Hold volt, hold nem volt. Tanmese egy termodinamikus szolár rendszerről

Átírás

1 Parasztvakítás2012 április 20 Hold volt, hold nem volt. Tanmese egy termodinamikus szolár rendszerről Türelmesen vártam és figyeltem, hátha akad valaki, aki megszólal: de hát meztelen a király! De lassan már megszokhattuk, hogy nagyon kevesen számolnak utána az innovatív, újdonságszámba menő megoldásoknak, pedig néha érdemes megnézni, hogy mit rejt a csillogó csomagolás, hangzatos név. Saját véleményem átmenetileg véka alá rejtem, csak kommentálom a minősítő intézetek mérési adatait, azok önmagukért beszélnek. (hklszaklap.hu) Idézet az áprilisi szám szakcikkéből : Ha összehasonlítjuk a sík- és a vákuumcsöves rendszerekkel, akkor világosan kitűnik, hogy a 3. generációs napkollektorok teljesítménye jelentősen meghaladja a hagyományos rendszerek hatásfokát. Az eredeti tanulmány letölthető a honlapunkról ( A termodinamikus szolár panel hatásfoka 99.1%... A teljesítmény (kw) és a hatásfok (%) egymással össze nem hasonlítható fogalmak, hiszen az előbbi mértékegység az utóbbi egy arányszám, így egyik nem tudja felülmúlni a másikat, de ezen túllépve vizsgáljuk meg a cikkben említett tanulmányt. A táblázat közepén látható, hogy ή0 = 0,80. Ez a hatásfok maximális értéke, az un. optikai hatásfok. Ez viszont 99.1 % helyett csak 80 %! A másik meglepő adat a konvektív hőveszteségi adat, az a1= W/(m 2 K) Ez egy szép nagy szám, de mivel hőveszteségről van szó, itt a kis számok a szépek. Nézzük meg néhány is mert napkollektor hasonló adatait. Termodynamic Solar panel Termosolar 300- N Heliostar 400- V Sunda Seido 2-6 η0a (%) a1a (W/m²K) a2a (W/m²K²) Tstg ( C) Látható, hogy ez a 37 W feletti hőveszteségi tényező nagyságrenddel meghaladja a normális értéket.

2 Valamiért mégis megkapta a Solar Keymark minősítést. Ennek egyetlen oka van: nem a normál kollektorok között vizsgálták, hanem az üvegezetlen abszorberek között (unglazed collector). Ebbe a kategóriába tartozik a műanyag medencefűtő abszorber, és a kerti zuhany fekete hordója is. Tehát ez semmiképpen sem a prémium kategória. A mérési jegyzőkönyvben olvasható még az is, hogy a hőhordozó közeg víz, tehát nem holdkollektor üzemmódról szólt a mérés. Vagyis ezzel a jegyzőkönyvvel csak egyet lehet bizonyítani, hogy ennek a szolár panelnek van egy paramétere, amely tízszer rosszabb, mint a szokásos napkollektoroké (és a többi paramétere sem jobb az átlagosnál). Illetve még egy dolgot bizonyít ez a jegyzőkönyv, hogy a 3. generációsnak nevezett rendszernek CSAK az egyik alkatrészét mérték, azt sem hűtőgázzal, hanem vizes üzemben. Ellenben a jegyzőkönyv nagy segítségünkre lesz az éjszakai üzemmód hatékonyság számításánál, mert a konvekciós tényező oda-vissza érvényes, tehát Hold-üzemben a környezetből felvett teljesítményt az a1 adat segítségével kiszámolhatjuk ben, az őszi BNV-n a 3. generációs napkollektor katalógusában láthattuk a 2. ábra diagramját, amelyből az tűnik ki, hogy ez a csodaszerkezet több mint háromszorosan felülmúlja a hőszivattyúkat. A áprilisi VGF cikkben már a 3. ábra grafikonja látható. Olvadni látszik az előny. Már csak kétszer jobb a 3. generációs csúcstechnika az egy kalap alá került valamennyi hőszivattyú fajtánál. Hogy valójában mennyivel jobb, és jobb-e egyáltalán, az bárki számára könnyen megállapítható a forgalmazó honlapján szintén elérhető ITW Stuttgart független minősítő intézet méréseiből, amelyeket Európa 5 városában végeztek. Lássuk a 3. generációs napkollektor (a gyártónál még heatpump) mérési adatait.

