Használati melegvízellátás, napkollektoros használati melegvíz előállítás Szikra Csaba, 2017 Épületenergetikai és Épületgépészeti Tsz.
Használati melegvíz ellátás (HMV) Az igény időbeli változása q m ( l/s ) Fogyasztás Termelés Szakaszos üzem: Szociális intézmények, ipari intézmények műszakváltása Egyetlen fogyasztó Feltöltési idő Feltöltési idő Feltöltési idő 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ( h) q m ( l/s ) Fogyasztás Termelés Folyamatos üzem változó terheléssel Lakóépületek, kórházak, irodaépületek 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ( h) q m ( l/s ) Fogyasztás Termelés Folyamatos üzem állandó terheléssel: Uszodák vízforgató berendezései Tárolók szükségessége! 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Használati melegvíz ellátás (HMV) Helyi HMV készítés tárolós rendszerrel Termosztát Energia bevitel Elektromos fűtőpatron (P[W]) Visszacsapószelep Meleg Energia bevitel: - Elektromos fűtőpatron (P[W]) - Vizes hőcserélő Nyomáscsökkentő Pmax < 6bar Termosztát Hideg Biztonsági szelep M Visszacsapószelep Biztonsági szelep Pmax < 8bar H M H Töltés illetve kisütés üzem Kisebb teljesítmény igény Korlátozott vízmennyiség Szabadkifolyású, elektromos üzemű, melegvíz tároló (5..10l-es tárolóval) ~1-1,5kW Alkalmazási terület: konyhák, kisebb fogyasztóhelyek egyetlen vízvételi hely ellátása. Hátrányai: Előnyei: Csak egy vízvételi hely kiszolgálása A tároló nyomás alá nem helyezhető Kis méret, könnyű elhelyezhetőség Egyszerű szerkezet Helyi, kis vízigények könnyű ellátása Nagynyomású, zárt rendszerű melegvíztároló (nyomás alá helyezhető) Alkalmazható eszköz elektromos vízmelegítőként, illetve közvetett fűtésű melegvíz tárolóként, háztartások HMV ellátására Mérete 10..300 (falra erősítés esetén statikai vizsgálat) Elektromos fűtés esetén a hátrányai: nagy lekötött elektromos energiaigény (2..4kW) hosszú felfűtési idő (4..6h)
Használati melegvíz ellátás (HMV) Helyi HMV készítés tárolós rendszerrel
Használati melegvíz ellátás (HMV) Helyi HMV készítés átfolyós rendszerrel Energia bevitel: - Elektromos fűtőpatron (P[W]) - Gáz Visszacsapószelep t[ C] C V Biztonsági szelep Pmax < 8bar M H M H Q[ kw] [ l / perc] A termelés és az elvétel egy időben történik Legfontosabb jellemzői a szükséges teljesítmény (gáz, elektromos), illetve a termelt víz mennyiség (l/pec) Gázüzemű átfolyó rendszerű készülék: Alkalmazási terület: konyhák, kisebb fogyasztóhelyek egyetlen vízvételi hely ellátása. (~10kW, 5lperc) Fürdőszobák, lakások több vízvételi hely (de nem egyidejű) ellátására (~25kW, 12l/pec) Hátrányai: Nagy teljesítmény igény Korlátozottan szabályozott vízmennyiség Korlátozott hőmérséklet szabályozás (állandó, vagy közel állandó bevezetett teljesítmény Korlátozott távolság a termelés és a felhasználás között Előnyei: Helyi, kis vízigények könnyű ellátása Kis helyigény
Használati melegvíz ellátás (HMV) Központi HMV készítés Egy-egy épület vagy kisebb épületcsoport vízellátására Részei: Hőforrás: mely általában az épület fűtőkazánja, vagy távhőellátó rendszer hőcserélője, vagy önálló hőtermelő berendezés Bojler a beépített csőkígyóval (belső hőcserélő), vagy önálló hőtermelés Szabályozó termosztát Biztonsági szerelvénycsoport Fogyasztásmérés Termosztát Energia bevitel: Vizes hőcserélő Kevert melegvíz Visszaáramlás gátlás Csővezetékek szigetelése Közintézményeknél helyi vagy központi keverő egység (kórház, bölcsőde, kollégium, iskola stb.). Növeli a szolgáltatás biztonságát Melegvíz Hidegvíz Termosztát Cirkulációs vezeték
Használati melegvíz ellátás (HMV) Cirkulációs vezeték Egy-egy épület vagy kisebb épületcsoport vízellátására Részei: Hőforrás, mely általában a épület fűtőkazánja, vagy távhőellátó rendszer hőcserélője, vagy önálló hőtermelő berendezés Bojler a beépített csőkígyóval (belső hőcserélő) Szabályozó termosztát Biztonsági szerelvénycsoport Fogyasztásmérés Visszaáramlás gátlás Termosztát Csővezetékek szigetelése Közintézményeknél helyi vagy központi keverő egység (kórház, bölcsőde, kollégium, iskola stb.). Növeli a szolgáltatás bizotnságát Cirkulációs vezeték
HMV termelés napenergiával A napsugárzás jellemzői (szórt és direkt sugárzás)
HMV termelés napenergiával A napsugárzás mennyiségi jellemzői (napi sugárzás eloszlása) Jellemző napsugárzás értékek a Föld felszínén A közvetlen és a szórt sugárzás aránya Magyarországon
HMV termelés napenergiával A napsugárzás mennyiségi jellemzői J: 45 kwh/hó,m 2 F:80 kwh/hó,m 2 M:105 kwh/hó,m 2 Á:135 kwh/hó,m 2 M:150 kwh/hó,m 2 J: 165 kwh/hó,m 2 J: 165 kwh/hó,m 2 A:150 kwh/hó,m 2 SZ:135 kwh/hó,m 2 O:105 kwh/hó,m 2 N:80 kwh/hó,m 2 Vízszintes felületre érkező globális napsugárzás Magyarországon D: 45 kwh/hó,m 2 Év: 1360 kwh Fűtés: 595 kwh Vízellátás - Csatornázás
HMV termelés napenergiával A napsugárzás mennyiségi jellemzői Az érkező napsugárzás mennyisége az elnyelőfelület dőlésszöge és tájolása függvényében
HMV termelés napenergiával Napkollektorok energiamérlege Kollektorok energia átalakítási viszonyai átlagos napsugárzás esetén Üresjárási hőmérséklet!
