TÁRSASHÁZ ENERGETIKAI KORSZERŰSÍTÉSE NAPENERGIA FELHASZNÁLÁSÁVAL

Átírás

1 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

2 2008 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR Gépészmérnöki szak Energetikaiszakirány ÁRAMLÁS ÉS HŐTECHNIKAI GÉPEK TANSZÉKE 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

3 A zárógyakorlat helye. Instruktor:. A diplomaterv módosítása szükséges (módosítás külön lapon) nem szükséges. dátum.. A diplomaterv beadható: igen / nem A tervezést ellenőriztem: tervezésvezető dátum tervezésvezetők konzulens 6. A diplomaterv 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

4 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

5 TARTALOMJEGYZÉK 1. Jelölések és indexek jegyzéke 4 2. Bevezetés, 5 3. A Társasház melegvíz ellátási rendszerének bemutatása Renova típusú gázkazán bemutatása Renova gázkazán műszaki jellemzői Az éves gázdíj összegének kiszámítása A társasház energetikai jellemzőének meghatározása A napenergiát hasznosító HMV-rendszer előzetes tervei A napsugárzás országos eloszlása HMV-rendszer fajtái HMV 1 Béta-Therm rendszerek HMV 2.Béta-Therm rendszerek Nagyobb melegvízkészítő rendszerek Melegvízkészítés és medencefűtés Napkollektoros rendszer elemei Napkollektoros rendszer elemeinek felhasználása Rendszerelemek Gépészeti elemek a nyomás alatt lévő, nem leeresztős rendszer esetén Kapcsolási vázlatok Napenergia hasznosítás HMV-rendszer készítésre SEM-1 hőtárolóval SEM-1 típusú használati melegvíz-tároló A Wolf SEM-1 tároló előnyei SEM-1 melegvíztároló műszaki adatai Napenergia hasznosítás, melegvíz-készítés a SED-750/280 kettős tárolóval SED-750/280 kettős tároló A Wolf SED-750/280 tároló előnyei SED-750/280 tároló műszaki rajza és leírása SED-750/280 kettős tároló műszaki adatai 42 5

6 6.3. Napenergia hasznosítás, melegvíz-készítés a SEM-1hőtárolóva lés SPU-1 Puffer tárolóval A Wolf SPU-1 tároló A Wolf SPU-1tároló előnyei SPU-1 típusú tároló műszaki rajza és leírása SPU-1 típusú tároló műszaki adatok Napenergia hasznosítás használati melegvíz készítésre és fűtés rásegítésre 850-tipusu rétegező tárolóval típusú tároló A Wolf 850-tipusú tároló előnyei tipusú tároló műszaki rajza és leírása tipusú tároló műszaki adatai Tartozékok A társasház használati melegvíz készítő napkollektoros rendszer méretezése Kiindulási adatok A melegvíz tároló térfogatának meghatározása Hidraulikus méretezés Napkollektor köri térfogatáram meghatározása Napkollektor kör nyomásvesztesége Egyenes csővezeték nyomásvesztesége Csővezetéki szerelvények, idomok nyomásvesztesége Teljes napkollektor kör nyomásvesztesége Szivattyú kiválasztás A napkollektor kör térfogata Fagyálló folyadék szükséglet Tágulási tartály térfogatának kiszámítása Üzemeltetés optimális megoldása Cirkulációs rendszer üzemeltetése A használati melegvíz előállítás energiaigénye Napkollektoros rendszerek általános méretezési szempontjai HMV-ellátás meghatározása program segítségével a helyi viszonyoknak megfelelően Szelektív síkkollektor Vákuumcsöves kollektor 67 6

