MISKOLCI EGYETEM Gépészmérnöki és Informatikai Kar Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Tanszéke
TÁRSASHÁZ ENERGETIKAI KORSZERŰSÍTÉSE NAPENERGIA FELHASZNÁLÁSÁVAL
SZAKDOLGOZAT Főiskoli szintű Gépészmérnöki szak Vegyipari és Energetikai Gépész szakirány
Készítette:
Dienes Roland neptun kód: VZMFP4
Miskolc-Egyetemváros
1
2008 ÁRAMLÁS – ÉS HŐTECHNIKAI GÉPEK TANSZÉKE
MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR Gépészmérnöki szak Energetikaiszakirány
3515 Miskolc - Egyetemváros
SZAKDOLGOZAT FELADAT
Dienes Roland IV. éves gépészmérnök hallgató részére
A feladat tárgyköre:,megújuló energiaforrások A feladat címe:
Társasház használati melegvíz rendszerének (HMV) fejlesztése
A FELADAT RÉSZLETEZÉSE: 1. Mutassa be a melegvízellátás jelenlegi rendszerét egy adott társasházban. 2. Készítse el a napenergiát hasznosító HMV- rendszer előzetes terveit 3. Dolgozza ki az üzemeltetés optimális megoldását. Tervezésvezető:
Dr. Schifter Ferenc
2
A zárógyakorlat helye………………………………………………………………. Instruktor:
……………………………………………………………….
A diplomaterv módosítása
szükséges (módosítás külön lapon) nem szükséges …………………………
……………………. dátum
tervezésvezető A tervezést ellenőriztem:
………………………………
…………………………
……………………………….
…………………………
……………………………….
…………………………
A diplomaterv beadható: igen / nem ………………………. dátum 6. A diplomaterv ………………………
……………….. tervezésvezetők
…..……………………. konzulens
szövegoldalt,
………………………
db rajzot.
………………………
tervnyomtatványt,
………………………
egyéb mellékletet tartalmaz.
7. A diplomaterv bírálatra
bocsátható nem bocsátható
A bíráló neve ……………………………. ………………………….. dátum
……………………………….. tanszékvezető
8. A diplomaterv osztályzata betűvel (és számmal): A bírálójavaslata: …………..………………. A tanszék javaslata:………………………… A ZVB döntése:……………………………..
Miskolc-Egyetemváros,……………………… …………………………………. ZVB elnök
3
ÖSSZEFOGLALÁS Szakdolgozati témám választását az inspirálta, hogy a dráguló energiaárak miatt fontosnak tartom, hogy a természetben lévő energiaforrásokat hasznosítsuk és ezzel csökkentsük a lakások, családok havi kiadásait. Fontosnak tartom azt, hogy környezetvédelmi szempontból is jelentőséggel bír ezen energiák kihasználása. Dolgozatomban saját lakásom energetikai fejlesztését terveztem meg, amely hagyományos fűtési rendszerrel működik.. Továbbá összehasonlítom a különböző napkollektoros rendszereket és számításos módszerrel meghatározom a legmegfelelőbb rendszert a lakásom méreteinek és területi elhelyezkedésének figyelembe vételével. Összegzésként megállapítható, hogy a napenergia felhasználásával jelentős energia megtakarítás érhető el.
4
TARTALOMJEGYZÉK
1.
Jelölések és indexek jegyzéke
4
2.
Bevezetés,
5
3.
A Társasház melegvíz ellátási rendszerének bemutatása
6
. Renova típusú gázkazán bemutatása
6
3.1.1. Renova gázkazán műszaki jellemzői
10
Az éves gázdíj összegének kiszámítása
11
4.
A társasház energetikai jellemzőének meghatározása
12
5.
A napenergiát hasznosító HMV-rendszer előzetes tervei
24
3.1.
3.2.
5.1.
A napsugárzás országos eloszlása
24
5.2
HMV-rendszer fajtái
29
5.2.1. HMV 1 Béta-Therm rendszerek
30
5.2.2. HMV 2.Béta-Therm rendszerek
30
5.2.3. Nagyobb melegvízkészítő rendszerek
31
5.2.4. Melegvízkészítés és medencefűtés
31
Napkollektoros rendszer elemei
32
5.3.1. Napkollektoros rendszer elemeinek felhasználása
32
5.3.
5.3.2. Rendszerelemek 5.3.3
33
Gépészeti elemek a nyomás alatt lévő, nem leeresztős
rendszer esetén 6.
34
Kapcsolási vázlatok 6.1.
6.2.
36
Napenergia hasznosítás HMV-rendszer készítésre SEM-1 hőtárolóval
36
6.1.1
SEM-1 típusú használati melegvíz-tároló
37
6.1.2.
A Wolf SEM-1 tároló előnyei
37
6.1.3. SEM-1 melegvíztároló műszaki adatai
38
Napenergia hasznosítás, melegvíz-készítés a SED-750/280 kettős tárolóval
39
SED-750/280 kettős tároló
40
6.2.2. A Wolf SED-750/280 tároló előnyei
40
6.2.3. SED-750/280 tároló műszaki rajza és leírása
41
6.2.4. SED-750/280 kettős tároló műszaki adatai
42
6.2.1.
5
6.3.
6.4.
6.5. 7.
9.
lés SPU-1 Puffer tárolóval
43
6.3.1. A Wolf SPU-1 tároló
44
6.3.2. A Wolf SPU-1tároló előnyei
44
6.3.3. SPU-1 típusú tároló műszaki rajza és leírása
45
6.3.4. SPU-1 típusú tároló műszaki adatok
46
Napenergia hasznosítás használati melegvíz készítésre és fűtés rásegítésre 850-tipusu rétegező tárolóval
47
6.4.1. 850 típusú tároló
48
6.4.2. A Wolf 850-tipusú tároló előnyei
48
6.4.3. 850-tipusú tároló műszaki rajza és leírása
49
6.4.4. 850-tipusú tároló műszaki adatai
50
Tartozékok
51
A társasház használati melegvíz készítő napkollektoros rendszer méretezése
52
7.1.
Kiindulási adatok
52
7.2.
A melegvíz tároló térfogatának meghatározása
55
7.3.
Hidraulikus méretezés
56
7.4.
Napkollektor köri térfogatáram meghatározása
57
7.5.
Napkollektor kör nyomásvesztesége
57
7.6.
Egyenes csővezeték nyomásvesztesége
57
7.7.
Csővezetéki szerelvények, idomok nyomásvesztesége
58
7.8.
Teljes napkollektor kör nyomásvesztesége
59
7.8.1. Szivattyú kiválasztás
59
A napkollektor kör térfogata
60
7.9.1. Fagyálló folyadék szükséglet
60
7.9.
8.
Napenergia hasznosítás, melegvíz-készítés a SEM-1hőtárolóva
7.10. Tágulási tartály térfogatának kiszámítása
60
Üzemeltetés optimális megoldása
62
8.1.
Cirkulációs rendszer üzemeltetése
63
8.2.
A használati melegvíz előállítás energiaigénye
64
8.3.
Napkollektoros rendszerek általános méretezési szempontjai
65
HMV-ellátás meghatározása program segítségével a helyi viszonyoknak megfelelően
67
9.1.
Szelektív síkkollektor
67
9.2.
Vákuumcsöves kollektor
67
6
9.3.
Vákuumos síkkollektor
68
9.4.
Lefedés nélküli kollektor
68
9.5.
Nem szelektív síkkolektor
68
10.
Összegzés
69
11.
Köszönetnyilvánítás
70
12.
Felhasznált irodalom
71
13.
Függelék
72
Melléklet: M1
Melléklet:A főszöveg CD-re rögzítve
M2
Melléklet:Szelektív síkkollektor- méretezési adatlap
M3
Melléklet:Vákuumcsöves kollektor- méretezési adatlap
M4
Melléklet:Vákuumos síkkollektor- méretezési adatlap
M5
Melléklet:Lefedés nélküli kollektor- méretezési adatlap
M6
Melléklet:Nem szelektív síkkolektor- méretezési adatlap
M7
Melléklet:A társasház alaprajzának és homlokzatainak bemutatása AutoCad program felhasználásával ( 3D)
7
1. JELÖLÉSEK ÉS INDEXEK JEGYZÉKE
Jelölések: a [m/s] hangsebesség 2 A [m ] keresztmetszet cp [J/(kgK)] állandó nyomáson vett fajhő cv [J/(kgK)] állandó térfogaton vett fajhő d [m] átmérő f [-] erőtényező F [N] erő 1/2 F [((kgK)/J) ] tömegáram faktor g [m/s2] nehézségi gyorsulás h [J/kg] fajlagos entalpia H1 [-] viszkozitási tényező [m] hossz m [kg/s] tömegáram Mo [kg/kmol] moltömeg n [-] politropikus kitevő p [Pa] nyomás 3 Q [m /s] térfogatáram R [J/(kgK)] gázállandó Re [-] Reynolds-szám T [K] abszolút hőmérséklet v [m/s] sebesség [o] kúpszög 2 [Ns/m ] dinamikai viszkozítási tényező pol [-] politropikus hatásfok [-] izentrópikus kitevő [-] csősúrlódási tényező 3 [kg/m ] sűrűség Indexek: ' primér áramlás " szekunder áramlás o tartályállapot kritikus állapot * r injektor előtti tartály állapota 1 a fúvókákból való kilépés keresztmetszete
8
2. BEVEZETÉS A Nap sugárzó energiáját magában rejtő kőolaj, földgáz és szén kialakulása mintegy 10-400 millió évvel ezelőtt kezdődött. Földünkön jelenleg az ún. fosszilis energiaforrások felhasználása bír döntő jelentőséggel. Ma legtöbbször ezek elégetésével jutunk hőenergiához. Mára az energiahordozó készletek rohamosan csökkennek és újratermelődésük is meglehetősen alacsony. A készletek csökkenésén túlmenően az igazi veszélyt a környezetbe kerülő szennyező anyagok jelentik. A fenti okok miatt egyre nagyobb szerepet kapnak a megújuló energiaforrások: a napenergia, a folyóvizek és a tengerek energiája, a szélenergia, a geotermikus energia és a biomassza. A gazdasági jólét egyik alapfeltétele a megfelelő energiaellátás. Mivel ez költségigényes, ezért különös jelentősége van az alternatív energiaforrások alkalmazásának. Az Unió és a tagországok energiapolitikájában megfogalmazódott elvek és az érvényesített intézkedések, támogatások, kedvezményes hitelek, valamint a szénre kivetett adó hatásaként előreláthatólag 2010-re az EU elsődleges energiaszükségletének 15 százalékát fogják fedezni megújuló energiaforrásból. A napenergia-hasznosítás Magyarországon is az épületgépészeti szakma részévé vált. Szinte minden nagyobb kazángyártó cég termékpalettáján megtalálhatóak a napkollektorok, és egyre több az olyan cég is, aki speciálisan csak napkollektoros rendszereket kínál.