HMV termelés napenergiával Napkollektorok hatásfoka Hatásfok = A kollektorból a hőhordozó közeggel elvezetett hőmennyiség A kollektor felületére érkező napsugárzás hőmennyisége A hatásfok képlete: = 0 - a 1.X - a 2. Q Nap. X 2 Ahol: 0 [-], [%] az optikai hatásfok (hatásfok X=0 esetén), a 1 [W/(m 2 K)] az elsőfokú tag együtthatója, a 2 [W/(m 2 K2 )] a másodfokú tag együtthatója, X = (T koll -T lev ) / Q Nap [K/(W/m 2 )] a hatásfok paramétere T koll = (T koll, be +T koll, ki )/2 [ C] a kollektor közepes hőmérséklete, T koll, be [ C] a kollektorba belépő közeghőmérséklet, T koll, ki [ C] a kollektorból kilépő közeghőmérséklet, Q Nap [W/m 2 ] a napsugárzás teljesítménye Egy napkollektor hatásfoka 0, a 1 és a 2 megadásával definiálható.
HMV termelés napenergiával Napkollektorok hatásfoka Szabványos ábrázolási mód az X-érték függvényében X = (T koll -T lev ) / Q Nap
Napkollektorok főbb típusai Uszoda melegítés 20-30 C HMV készítés HMV készítés és fűtésrásegítés 20 C 40 C 60 C 80 C 100 C Lefedés nélküli kollektorok (műanyag) Lefedés nélküli kollektorok (rozsdamentes acél) Sík-kollektorok Lefedés nélküli kollektorok műanyag acél Lefedett kollektorok Nem szelektív bevonatú kollektorok Szelektív bevonatú kollektorok Légkollektorok Szelektív bevonatú vákuumos k. Integrált tárolós kollektor (ICS) Vákuumcsöves kollektorok Direkt átfolyásos kollektorok Reflektorral Reflektor nélkül Hőcsöves Száraz rendszerű Nedves rendszerű Lefedett sík kollektorok Szelektív bevonatú lefedett sík kollektorok Szelektív bevonatú vákuumos sík kollektorok ICS kollektorok Vákuum kollektorok Vákuumcsöves kollektorok Direkt átfolyásos Reflektoros Reflektor nélküli Hőcsöves Száraz rendszerű Nedves rendszerű
Különböző típusú napkollektorok hatásfokai
Napkollektorok jellemző felületei Síkkollektor Vákuumcsöves kollektor Teljes, bruttó felület: Szabad, besugárzott üvegfelület: Abszorber felület: A kollektor szerkezet teljes befoglaló mérete Az üvegfelület nagysága, ahol a napsugárzás bejut az abszorber lemez felületére A kollektor elnyelő-lemezének besugárzott felülete
Lefedés nélküli kollektorok Nincs optikai veszteség Meredek hatásfok romlás Elsősorban medencék fűtésére
Síkkollektorok Síkkollektorok Nem szelektív síkkollektorok Szelektív síkkollektorok Vákuumos síkkollektorok Síkkollektorok általános felépítése
Vákuumcsöves kollektorok Hőcső működése (Heat pipe)
A napkollektoros HMV termelő berendezések méretezésének alapelvei l/nap/m 2 Liter hmv /m 2 100 - Éves energiaarány (zöld/kék) 75 50 25 0 1lhmv 35Wh ( t=30 C, c=4,2kj/kgk, ρ=1000kg/m 3 ) Közelítő számítás 75% energiaarányhoz: 1,5m 2 /fő kollektor felület 50l/fő tároló térfogat
A napkollektoros HMV termelő berendezés alapkapcsolása Részei: Tároló a Szolár hőcserélővel Összekötő csővezeték (anyaga általában réz), Hidarulikus blokk Szivattyú Tágulási tartály Biztonsági szerelvények Kollektor Szabályozó egység Tartályhőmérő (T hmv ) Kollektor hőmérő (T k ) Alapszabályozási stratégia: Szivattyú akkor kapcsol be, ha T k -T hmv >5-10 C
Napkollektoros HMV termelő berendezések rásegítő fűtés kapcsolása
Napkollektoros HMV termelő berendezések kiegészítő berendezés kapcsolása