7 9.3. Vákuumos síkkollektor Lefedés nélküli kollektor Nem szelektív síkkolektor Összegzés Köszönetnyilvánítás Felhasznált irodalom Függelék 72 Melléklet: M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Melléklet:A főszöveg CD-re rögzítve Melléklet:Szelektív síkkollektor- méretezési adatlap Melléklet:Vákuumcsöves kollektor- méretezési adatlap Melléklet:Vákuumos síkkollektor- méretezési adatlap Melléklet:Lefedés nélküli kollektor- méretezési adatlap Melléklet:Nem szelektív síkkolektor- méretezési adatlap Melléklet:A társasház alaprajzának és homlokzatainak bemutatása AutoCad program felhasználásával ( 3D) 7

8 1. JELÖLÉSEK ÉS INDEXEK JEGYZÉKE Jelölések: a [m/s] hangsebesség A [m 2 ] keresztmetszet c p [J/(kgK)] állandó nyomáson vett fajhő c v [J/(kgK)] állandó térfogaton vett fajhő d [m] átmérő f [-] erőtényező F [N] erő F [((kgk)/j) 1/2 ] tömegáram faktor g [m/s 2 ] nehézségi gyorsulás h [J/kg] fajlagos entalpia H 1 [-] viszkozitási tényező [m] hossz m [kg/s] tömegáram Mo [kg/kmol] moltömeg n [-] politropikus kitevő p [Pa] nyomás Q [m 3 /s] térfogatáram R [J/(kgK)] gázállandó Re [-] Reynolds-szám T [K] abszolút hőmérséklet v [m/s] sebesség [ o ] kúpszög [Ns/m 2 ] dinamikai viszkozítási tényező pol [-] politropikus hatásfok [-] izentrópikus kitevő [-] csősúrlódási tényező [kg/m 3 ] sűrűség Indexek: ' primér áramlás " szekunder áramlás o tartályállapot * kritikus állapot r injektor előtti tartály állapota 1 a fúvókákból való kilépés keresztmetszete 8

9 2. BEVEZETÉS A Nap sugárzó energiáját magában rejtő kőolaj, földgáz és szén kialakulása mintegy 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

10 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

11 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

12 3. ábra: kazán kimenő és bejövő vízelosztó csővezetékei A fűtéshez a rendszert bar közötti értékre kell feltölteni, amit egy szabályzó szeleppel érhetünk el (4. ábra). 4. ábra: szabályzó szelep 12

13 5. ábra: radiátorok 13

14 Renova gázkazán műszaki jellemzői (6. ábra) C 24 E kéményes F 24 E 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 sávja C C Égéstermék tömegárama 19,4 g/s 16,3 g/s Max gázfogyasztás: "H" földgáz 2,77 m3/h 2,74 m3/h PB gáz 2,06 kg/h 2,04 kg/h Használati melegvíz maximális hőmérséklete 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 80/125 80/80 Villamos védettség: IPX4D IPX4D Tápfeszültség: 230 V 230 V Méretek: Szélesség (mm) Magasság (mm) Mélység (mm) Súly: 30 kg 33 kg Jótállás: 1+2 év** 1+2 év** 6. ábra: gázkazán műszaki jellemzői 14

15 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 április 15. közötti időszakra esik. Erre az időszakra a havi gázfogyasztás megközelítőleg m3 = Ft. Ezt megszorozva a téli időszakra eső jelentős fogyasztással, ami 6 hónap, azaz 6 x = Ft. A gáz felhasználása: 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 m3= 4175 Ft. Ezt megszorozva a nyári időszakra jellemző kedvezőbb fogyasztással, ami 6 hónap, azaz 6 x 4175= Ft A gáz felhasználása 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 Ft + nyári fogyasztás Ft, azaz = = Ft. Tehát a lakás éves gázfelhasználása fűtéssel, melegvíz előállítással és ételek főzésével, melegítésével összesen Ft. Az éves gázfelhasználása: m m3= m3 Ha az éves összeget elosztjuk havi bontásba, akkor megkapjuk a havi átlagos gázfogyasztásunkat, ami a következő: Ft /12 hó= Ft/hó. 15