9
3.
A
TÁRSASHÁZ
MELEGVÍZ
ELLÁTÁSI
RENDSZERÉNEK
BEMUTATÁSA A
társasház
Pest
megyében,
azon
belül
Szigetszentmiklós
településen
helyezkedik el. A társasházban négy önálló lakás található, amelyek alapterülete lakásonként 78 m². A lakások egyedi fűtési rendszerrel rendelkezik. A melegvíz és fűtés biztosításáról a lakások fürdőszobájában elhelyezett gázkazán gondoskodik. A lakásokban Renova típusú gázkazán található (1. ábra.)
3.1. Renova típusú gázkazán bemutatása
1. ábra: gázkazán
10
Mindegyik lakás önálló vízhálózati rendszerrel rendelkezik. A vízhálózat biztosítja a gázkazán működéséhez szükséges hidegvizet, amelynek szabályozása szelep útján történik. Lakásonként külön felszerelt vízóra által történik a vízfogyasztás mérése. (2 ábra)
2. ábra: szelep
A vízcsövön keresztül beérkező hidegvizet a gázkazán felmelegíti, és a falakban, valamint a padlózat alatt található csőrendszeren keresztül juttatja el a radiátorokba. A radiátorokban a hőcsere leadás következtében víz lehűl, amelyet a gázkonvektor ismét felmelegít, és így visszakerül a körfolyamatba.
11
3. ábra: kazán kimenő és bejövő vízelosztó csővezetékei
A fűtéshez a rendszert 1.8 – 2.6 bar közötti értékre kell feltölteni, amit egy szabályzó szeleppel érhetünk el (4. ábra).
4. ábra: szabályzó szelep
12
5. ábra: radiátorok
13
3.1.1. Renova gázkazán műszaki jellemzői (6. ábra)
C 24 E
F 24 E
kéményes
zárt égésterű
Névleges hőterhelés
26,2 kW
25,9 kW
Hasznos hőteljesítmény
8,5-23,6 kW
8,5-23,6 kW
Hatásfok
90 %
91 %
Égésbiztosítás
ionizációs
ionizációs
Előremenő fűtővíz szabályozási
38-80 °C
38-80 °C
Égéstermék tömegárama
19,4 g/s
16,3 g/s
Max gázfogyasztás:
2,77 m3/h
2,74 m3/h
PB gáz
2,06 kg/h
2,04 kg/h
Használati melegvíz
60 °C
60 °C
Jellemző vízhozam:
11 l/perc
11 l/perc
Nyerhető legkisebb vízmennyiség:
2,5 l/perc
2,5 l/perc
Megengedett hálózati víznyomás:
10 bar
10 bar
Füstcső átmérő (mm)
110*
60/100
sávja
"H" földgáz
maximális hőmérséklete
80/125 80/80 Villamos védettség:
IPX4D
IPX4D
Tápfeszültség:
230 V
230 V
Szélesség (mm)
410
410
Magasság (mm)
740
740
Mélység (mm)
311
311
Súly:
30 kg
33 kg
Jótállás:
1+2 év**
1+2 év**
Méretek:
6. ábra: gázkazán műszaki jellemzői
14
3.2. Az éves gázdíj összegének kiszámítása A gáz bruttó ára: 119,22 Ft/m3 A gáz fűtőértéke: 34 MJ/m3 = 9,44 kWh/m3 A gázfogyasztás éves mértékét nagyon befolyásolja az évszakok változása. Mivel a gáz felhasználása a téli évszakban jelentősen megemelkedik. Ez az időszak október 15. - április 15. közötti időszakra esik. Erre az időszakra a havi gázfogyasztás megközelítőleg 182.89 m3 = 21.808 Ft. Ezt megszorozva a téli időszakra eső jelentős fogyasztással, ami 6 hónap, azaz 6 x 21.804= 130.824Ft. A gáz felhasználása: 1097.34 m3 Ebben az összegben benne van a lakás fűtésére, melegvíz ellátására és az ételek főzésére, melegítésére használt gázfogyasztás összege is. Nyári időszak kedvezőbb, mivel a lakás fűtése teljesen megszűnik. Ez az időszak április 15-től - október 15-ig tart. Erre az időszakra a havi gázfogyasztás megközelítőleg 35.02 m3= 4175 Ft. Ezt megszorozva a nyári időszakra jellemző kedvezőbb fogyasztással, ami 6 hónap, azaz 6 x 4175= 25.050 Ft A gáz felhasználása 210.11 m3 Ebben az összegben természetesen nem szerepel a fűtés, csak a melegvíz ellátása és az ételek főzése, melegítése. Ha a két összeget összeadjuk, a nyári és a téli fogyasztást, akkor megkapjuk a lakás éves gázfelhasználását, ami a következő: a téli fogyasztás 130.824 Ft + nyári fogyasztás 25.050 Ft, azaz =130.824+25.050= 155.874 Ft. Tehát a lakás éves gázfelhasználása fűtéssel, melegvíz előállítással és ételek főzésével, melegítésével összesen 155.874 Ft. Az éves gázfelhasználása: 1097.34 m3+ 210.11 m3= 1307.45 m3 Ha az éves összeget elosztjuk havi bontásba, akkor megkapjuk a havi átlagos gázfogyasztásunkat, ami a következő: 155.874 Ft /12 hó= 12.989 Ft/hó.
15
4. A TÁRSASHÁZ ENERGETIKAI JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZASA A társasház energetikai jellemzőinek meghatározását a MathCad program segítségével szeretném bemutatni. A MathCad program az egyik legismertebb matematikai alapú program, amely mindenféle műszaki számítás elvégzésére, és a számítások dokumentálására való. A program segítségével nyitott mérnöki adatmodelleket hozhatunk létre, amellyel különféle szabályokat, szabványokat fektethetünk le, ami későbbiekben figyeli a munkánkat, és figyelmeztet a hibáinkra. A MathCad lehetővé teszi olyan mérnöki dokumentációk létrehozását, amelyek egyértelműen tükrözik a tervezői szándékokat, és megfelelnek a szabványoknak, előírásoknak.
16
A szokványos épületek energetikai jellemzõinek meghatározása a 7/2006. T(v.26.) TNM rendelet 2 . mellékletben leírt egyszerüsített módszerrel Csa k a vi l ágosk ék adatok at vál toztassa, a számí tás eredményei sárga szí nûek. Az épüle t rendeltetés ének és az ehhez szük sége s alapadatoknak a m eghatározása A viz sgálandó épület lakóépület.
Ge om etriai adatok: Fûtött térfogat:
V 192.19
m3
Nyílászárók és egyéb üvegf elületek déli ablakf elület északi ablakfelület keleti-nyugati ablakf elület
A Dü 5.72
m2
A Éü 0
m2
A KNyü 5.4
m2
A ü A Dü 1
A ü 5.72
m2
A ü A Éü 2
Aü 0
m2
A ü A KNyü
A ü 5.4
m2
A ü 11.12
m2
3
1 2 3
3
Az összes üvegf elület:
A ü
Aü
i1
i
A f A ü 4
Az épület határoló f elületei: A f 79
m2
a padlás f elülete
A f 79
m2
a padló f elülete
1 2
a külsõ falak f elülete ablakokkal együtt
A f 76.232 3
A K A f
3
A fûtött épülettérfogatot határoló szerkezetek össz felülete:
Az épület kerülete:
Az oldalf alak felülete az üvegfelület nélkül:
A/V
A A f A f A f 1 2 3
A
m2
K 36
K
m
Af
m2
A f A f A ü 3 3
m
3
A
jelölése :
V Ap Vo
17
A V
A fajlagos hõvesztes égre vonatk ozó köve te lm ényértékek az 1. m ellé klet (II.1.) k éplete s zerint
q m( Ap V) 0.2 if Ap V 0.3 [ 0.38 ( Ap V) 0.086] if 0.3 Ap V 1.3 0.58 if Ap V 1.3 q m( Ap Vo ) 0.549
W /(m 3 K)
Ap V 0 0.01 1.5
Fajlagos hõveszteségtényezõ qm [W/(m3K)]
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Felület/térfogat arány A/V [m2/m3]
Az ös szesített ene rgetik ai je llem zõre vonatk ozó köve te lm é nyek a 4/2006. TNM re ndelet (III.2.) képlete szerint Lakó- és szállásjellegû épületek
Ep ( Ap V) 110 if Ap V 0.3 ( 120 Ap V 74) if 0.3 Ap V 1.3 230 if Ap V 1.3
18
240 220
Összetett energ. jell. Ep [kWh/(m2év)]
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
0
0.11 0.21 0.32 0.43 0.53 0.64 0.75 0.85 0.96 1.07 1.17 1.28 1.39 1.49 Felület/térfogat arány A/V [m2/m3]
Az adott épület összetett energetikai jellemzõje:
Ep ( Ap Vo ) 220.25
1.6
kWh /(m 2 a)
A rétegte rvi hõátbocsátási tényezõ számítása a) Szigetletlen padlástéri f ödém ( tetõtér) h õátbocsái tényezõje:
Upadlás
W /(m 2 K
A rétegek geometriai és hõtechnikai adatai:: l 0.035 m 1
1 0.68
W/(mK)
padlásburkoló tégla
l 0.020 m 2
2 0.58
W/(mK)
homokágyazat
l 0.120 m 3
3 0.044 W/(mK)
ISOLY TH hõszig.
l 0.190 m 4
4 0.70
W/(mK)
E-7 j. f eszített gerenda + EB 60/19 LPK
l 0.015 m
5 0.81
W/(mK)
vakolat
5
R 0.15
W/(m 2 K)] -1
5 l j Upadlás R j j1
PE fólia
1
Upadlás 0.18
19
W /(m 2 K
b) A lakószint és pince közötti födém hõátbocsátási tényezõje:
l 0.017 m 1
1 0.18
W/(mK)
szalagparketta+alátét
l 0.055 m 2
2 0.84
W/(mK)
aljzatbeton
l 0.050 m 3
3 0.044 W/(mK)
ISOLYTH hõszig.
