Napkollektoros rendszerek. Gyakorlati tervezési és s kivitelezési Ismeretek

Átírás

1 Napkollektoros rendszerek Gyakorlati tervezési és s kivitelezési Ismeretek 2. részr

2 A napkollektoros rendszerek részei Napkollektorok Napkollektorok tartószerkezetei Szivattyús szerelési egységek Tágulási tartályok Melegvíz-, és puffertárolók Hőcserélők Szabályozók Motoros váltószelepek Légtelenítők Fagyálló folyadék Csővezeték Hőszigetelés

3 Szabályozók A legegyszerűbb rendszer szabályozása Te Tv

4 Szabályozók Medence fűtő napkollektoros rendszerek szabályozása

5 Szabályozók Két tárolós rendszerek szabályozása Közös szivattyú és váltószelep Két külön szivattyú

6 Szabályozók Összetett rendszerek szabályozása

7 Szabályozók Összetett rendszerek szabályozása

8 Szabályozók Hőérzékelők elhelyezése. Kollektor érzékelőt a kollektorokban erre a célra kialakított érzékelő hüvelybe kell helyezni. Az érzékelő vezeték kiépítését nem szabad a kivitelezéskor elfelejteni, az erősáramú vezetékektől elkülönítve kell vezetni. Tároló érzékelőt a kollektor hőcserélő középső magasságába célszerű elhelyezni.

9 Csővezeték rendszer Csővezeték anyaga: Nagyon magas hőmérséklet! >180C S-Flex Csak vörösréz, vagy rozsdamentes acél cső használható! Műanyag, vagy ötrétegű cső nem!

10 Csővezeték rendszer Már beépített műanyag, vagy ötrétegű cső védelme termosztatikus keverőszeleppel Állítható hőmérséklet: C

11 Csővezeték rendszer Tichelmann kapcsolás kollektor csoporton belül Csővezeték átvezetése a tetőhéjaláson: Szellőző cserép

12 Csővezeték rendszer Tichelmann kapcsolás (azonos csővezeték hossz - azonos áramlási sebesség)

13 Csővezeték rendszer A hidraulikai méretezés célja: Biztosítani a napkollektor körben a kívánt térfogatáramot 1. A térfogatáram meghatározása: High Flow: ~30 l/m 2.h Low Flow: ~15 l/m 2.h Alapképlet!!! Q = c m& T T = Q c m& Q [W ] c = 1,16 Wh /( kg K) m& T [ kg / h l / h] = T E T V [K] Hőmérséklet különbség 550W/m 2 napkollektor teljesítménynél: High Flow: ~30 l/m 2.h dt=550/(1,16 x 30)=15,8 K pl. 15 C-ról 30,8 C Low Flow: ~15 l/m 2.h dt=550/(1,16 x 15)=31,6 K pl. 15 C-ról 46,6 C

14 Csővezeték rendszer A hidraulikai méretezés célja: Biztosítani a napkollektor körben a kívánt térfogatáramot Feladat: kiszámítani a teljes rendszer ellenállását, kiválasztani a keringető szivattyút Rendszerellenállás összetevői: Kollektorok Csővezeték Légtelenítők Tárolók belső hőcserélői Külső hőcserélők Váltószelepek Szabályozószelepek Visszacsapószelepek Térfogatárammérők Be-, és kiömlések tartályba Szennyfogó szűrők

15 Csővezeték rendszer Csővezeték méretezése Csővezeték ellenállása: egyenes csővezeték + idomok ellenállása p = p s + p a = λ (l / d) [(ρ.v 2 ) / 2] + Σ ξ [(ρ.v 2 ) / 2] [Pa/m] S Fagyálló folyadék dinamikai viszkozitása S : egyenes réz csővezeték fajlagos nyomásvesztesége

16 Csővezeték rendszer Csővezeték méretezése S kívánatos értéke: Pa/m Naplopo- Flow.exe S : egyenes réz csővezeték fajlagos nyomásvesztesége

17 Csővezeték rendszer hőszigetelése A napkollektor köri csővezetéket teljes terjedelemben hőszigetelni kell! Magas hőmérséklet! A hagyományos szigetelés leolvad! Alkalmazható szigetelések: Hőálló szintetikus kaucsuk Kőzet, vagy üveggyapot