16 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

17 A szokványos épületek energetikai jellemzõinek meghatározása a 7/2006. T(v.26.) TNM rendelet 2. mellékletben leírt egyszerüsített módszerrel Csa k a világosk ék adatok at változtassa, a számítás eredményei sárga színûek. Az épüle t rendeltetés ének és az ehhez szük sége s alapadatoknak a meghatározása A viz sgálandó épület lakóépület. Ge om etriai adatok: Fûtött térfogat: V m 3 Nyílászárók és egyéb üvegfelületek A Dü 5.72 m 2 A ü1 A déli ablakfelület Dü A ü m 2 északi ablakfelület A Éü 0 m 2 A ü2 A Éü A ü2 0 m 2 keleti-nyugati ablakfelület A KNyü 5.4 m 2 A ü3 A KNyü A ü3 5.4 m 2 Az összes üvegf elület: Az épület határoló felületei: 3 A ü A üi A ü m 2 i 1 A f4 A ü A f1 79 m 2 a padlás felülete A f2 79 m 2 a padló felülete A f a külsõ falak felülete ablakokkal együtt A K A f3 A fûtött épülettérfogatot határoló szerkezetek összfelülete: A A f1 A f2 A f3 A m 2 Az épület kerülete: K 36 m K m Az oldalf alak felülete az üvegfelület nélkül: A f3 A f3 A ü A f3 m 2 A/V jelölése : A ApVo V A V 17

18 Fajlagos hõveszteségtényezõ qm [W/(m3K)] A fajlagos hõvesztes égre vonatk ozó köve te lményértékek az 1. mellé klet (II.1.) k éplete s zerint q m ( ApV) 0.2 if Ap V 0.3 [ 0.38 ( ApV) 0.086] if 0.3 ApV if Ap V 1.3 q m ( ApVo ) W /(m 3 K) ApV Felület/térfogat arány A/V [m2/m3] Az ös szesített ene rgetik ai je llemzõre vonatk ozó köve te lmé nyek a 4/2006. TNM re ndelet (III.2.) képlete szerint Lakó- és szállásjellegû épületek E p ( ApV) 110 if ApV 0.3 ( 120ApV 74) if 0.3 ApV if Ap V

19 Összetett energ. jell. Ep [kwh/(m2év)] Felület/térfogat arány A/V [m2/m3] Az adott épület összetett energetikai jellemzõje: E p ( ApVo ) kwh /(m 2 a) A rétegte rvi hõátbocsátási tényezõ számítása a) Szigetletlen padlástéri födém ( tetõtér) h õátbocsái tényezõje: U padlás W /(m 2 K A rétegek geometriai és hõtechnikai adatai:: l m W/(mK) padlásburkoló tégla l m W/(mK) homokágyazat l m W/(mK) ISOLYTH hõszig. l m W/(mK) E-7 j. feszített gerenda + EB 60/19 LPK l m W/(mK) vakolat R 0.15 W/(m 2 K)] -1 PE fólia U padlás R 5 j 1 l j j 1 U padlás 0.18 W /(m 2 K 19

20 b) A lakószint és pince közötti födém hõátbocsátási tényezõje: l m W/(mK) szalagparketta+alátét l m W/(mK) aljzatbeton l m W/(mK) ISOLYTH hõszig. l m W/(mK) "E" gerendás födém l m W/(mK) ISOLYTH hõszig. l m W/(mK) faléc burkolat + felületbevonat R 0.15 [W/(m 2 K)] -1 PE fólia U pince R 6 j 1 l j j 1 U pince W /(m 2 K) c) Hasonlóan kis zámítható a többi U hõátbocsátási tényez õ is: Külsõ fal: Ajtó-ablak üveg: U K 1.94 W /(m 2 K) U üveg 2.7 W /(m 2 K) A határoló szerk ezetre vonatkozó számítás ok módosító ténye zõi a 2. mellék le t II. b) pontja sze rint: U padlásfödém U padlás 0.9 U U 1 padlásfödém U W /(m 2 K U pincefödém U pince 0.5 U U 2 pincefödém U U 3 K U U 4 üveg U U U W /(m 2 K W /(m 2 K W /(m 2 K 20