l 0.190 m 4
4 0.70
"E" gerendás födém
l 0.050 m 5
5 0.044 W/(mK)
ISOLYTH hõszig.
l 0.012 m
6 0.68
faléc burkolat + felületbev onat
6
R 0.15
W/(mK)
W/(mK)
[W/(m 2K)]-1
6 l j Upince R j j1
PE fólia
1
Upince 1.965
W /(m 2 K)
UK 1.94
W /(m 2 K)
Uüveg 2.7
W /(m 2 K)
c) Hasonlóan kis zámítható a többi U hõátbocsátási tényez õ is: Külsõ fal: Ajtó-ablak üveg:
A határoló szerk ezetre vonatkozó szám ítás ok m ódosító ténye zõi a 2. m ellék le t II. b) pontja sze rint:
Upadlásfödém Upadlás 0.9
U Upadlásfödém 1
U 0.162
Upincefödém Upince 0.5
U Upincefödém 2
U 0.983
U UK 3
U 1.94
U Uüveg 4
U 2.7
20
1 2 3 4
W /(m 2 K W /(m 2 K W /(m 2 K W /(m 2 K
A hõhidvesztes égek szám ítása A hõhidveszteségek figyelembe v étele a 2. melléklet 3. pontja szerint a hõhidak hossza a külsõ falaknál
LK 54.7
m
a külsõ felület
A K 76.232
m2
Lfajl 0.718
m /m 2
A hõhidak fajlagos menny isége:
LK Lfajl AK
2. melléklet 2. táblázat elsõ sora szerint:
Külsõfalbeso rolás "Gyengén hõhidas" if Lfajl 0.8 "Közepesen hõhidas" if 0.8 Lfajl 1 "Erõsen hõh idas" otherwise
Külsõfalbeso rolás "Gyengén hõhidas" korrekc iós tényezõk meghatározása a 2. melléklet 1. táblázatából:
Padlás födém ek korrekciós té nyezõje :
1 0.1
Pincefödém ek korre kciós té nyezõje :
Bp 1
hõszigetelés a szerkezeten belül van (B p =1) als ó oldali hõszigeteléssel (B p =2)
2 0.2 if Bp 2 0.1 if Bp
2
2 0.2
Külsõ falak k orrekciós ténye zõje:
külsõ oldali vagy szerkezeten belüli megszakítatlan hõszigetelés esetén (B
k=1)
Bk 1
egyéb külsõ falaknál (B k=2)
21
3 0.15 if Külsõfalbeso rolás
"Gyengén hõhidas" Bk
0.2 if Külsõfalbeso rolás
"Közepesen hõhidas" Bk
0.3 if Külsõfalbeso rolás
"Erõsen hõh idas" Bk
1 1
1
0.25 if Külsõfalbeso rolás
"Gyengén hõhidas" Bk
0.3 if Külsõfalbeso rolás
"Közepesen hõhidas" Bk
0.4 if Külsõfalbeso rolás
"Erõsen hõh idas" Bk
2 2
2
4 0
3 0.15
A hõhidak hatásával korrigált hõátbocsátási tényezõk számítása A 2. melléklet (II.3.b) összef üggésébõl
UR U 1 1 1 1 UR U 1 2 2 2 UR U 1 3 3 3
UR U 1 4 4 4
UR 0.178 1
W /(m 2 K)
UR 1.179 2
W /(m 2 K)
UR 2.231 3
W /(m 2 K)
UR 2.7 4
W /(m 2 K)
A f 3
Af
3
2
A f 21.436
A 2. m elléklet (III.7.b) k épletében s zereplõAUR m ennyisé g k isz ám ítása:
3
4
AU R
i1
UR A f i i
AU R 185.067
W /K
A 2. melléklet (III.7.b) képletben szereplõ L tényez õ számítása 3. melléklet C tervezési adatok III. f ejezet 1. és 2. táblázata hasz nálatával:
padló sáv 0.40
W /(mK)
III.2. táblázatból válas ztva
A padló sáv K 1.5
A padló sáv 54
22
Af
m2
4
l K padló sáv
l 14.4
A lakóépüle te kre vonatkozó te rve zési adatok a 3. m e lléklet IV- fe jez et 1. táblázata alapján
Légcsereszám fûtési idényben:
n 0.5
1 /h
Hasz nálati melegvíz nettó hõenergia igénye:
q HMV 30
kWh/ (m 2 a)
Világítási energia igény korrekciós szorzó:
0
Szakasz os üzem korrekciós szorzó :
0.9
Belsõ hõnyereség átlagos értéke:
q b 5
W /m 2
Napsugárzásra vonatkozó tervezé si adatok 3. m e lléklet C fejeze t I. 2. táblázat alapján: Sugárzási energiahozam a f ûtési idényre vonatkozó hõveszteségtényezõ s zámításához:
Tájolás
IhvÉ 100
kWh /(m 2 a)
É
IhvD 400
kWh /(m 2 a)
D
IhvKNy 200
kWh /(m 2 a)
K-Ny
Sugárzási energiahozam az egyensúlyi hõmérséklet számításához:
Tájolás
IehÉ 27
W /m 2
É
IehD 96
W /m 2
D
IehKNy 50
W /m 2
K-Ny
Átlagintenzitás a nyári túlm. kockáz atának a s zámításához :
Tájolás
InyárÉ 85
W /m 2
É
InyárD 150
W /m 2
D
InyárKNy 150 W /m 2
23
K-Ny
W /K
Az egyszerüs ített m ódszernél a fûtés i idényre vonatk ozó dire kt hõnyere ség elhanyagolható, vagy az é szeki tájolásra vonatkoz ó s ugárzás i hozam m al s zám ítható: Qsd A ü IhvÉ
3
Qsd 1.112 10
kWh/(m 2 a)
A faj la gos hõveszteségtényezõ szá mítása a (III.7.a ) képl etbõl :
q
V 1
AU R l
72
Qsd
q 0.958
W /(m 3 K)
A fûtés éves nettó hõenergia i génye (IV.1.) képlettel szá molva : A N 55 53.7 40.8
A nettó f ûtött szintterület: QF 72 V ( q 0.35n ) 4.4A N q b
A N 149.5 4
QF 1.082 10
m2
kWh/a
A fûtés éves nettó hõenergia i gényének faj lagos érték e, (IV.6.) képl ettel számol va:
q f
QF
q f 72.342
AN
kWh/(m 2 a)
A nyári túlmele ge dés kockázatának ellenõrzése : Lé gcsere szám a nyári túlm elege dés kockázatának m egítéléséhez A légcsereszámt ervezés i értékei nyáron természetes szellõztetéssel:
Nyitható nyílások Egy homlokzaton Nem lehets éges Éjs zakai szellõztetés Lehetséges
a 1
b 0
a 2
b 0
a 1
b 1
a 2
b 1
A légcsereszám tervezés i értékei nyáron természetes szellõztetéssel: n nyár
3 if a
1 b
0
5 if a
1 b
1
6 if a
2 b
0
9 if a
2 b
1
Több homlokzaton
a 1
n nyár 5
24
b 1
Qsdnyár InyárÉ A Éü InyárD A Dü InyárKNy A KNyü
3
tbnyár
Qsdnyár 1.668 10
W
tbnyár 4.508
K
Qsdnyár A N q b AU R l 0.35n nyár V
A fûtés prime r e nergiaigényéne k me ghatározása Fûtött téren belül elhelyezett alacsony hõm érsé kletû gázk azán Ck 1.3
Ck teljesítménytényezõje:
qkv
villamos segédenergia igénye
2. melléklet 2. táblázat
q kv 0.79
kWh /m 2 a
Hõelosztás vesztes égei: q fv 2.1
elosztási ves zteség 54/45o C esetén
qfv
kWh /m 2 a
3. 2. táblázat
EFSz a hõelosztás f ajlagos segédenergia igénye: EFSz 1.98
3. 3. táblázat
A teljes ítm ény és a hõigény illesztés ének pontatlansága m iatti ves zte sége k q fh Termos ztatikus szelepek alkalmazása esetén:
q fh 3.3
kWh /m 2 a
A hõtárolás ves zte sége i és segédenergia igénye:
q ft 0
kWh /m 2 a
Megj. Nincs hõtárolás!
EFT 0
Egyébként 5. 1. táblázatból válas ztandó.
ef 1
Földgázra (V.1. táblázat, 3. mellékletbõl)
ev 2.5
Villamos energia f elhasználáskor (V.1. táblázat, 3. mellékletbõl)
EF q f q fh q fv q ft Ck ef EFSz EFT q kv ev EF 107.989
25
kWh /(m 2 a)
Melegvízelõállítása átfolyós rendszerû gázvízm e le gítõve l törté nk:
Ck 1.21 EK 0.0
VII. 1. táblázatból kWh /m 2 a
eHMV 1.21
átfolyó rendszer esetén
f öldgáz energiahordozó esetén
q HMVt q HMV 0
q HMVt 0
kWh /m 2 a
q HMVv q HMV 0.1
q HMVv 3
EC 0
ha nincs cirkuláció
kWh /m 2 a
A m elegvízellátás prtim ér hõenergia igénye:
EHMV q HMV q HMVv q HMVt Ck eHMV EC EK ev EHMV 48.315 E EF EHMV
E 156.304
Epk Ep ( Ap Vo )
E Epk
26
100 70.967
kWh /m 2 a
kWh /m 2 a
%
Minõ sít és
E 100 60 E pk E "KÖVET ELMÉNYEKNÉL JOBB "if 60 E 100 90 pk "ENERGIATAKARÉKOS " if
"KÖVET ELMÉNYEKNEK MEGFELELÕ" if 90 "KÖVET ELMÉNYT MEGKÖZELÍT Õ" if 100 "ÁT LAGOSNÁL JOBB " if 120 "ÁT LAGOS" if 150
E Epk
100 100
E 100 120 E pk
E 100 150 E pk
E 100 190 E pk
"ÁT LAGOST MEGKÖZELÍTÕ" if 190
E 100 250 E pk
E 100 340 E pk E "ROSSZ " if 340 E 100 pk "GYENGE " if 251
Minõ sít és "KÖVET ELMÉNYEKNÉL JOBB "
27
5. A NAPENERGIÁT HASZNOSÍTÓ HMV-RENDSZER ELŐZETES TERVEI 5.1. A napsugárzás országos eloszlása A különböző szakkönyvek leggyakrabban a napsugárzás országos, területi eloszlását ábrázoló diagramot teszik közzé. Ez a vízszintes felületre érkező globális sugárzás éves összegét mutatja. Az általánosan elterjedt, még a régebbi, pontatlanabb méréseken alapuló diagram látható a 7. ábrán. Megfigyelhető rajta egyfajta centrikus jelleg, ami a legnagyobb napsugárzást az ország középső-déli részére teszi. Ettől némileg eltér az újabb, korszerűbb és pontosabb, műholdas mérések alapján is készített diagram, ami a 8. ábrán látható. Ez a diagram már kevésbé centrikus, sokkal inkább az a nem túl meglepő tendencia olvasható le róla, hogy a déli országrészek a legnaposabbak, míg az északi részeken kevesebb a napsütés. Fontos azonban leszögezni, hogy napsütés szempontjából Magyarország legkedvezőbb és legkedvezőtlenebb helye között a különbség mindössze kb. 8%. Ez tehát azt jelenti, hogy hazánk területén belül napsütés szempontjából
nincsenek
lényeges,
a
napenergia-hasznosító
rendszerek
működését döntően befolyásoló különbségek. Kijelenthető tehát, hogy az egész ország területe alkalmas a napenergia-hasznosító rendszerek létesítésére.
