Címke: energiatakarékos

Napkollektor energetikai tervezése

Energiatakarékos családi ház tervezés

Az épületek adják a világ energiafelhasználásának legnagyobb hányadát – közel 40%-át – mely a hűtésből, fűtésből és a világításból tevődik össze. Az energia felhasználás hatékonyságának növelése elérhető az új és a meglévő épületekben is. Az új épületek úgynevezett passzív házak nagyon alacsony energia felhasználással üzemeltethetők míg a régi épületek átalakításával energia szükségletük jelentősen csökkenthető, mindez csak tervezés kérdése.

Viszonylag kis napkollektor felülettel (5m²) az éves melegvíz szükségletet közel 70%-ban elő lehet állítani egy családi házon, ezzel a teljes hőszükséglet 14%-a fedezhető. Ha a napkollektorokkal a fűtés rásegítés is cél, akkor látható, hogy a hideg téli hónapokban nagy napkollektor felülettel is csak viszonylag szerény eredményt lehet elérni, az átmeneti időszakokban (tavasszal és ősszel), viszont akár 100%-ban is fedezhető kollektorokkal a fűtés hőigénye.

Napkollektorokkal tehát Magyarországon reális beruházás mellett nem lehet ugyan 100%-ban fedezni az épületgépészeti hőigényeket, de jelentős mértékű, akár 60-70%-os éves megtakarítás is elérhető. Mint építész és mint energetikus is azt mondom, hogy ez hatalmas mennyiségű energia, amit nem lenne szabad veszni hagyni.

Napkollektor

Napkollektor

A napkollektorokat általában az épületek tetőfelületére szerelik fel. Természetesen fontos, hogy a felszerelés a tető beázásának veszélyeztetése nélkül történjen, az alkalmazott tartószerkezetek karbantartást, festést ne igényeljenek, élettartamuk legyen azonos, vagy hosszabb, mint a kollektoroké.

Ügyelni kell az esztétikus és praktikus elhelyezésre is. A kollektoroknál a jó tájolás és dőlésszög fontos, de nem annyira, hogy e cél érdekében megérné a kollektorokat a tető síkjától jelentősen eltérő síkba kiemelő, robosztus és ronda tartószerkezetre felszerelni. Az építész természetesen megpróbálja a lehető legesztétikusabban kialakítani a rendszert. Nem szerencsés az sem, ha több, eltérő tájolású kollektormezőt alakítanak ki. Az ilyen rendszer csak akkor működhet helyesen, ha az egyes mezőket hidraulikailag és szabályozás tekintetében is külön választják. Vagyis minden eltérő kollektormezőhöz külön szivattyút és előremenő csővezetéket, valamint külön kollektor érzékelőt kell beépíteni. Gondosan kell eljárni a külső térben vezetett kollektor köri csővezetékek hőszigetelésénél is. A legjobb megoldás, ha minél kevesebb csövet vezetnek a szabadban. Ha ez mégis szükséges, akkor az alkalmazott hőszigetelésnek UV-állónak kell lennie. Ilyen pedig habosított szigetelőanyagban nincs, legfeljebb csak olyan, ami egy kicsivel később megy tönkre. Ezért az ilyen szigetelést le kell festeni speciális védőfestékkel, de még jobb, ha alumínium keményhéjalást alkalmaznak. Ez utóbbi véd a madarak és a rágcsálók ellen is.

A napkollektoros rendszerek szabályozásának tervezése során az alapvető feladat az, hogy a kollektor köri szivattyút a kollektorok és a fűtött közeg közötti hőmérséklet különbség függvényében kell vezérelni. A szivattyú csak akkor járhat, ha a kollektorok hőmérséklete megfelelő értékkel magasabb a fűtött tároló hőmérsékleténél. Csak a kollektorok abszolút hőmérsékletének mérése (pl. egy termosztáttal) tehát nem elegendő. A legegyszerűbb, egy tároló fűtésére alkalmas szivattyús napkollektoros rendszert is hőmérséklet-különbségre kapcsoló szabályozással kell ellátni. Az ilyen szabályozáshoz minimum két érzékelő tartozik. Egyikkel a kollektorok, másikkal a fűtött tároló hőmérsékletét kell mérni. Nagyon fontos, hogy az érzékelők megfelelő módon, és megfelelő helyen legyenek. A kollektorok hőmérsékletét ott kell mérni, ahol a hőmérséklet közel megegyezik a kollektorból kilépő hőmérséklettel. A legtöbb gyártó erre a célra érzékelő hüvelyt tervez és helyez el a kollektorban, vagy a csatlakozó készletben. Gyakori hiba, hogy a kollektor érzékelőt egyszerűen a csővezetékre bilincselik, ráadásul a kollektortól viszonylag messze és a kilépő csonktól lejjebb. Az ide helyezett érzékelő csak jelentős késéssel, vagy egyáltalán nem reprezentálja a kollektorok hőmérsékletét. Fontos a tároló érzékelő elhelyezése is. A tárolókban a víz hőmérséklet szerint rétegződik, ezért nem mindegy, hogy milyen magasságban helyezik el az érzékelőt. Belső hőcserélő esetén a hőcserélő magasságában, külső hőcserélő esetén pedig a szívócsonk közelében kell mérni a puffer tároló hőmérsékletét.