21 A hõhidvesztes égek szám ítása A hõhidveszteségek figyelembe v étele a 2. melléklet 3. pontja szerint a hõhidak hossza a külsõ falaknál a külsõ felület L K 54.7 A K m m 2 A hõhidak fajlagos menny isége: L K L fajl A K L fajl m /m 2 2. melléklet 2. táblázat elsõ sora szerint: Külsõfalbesorolás "Gyengén hõhidas" if L fajl 0.8 "Közepesen hõhidas" if 0.8 L fajl 1 "Erõsen hõh idas" otherwise Külsõfalbeso rolás "Gyengén hõhidas" korrekciós tényezõk meghatározása a 2. melléklet 1. táblázatából: Padlás födém ek korrekciós té nyezõje : Pincefödém ek korre kciós té nyezõje : B p 1 hõszigetelés a szerkezeten belül van (B p =1) alsó oldali hõszigeteléssel (B p =2) if B p if B p Külsõ falak k orrekciós ténye zõje: külsõ oldali vagy szerkezeten belüli megszakítatlan hõszigetelés esetén (B k =1) egyéb külsõ falaknál (B k =2) B k 1 21

22 if Külsõfalbesorolás "Gyengén hõhidas" B k if Külsõfalbesorolás "Közepesen hõhidas" B k if Külsõfalbesorolás "Erõsen hõhidas" B k if Külsõfalbesorolás "Gyengén hõhidas" B k if Külsõfalbesorolás "Közepesen hõhidas" B k if Külsõfalbesorolás "Erõsen hõhidas" B k A hõhidak hatásával korrigált hõátbocsátási tényezõk számítása A 2. melléklet (II.3.b) összefüggésébõl U R1 U U R W /(m 2 K) U R2 U U R W /(m 2 K) U R3 U U R W /(m 2 K) U R4 U U R4 2.7 W /(m 2 K) A f3 A f3 2 A f4 A 2. melléklet (III.7.b) k épletében s zereplõ AU R mennyisé g k iszámítása: A f AU R i 1 U Ri A fi AU R W /K A 2. melléklet (III.7.b) képletben szereplõ fejezet 1. és 2. táblázata hasz nálatával: L tényezõ számítása 3. melléklet C tervezési adatok III. padlósáv 0.40 W /(mk) III.2. táblázatból választva A padlósáv K1.5 A padlósáv 54 m 2 22

23 l Kpadlósáv l 14.4 W /K A lakóépüle te kre vonatkozó te rve zési adatok a 3. me lléklet IV- fe jezet 1. táblázata alapján Légcsereszám fûtési idényben: n /h Használati melegvíz nettó hõenergia igénye: q HMV 30 kwh/ (m 2 a) Világítási energia igény korrekciós szorzó: 0 Szakaszos üzem korrekciós szorzó : 0.9 Belsõ hõnyereség átlagos értéke: q b 5 W /m 2 Napsugárzásra vonatkozó tervezé si adatok 3. me lléklet C fejeze t I. 2. táblázat alapján: Sugárzási energiahozam a fûtési idényre vonatkozó hõveszteségtényezõ s zámításához: Tájolás I hvé 100 kwh /(m 2 a) É I hvd 400 kwh /(m 2 a) D I hvkny 200 kwh /(m 2 a) K-Ny Sugárzási energiahozam az egyensúlyi hõmérséklet számításához: Tájolás I ehé 27 W /m 2 É I ehd 96 W /m 2 D I ehkny 50 W /m 2 K-Ny Átlagintenzitás a nyári túlm. kockázatának a számításához: Tájolás I nyáré 85 W /m 2 É I nyárd 150 W /m 2 D I nyárkny 150 W /m 2 K-Ny 23

