Tervezési segédlet - napkollektor

A svájci épületgépészeti vezérfonal egyik elemének, a tervezési segédletnek a harmadik témaköre a napkollektor épületgépészeti alkalmazása. Ez is, mint a szellőzéssel és a fűtéssel foglalkozó tervezési segédletek, azt a célt szolgálja, hogy a projektek problémamentes átadás-átvétellel, a megrendelő maradéktalan megelégedettségével záruljanak.

Az elvi összefüggések mellett tömör formában a gyakorlati tapasztalatok lényeges tudnivalóit is tartalmazza. Elsősorban a kivitelezők alkalmazhatják haszonnal olyan munkáknál, amikor tervező szakember bevonása nem indokolt. A napkollektor-rendszer környezetkímélő vízmelegítési módszer. Fűtésrásegítési céllal is alkalmazható.

2. ábra << Az üvegfedés és hőszigetelés nélküli kollektorok elfogadható hatásfokkal csak a levegőnél kissé melegebb vizet tudnak előállítani.

3. ábra A jól hőszigetelt síkkollektorok használati meleg víz előállítására, fűtésrásegítésre.

4. ábra << A vákuumcsöves kollektorok hatásfokgörbéje laposabb, azaz a téli, kisebb levegőhőmérséklet mellett is jelentős vízhőmérséklet-emelésre képesek.

5. ábra Tükörrel kiegészített vákuumcsöves kollektorok.

Elégtelen napsugárzás idejére sokféle hőtermelési móddal összekapcsolható: fa-, gáz-, olajtüzelés, hőszivattyú. Kompakt berendezésként vagy egyedi tervezéssel is megvalósítható. A kompakt berendezések átlagértékekkel méretezhetők. Egy egyedi rendszer kialakítása felkészült tervezőt és professzionális méretezési segédletet igényel. Vízmelegítésre alapvetően háromféle kollektort készítenek: üvegfedés nélküli síkkollektort, üvegezett, hőszigetelt síkkollektort, vákuumcsöves kollektort. Az egyes kollektortípusok közül elsősorban aszerint lehet választani, hogy milyen hőmérsékletű vizet kell előállítani (1. ábra). Az üvegfedés és hőszigetelés nélküli kollektorok (2. ábra) elfogadható hatásfokkal csak a levegőnél kissé melegebb vizet tudnak előállítani, hiszen a napsugárból származó hőt nagy részben átadják a környező levegőnek.

Elsősorban úszómedencék vizének melegítésére alkalmasak. Ezzel szemben a jól hőszigetelt síkkollektorok (3. ábra) megfelelnek akár használati meleg víz előállítására, akár fűtésrásegítésre. A vákuumcsöves kollektorok (4. ábra) hatásfokgörbéje laposabb, azaz a téli, kisebb levegőhőmérséklet mellett is jelentős vízhőmérséklet-emelésre képesek. Ilyen tekintetben a legjobbak a CPC (Compound Parabolic Concentrator) tükörrel kiegészített vákuumcsöves kollektorok (5. ábra). Általában igaz az, hogy a nagyobb fajlagos teljesítményű kollektorok drágábbak. Ezért mérlegelés kérdése, hogy egy adott teljesítményt valamivel nagyobb felülettel és kissé olcsóbb kollektorral valósítunk meg, vagy fordítva.

HMV-előállításnál, fűtésrásegítésnél 15 és 70 K közötti, környezethez mért hőmérsékletkülönbség szükséges, ez napkollektorokkal elérhető. Ilyen célra mind a sík-, mind a vákuumcsöves kollektorok megfelelők. Télen a vákuumcsöves kollektorokkal jobb szoláris részarány érhető el.  Nyáron a két típus egyenértékű. A hőhordozó közeg lehet víz, vagy víz és glikol keveréke. Az utóbbi fagyhatár alatt is használható. Vannak télire leürítendő rendszerek is. A hőtároló szerepe, hogy áthidalja a hőtermelés és hőfogyasztás időbeni eltérését. Annál hatékonyabb a napkollektor, minél jobban egybeesik a termelés és a fogyasztás, illetve minél kisebb a hőfogyasztás hőmérséklete. A hőtároló még elfogadható legkisebb mérete összefügg azzal, hogyan kívánjuk megvédeni a kollektort a túlhevüléstől. Ha a kollektorkörben gyakorlatilag megszűnik a hőelvétel, a kollektor hőmérsékletét csak a közvetlen környezete felé távozó hő korlátozza. Így típustól függően 150-200 0C hőmérsékletre is felhevülhet, ami már maradó károsodásokat okoz.

Az irányítástechnika magában foglalja a kollektorkört, a hőtárolót, és vannak biztonsági funkciói is. A hőtároló pótfűtése lehet magában a tárolóban, vagy azon kívül. A pótfűtés szabályozását is integrálni kell a szolár rendszer szabályozásába. Egyes rendszerekben a keringtetés nem szivattyúval, hanem a különböző hőmérsékletű folyadékok különböző sűrűségét kihasználva gravitációs keringtetéssel történik. A méretezést a helyi adottságok (tájolás, árnyékolás, berendezések és csővezetékek elhelyezési lehetőségei) mellett a megrendelő igényei határozzák meg. Nagyon különböző méretek adódnak attól függően, hogy a szoláris részarány vagy a rendszerhatásfok az elsődleges (6. ábra).

Ezeket a tervezési szempontokat ismertetni és egyeztetni kell a megrendelővel. A kompakt rendszerek méretezése és kivitelezése a gyártó útmutatása szerint történik. Egyedi rendszer esetén felkészült tervezőre és kivitelezőre van szükség. A szakcég felelős a méretezésért, a műszaki előírások betartásáért, ideértve a túlhevülés, elfagyás és túlnyomás elleni védelem, a szerkezeti anyagok és a hőátadó folyadék megválasztásáért. A szakcég feladata a napkollektor-rendszer megfelelő bekötése a HMV-, esetleg a fűtési rendszerbe. Használati melegvíz-készítésnél a kollektor helyzete nem túl problematikus. Fűtésrásegítés esetén viszont lehetőség szerint úgy kell a kollektort felszerelni, hogy a fűtési időszakban legyen az irányultsága optimális. A legjobb tájolástól és dőléstől való eltérés teljesítménycsökkenést okoz, ezt a tervezésnél számításba kell venni. Télen nem jó, ha hó fedi be a kollektort.

6. ábra

A jó hőszigetelésű vákuumcsöves kollektorokról nem olvad le a ráhullott hó. Célszerű a kollektorokat 45, a vákuumcsöves típusokat inkább 60 fokos szögben szerelni, hogy a hó lecsússzon. Ennek érdekében a kollektorok alatt közvetlenül hófogó ne legyen, viszont ügyelni kell arra, hogy a lecsúszó hó ne okozzon veszélyt a földön.

A cikk folytatása a Víz, Gáz, Fűtéstechnika Épületgépészeti szaklapban olvasható.

Forrás: VGF Online