Sörkollektor teszt. A teszt célja. A kollektor építése. A mérés. Bernáth Róbert január - április biosolar.hu

Átírás

1 Sörkollektor teszt Bernáth Róbert január - április biosolar.hu A teszt célja Időnként felröppen a hír egy új energiaforrásról, vagy a régieknek valamilyen újszerű felhasználásáról. Azután kiderül, hogy a hírnek a fele sem igaz. Néhány ilyen eset után - annak ellenére, hogy szeretnénk elhinni - a szenzációs híreket óvatosabban kezeljük, kételkedünk. Így voltam én is a sörösdobozokból készült légfűtő készülékek 70 százalékos hatásfokáról olvasva. Tetszett az ötlet, de túlzónak találtam a berendezések használatától remélt megtakarítást. Ezért elhatároztam, hogy rászánok egy kis időt az Internetes fórumokon terjedő a adatok valóságtartalmának mérésekkel történő ellenőrzésére. A kollektor építése Először is szükségem volt egy jól megépített sörkollektorra, ami csaknem etalon a kategóriájában. Az anyagbeszerzést és az előkészítő munkát magam végeztem, de az építéssel nem kísérleteztem, hanem - elfogadva egy vonzó ajánlatot - inkább gyakorlattal rendelkező specialistákra bíztam. A munkálatokról TV riport is készült. A riport itt található: A mérés A légkollektorok esetén a közeg - a lakás levegője - mozgatását egy ventilátor végzi. Az üvegfedéssel ellátott dobozban a levegő a napsugarak hatására felmelegszik majd visszatér a

2 lakásba. A napkollektorok hatásfoka nagyban függ a átáramló közeg hőmérsékletétől. A lehető legmagasabb hatásfok eléréséhez lényeges a fűtendő helység hőmérsékletének lehető legalacsonyabb szinten tartása. Ezt a feltételt a jelen esetben egy olyan használaton kívüli helység fűtésével értem el, ahol alig volt déli tájolású ablak, ráadásul a fűtőkészülékek is ki voltak kapcsolva. Ahhoz, hogy a kollektorban keletkező hőt a lehető leggyorsabban el lehessen szállítani ventilátor légszállítását a még éppen elviselhető mértékig növeltem. Így elértem, hogy még erős napsütés mellett sem kellett túlfűtés miatt a kollektort leállítani. Ha fentiekben leírt helység fűtése egy déli irányba tájolt, a vízszinthez képest 60 fokos dőlésszögű kollektorral történik, akkor a mérés eredménye a hozamteljesítmény felső becsléseként kezelhető. A lakott helységek a mérés helyszínéül szolgáló szobánál szinte mindig melegebbek, valamint kevés házon áll rendelkezésre pontosan délre tájolt árnyékmentes elhelyezési lehetőség, ezért a fűtésre használt légkollektorok teljesítménye nem eléri el a tesztben mért éréket. A cél érdekében felműszerezett kollektoron folyamatosan rögzítettem a mérési adatokat január 1-től április 18-ig (fél fűtési szezon). A mérési elrendezés és az érzékelők elhelyezése az ábrán látható. A szenzorok által mért értékek napkeltétől napnyugtáig 1 percenként kerülnek rögzítésre. Ennél sűrűbben nem érdemes mérni, mert a lassú lefolyású termikus folyamatok nem indokolják. Az adatok táblázatos és grafikus feldolgozás során a következő időbeli csoportosítást végeztem el: - pillanatnyi adatok - napi adatok - heti adatok - havi adatok A adatokat grafikus formában naponta mindenki számára láthatóan feltöltöttem a biosolar.hu oldalra ( ). 2.

3 A napi hatásfok hőmérsékletfüggése A hatásfokot értékének pillanatnyi és átlagolt értékét is kiszámítom: 1. Pillanatnyi hatásfok (napi grafikonon piros görbe) Ez az adat azt mutatja, hogy az kollektor felületére jutó napsugárzásból mennyit hasznosul (csak állandósult állapotban értékelhető, a januári hőmérsékleti viszonyok mellett a déli órákban körülbelül 40%) 2. Napi átlaghatásfok A kollektor napi hozamát viszonyítja a globál-sugárzás napi összegéhez (napkeltétől napnyugtáig) A pillanatnyi hatásfok kiszámítása segíthet a kollektor tökéletesítésében, a napi átlaghatásfok pedig azt mutatja, hogy mekkora energiamennyiség termelésre számíthatunk egy ilyen berendezéssel. A hozamszámítás szempontjából az utóbbi lényeges. Egy példán keresztül könnyen belátható, hogy a pillanatnyi hatásfok alapján nem lehet hozamot számolni: Tegyük fel, hogy egy átsuhanó felhő leárnyékolja a napsugárzást mérő pyranométert. A kollektor hőtehetetlenségénél fogva a leadott teljesítménye még másodpercekig nem változik, de a viszonyítási alap (napsugárzás intenzitása) hirtelen lecsökken. Ekkor a pillanatnyi hatásfok számított értéke hirtelen megnő és a példa kedvéért, mondjuk 70%-ra. Nagyon megörülök, hogy milyen szuper kollektort építettem, és egy táblázatból kiolvasom, miszerint az adott hónapban 250kWh-t kapunk a naptól globálsugárzás formájában. Ezután beszorzom a 250-et 0.7-el, és még jobban megörülök: a várható havi hozam 175 kwh-nak adódott. Ugye mindenki számára világos, hogy becsaptam magam, mert 0 Celsius fokos külső hőmérséklet mellett a havi várható hatásfok csak 30% körül mozog (nem pedig a rossz időpontban kiszámított 70%). A sugárzás a nap egy részében annyira gyenge, hogy nem is lehet vele a rendszert működtetni. A mérés minden napján napkeltétől napnyugtáig mértem a többek között globál-sugárzást, a kollektor által termelt hőmennyiség, valamint a külső hőmérsékletet értékét. Az első két adatból származó napi hatásfokot ábrázoltam a külső hőmérséklet függvényében, majd a mérési pontokra egy egyenest illesztettem. 3.