24 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: Q sd A ü I hvé Q sd kwh/(m 2 a) A fajla gos hõveszteségtényezõ szá mítása a (III.7.a ) képletbõl: 1 q V AU R l Q sd 72 q W /(m 3 K) A fûtés éves nettó hõenergia igénye (IV.1.) képlettel szá molva : A N A nettó fûtött szintterület: A N m 2 Q F 72 V ( q 0.35n ) 4.4A N q b Q F kwh/a A fûtés éves nettó hõenergia i gényének faj lagos érték e, (IV.6.) képl ettel számol va: Q F q f q A f kwh/(m 2 a) N 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 Több homlokzaton Éjszakai szellõztetés Nem lehets éges a 1 b 0 a 2 b 0 Lehetséges a 1 b 1 a 2 b 1 A légcsereszám tervezés i értékei nyáron természetes szellõztetéssel: a 1 b 1 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 n nyár 5 24

25 Q sdnyár I nyáré A Éü I nyárd A Dü I nyárkny A KNyü Q sdnyár W Q sdnyár A N q b t bnyár AU R l 0.35n nyár V t bnyár K A fûtés prime r e nergiaigényéne k me ghatározása Fûtött téren belül elhelyezett alacsony hõmérsé kletû gázk azán C k teljesítménytényezõje: C k melléklet 2. táblázat q kv villamos segédenergia igénye q kv 0.79 kwh /m 2 a Hõelosztás vesztes égei: q fv elosztási veszteség 54/45 o C esetén q fv 2.1 kwh /m 2 a táblázat E FSz a hõelosztás fajlagos segédenergia igénye: E FSz táblázat A teljes ítmény és a hõigény illesztés ének pontatlansága miatti ves zte sége k q fh Termosztatikus szelepek alkalmazása esetén: q fh 3.3 kwh /m 2 a A hõtárolás ves zte sége i és segédenergia igénye: q ft 0 Megj. Nincs hõtárolás! Egyébként táblázatból választandó. E FT 0 kwh /m 2 a e f 1 e v 2.5 Földgázra (V.1. táblázat, 3. mellékletbõl) Villamos energia felhasználáskor (V.1. táblázat, 3. mellékletbõl) E F q f q fh q fv q ft C k e f E FSz E FT q kv e v E F kwh /(m 2 a) 25

26 Melegvízelõállítása átfolyós rendszerû gázvízm e le gítõve l törté nk: C k 1.21 E K 0.0 kwh /m 2 a VII. 1. táblázatból átfolyó rendszer esetén e HMV 1.21 f öldgáz energiahordozó esetén q HMVt q HMV 0 q HMVv q HMV 0.1 q HMVt 0 q HMVv 3 kwh /m 2 a kwh /m 2 a E C 0 ha nincs cirkuláció A m elegvízellátás prtim ér hõenergia igénye: E HMV q HMV q HMVv q HMVt C k e HMV E C E K e v E HMV kwh /m 2 a E E F E HMV E kwh /m 2 a E pk E p ( ApVo ) E E pk % 26

27 Minõ sít és "ENERGIATAKARÉKOS " if E E pk E "KÖVET ELMÉNYEKNÉL JOBB " if 60 E pk E "KÖVET ELMÉNYEKNEK MEGFELELÕ" if E pk E "KÖVET ELMÉNYT MEGKÖZELÍT Õ" if 100 E pk E "ÁT LAGOSNÁL JOBB " if 120 E pk E "ÁT LAGOS" if 150 E pk E "ÁT LAGOST MEGKÖZELÍTÕ" if 190 E pk E "GYENGE " if 251 E pk "ROSSZ " if 340 E E pk 100 Minõ sít és "KÖVET ELMÉNYEKNÉL JOBB " 27

28 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

29 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

30 irányába forgatni a kollektorokat. Mivel a napsugárzás jelentős része határozott irány nélküli szórt sugárzás, ezért a napkövetéssel elérhető 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, csökkentsük azt valamilyen alternatív energia felhasználásával. Természetes, hogy első sorban a 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

31 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 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 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

32 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

33 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 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

34 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 HMV 2 Béta-Therm rendszerek 13. ábra: HMV 2 Béta-Therm Rendszerek 34

35 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 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 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