7. ábra Napsugárzás eloszlása régebbi mérések alapján
8. ábra Napsugárzás eloszlása újabb mérések alapján
28
Magyarországon a napsütéses órák száma megközelítőleg évi 2100 óra. Derült idő esetén a déli órákban a napsugárzás teljesítménye eléri, rövid időre akár meg is haladja az 1000 W/m2 értéket. A 9. ábrából látható, hogy Magyarországon 1 m2 déli tájolású és 45°-os dőlésű felületre a nyári hónapokban naponta több mint 5 kWh hőmennyiség érkezik, és ebből napkollektorokkal közel 3 kWh hasznosítható. Látható az ábrából az is, hogy a napkollektorok nem csak nyáron, hanem egész évben, ha kisebb mértékben is, de a téli félévben is alkalmasak hőtermelésre.
9. ábra: Hasznosítható napsugárzás
A hasznosítható napsugárzás mennyiségét természetesen befolyásolja a napkollektorok elhelyezése, vagyis dőlésszöge és tájolása. Az optimális tájolás általában mindig déli, de az optimális dőlésszög már függ a földrajzi helyzettől és a felhasználás időszakától. Magyarországon a legtöbb napsütés, megközelítőleg évi 1450 kWh/m2, a déli tájolású és 40° körüli dőlésszögű felületre érkezik. A napkollektorok dőlésszögét és tájolását általában meghatározza a rendelkezésre álló tetőfelület, ami persze sokszor nem egyezik meg a kívánatossal. A 10. ábrán látható, hogy egész éves felhasználás esetén a hasznosítható napsugárzás hogyan csökken az optimális elhelyezéstől való eltérés függvényében. Jelentős csökkenés csak függőleges dőlés, és keleti vagy nyugati tájolás közelében tapasztalható. Nem kell elkeseredni, ha a tetőfelület nem pont déli, és 40° körüli dőlésű, hiszen pl. dél-keleti tájolás és 30°-os dőlés esetén a sugárzásjövedelem csökkenés mindössze 10%. Felmerülhet az a kérdés is, hogy célszerű-e a Nap 29
irányába forgatni a kollektorokat. Mivel a napsugárzás jelentős része határozott irány
nélküli
szórt
sugárzás,
ezért
a
elérhető
napkövetéssel
teljesítménynövekedés általában nem áll arányban a forgatás miatti bonyolultságés költségnövekedéssel.
10. ábra: A napsugárzás csökkenése az elnyelő felület elhelyezkedésének függvényében
Napjainkban egyre nagyobb számban jelentkezik az igény, hogy a rendelkezésre álló alternatív energiaforrásokat, jelen esetben a napenergiát, ne csak használati melegvíz készítésre, hanem fűtésre illetve fűtés rásegítésre is használjuk fel, hogy a gázszámlát valamilyen formában csökkenteni lehessen. Erre kínál megoldást a Vaillant rendszer. A gáz lakossági árának emelkedése magával vonja azt a természetes igényt, hogy amennyiben
lehetséges,
felhasználásával.
csökkentsük
Természetes,
hogy
azt
valamilyen első
alternatív
sorban
a
energia
legnagyobb
energiafelhasználás, a használati melegvíz kiváltására születtek az első megoldások, hiszen a melegvízre télen-nyáron szükségünk van. De hogyan lehet ezt az energiát a téli fűtési hőszükséglet kiszolgálására is igénybe
venni?
A
hagyományos
hőtermelőket
leváltották
az
alacsony
hőmérsékletű berendezések, melyeket manapság a kondenzációs készülékek
30
kezdik egyre nagyobb számban háttérbe szorítani. Egy megfelelően méretezett, túlnyomórészt alacsony fűtővíz hőmérsékletű, sugárzó fűtési rendszer (padló-, fal-, mennyezetfűtés
ill.
alacsony
hőfoklépcsőjű
radiátoros
rendszer)
és
egy
kondenzációs készülék párosítása már meghozza a kívánt eredményt, azaz az energiatakarékos fűtési rendszert. A fűtésrásegítés is az alacsony hőfoklépcsőjű rendszerekben hozza meg a kívánt hatást. A Vaillant kínálatában az ecoTECH sorozatból
19-65
kW
teljesítmény
tartományban
találunk
kondenzációs
készülékeket. Hagyományos fűtési rendszerekben csak átmeneti időszakban mérhető kondenzációs energiakinyerés, mert a magas visszatérő vízhőmérséklet nem képes a távozó égésterméket a harmatponti hőmérséklet alá hűteni. Megoldást jelenthet, ha egy radiátoros fűtési rendszer pl. 65/50 hőfoklépcsőre választunk ki, de akkor a radiátorok felületét kell a kompenzációs tényezővel megnövelni, ami a beruházási költségeket emeli. Amennyiben ezt az igényt már a tervezés fázisában figyelembe tudjuk venni, akkor a rendszer felépítése, méretezése és kialakítása már ennek szellemében történik. De korszerűsítésnél vagy utólagos beépítésnél a meglévő adottságokkal kell számolni. Ilyen esetben kell megtalálni az ideális középutat, ahol a beruházási költség és a várható megtérülés, valamint a rendszer használhatósága egészséges arányt mutat. Ahogy a nevében is benne van, fűtés rásegítés és nem napenergia fűtés, azaz, nem 100%-ban fedezzük a fűtési időszak hőigényét napenergia segítségével. A mértezés során kis rendszereknél alkalmazhatjuk az ún. "ököl-szabály" módszert is. Minden esetben javasolt a méretezés, mert a különböző befolyásoló tényezők - mint tájolás, tető hajlásszög, földrajzi elhelyezkedéstől függő besugárzási érték, stb. - a számítás során sokkal pontosabban figyelembe vehető, mint ha csak a tapasztalati értékeket használnánk fel. Mi az az "ököl-szabály"? Tapasztalati értékek mutatják, hogy fűtés rásegítésnél a figyelembe vett terület minden fűtendő 10m2-re válasszunk 08-1,2m2 nettó felületű sík-, vagy 05-0,9 m2 vákuumcsöves kollektort, és ehhez válasszunk ki minden beépített nettó 1m2 kollektor felülethez 50-70 l puffertároló-térfogatot. Ez a módszer nem minden esetben elégséges. Több rendszer leméretezése után a kapott eredmény mutat némi hasonlóságot, kis rendszereknél kisebb szórással, nagyobbaknál (15-20m2 kollektor felület felett) nagyobb szórással a tapasztalati értékekkel, de pl. egy ideálistól eltérő tetőhajlásszög korrekciós értékének figyelembevételével már a kollektor felület eltérése 6-8% között, a fedezeti fok eltérése 10% körül van, ami
31
már nem elhanyagolható. A méretezést emiatt minden esetben érdemes elvégeztetni. Segédletek és képletek felhasználásával határozzuk meg a szükséges kollektor felületet, a szolár fedezeti és rendszer-kihasználtsági fokot, a szükséges puffer-tároló és HMV tároló térfogatot, a szolár tágulási tartály méretét és a szolár folyadék mennyiségét. A Vaillant rendszerkínálatában a kondenzációs készülékek mellett egy átfogó napenergia hasznosító berendezéseket magában foglaló modellpaletta is megtalálható. Sík (VFK)- és vákuumcsöves (VTK) kollektorok, bivalens (2 hőcserélős - uniSTORE S) és ún. kombi-tároló, amely magában foglalja a fűtési puffert és a használati melegvíztárolót is (auroSTORE VPS SC 700), szolár-állomás, tágulási tartályok, kiegészítő szerelvények és a szolár folyadék. A rendszer tartalmazza a fűtésrásegítésekhez azt a hidraulikus blokkot, amellyel a teljes rendszervezérlést biztosító szabályzó képes a fűtésrásegítést is megoldani falikészülék esetén (11. ábra).
11. ábra: Fűtésrásegítés napkollektorral
A kiválasztáshoz ill. a méretezéshez alapadatokat kell meghatároznunk, mint pl. a fedezeti fokot és a szolár rendszer kihasználtsági fokát. A szolár fedezeti fok a kollektor-felület és a tároló űrtartalom méretezését határozza meg. A szolár rendszer-kihasználtsági fok, pedig a szolár rendszer által a hagyományos 32
rendszer számára leadott hőnek a kollektor felületre besugárzott napenergiához való viszonya, amit mindig hosszabb időszakon (több hónap vagy év) vizsgálunk. Minél nagyobb a fedezeti fok, annál kisebb a kihasználtsági fok. Ez azzal magyarázható, hogy szemben az előmelegítő berendezésekkel, a magasabb fedezetű berendezések átlagosan magasabb hőmérsékleti szinten dolgoznak, ugyanakkor rosszabb kollektor-hatásfokkal. Tehát, ha indokolatlanul sok kollektor felületet építünk be, akkor sok napenergiát tudunk összegyűjteni, amivel a kiválasztott "akkumlátorunkat", azaz a puffer-tárolót időben gyorsan tudjuk a kellő energiaszintre
felfűteni.