3 Ha megnézzük a hazánkkal egyező szélességi körön elhelyezkedő Davos városban mért egész évre vonatkozó átlag COP értékét, akkor sajnálatosan alacsony, 2.73-as értéket láthatunk. Az SPF érték még alacsonyabb, mert abban a tároló hővesztesége is szerepel. Legyünk elnézőek, tekintsünk el ettől. Szondás vagy talajkollektoros hőszivattyúknál 0 C-os bejövő hőmérsékletnél és 50 C-os fűtési előremenőnél (HMV termelés) általában 3-as körüli COP értékkel számolhatunk. Az ITW Stuttgart mért értékeiből egyáltalán nem az tűnik ki, hogy a Holdkollektor jobb lenne bármilyen hőszivattyúnál. Érdekes, hogy a kellőképpen napsütötte helyként megismert görög fővárosban is csak 3.31-es COP értéket mértek. Kiderül még az is, hogy az áprilisi cikk írója is elolvashatta a stuttgarti minősítést, csak nem sikerült helyesen értelmezni. Würzburg sorában megleltem végre a 99.1%-ot. Csakhogy ez sajnos nem hatásfok (pedig milyen szép érték lenne), hanem a szoláris részarány, amelynek számítási módját a minősítő intézet a tanulmány végén még külön fel is tüntette. Emiatt persze a cikk több rózsaszínű állítása és számítása romba dől. Pedig milyen izgalmas lenne az épületgépész szakma, ha egy kazán vagy napkollektor különböző városokban különböző hatásfokkal működne.

4 A szoláris részarány napkollektoroknál azt jelenti, hogy ebben az arányban sikerült a fosszilis eredetű energiaforrást kiváltani napenergiával. Itt már tényleg felmerül a kérdés, mire olyan nagyon büszke a Holdkollektor forgalmazója? Egy szokványos családi házas léptékű napkollektoros rendszer keringető szivattyúja wattot fogyaszt, míg a napkollektorok négyzetméterenként 500 watt körül termelnek. Egy 6 m2-es kollektorfelület ennek megfelelően wattot termel, a szállítási teljesítmény 25 watt. A kettő hányadosa 120, vagyis a COP = 120! De ez az összehasonlítás így még csak elgondolkodtató, azonban nem pontos. Az 5. ábra táblázata a davosi adatokat tartalmazza, csak kwh-ra átváltva. Az ITW táblázatában a napi 200 liter használati meleg víz éves energiaigénye MJ, vagyis kwh. Az ECO 300-as Holdkollektor egység villamos fogyasztása MJ, vagyis kwh. A stuttgartiak 94.9% szoláris részarányt regisztráltak, tehát 5.1 % kiegészítő villamos fűtés szükséges, ez 170 kwh. A jobb átláthatóság érdekében a tároló hőveszteségét a számításoknál mindegyik rendszer esetén figyelmen kívül hagyjuk. A villamos áram mindenütt 31 Ft, mivel a csúcskizárt, a Geo, és a H tarifa ára közel azonos. A földgáz 125 Ft-os áron szerepel. Magyarországon egy korrekt HMV szolárrendszer 65 % kiváltási aránnyal képes működni, magasabb szoláris részarány már gazdaságtalan, így a táblázatban ezzel számolunk. A hiányzó 35%-ot egyik esetben csúcskizárt (régen éjszakai) árammal, a másik példában a leggyakoribb földgázkazános kiegészítéssel számoltuk. A napkollektor szivattyúzási energiaigénye 50 kwh mértékben (2000 óra x 25 W) került meghatározásra. Éves energiaigény napi 200 lit. HMV-nél (kwh) HMV rendszer Elektromos fogyasztás (kwh) Kiegészítő fűtés árammal (kwh) Kiegészítő fűtés földgázzal (m³) HMV előállítás éves költsége (Ft) Holdkollektor ECO 300 Napkollektor villanybojlerrel Napkollektor gázkazánnal