36 5.3. Napkollektoros rendszer elemei (15. ábra) 15. ábra: Napkollektoros rendszer eleme 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

37 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

38 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 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

39 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

40 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

41 SEM-1 típusú használati melegvíz-tároló (17. ábra) 17. ábra: melegvíz-tároló 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

42 SEM-1 melegvíztároló műszaki adatai 42

43 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

44 SED-750/280 kettős tároló (19. ábra) 19. ábra: SED-750/280 kettős tároló 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

45 SED-750/280 tároló műszaki rajza és leírása 19. ábra: SED-750/280 tároló műszaki rajza 45

46 SED-750/280 kettős tároló műszaki adatai: 46

47 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 visszatérő hőmérsékletemelés( SRTA) 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

48 A Wolf SPU-1 tároló (21. ábra) 21. ábra: SPU-1 típusú puffertároló A Wolf SPU-1tároló előnyei Acéllemez puffertároló literes űrtartalommal, acél síkcsöves hőcserélővel, max. üzemi nyomás: 6 bar, SPU típus hőcserélő nélkül, Levehetö FCKW- és FKW- mentes hőszigetelés, egyszeri szállítás. 48

49 SPU-1 típusú tároló műszaki rajza és leírása 22. ábra: SPU-1 típusú tároló műszaki rajza 49

50 SPU-1 típusú tároló műszaki adatok: 50

51 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 11. visszatérő hőmérsékletemelés(srta) hőérzékelője 4. Hőmérséklet különbség szabályzó 12.visszatérő hőmérsékletemelés(srta) 3 utas szelep 5-5. kollektoros szivattyú-szerelvénycsoport 13.visszatérő hőmérsékletemelés(srta) visszatérő hőmérséklet érzékelője fűtés 6. Tároló hőérzékelő (napkollektoros rendszer) 14. Tároló hőérzékelő (HMV utántőltés) 7. Töltő-ürítő csap 15. Kazán tipusu rétegező tároló 51

52 típusú tároló (24.ábra) 24. ábra: 850-típusú tároló 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

53 tipusú tároló műszaki rajza és leírása 25. ábra: 850-tipusú tároló műszaki rajza 53

54 tipusú tároló műszaki adatai: 54

55 6.5. Tartozékok 55

56 7. A társasház használati melegvíz készítő napkollektoros rendszer méretezése 7.1.Kiindulási adatok: A méretezendő létesítmény jellege: Melegvíz felhasználók száma: Személyenkénti melegvíz fogyasztás: A figyelembe vett melegvíz hőmérséklet: Társasház n=2 fő V 1 = 50 liter/fő.nap t m =50 o C A napkollektorok elhelyezésére alkalmas felület. Dőlésszöge: 40 o Tájolása: Dél-Kelet Az átlagos napi melegvíz-szükséglet: V=n. V 1 [ liter/nap] V=2. 50= 100 liter/nap A melegvíz előállításához szükséges hőmennyiség: Q HMV = 1.1. c. m. T = 1.1. c.. V. ( t m t h ) [ KJ] ahol: c = 4,18 kj/kg. K m [kg] : a napi melegvíz fogyasztás tömege ρ =1000 kg/m 3 a víz fajsúlya t h = 10 o C a hálózati hidegvíz hőmérséklete t m = 50 o C a felhasználásnál igénybevett melegvíz hőmérséklete A képletben az 1,1-es szorzó a tárolási és felhasználási veszteségeket veszem figyelembe. Q HMV = 1,1. 4, (50-10) = 18, kj Q HMV = 18, kj = (1/3600). 18, Wh = 5108 Wh = 5,108 kwh 56

57 A napkollektorokkal melegvíz készítés esetén hasznosítható hőmennyiség a 26 ábrán látható: 26 ábra Nyári félévben hasznosítható hőmennyiség átlagos értéke: Qk nyár = ~2,8 kwh/m 2 nap Téli félévben hasznosítható hőmennyiség átlagos értéke: Qk tél = ~1,1 kwh/m 2 nap 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