De
utána
a
rendszerhőigény
csökkenésével
ill.
megszűnésével a puffer-tároló nem képes több energiát tárolni és a szabályzó lekapcsolja a szolár állomás szivattyúját, mert nem szükséges több energia. Mivel a kollektorok nyáron is ki vannak téve a napsugárzás hatásának, ez a folyamat még kiélezettebb. A kollektorok nem termelnek tovább, ún. üres-járásba kerülnek, és a rendszer megáll. A kihasználási fok közelít a nullához! Ezt a problémát vagy helyesen megválasztott fedezeti fok/kihasználtsági fok aránnyal vagy kellően nagyra méretezett puffer tárolóval illetve alternatív felhasználási területtel pl. kültéri, de fűthető medencével is ki lehet küszöbölni. Gyakorlatból visszaigazolt méretezés esetén 20-60% fedezeti fok esetén, 50-30% kihasználtsági fok adódik, ami az előbb említett kültéri medence napenergiával történő utánfűtése esetén kedvezőbben is alakulhat. A fentiek összesítéséből adódik, hogy míg a HMV készítés
energiaszükségletét
éves
viszonylatban,
megfelelően
kiválasztott
berendezés esetén 60-70%-ban képes a napenergia fedezni, addig a fűtés esetében 20-30%-ban. Tehát egy fűtőkészülékre szükségünk van, ami azokban akkor lép működésbe, amikor a napenergiából nem tudtunk kellő mennyiségű energiát kinyerni az adott energiaszükséglet (fűtés ill. HMV) kielégítésére.
5.2. HMV-rendszer fajtái 1. „HMV 1” Béta-Therm rendszerek (12. ábra) 2. HMV 2 Béta-Therm rendszerek (13. ábra) 3. Nagyobb melegvízkészítő rendszerek (14. ábra) 4. Melegvízkészítés és medencefűtés
33
5.2.1. HMV 1 Béta-Therm rendszerek
12.ábra:”HMV 1” Béta-Therm rendszerek
A kisebb vízfogyasztású családi, vagy hétvégi házakhoz javasolt rendszerek. A napkollektorok egy hőcserélős, fali melegvíztárolót fűtenek. A hagyományos energiával
üzemelő
utánfűtés
történhet
a
tárolóba
beépített
elektromos
fűtőpatronnal, de jobb megoldás, ha a kollektoros tárolóval sorba kötnek egy utánfűtő tárolót. Ez lehet villany-, gáz-, vagy indirekt fűtésű bojler.
5.2.2. HMV 2 Béta-Therm rendszerek
13. ábra:”HMV 2” Béta-Therm Rendszerek
34
A
HMV
2"
Béta-Therm
rendszer
kollektoros
rendszer
két
hőcserélős
melegvíztárolóval. A napkollektorok az alsó hőcserélőn keresztül a tároló teljes térfogatát, míg az épület fűtését is végző kazán a felső hőcserélőn keresztül csak a tároló felső részét fűti. A napenergia optimális kihasználását a tárolón belül kialakuló, hőmérséklet szerinti rétegződés biztosítja.
5.2.3. Nagyobb melegvízkészítő rendszerek
14. ábra: Nagyobb melegvízkészítő rendszerek
Kiemelkedően magas hatásfokú, fajlagosan olcsó, gazdaságos melegvíz készítő rendszerek. A kollektorok a rendszer nagyságától függően egy, vagy több, sorba kapcsolt melegvíztárolót fűtenek külső, lemezes hőcserélőn keresztül.
5.2.4. Melegvízkészítés és medencefűtés Egész évben használható a melegvízkészítő és medencefűtő rendszer. A napkollektorok a melegvíztárolót az alsó hőcserélőn keresztül, a medence vizét, pedig a vízforgató körbe beépített hőcserélőn keresztül fűtik. A bojler és a medence fűtése közötti átváltás motoros váltószeleppel történik.
35
5.3. Napkollektoros rendszer elemei (15. ábra)
15. ábra: Napkollektoros rendszer eleme
5.3.1. Napkollektoros rendszer elemeinek felhasználása Ha a meglévő Használati melegvíz (HM) rendszert kell kiegészíteni, akkor egyegy hőcserélővel rendelkező, nagyméretű szolár melegvíztárolóra van szükség. Ezen keresztül adja át a hőt a primer kör a melegvízrendszernek, és nagy tárolókapacitása révén ezt a felhasználás idejéig el is tárolja. A szolár melegvíztárolót sorosan kell a meglévő rendszer elé bekötni, így a tároló a vizet már felmelegítve adja tovább a meglévő rendszernek. Itt szükség esetén a kazán tovább fűti azt a beállított értékre, akár víztárolós, akár átfolyós a régi rendszer. Meglévő víztárolós rendszernél a hátránya az így utólagosan kibővített rendszernek az, hogy a napkollektorok csak a szolár tárolót tudják felfűteni, a meglévő tárolóba csak a vízfogyasztás alkalmával kerül át az általuk felmelegített víz.
36
5.3.2. Rendszerelemek a, Napkollektorok A napkollektorok feladata a napból érkező hősugárzás minél nagyobb arányú elnyelése és a keletkezett hő átadása a benne keringetett folyadéknak. Felépítését tekintve a kollektor egy felül áttetsző, oldalról és hátulról hőszigetelő anyaggal körülvett csőjárattal ellátott fekete lemez. A napkollektorokat a hatásfokukkal szokták jellemezni, amely megmutatja, hogy egy adott környezeti tényező mellett a beérkező összes sugárzott energia hány százalékát képes a benne keringetett folyadéknak átadni. A hatásfokot konstrukciós és a környezeti tényezők is befolyásolják. A konstrukciós tényezők közül leginkább a fedés anyaga, a fém elnyelő lemez bevonata, és a köztük lévő 3-5 cm rést kitöltő gáz anyagi minősége a meghatározó. A fedés anyaga nagy tisztaságú edzett üveg, vagy üregkamrás polikarbonát. Az elnyelő lemez, amely manapság vörösréz lemezből készül, matt fekete színű anyaggal van bevonva, a sugárzás minél nagyobb fokú elnyelése érdekében. Ennek fokozására, vagy pontosabban a visszasugárzás csökkentése érdekében, a gyári kollektoroknál úgynevezett szelektív bevonatot alkalmaznak. A kitöltő gáz általában levegő, de a hideg éghajlati viszonyok között működő napkollektorok esetében vákuumot hoznak létre. A hatásfok növelése természetesen költséges dolog, és nem fontos minden esetben, hogy a sokféle gyártmányból a legjobbat válasszuk. b, Vezérlõegység A vezérlőegység rákapcsolt érzékelőkkel méri és összehasonlítja a napkollektor és a melegvíztároló alsó részének hőmérsékletét. Kikapcsolt keringetés állapotban, ha a kollektor hőmérséklete a beállított értékkel magasabb a tároló hőmérsékleténél, bekapcsolja a cirkulációt. Bekapcsolt keringetéskor, amikor a kollektor
hőmérséklete
folyamatosan
csökkenve
felülről
közelíti
a
tároló
hőmérsékletét, a beállított különbséget elérve kikapcsolja a cirkulációt. Léteznek fordulatszám szabályozós típusok is, melyek a hőmérséklet különbséggel, arányos feszültségértékkel vezérlik a szivattyút, amely így folyamatos hőcserét biztosít a minimálisan szükséges hálózati energia felhasználásával.
37
5.3.3. Gépészeti elemek a nyomás alatt lévő, nem leeresztős rendszer esetén a, Keringető szivattyú Biztosítja a folyadék folyamatos keringését, és a napkollektorokban kinyert hőátadását a víztárolóba. A fagyálló folyadék alkalmazása miatt szolár szivattyút kell használni, pl. a GRUNDFOS UPS 25-40 szolár változatát. Lehetséges az elektromos hálózattól való független működtetés is 12V-os szivattyú és az ezt ellátó napelemcellák segítségével. b, Visszacsapó szelep Megakadályozza, hogy éjszaka vagy borult a tárolóból a felmelegedett víz a napkollektorok felé visszaáramoljon és ott kihűljön. 1)
Túlnyomás levezető szelep: Zárt rendszerről lévén szó, egy adott folyadéknyomás elérésekor (6 atm.), a robbanásveszély elkerülése végett, leüríti a folyadékot egy tárolóedénybe.
2)
Ürítő csap: A rendszer feltöltéséhez és leürítéséhez szükséges.
3)
Légtelenítő csap és edény: Automatikus légtelenítést tesz lehetővé, az összegyűlt levegő alkalmankénti kézi kiengedésével. Ezen kívül a teljes feltöltéshez is szükséges.
c. Tágulási tartály A
benne
lévő
gumimembránnal
elválasztott
légtér
felveszi
a
folyadék
hőtágulásából adódó térfogatnövekedést, így a folyadék nyomása közelítőleg állandó értéken tartható. 12 vagy 18 literes, erre a célra kifejlesztett tartályokat kell alkalmazni. d, Melegvíztárolók A napkollektoros rendszerekben alkalmazott melegvíztárolók az alábbiakban különböznek a hagyományos tárolóktól: ● Jóval nagyobb kapacitásúak, mivel az egész napi melegvíz igényt tárolniuk kell,
38
● Két belső hőcserélővel rendelkeznek. Egy felsővel, amelyen keresztül a kazán által felmelegített melegvíz kering, és egy alsóval, amelyet a napkollektorok melegítette víz melegít, ● A kisebb hőveszteségek elkerülésére jobb külső hőszigetelessel bírnak, ● Rendelkeznek egy vagy két, hőérzékelõ számára kialakított belső csőcsonkkal.