4 Így kaptam egy összefüggést a napi hatásfokot és az átlaghőmérséklet között: Napi Hatásfok = ( x T_külső ) [%] ahol T_külső a külső átlaghőmérséklet napkeltétől napnyugtáig. Helyettesítsünk be a képletbe két jellemző hőmérséklet értéket: 0 Celsius külső átlaghőmérséklet esetén Napi Hatásfok = 30% 15 Celsius külső átlaghőmérséklet esetén Napi Hatásfok = 45% (kerekített értékek) Senki se kérje számon rajtam, hogy a képlet alapján kiszámított hatásfok nem egyezik meg mindenhol a táblázat adataival. A képlet ugyanis statisztikai átlagot tükröz, a valóság egyik napon többet, a másik napon pedig kevesebb hozamot eredményez. Az kollektor a mérés 100 napos időtartama alatt 166kWh kwh hőenergiát termelt, a kollektor hasznos felületéhez viszonyítva 104 kwh/m2-t jelent. Mivel fél fűtési szezont mértem, ősztől tavaszig 208 kwh/m2 a várható hozam. Gazdaságosság Most jutottunk el arra a pontra, amikor fel lehet tenni a gazdaságosság és megtérülés kérdését. Kiindulási adatok: a. 1 m2 kollektor megépítése 30 ezer forint anyagköltséggel jár (hozzáteszem, hogy az én esetemben a minőségi anyagok használata miatt sokkal többe került) b. 1 m2 kollektor 208 kwh hőenergiát termel meg évente c. a működés során 17 kwh elektromos energiát fogyaszt a ventilátor és a vezérlés (szintén mért adat) d. a ház fűtését vezetékes földgázzal üzemelő kazán végzi A fenti adatokkal: 4.

5 Egyszerű megtérülés = ft/(208kwh*19.8ft/kwh 17kWh*47ft/kWh) = 9 év (munkadíjat nem számoltunk, gázfűtés fajlagos költségére lásd Fűtőanyag Kalkulátor) 1 m2 kollektorral négyzetméterenként kevesebb, mint évi 4000 forint megtakarítás érhető el. Mondhatja valaki, hogy ő képes 7 évre rövidíti le a megtérülési időt, mert forint/m2 költséggel az enyémnél 20%-al jobb hatásfokú kollektort épít. Igen, mondhatja. A költség csökkenthető kukázott anyagok használatával. Evvel egyidejűleg a teljesítmény növelése már egyáltalán nem valószínű. Habár minden házilagosan készített darab más, szerintem még sincs nagy különbség az egyforma technikával megépített kollektorok működése között. A légkollektor akkor fűt, amikor süt a nap. A megtermel hőt sajnos nem, vagy csak nagyon költségesen lehet eltárolni. Tárolás nélkül nem érdemes néhány négyzetméternél nagyobb felületet beépíteni. Három kollektortípus összehasonlítása Az évek óta üzemelő vizes sík-kollektoraim mérésadatgyűjtőre vannak kötve, ezért lehetőségem van összehasonlítást végezni. Szerencsére megkaptam egy vákuumcsöves rendszeren mért adatokat is (köszönet érte Sándor!). Az adatokat -annak érdekében, hogy egy koordináta-rendszerbe lehessen ábrázolni, 1 négyzetméternyi bruttó felületre vonatkoztatom. A grafikon január 1-től indul, a három kollektortípus napi hozamán kívül a napenergia mennyisége is fel van tüntetve. Görbék: Nap - globál-sugárzás (1/1) Vak - Sándor vákumcsövesei (19/9.6) Sik - Robert síkkolektorai (8/7.2) Sor - Robert sörkollektora (2/1.6) Zárójelben a mért kollektormező bruttó és nettó mérete (bruttó/nettó). 5.

6 Tudom, hogy a földrajzi eltérések miatt (Sándor mérése Szegeden, az enyém Budakeszin történt) nem teljesen pontos a táblázat, de összességében jól mutatja a hozamokat. Ha feltételezzük, hogy a napi eltérésektől eltekintve a 100 nap alatt nagyjából azonos globál-sugárzás érte Szegedet és Budakeszit, a grafikon nagyon tanulságos, még ha csak az igazság egy részét - a fűtési szezon felét - mutatja is. (Valószínűleg a fűtési szezon másik fele is hasonlóképpen alakult volna.) Az év többi napján a légkollektor hozama nulla. Nem azért, mert nem fűtene, ha be lenne kapcsolva, hanem azért, mert ki van kapcsolva. A grafikonon jól látható, hogy télen a drágább eszközök sem termelnek többet, mint a házi barkács sörkollektor. A grafikonon az is látható hogy az elérhető hozam egyik kollektor-típus esetén sem igazán jelentős. Privát véleményem, hogy csak fűtésre -néhány speciális eset kivételével- nem érdemes napkollektorokat venni, és ebben a véleményemben még senkinek sem sikerült megingatnia. 6.