Szintén gyakori hiba, hogy elkészül a kollektor köri csővezeték, de elfelejtenek vezetéket kiépíteni a kollektor érzékelő számára. Fontos, hogy erre a célra egy legalább 0,75mm2 keresztmetszetű, kéteres, az épület erősáramú vezetékeitől független, kábelt kell kiépíteni.

A mai napkollektoros rendszerek szabályozása természetesen a fentebb leírt egyszerű hőmérséklet-különbség kapcsolásnál lényegesen összetettebb is lehet. A korszerű mikroprocesszoros szabályozók számtalan funkcióval rendelkeznek, pl. több tároló és kollektormező szabályozására alkalmasak, változtatják a normál szivattyúk fordulatszámát, hőmennyiséget mérnek, rétegtöltést és bonyolult előnykapcsolási sorrendeket tesznek lehetővé… stb. Célszerű azonban törekedni a minél egyszerűbb, a felhasználó számára is áttekinthető energiatakarékos rendszer kialakítására, építészeti tervezésére.

Hőszivattyú

Energiatakarékos megoldás: a hőszivattyú

A hőszivattyú a környezet energiájának hasznosítására szolgáló berendezés, mellyel lehetséges fűteni, hűteni, meleg vizet előállítani.

A berendezés a működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a levegő és a víz által eltárolt napenergiát hasznosítva. A hűtőgép is hasonlóan működik: a szekrény belsejéből szállítja el a hőt, tehát hűti, majd ezt a hőmennyiséget a hátulján levő csőkígyón adja le.

A geotermikus hőszivattyú a föld és a ház belső terei között szállít hőt. A talaj mélyebb rétegeinek hőmérséklete télen-nyáron állandó (pl. 6 méter mélyen átlagosan +12 °C): télen melegebb, nyáron hidegebb, mint a levegő hőmérséklete. A hő szállításához folyamatosan elektromos energiát kell a rendszerbe táplálni. Ez elsősorban attól függ, hogy mekkora hőmérséklet-különbséget kell áthidalni (a hőforrás és a fűtési előremenő hőmérséklet különbsége), általában három és öt közötti érték, tehát egy egység villamos energiával három-öt egység hőenergiát állíthatunk elő. (szemben az elektromos fűtéssel, ahol egy egység villamos energiával egy egység hőenergiát kapunk.) A hőszivattyúk döntő többsége kompressziós elven működik elektromos vagy gázmotor segítségével, de létezik abszorpciós elven működő hőszivattyú, vagy a kettőt kombináló berendezés, ezek legtöbbje még kísérleti stádiumban van, vagy kevéssé elterjedt.

A hőforrásból elvont hőt a berendezés általában a zárt körben keringetett víz fűtőközeg felmelegítésére használja fel. Elsősorban az alacsony hőmérsékletű fűtési módok alkalmasak hőszivattyúval történő felhasználásra, mert akárcsak a napkollektoroknál, annál nagyobb a rendszer hatékonysága, minél kisebb a fűtési előremenő hőmérséklet. Padló-, fal- és mennyezetfűtés jöhet számításba, ahol a nagy hőleadó felület miatt már 35 °C is elegendő (moleva rendszer).

Bivalens rendszer: a hőszivattyú mellé kiegészítő fűtés kell, ami lehet bármilyen kazán, vagy napkollektoros rendszer is. Hűtésnél – nem kell mást tennünk, mint, – egy viszonylag egyszerű kiegészítő szerelvény segítségével – megfordítjuk a fenti körfolyamatot! Az összesűrített, ezért forró gázt a természettel lehűtettjük, és a kiterjedt ezért hideg közeget otthonunk hűtésére használjuk – ilyen a hőszivattyú!

Típusai:

1. A direktgázosító hőszivattyú: egy környezetbarát folyadékkal feltöltött vízszintesen elhelyezett kollektoros rendszer. Amely meghajtó energia nélkül képes a földben rejlő energiákat a hőszivattyús berendezéshez eljuttatni.

2. CO2-szonda, a föld mélyébe fúrt szondák. Amelyek cseppfolyós széndioxiddal vannak feltöltve a lent rejlő hőenergia által gáznemű állapotba kerülnek, amelyek a szonda belső falán feljutva a sürítőhöz magukkal viszik a bennük tárolt hőenergiát. A hőszivattyú sűrítése után ismét cseppfolyós halmazállapotúvá válik, lecsorogva a szonda aljára a folyamat újra indul. A hőszivattyú ez által rendkívül gazdaságosan képes a föld mélyében rejlő hőenergia kinyerésére.

3. Levegő-vizes hőszivattyú: a bennünket körülvevő légtér -150C fok hőmérsékletig rendelkezik annyi energiával, hogy a hőszivattyú ezt gazdaságosan képes kinyerni otthonunk fűtésére.

4. Talajvizes hőszivattyú: mindenképp szükség van 2 db a talajvíz rétegeit használó kútra, amelyek kellő mennyiségű víz mellett biztosítják a hőszivattyún keresztül otthonunk melegét vagy akár a nyári időszakban az energiatakarékos hűtését.

5. Mélyfúrásos hőszivattyú: a mélybe nyúló szondákban egy fagyálló folyadék és víz keverékét keringtetjük, amely a föld mélyében rejlő energiát juttatja el a hőszivattyúhoz, így biztosítva kellő energiát otthonunk fűtéséhez.