39
6. KAPCSOLÁSI VÁZLATOK 6.1.
Napenergia
hasznosítás
HMV-rendszer
készítésre
SEM-1
hőtárolóval (16. ábra)
16. ábra:SEM-1 hőtároló
1. Kollektorok
6. Kollektor-szabályozás (hőérzékelős)
2-. égedény
7. Töltő-űrítő csap
3. Kollektor-hőérzékelő
8. SEM-1 hőtároló
4. Hőmérséklet-különbség szabályzó
9. kazán
5. kollektoros szivattyú-szerelvénycsoport
10. Tároló fűtési hőérzékelő
40
6.1.1. SEM-1 típusú használati melegvíz-tároló (17. ábra)
17. ábra: melegvíz-tároló
6.1.2. A Wolf SEM-1 tároló előnyei ● Acéllemez hengeres tároló két síkcsöves hőcserélővel, kettős zománcbevonattal, ● Nagy hatékonyságú PU-keményhab hőszigetelés, fóliaköpeny borítás, ● Levehető FCKW-és FKW-mentes hőszigetelés, egyszerű szállítás, ● ároló védelme magnézium-védőanóddal, ● Nagy hőcserélő felületek, rövid felfűtési idő, magas tartós melegvízteljesítmény, ● Oldalsó levehető fedél, kiegészítő hőcserélő csatlakozás, egyszerű karbantartás, ● Optimális átmérő-magasság-arány, jó hőmérséklet-rétegződés.
41
6.1.3. SEM-1 melegvíztároló műszaki adatai
42
6.2. Napenergia hasznosítás, melegvíz-készítés a SED-750/280 kettős tárolóval (18. ábra)
18. ábra: SED-750/280 kettős tárolóval
1. Kollektorok
9. SRITA visszatérő hömérséklet szabályzó
2. Légedény
10. visszatérő(SRTA)tároló hőérzékelője
3. Kollektor-hőérzékelö
11. visszatérő(SRTA)3-utas átváltó szelep
4. Hőmérséklet különbség szabályzó
12. visszatérő(SRTA)fűtés visszatérő hőérzékelő
5. kollektoros szivattyú-szerelvénycsoport
13. Tároló fűtési hőérzékelője
6. Kollektoros szabályozás tároló
14-Kazán
hőérzékelővel 7. Töltő-ürítő csap
15. Termosztatikus HMV-keverő szelep
43
6.2.1. SED-750/280 kettős tároló (19. ábra)
19. ábra: SED-750/280 kettős tároló
6.2.2. A Wolf SED-750/280 tároló előnyei ●
Acéllemez kettős tároló, 750 literes, 470 literes fűtési puffertartály, beépített síkcsöves hőcserélővel és 280 literes HMV víztárolóval.
●
A melegvíztároló belső falának korrózióvédelmét a kettős zománcbevonat és a magnézium-védőanód adja,
●
Nagy hatékonyságú 100mm-es puhahab-hőszigeteléssel,
●
Levehető FCKW-és FKW-mentes hőszigetelés, egyszerű szállítás.
44
6.2.3. SED-750/280 tároló műszaki rajza és leírása
19. ábra: SED-750/280 tároló műszaki rajza
45
6.2.4. SED-750/280 kettős tároló műszaki adatai:
46
6.3. Napenergia hasznosítás, melegvíz-készítés a SEM-1hőtárolóval és SPU-1 Puffertárolóval (20. ábra)
20. ábra: Napenergia hasznosítás, melegvíz-készítés a SEM-1hőtárolóval és SPU-1 Puffertárolóval
1. Kollektorok
10. Használt melegvíz-tároló
2. Légedény
11.Napkollektor tároló hőérzékelő(HMV)
3.Kollektór-hőérzékelö höm. emelés
12. SRTA napkollektor visszatérő agi
4.Hőmérséklet különbség szabályzó
13. Napkollektor hőmérsékletemelés( puffertároló .hőérzékelője
5.kollektoros szivattyú-szerelvénycsoport
14.Visszatérő hőmérsékletemelés(SRTA) fűtési visszatérő hőmérséklet érzékelője
6.Szivattyú-szerelvénycsoport kiegészítés
15. A napkollektor visszatérő ági hőmérsékletemelés SRTA) 3 utas átváltó szelepe
7. Töltő-ürítő csap
16. Tároló hőérzékelő (fűtés)
8.SPU puffertároló
17.Kazán
9. Napkollektor tároló hőérzékelő
47
visszatérő SRTA)
6.3.1. A Wolf SPU-1 tároló (21. ábra)
21. ábra: SPU-1 típusú puffertároló
6.3.2.A Wolf SPU-1tároló előnyei ●
Acéllemez puffertároló 500-1500 literes űrtartalommal, acél síkcsöves hőcserélővel, max. üzemi nyomás: 6 bar,
●
SPU-1- 1500 típus hőcserélő nélkül,
●
Levehetö FCKW- és FKW- mentes hőszigetelés, egyszeri szállítás.
48
6.3.3. SPU-1 típusú tároló műszaki rajza és leírása
22. ábra: SPU-1 típusú tároló műszaki rajza
49
6.3.4. SPU-1 típusú tároló műszaki adatok:
50
6.4. Napenergia hasznosítás használati melegvíz készítésre és fűtés rásegítésre 850-tipusu rétegező tárolóval (23. ábra)
23. ábra: Napenergia hasznosítás használati melegvíz készítésre és fűtés rásegítésre 850-tipusu rétegező tárolóval
1. Kollektorok
9. HMV hőcserélő
2.Légedény szabályozó
10. SRTA visszatérő hőmérsékletemelés
3. Kollektor-hőérzékelö hőmérsékletemelés(SRTA) hőérzékelője
11.
4. Hőmérséklet különbség szabályzó hőmérsékletemelés(SRTA) 3 utas szelep
12.visszatérő
5-5. kollektoros szivattyú-szerelvénycsoport
13.visszatérő hőmérsékletemelés(SRTA) fűtés visszatérő hőmérséklet érzékelője
6. Tároló hőérzékelő (napkollektoros rendszer)
14. Tároló hőérzékelő (HMV utántőltés)
7. Töltő-ürítő csap
15. Kazán
8. 850-tipusu rétegező tároló
51
visszatérő
6.4.1. 850 típusú tároló (24.ábra)
24. ábra: 850-típusú tároló
6.4.2. A Wolf 850-tipusú tároló előnyei ●
Acéllemezes puffertartály 850 literes űrtartalommal, bordáscsöves réz hőcserélővel, zárt fűtési rendszerekhez,
●
két felszálló rétegezi a beáramló napkollektoros- és fűtővizet,
●
HMV hőcserélő egységgel kombinálva a melegvíz készítés átfolyó rendszerű,
●
Nagy hatékonyságú 100mm- es puhahab hőszigetelés,
●
Levehető FCKW- és FKW- mentes hőszigetelés, egyszeri szállítás.
52
6.4.3. 850-tipusú tároló műszaki rajza és leírása
25. ábra: 850-tipusú tároló műszaki rajza
53
6.4.4. 850-tipusú tároló műszaki adatai:
54
6.5. Tartozékok
55
7. A társasház használati melegvíz készítő napkollektoros rendszer méretezése 7.1.Kiindulási adatok: A méretezendő létesítmény jellege:
Társasház
Melegvíz felhasználók száma:
n=2 fő
Személyenkénti melegvíz fogyasztás:
V1= 50 liter/fő.nap
A figyelembe vett melegvíz hőmérséklet:
tm=50oC
A napkollektorok elhelyezésére alkalmas felület. Dőlésszöge: 40o Tájolása: Dél-Kelet Az átlagos napi melegvíz-szükséglet:
V=n . V1 [ liter/nap] V=2 . 50= 100 liter/nap
A melegvíz előállításához szükséges hőmennyiség: QHMV= 1.1. c . m . T = 1.1 . c . . V . ( tm – th ) [ KJ] ahol: c = 4,18 kJ/kg . K m [kg] : a napi melegvíz fogyasztás tömege ρ =1000 kg/m3 a víz fajsúlya th = 10o C a hálózati hidegvíz hőmérséklete tm= 50oC a felhasználásnál igénybevett melegvíz hőmérséklete A képletben az 1,1-es szorzó a tárolási és felhasználási veszteségeket veszem figyelembe. QHMV = 1,1. 4,18 . 1000 . 100 (50-10) = 18,392 . 106 kJ QHMV = 18,392 . 106 kJ = (1/3600) . 18,392 . 106 Wh = 5108 Wh = 5,108 kWh
56
A napkollektorokkal melegvíz készítés esetén hasznosítható hőmennyiség a 26 ábrán látható:
26 ábra
Nyári félévben hasznosítható hőmennyiség átlagos értéke: Qknyár = ~2,8 kWh/m2nap Téli félévben hasznosítható hőmennyiség átlagos értéke: Qktél = ~1,1 kWh/m2nap Használati-melegvíz készítő rendszereket általában úgy célszerű méretezni, hogy a napkollektorok átlagos nyári napon a szükséges melegvízmennyiséget teljes egészében előállítsák. Így a szükséges napkollektor-felület:
:
57
Ahol k a kollektorok tájolástól és dőlésszögétől függő korrekciós tényező.
o
27.ábra.Napkollektor tájolása és teljesítményváltozása (Dél-Keleti 40 )
A k értéke a diagram alapján : 0,94 A szükséges napkollektor-felület:
Ha a választott kollektor abszorber felülete 1,74 m2,akkor a szükséges napkollektor darabszám:
Tehát a választott napkollektor típusból 1db szükséges.
58
7.2.A melegvíz tároló térfogatának meghatározása
28.:ábra PHW típusú hőcserélős melegvíz tároló
A választott tároló térfogata legalább legyen megegyező, vagy nagyobb, mint a napi vízfogyasztás 45°C-os vízből. Az eredetileg 50°C-ra megadott vízfogyasztás átszámolása 45°C-ra:
Célszerű a kapott értéktől nagyobb tároló választása. A melegvíztárolót azaz bojlert azért célszerű alkalmazni,mert a nap sugárzása a tényleges meleg víz fogyasztással általában nem esik egybe,ezért a meleg vizet tárolnunk kell. Javasolt a kereskedelmi forgalomban kapható 200 literes tároló alkalmazása (28.ábra).
59
7.3.Hidraulikus méretezés: Kapcsolási vázlat (29.ábra) 1. napkollektor 2. napkollektororos hőérzékelő 3. SM2 szabályozás BM modullal 4. 10-es szivattyú-szerelvénycsoport 5. 10E szivattyúszerelvénycsoport 6. SPU-2-W puffer tároló 7. napkollektoros hőérzékelő (puffer) 8. SEM-1 HMV tároló 9. napkollektoros hőérzékelő (HMV) 10. visszatérő hőérzékelő 11. váltószelep 12. MM szabályozás 13. puffertároló hőérzékelő 14. légedény 15. töltő-ürítőcsap 16. HMV hőérzékelő 17. falikazán 18. előremenő érzékelő
29. ábra.A napkollektoros rendszer elvi kapcsolási vázlata
60
7.4.Napkollektor köri térfogatáram meghatározása: Javasolt térfogatáram normál keringetés (high flow) esetén: ~ 35 l/h.m2 = 1,74m2 35l/h.m2 = 60,9 l/h
7.5.Napkollektor kör nyomásvesztesége: Térfogatáram 1 db kollektorban: 1,74m2 ⋅ 35 l/h = 60,9 l/h Napkollektorok nyomásvesztesége gyári katalógus alapján: 5 kPa (21.ábra). Mivel a napkollektorok beépítési kapcsolása párhuzamos, ezért a teljes kollektormező nyomásvesztesége megegyezik egy kollektor nyomásveszteségével. Esetünkben egy kollektor beépítése szükséges.
