, napelemeket és vákuumcsöves kollektorokat, majd hőkamerával vizsgálták meg azokat, ennek eredménye a képen jól látható (8. ábra).

A sík-kollektor ∼14 °C, a napelem ∼10 °C és a vákuumcsöves kollektor ∼6 °C hőmérsékletű. Ebből is látható, hogy a vákuumcsöves kollektor hővesztesége a legkisebb.

Nincs fagyveszély a lég-kollektoroknál. Itt a napsugarak nem vizet melegítenek, hanem levegőt, és ezt a meleg levegőt keringetjük az épületben (9. ábra).

A keringetés lehet gravitációs, de lehet ventilátoros is. Mindaddig meleg levegőt tud előállítani, amíg van direkt napsütés.

A kollektorra napelemet is lehet szerelni, ekkor a ventilátor meghajtása oldható meg (10. ábra).

Ha egy hőcserélőt is beépítünk a vezetékbe, akkor ennek segítségével meleg vizet is előállíthatunk (11. ábra).

A lég-kollektor előnye, hogy direkt napsütéskor akár 0 °C külső hőmérséklet esetén is tud fűteni. Ezenkívül nyáron, éjszaka hűtheti is a lakást.

Hátránya, hogy akkor tudja a legtöbb hőt kinyerni, amikor éppen nincs szükség fűtésre, illetve hogy a nyári nagy melegben könnyen károsodnak a kollektor szerkezeti elemei, és esetleg meg is olvadhat közülük valami, ami a befújt levegőt károsan befolyásolja.

***

1. ábra. Napkohó 1.
2. ábra. Napkohó 2.
3. ábra. Napkollektor elvi sémája
4. ábra. Napkollektor elhelyezése
5. ábra. Drain-back rendszer elvi sémája
6. ábra. Teljesen tisztavizes rendszer elvi sémája
7. ábra. Kétféle kollektor és napelem a tetőn
8. ábra. Hőkamerás felvétel
9. ábra. Lég-kollektor
10. ábra. Lég-kollektor napelemmel
11. ábra. Lég-kollektor kapcsolás elvi sémája

Cséki István
épületgépész mérnök

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