5 Jól látható a fenti táblázatból, hogy az ECO 300 rendszer nem képes megtakarítást elérni a hagyományos napkollektoros rendszerekhez képest, villamos energiával történő kiegészítő ráfűtéssel összehasonlítva közel 17 %-kal drágább az ECO 300 rendszer üzemeltetése, földgázkazános ráfűtés esetén pedig 248 %-kal. Természetesen nem maradhat el a bekerülési költségek összehasonlítása sem, hiszen ez az elérhető megtakarítás mellett a másik legfontosabb ismérve egy napkollektoros rendszernek. Rendszer összeállítás Standard-2 napkollektoros rendszerár 300 literes tárolóval, 3 db -összesen 6m 2 - síkkollektorral, vezérléssel, hidraulikus egységgel, telepítési munkadíjjal és szolárköri csővezetékkel (egy régi napkollektoros cég kínálatából) Holdkollektor ECO 300 telepítéssel együtt (forgalmazó árlistájából) Bekerülési költség bruttó Ft bruttó Ft Tehát nem magasabb hatásfokú, nem is olcsóbb az üzemeltetése és a bekerülési költsége sem. Lehetne még a berendezés nagyon zöld, azonban a hazai villamos energiatermelés megújuló aránya 5% körüli, tehát ezt sem foghatjuk rá. Mindenki számára ismert tény, hogy napenergiát leginkább nyáron lehet hasznosítani. A használati melegvíz-előállítás egész éves folyamatos feladat, tehát tartalmazza az előnyösebb hozamú nyári félévet is. Mire számíthatunk akkor a téli félévben, ha beruházunk egy 3. generációs termodinamikai szolár központi fűtés rendszerre? Erre vonatkozó minősítő intézeti mérés sajnos nem áll rendelkezésre, de a Solar Keymark adatlapon (1.ábra) már felfedeztük az a1= W/(m 2 K) paramétert, amely a panel hőleadását határozza meg, ha melegebb a környezeténél. Amennyiben a környezet a melegebb, akkor a panel hőfelvételét számolhatjuk ki, így határozhatjuk meg a téli üzemállapotot. Egyetlen információt sikerült kinyerni az áprilisi írásból ehhez a témához, a 6. ábra diagramját. Erről leolvashatjuk az éjszakai holdkollektoros üzemmód fűtőteljesítményét. Nagy reményeket ne fűzzünk a számításhoz, mert nem tudjuk, hogy telihold, vagy csak egy vékonyka sarló látszik az égbolton. Azt sem tudjuk, mekkora a páratartalom, fúj-e a szél, esik-e az eső, stb. ennek hiányában nehézkes megítélni a diagram szakmai megfelelőségét, ezt tovább erősíti, hogy nem került feltüntetésre, hogy

6 mely hivatalos minősítő intézet mérési adatai alapján készült a táblázat. De mégis, vegyük komolyan a diagramot, hiszen megjelent a hazai gépészeti szaksajtóban. Az ENER 8 berendezés 12.8 m 2 abszorberfelülettel rendelkezik. Tételezzük fel, hogy a 0 C külső hőmérsékleten leadott 6 kw hőteljesítményhez 4-es COP érték tartozik az alacsony fűtési előremenő hőmérséklet miatt. Ekkor a kompresszor 1.5 kw villamos fogyasztásához 4.5 kw hőelvonás párosul az abszorber felületen. 4.5 kw = W, ezt osszuk el az abszorber felülettel W / 12.8 m 2 = 352 W, tehát négyzetméterenként ekkora teljesítményt kell elvonnunk a hőnyerő felületről. Mekkora hőmérséklet különbségnél fog kialakulni a kívánt hőáram az abszorberfelület irányában? 352 W/ m 2 / W/(m 2 K) = 9.5 Kelvin. Vagyis 0 C külső hőmérséklet esetén mínusz 9.5 C-on lesz az elpárolgási hőmérséklet az abszorber felületen. Ha ügyesen felületfűtést alkalmazunk az épületben, akkor a fűtővíz nem lesz melegebb, mint 35 C. Ekkor a kompresszor kondenzációs hőmérséklete 4-5 C-kal magasabb, megközelítőleg 40 C. A Copeland méretező szoftverét segítségül híva (7. ábra), láthatjuk, hogy ezzel a hőlépcsővel egy Scroll kompresszor képes 3.25-ös COP értékkel (a 4-et nem tudja abszolválni) működni. Hogy meddig? Hát ebben a kérdésben van elrejtve a lényeg. Két percig, mert ilyen időjárási viszonyok közt a levegő relatív páratartalma 90% körül alakul. Az elnyelő felületen jégréteg kezd kialakulni, amely akadályozza a hőáramlást. Ezzel pedig kezdeni kell valamit, mert éjszaka a legmagasabb egy épület fűtési energiaigénye. Az elmúlt télen egy valóban számottevő levegős hőszivattyú gyártó berendezését vettük górcső alá, percenkénti adatrögzítéssel. Annál a berendezésnél az elpárologtató felületén lévő jégkiválás miatt az elektronika óránként váltott leolvasztási üzemmódba, nulla fok alatti külső hőmérsékletnél. Ilyenkor a kompresszor hűtési üzemmódba kapcsol, az épületből elvont hőenergiával olvasztja le az elpárologtató felületéről a jégréteget. Ez természetesen öt percen keresztül negatív COP értéket jelent, de nem lehet a működőképességet más módon fenntartani. A Holdkollektornak erre sokkal egyszerűbb, energiahatékonyabb módszere van. Szó szerint idézem az áprilisi számból:

7 Az 1.6 m 2 felületű paneleken felhalmozódó jégréteg a napsugárzás hatására újra leolvad. Tehát nincs szükség a kültéri egység fűtésére, mint a levegős hőszivattyúknál. Hja kérem, így könnyű. Ha el tudják intézni, hogy december 20-án este kilenckor kisüssön a Nap.