30. ábra.Kollektorok nyomásvesztesége
7.6.Egyenes csővezeték nyomásvesztesége: Csővezeték hossza: ~ 23 m 15 x 1 mm-es vörösréz csővezeték nyomásvesztesége: ~ 417 Pa/m 23m esetén: 417 23 = 9591Pa 18 x 1 mm-es vörösréz csővezeték nyomásvesztesége: ~120 Pa/m 23m esetén: 157
23 = 3611 Pa 36
61
31. ábra.Egyenes vörösréz csővezeték nyomásvesztesége
Kiválasztva: 18 x 1 mm-es vörösréz cső: Belső átmérő:
d = 16 mm = 0,016 m = 2 10-4 m2
Keresztmetszet: Térfogatáram:
V =60,9 l/h = 0,0609 m3/h = 1,69 10-5 m3/s
Áramlási sebesség:
= 0,0845 m/s
7.7.Csővezetéki szerelvények, idomok nyomásvesztesége:
=
3,57
62
Megnevezés
Darabszám (n)
Alaki ellenállás tényező (ζ)
n ζ
Nyomásveszteség [Pa]
21 db
0,7
14,7
784
1 db
6
6
320
3 db
0,5
1,5
80
1 db 4 db
2,5 0,3
2,5 1,2
133 64
2 db
0,6
1,2
64
27,1
1.445
90°-os ív Visszacsapó szelep Golyóscsap Szabályozó szelep T-elágazás Érzékelő mérőhüvely Összesen:
32.
ábra.A csővezeték rendszer és elemeinek előzetesen becsült darabszáma és nyomásvesztesége
7.8.Teljes napkollektor kör nyomásvesztesége: Napkollektorok:
5000 Pa
Egyenes csővezeték:
3611 Pa
Szerelvények, idomok:
1445 Pa
Térfogatáram impulzusadó (katalógusból):
4200 Pa
Tároló belső hőcserélő:
900 Pa
Összesen:
15.156 Pa = 1,5 m
7.8.1.Szivattyú kiválasztás:
:
63
33. ábra.Szivattyú típus: Grundfos UPS 25-50
7.9.A napkollektor kör térfogata: Kollektor:
1 db
1,57 liter/db
1,57 liter
Csővezeték 18 x 1 mm:
23 m
0,2 liter/m
11.5liter
Tároló alsó hőcserélő:
1 db
10,8 liter
10,8 liter
Szoláris egység:
1 db
0,8 liter
0,8 liter
Tágulási tartály (előzetes):
1 db
2,5 liter
2,5 liter
Összesen:
27,17 liter
7.9.1.Fagyálló folyadék szükséglet, 40%-os töménység esetén: 0,4 x 27,17 liter = 10,868 ≈ 11 liter
7.10.Tágulási tartály térfogatának kiszámítása: A kollektor kör térfogata:
Vrendszer = 27,17 liter
Az alkalmazott közeg:
40% propilénglikol – 60% víz
Átlagos maximális hőmérséklet:
150°C
Közeg relatív térfogatváltozása:
ΔVrel =0,12
Kollektor kör maximális nyomása:
pmax = 5,5 bar (6,5 abszolút), 6 baros biztonsági szelep esetén
Feltöltési nyomás hideg állapotban:
phideg = 4,0 bar (5,0 abszolút)
Tágulási tartály levegő oldali előnyomása:
pelő = 0,9 · phideg = 0,9 · 4,0 = 3,6
bar (4,6 abszolút)
64
34.ábra.Propilénglikol fagyálló folyadék relatív térfogatváltozása 39
A tágulási térfogat: ΔV = ΔVrel · Vrendszer =0,12 27,17 = 3,2604 liter A tágulási tartály térfogata:
=
Vtart =
3,2604 =15,69 liter 6,5 5,0 0,9 * 6,5
A tágulási tartály térfogata: 16 liter Tágulási tartály térfogata, az üresjárat esetén esetlegesen előforduló kollektor köri elgőzölgést is figyelembe véve: A tágulási térfogat: ΔV = ΔVrel ·Vrendszer + Vkoll = 0,12 · 27,17 + 1,57 = 4,83 liter Így az üresjárást is figyelembe véve a tartály térfogata:
Vtart =
=
4,8304 =23,25 liter 6,5 5,0 0,9 * 6,5
A választott tágulási tartály térfogata: 25 liter
65
8. ÜZEMELTETÉS OPTIMÁLIS MEGOLDÁSAI HMV-ellátó rendszerek kialakítására több megoldás létezik. Ezen megoldások csoportosítása történhet az ellátás módja (központi vagy egyedi) vagy a felhasznált energiaforrás (villamos energia vagy földgáz) szerint. Ezeknek a rendszerkialakításoknak az összehasonlítására a legmegfelelőbb mód az ellátás hatásfokának vizsgálata. A villamos energiával történő HMV-előállítás tűnik a leggazdaságosabbnak, ott is az átfolyós, mely csaknem 100%-os hatékonyságot mutat. Amit megtermelünk, azt azonnal, szinte veszteség nélkül felhasználjuk. A villamos HMV-termelőben vezetett energia 100%-ban hővé alakul, és ez a hő a fűtőpatronról átkerül az őt körülvevő vízbe. A fűtőpatron elvízkövesedésekor a hatásfok nem romlik, hanem a hőátadás magasabb fűtőszál-hőmérsékleten valósul meg, egészen addig, míg a fűtőszál tönkre nem megy. A gázüzemű vízmelegítőknél ezzel szemben a vízkövesedés
hatására
a
hőátadás
romlik,
az
égéstermék
magasabb
hőmérsékleten távozik, minek eredményeként hatásfokromlás következik be. A villamos energiával történő tárolós HMV-előállítás (villanybojler) az átfolyóshoz képest kedvezőtlenebb, minek oka a tárolási veszteségekben keresendő, amely veszteség a napi felhasználás csökkenésével nagyobb értékűvé válik, ezáltal csökken az energiafelhasználás hatékonysága is. Itt komoly bizonytalansági tényező a tároló nagysága, hőszigetelése, a cirkulációs rendszer kialakítása. A villamos energiára alapuló HMV-termelés hátránya magában a villamosenergia-előállításban rejlik, ami nagyrészt valamilyen gáz, olaj vagy szilárd tüzelőanyag elégetésével történik. A villamosenergia-előállító és -szállító rendszer hatékonysága azonban meglehetősen alacsony. A fogyasztónál felhasznált energia közel háromszorosát kell primer energiahordozóként erőművi szinten befektetni, azaz 1 kWh villamos energia előállításához kb. 3 kWh energiatartalmú tüzelőanyagot kell elégetni. Ezt figyelembe véve, ha a felhasznált primer energiát nézzük, akkor a villamos energiára épülő HMV-előállítási módok helye módosul, a legrosszabb hatékonyságúvá válik.
66
A gázüzemű HMV-előállításnál is érezhető az átfolyós megoldás előnye, csak az termelődik meg, ami felhasználásra kerül. Ez azonban csak egy jól szabályozott átfolyós vízmelegítőnél igaz. Ott, ahol a főégő gyújtása csak szinte teljes átfolyásnál következik be, nyilván nem értékelhető ilyen formában. Ezek ugyan HMV előállítására fordítják az energiát, de kérdés, hogy az adott célhoz kell-e ennyit. Érdekes különbség adódik az átfolyós vízmelegítők két típusa, az elektronikus gyújtású kombi és a gyújtólángos vízmelegítő között. Az utóbbinál különösen a kisebb napi energiafelhasználás mellett csökkenő hatékonyságot a folyamatosan égő gyújtóláng készenléti energiafelhasználása okozza. A hatékonyság szempontjából középtájon helyezkednek el a gázenergiával üzemelő tárolós megoldások. A csökkenő napi felhasználással csökkenő hatékonyság itt is a tárolási veszteségek relatív növekedésének eredménye. A
tárolós
megoldások
energiafelhasználás
szempontjából
az
átfolyós
készülékekhez képest lényegesen kedvezőtlenebb hatékonyságúak. Ugyanakkor az átfolyós megoldások alkalmazhatósága korlátozott. Bármilyen átfolyós rendszerről van szó, tároló nélkül egyszerre csak annyi csapoló ellátására alkalmas, ahányra méretezték. Tárolós megoldásokra tehát szükség van. Az energiafelhasználás csökkentésének szempontjából azonban igen lényeges a tároló és hozzá a melegvíz- és cirkulációs rendszer jó hőszigetelése. A cirkulációs hálózat üzeme igen komoly veszteséget, ezzel a tároló gyors visszahűlését okozhatja. A tárolás azért szükséges, mert a csúcsfogyasztás a termelés energiaellátás- vagy berendezésoldalról korlátozott mértékét meghaladja. Ez a megfontolás a tároló szükséges méretére is iránymutatást ad. A tároló szükséges kapacitását az adott termelési lehetőség felett jelentkező fogyasztás időbeni integrálja, összesítése adja.