18 Csővezeték rendszer hőszigetelése A napkollektor köri csővezetéket teljes terjedelemben, megfelelően vastag hőszigeteléssel kell ellátni! Hőveszteség: Példa: 3 kollektoros rendszer Csővezeték hossz: 25 m Csővezeték átmérő: 18mm Hőszigetelés átmérő: 9mm Szállított közeg átlagos hőmérséklete: 60 C Környezet átlagos hőmérséklete: 10 C Fajlagos hőveszteség: 18 W/m Teljes csővezeték hővesztesége: 450 W Kollektorok teljesítménye: 2500 W A hőszigetelés vesztesége Hőveszteség: 18%

19 Csővezeték rendszer hőszigetelése Kültéri csővezeték védelme EKATEC AEROCOAT védőfesték AEROPRO burkolat

20 Motoros váltószelepek Honeywell VC típ. szelep First motoros szelepek Szelepek nyomásvesztesége: V& p = K V [ bar] V &, térfogatáram a szelepen : 2 [ m 3 / h]

21 Termosztatikus keverőszelepek ESBE Watts ITT

22 Légtelenítés Hatékony légtelenítés: Abszorpciós légtelenítők

23 Légtelenítés Hatékony légtelenítés: Abszorpciós légtelenítők Spirovent Flamcovent

24 Fagyálló hőátadó folyadék Csak nem mérgező, anyag használható! Propilénglikol Etilénglikol Víztől eltérő tulajdonságok! Alacsonyabb fajhő, Nagyobb sűrűség. Magasabb viszkozitás. Fagyáspont Sűrűség Fajlagos hőkapacitás Dinamikai viszkozitás

25 Fagyálló hőátadó folyadék Fagyálló folyadék és vízminőség ellenőrzése Fagyáspont: Refraktométer ph érték: Indikátorpapír Vízkeménység: pl. Aquarapid

26 Feltöltés fagyálló folyadékkal QuickFill FillJet

27 Napkollektoros rendszerek kapcsolása Napkollektoros fűtési módok

28 Napkollektoros rendszerek kapcsolása Hagyományos hőtermelő fűtési módok

29 Napkollektoros rendszerek kapcsolása Tároló kisütési módok

30 Napkollektoros rendszerek méretezése Közelítő méretezés családi házakra : Kollektorfelület: ~1m 2 / 50 liter vízfogyasztás (50 C-os vízb ől) Tárolónagyság: liter / kollektor m 2 (minimum a napi fogyasztás) Jellemző példa: családi ház, 4 személy 6 m 2 napkollektor, 300 literes tároló Éves szoláris részarány 50-70%

31 Kapcsolási vázlatok: melegvíz készítés

38 Méretezés: medence fűtés Lefedés nélküli kollektorral Közelítő méretezés: Kollektorfelület = 0,5 1 Vízfelület Szelektív kollektorral

39 Kapcsolási vázlatok: medence fűtés

44 Méretezés: épület fűtés Közelítő méretezés családi házakra : 1 m 2 kollektorfelület 5-10m 2 fűtött épületfelület Puffernagyság: liter / kollektor m 2 Éves szoláris részarány ~10-60%

45 Kapcsolási vázlatok: épület fűtés

57 Nagyobb melegvíz készítő rendszerek

58 Nagyobb melegvíz készítő rendszerek

59 Megvalósult rendszerek

62 Nagyobb melegvíz készítő rendszerek Tárolás puffertárolóban

65 Megvalósult rendszerek 10 éve működő rendszer

66 Megvalósult rendszerek Üzembe helyezés: 2000 október Hőmennyiség, 2010 október: 2342,064 GJ = kwh Hasznos napkollektor felület: 50 db x 1,78 m 2 = 89 m 2 Éves fajlagos hasznosítás: kwh / (10 év x 89 m 2 ) = 731 kwh/(m 2 xév) Éves hatásfok: ~52% CO 2 kibocsátás megtakarítás: ~210 t

67 Napkollektoros rendszerek méretezése Szoláris részarány = Rendszerhatásfok = Kollektorokkal hasznosított hőmennyiség Teljes hőszükséglet Kollektorokkal hasznosított hőmennyiség Kollektorok felületére érkező napsugárzás Szoláris részarány és rendszerhatásfok összefüggése