58 Ahol k a kollektorok tájolástól és dőlésszögétől függő korrekciós tényező. 27.ábra.Napkollektor tájolása és teljesítményváltozása (Dél-Keleti 40 o ) A k értéke a diagram alapján : 0,94 A szükséges napkollektor-felület: Ha a választott kollektor abszorber felülete 1,74 m 2,akkor a szükséges napkollektor darabszám: Tehát a választott napkollektor típusból 1db szükséges. 58

59 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

60 7.3.Hidraulikus méretezés: Kapcsolási vázlat (29.ábra) 1. napkollektor 2. napkollektororos hőérzékelő 3. SM2 szabályozás BM modullal 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

61 7.4.Napkollektor köri térfogatáram meghatározása: Javasolt térfogatáram normál keringetés (high flow) esetén: ~ 35 l/h.m 2 = 1,74m 2 35l/h.m 2 = 60,9 l/h 7.5.Napkollektor kör nyomásvesztesége: Térfogatáram 1 db kollektorban: 1,74m 2 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: = 9591Pa 18 x 1 mm-es vörösréz csővezeték nyomásvesztesége: ~120 Pa/m 23m esetén: = 3611 Pa 36 61

62 31. ábra.egyenes vörösréz csővezeték nyomásvesztesége Kiválasztva: 18 x 1 mm-es vörösréz cső: Belső átmérő: d = 16 mm = 0,016 m Keresztmetszet: = m 2 Térfogatáram: V =60,9 l/h = 0,0609 m 3 /h = 1, m 3 /s Áramlási sebesség: = 0,0845 m/s 7.7.Csővezetéki szerelvények, idomok nyomásvesztesége: = 3,57 62

63 Megnevezés Darabszám (n) Alaki ellenállás tényező (ζ) n ζ Nyomásveszteség [Pa] 90 -os ív 21 db 0,7 14,7 784 Visszacsapó szelep 1 db Golyóscsap 3 db 0,5 1,5 80 Szabályozó szelep 1 db 2,5 2,5 133 T-elágazás 4 db 0,3 1,2 64 Érzékelő mérőhüvely 2 db 0,6 1,2 64 Összesen: 27, 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: Pa = 1,5 m Szivattyú kiválasztás: : 63

64 33. ábra.szivattyú típus: Grundfos UPS 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 Fagyálló folyadék szükséglet, 40%-os töménység esetén: 0,4 x 27,17 liter = 10, liter 7.10.Tágulási tartály térfogatának kiszámítása: A kollektor kör térfogata: V rendszer = 27,17 liter Az alkalmazott közeg: 40% propilénglikol 60% víz Átlagos maximális hőmérséklet: 150 C Közeg relatív térfogatváltozása: ΔV rel =0,12 Kollektor kör maximális nyomása: p max = 5,5 bar (6,5 abszolút), 6 baros biztonsági szelep esetén Feltöltési nyomás hideg állapotban: p hideg = 4,0 bar (5,0 abszolút) Tágulási tartály levegő oldali előnyomása: p elő = 0,9 p hideg = 0,9 4,0 = 3,6 bar (4,6 abszolút) 64

65 34.ábra.Propilénglikol fagyálló folyadék relatív térfogatváltozása 39 A tágulási térfogat: ΔV = ΔV rel V rendszer =0,12 27,17 = 3,2604 liter A tágulási tartály térfogata: 3,2604 V tart = = 6,5 5,0 0,9 * 6,5 =15,69 liter A tágulási tartály térfogata: 16 liter Tágulási tartály térfogata, az üresjárat esetén esetlegesen előforduló kollektor köri elgőzölgést is figyelembe véve: A tágulási térfogat: ΔV = ΔV rel V rendszer + V koll = 0,12 27,17 + 1,57 = 4,83 liter Így az üresjárást is figyelembe véve a tartály térfogata: V tart = = 4,8304 6,5 5,0 0,9* 6,5 =23,25 liter A választott tágulási tartály térfogata: 25 liter 65

66 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