8.1..Cirkulációs rendszer üzemeltetése Bizonyos méretet meghaladó melegvízhálózat esetén a cirkulációs rendszer elengedhetetlen. Ennek célja, hogy a csapolókon történő vételezéskor szinte azonnal rendelkezésre álljon a meleg víz. Ennek az igénynek a kielégítésére a cirkulációs szivattyú által a hálózatban keringetett melegvíz szolgál. Mint azt már
67
az előzőkben említettem, a cirkulációs hálózat üzeme igen komoly veszteséget okoz, és ezzel a tároló gyors visszahűlését eredményezi. Ennek elkerülésére a jó hőszigetelésen túl célszerű a cirkulációs rendszer üzemét szakaszossá tenni. Az épület használatán kívüli időszakban célszerű a cirkulációt szüneteltetni, mivel az azonnali melegvíz-igény ilyenkor szükségtelen, valamint leállításával hő- és villamos energia takarítható meg. A cirkulációs rendszer üzemeltetési idejét a melegvízhálózatban keringetett víztérfogat felfűtési idejének és az épület üzemidejének ismeretében kell meghatározni. Ezen időtartományon túl a cirkuláció üzemeltetése szünetel. Ennek az üzemi menetrendnek a megvalósítását heti programozású kapcsolóórával lehet elvégezni, ami a cirkulációs szivattyú mágneskapcsolóit üzemelteti. Az így megtakarított villamos energia nem túl jelentős (néhány tízezer forint), míg a HMV-termelésre fordított hőenergiamegtakarítás akár 15% is lehet.
8.2. A használati melegvíz előállítás energiaigénye 2 fő részére, napi 100 liter 45oC-os kevert víz elegendő. Qhmv=V*cvíz*(tm-tn), ahol Qhmv - a felfűtési energia [W], V
- a felfűtendő víz tömege [kg],
Cvíz - a víz fajhője [ 4,18 kJ/kgK ], tm
- a kívánt hőmérséklet [ 45oC ],
tn _
- a hálózati víz hőmérséklete [ 14oC ]
Qhmv = 100*4,18*(45-14)=25916 kJ = 7,59 kWh
Tehát az egy napra szükséges használati melegvíz felfűtéséhez szükséges energia 3,6 kWh. 68
8.3. Napkollektoros rendszerek általános méretezési szempontjai Magyarországon
meteorológiai
adottságai
mellett,
csak
napkollektorokkal
általában nem állítható elő a különböző felhasználási területek egész éves hőigénye. Ezért a napkollektoros rendszerek többnyire párhuzamosan működnek a hagyományos energia-hordozójú hőtermelőkkel. A napkollektoros rendszerek méretezésének célja meghatározni, hogy mekkora az optimális rendszer, és milyen részarányban tudja fedezni az adott feladathoz tartozó hősszükségletet. A napkollektorok által fedezett hőigény és a teljes szükséges hőigény hányadosát szoláris részaránynak nevezzük. Szoláris részarány =
A napkollektoros rendszerek másik fontos jellemzője a rendszerhatásfok, ami nem más, mint a napkollektoros rendszerrel hasznosított és a napkollektorok felületére érkező napsugárzás aránya.
Az
alacsony
működnek,
szoláris
magas
részarányú
szoláris
rendszerek
részarányt
viszont
magas
rendszerhatásfokkal
általában
csak
alacsony
rendszerhatásfokkal lehet elérni. Az optimális szoláris részarány igen sok tényezőtől függ. Kisebb használatimelegvíz készítő rendszereknél, családi házak esetében, nagy valószínűséggel elérhető az 50-70%-os hatásfok. Nagyobb rendszereknél inkább alacsonyabb, 2050% körüli érték a célszerű, a megtakarítás ekkor is jelentős. Mindkét esetben a napkollektoros rendszer egész éves hatásfoka és megbízható működése, ill. a beruházási költség megtérülési ideje a fontos.
69
Napkollektoros rendszerek pontosabb méretezése csak számítógépes szimulációs programmal végezhető el. A program alkalmas arra, hogy valamennyi, a valóságos rendszerekben is előforduló paraméterek beállítása után elvégezze a rendkívül bonyolult, sok tényezőtől függő méretezést. Nem számítógépes módszerrel
napkollektoros
rendszereket
nehéz
méretezni.
Egyszerűsítő
összefüggések, térképek, vagy nomogramok léteznek, melyekkel közelítő előméretezést lehet végezni.
70
9. HMV-ÉLLÁTÁS MEGHATÁROZÁSA PROGRAM SEGÍTSÉGÉVEL A HELYI VISZONYOKNAK MEGFELELŐEN
Ötféle kollektor típust vizsgálunk meg a naplopó méretező program segítségével. Ez a program alkalmas használati-melegvíz készítő rendszerek méretezésére. A program a Magyarországra érvényes meteorológiai adatokat tárolja (napsugárzási értékek, külső hőmérsékletek, szélsebesség, páratartalom, talajhőmérséklet, időjárási valószínűségek), és ezek segítségével szimulálja a várható időjárást. A tetszőleges dőlésszögű és tájolású kollektorok felületére érkező napsugárzást a program a Nap mozgásának geometriai összefüggései alapján számolja. A különböző kollektorok vizsgálata során az elkészített méretezési adatlapokat mellékletek formájában csatolom.
9.1. Szelektív síkkollektor Ma az egész világon az eladott napkollektorok döntő többsége (több mint 90%-a) szelektív sík kollektor. A szelektív sík kollektorok hő veszteségének jelentős részét a kollektor házban lévő levegő konvektív hőátadása okozza. Ez a veszteség megszüntethető, ha a kollektorok elnyelő lemezét olyan térbe helyezik, melyből a levegőt kiszivattyúzzák, vákuumot hoznak létre. Ekkor az általában alkalmazott kőzetgyapot hőszigetelés elmarad, a hőszigetelés maga a vákuum. Vákuummal lényegesen jobb hőszigetelés érhető el, mint a hagyományos szigetelőanyagokkal (1. melléklet). 9.2. Vákuumcsöves kollektor A vákuumos kollektorok legelterjedtebb típusa az ún. vákuumcsöves kollektor. Ezeknél a kollektoroknál az elnyelő lemezt üvegcsőbe helyezik, melyből a gyártás során kiszívják a levegőt. Újabban terjednek az olyan vákuumcsöves kollektorok, melyeknél az abszorbert a háztartási termoszokhoz hasonló, de átlátszó, kettős
71
falú zsákcsőbe helyezik. Maga a vákuumcsöves napkollektor mindkét esetben több, egymás mellé helyezett vákuumcsőből (2. melléklet).
9.3. Vákuumos síkkollektor Vákuumos sík kollektor egyesíti a vákuumcsöves kollektorok alacsony hő veszteségét és a sík kollektorok magas optikai hatásfokát. Szerkezeti kialakítása hasonló a szelektív sík kollektorokhoz, de a kollektor ház légmentesen zárt, és az üveg fedőlap behorpadás ellen távtartó tüskékkel van alátámasztva. A vákuumos sík kollektorokban a vákuumot a kollektorok felszerelése után, a helyszínen hozzák létre. A kollektorok házán csatlakozó csonkok találhatók, melyeken keresztül vákuumszivattyúval kiszívható a levegő (3. melléklet).
9.4. Lefedés nélküli kollektor Ezek a kollektorok általában UV sugárzásnak ellenálló, fekete színű, műanyag vagy gumi anyagú csőjáratos lemezből készülnek. A gumi anyagúakat szokás szolárszőnyegnek is nevezni. Ezeknél a kollektoroknál nem alkalmaznak dobozolást és lefedést. A lefedés hiánya miatt nincs reflexiós veszteség sem, ezért ezeknek a kollektoroknak a legmagasabb az optikai hatásfoka. Ugyanakkor a hőszigetelt doboz elmaradása miatt a kollektor és a környezet közötti hőmérsékletkülönbség növekedésével meredeken csökken a hatásfokuk, mivel nő a hő veszteségük (4. melléklet).
9.5. Nem szelektív síkkolektor A nem szelektív síkkollektor általában egyszeres üveg vagy polikarbonátlemez fedésű, nem szelektív elnyelő lemezzel rendelkező kollektor. Ilyen kollektort elsősorban az ún. .csináld magad. Napkollektor építő műhelyekben készítenek. Ezeknek a kollektoroknak a szelektív kollektorokhoz képest alacsonyabb az optikai hatásfokuk, és az elnyelő lemez kisugárzása miatt nagyobb a hő veszteségük. (5. melléklet).
72
10. ÖSSZEGZÉS Az épület üzemeltetésére fordított költségek és a környezetet érő terhelés csökkentésének egyik lehetséges módja, a napsugárzás energiájának használati melegvíz termelés célú hasznosítása. A melegvíz termelő rendszerek létesíthetők az épület fűtésével összekapcsolva, illetve önállóan, csak melegvíz termelésre méretezve. Mindkét rendszernek elemei a kollektorok, a tárolótartályok és a szivattyúk. Ez az alkalmazás a napenergia úgynevezett aktív hasznosítása. .Az energiafelhasználás, lehetséges megtakarítás mértéke Magyarországon egy átlagos lakás energiafelhasználásának mintegy 15%-át, 9300 MJ energiát fordítja használati melegvíz termelésre. A szoláris fűtési rendszerek csak egészen különleges megoldások alkalmazása esetén alkalmasak az összes fűtési igény fedezésére, ezért azokat kiegészítő fűtési rendszerekkel együtt vagy azokkal kombinálva alkalmazzuk. A megoldás és a használat módjától függően azonban az éves melegvíz igény 30-70 %-a szokványos szoláris fűtési rendszerekkel is fedezhető. Bármilyen megoldást választunk, a működés alapvető feltétele az, hogy azt a felületet, ahol sugárzási energiát akarunk gyűjteni, a megfelelő időben (fűtés esetén a téli félévben) elegendő napsugárzás érje, vagyis ez a felület ne legyen az épület tagozatai, a terepalakulatok, a szemközti épületek vagy a növényzet által vetett
árnyékban.
A
benapozási
feltételeket
ellenőrizhetjük.
73
árnyékmaszk
szerkesztéssel
11.KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönet: Dr. Schifter Ferenc és Dr. Tolvaj Béla tanár uraknak a segítségért.
74
12.FELHASZNÁLT IRODALOM
[1]
Max Director: Energiatakarékos fűtés Cser Kiadó, 2001
[2]
Armin Themessl, Werner Weiss: Napkollektoros berendezések Cser Kiadó, 2005
[3]
Dr. Sembery Péter Dr. Tóth László: Hagyományos és megújuló energiák Szaktudás Kiadó Ház Zrt. 2004
[4]
Detlef Glücklich: Energiatakarékos lakóházak Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1989
[5]
DR. Gyurcsovics Lajos: Hőtermelés napsugárból Műszaki könyvkiadó 1987
[6]
DR Gyurcsovics Lajos: A napenergia hasznosítása az épületgépészetben Műszaki könyvkiadó 1982
[7]
Naplopó Kft- Tervezési segédlet, méretező program
75
13. FÜGGELÉK
76