68 Napkollektoros rendszerek méretezése Épület hőszükséglet és a hasznosítható napenergia aránya

69 Napkollektoros rendszerek méretezése Fontos: Melegvíz-fogyasztás pontos megállapítása, lehetőleg méréssel Napi, heti vízfogyasztás jellegének megállapítása: Fogyasztás. C-os vízb ől Hétfő Kedd Szerda Csütörtök Péntek Szombat Vasárnap 06h-tól 08h-ig 5% h-tól..h-ig 10% h-tól..h-ig 15% h-tól..h-ig 10% h-tól..h-ig 5% h-tól..h-ig 20% h-tól..h-ig 30% h-tól..h-ig 5% Teljes napi fogyasztás (=100%) 6400 liter liter liter liter liter liter liter

70 Napkollektoros rendszerek méretezése Fontos: Melegvíz-fogyasztás pontos megállapítása, lehetőleg méréssel Éves vízfogyasztás jellegének megállapítása: Jan. Febr. Márc. Ápr. Máj. Jún. Júl. Aug. Szept. Okt. Nov. Dec. Fogyasztás %-ban 100%

71 Napkollektoros rendszerek méretezése Napkollektoros rendszer előméretezése: Használati-melegvíz készítés Napsugárzási zóna: 1250 kwh/év (Magyarország) Napkollektor felület és tárolókapacitás becslése Szoláris részarány: 25% Szoláris részarány: 50% Kollektor felület 0,4m 2 / 50 liter HMV fogyasztás 60 C-os vízből 1m 2 / 50 liter HMV fogyasztás 60 C-os vízből Tároló térfogat liter / kollektor m liter / kollektor m 2

72 Napkollektoros rendszerek méretezése Melegvíz készítés Először meg kell állapítani a méretezendő létesítmény átlagos napi melegvízszükségletét. Ez meghatározható számítással, a személyenkénti fogyasztás megbecsülésével, vagy már üzemelő létesítmények esetén a tulajdonos, üzemeltető adatszolgáltatása alapján. A napi vízfogyasztás: ahol: V = n.v 1 n: a felhasználó személyek száma, V 1 : a személyenkénti melegvízfogyasztás [l/nap] [l/nap] Családi házak esetén 45 C-os vízb ől: V 1 = magas igények, V 1 = átlagos igények, V 1 = alacsony igények, Szállodák, panziók 45 C-os vízb ől: V 1 = Vendéglők, konyhák 60 C-os vízb ől: V 1 = 5 liter/adag A napi melegvíz mennyiség elállításához szükséges hőmennyiség: Q HMV = 1,1.c.m.(t m - t h ) [Wh/nap] ahol: c=1,16 Wh/kg.K m t h =10-15 C t m =45-60 C a víz fajhője, a felmelegítendő víz tömege, [kg~liter] a hidegvíz hőmérséklete, a felhasználáskor figyelembevett melegvíz hőmérséklete. A képletben az 1,1-es szorzó a tárolási és felhasználási veszteségeket veszi figyelembe. Ha a melegvizet cirkuláltatják is, akkor cirkulációs hőveszteség miatt további 10-20%-al meg kell növelni a hőigényt.

73 Napkollektoros rendszerek méretezése Melegvíz készítés A napkollektoros rendszerekkel hasznosítható hőmennyiség: Nyári hónapokban: Téli félévben: Qknyár = ~2,8 kwh/m2.nap Qktél = ~1,1 kwh/m2.nap A hasznosítható sugárzásra megállapított értékeket még módosítani kell a kollektorok elhelyezésétől függően. Magyarországon egész éves használat esetén, az optimális kollektor helyzet os dőlésszög és déli tájolás. Az optimális elhelyezéstől való eltérés miatti teljesítménycsökkenést k korrekciós értékkel lehet figyelembe venni. A szükséges napkollektor-felület: A koll = Q HMV / (k. Q knyár ) [m 2 ] A szükséges tároló térfogat: V t V 45 C [liter]

74 Napkollektoros rendszerek méretezése Számítógépes méretező programok Naplopo-Energy Polysun

75 Szeged Törökbálint Nyíregyháza Pilisborosjenő Budapest Balatonszárszó Tordas Köszönöm a figyelmet!