Megújuló Energiák Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Megújuló Energiák A napenergia aktív hasznosítása napkollektorokkal Varga Pál Naplopó Kft. 1138 Budapest, Jakab József u. 17. Tel.: 237-0433 E-mail: naplopo@naplopo.hu WEB: www.naplopo.hu
A napkollektoros rendszerek részei Napkollektorok Napkollektorok tartószerkezetei Szivattyús szerelési egységek Tágulási tartályok Melegvíz-, és puffertárolók Hőcserélők Szabályozók Motoros váltószelepek Légtelenítők Fagyálló folyadék Csővezeték Hőszigetelés
Szabályozók A legegyszerűbb rendszer szabályozása
Szabályozók Egyszerű rendszer bonyolultabb szabályozása
Szabályozók Kétkörös rendszerek szabályozása Két külön szivattyú Közös szivattyú és váltószelep Két külön szivattyú
Szabályozók Összetett rendszerek szabályozása
Szabályozók Összetett rendszerek szabályozása
Csak vörösréz cső használható! Műanyag, vagy ötrétegű cső nem! Csővezeték rendszer Csővezeték anyaga: Magas hőmérséklet! Csak vörösréz cső használható! Műanyag, vagy ötrétegű cső nem! Tichelmann kapcsolás (azonos csővezeték hossz - azonos áramlási sebesség)
Csővezeték rendszer A hidraulikai méretezés célja: Biztosítani a napkollektor körben a kívánt térfogatáramot Szokásos térfogatáramok: High Flow: ~30 l/m2.h Low Flow: ~15 l/m2.h Feladat: kiszámítani a teljes rendszer ellenállását, kiválasztani a keringető szivattyút Rendszerellenállás összetevői: Kollektorok Csővezeték Légtelenítők Tárolók belső hőcserélői Külső hőcserélők Váltószelepek Szabályozószelepek Visszacsapószelepek Térfogatárammérők Be-, és kiömlések tartályba Szennyfogó szűrők
p = ps + pa = (l / d)·[(.v2) / 2] + ·[(.v2) / 2] [Pa/m] Csővezeték rendszer Csővezeték méretezése Csővezeték ellenállása: egyenes csővezeték + idomok ellenállása p = ps + pa = (l / d)·[(.v2) / 2] + ·[(.v2) / 2] [Pa/m] Egyenes réz csővezeték nyomásvesztesége
Csővezeték rendszer Csővezeték méretezése Szállított közeg: propilénglikol-víz keverék Csővezeték közelítő mérete: Kolletorfelület m2 Névleges csőátmérő Vörösrézcső 4 - 8 NA 15 18 x 1 8 - 20 NA 20 22 x 1 20 - 40 NA 25 28 x 1 40 - 60 NA 32 35 x 1 60 - 100 NA 40 42 x 1 Szivattyú: Kolletorfelület m2 Szivattyú (Grundfos) 4 - 8 UPS 25-40 6 - 12 UPS 25-50 10 - 20 UPS 25-60 20 - 40 UPS 25-80 Fagyálló folyadék dinamikai viszkozitása
Magas hőmérséklet! Hagyományos szigetelés leolvad! Csővezeték hőszigetelése Alkalmazható szigetelések Magas hőmérséklet! Hagyományos szigetelés leolvad! A hőszigetelés vesztesége Hőálló szintetikus kaucsuk Kőzet, vagy üveggyapot
Váltószelepek Honeywell VC típ. szelep Modulo motoros golyóscsap
Légtelenítők
Légtelenítők
Légtelenítők Csap és automata légtelenítő Kézi légtelenítő, pl. golyóscsap Csap és automata légtelenítő Légtelenítő vezeték a kazánházba 6x1mm-es rézcsőből
Dinamikai viszkozitás Fagyálló hőátadó folyadék Csak nem mérgező, anyag használható! Propilénglikol Etilénglikol Víztől eltérő tulajdonságok! Alacsonyabb fajhő, Nagyobb sűrűség. Magasabb viszkozitás. Fagyáspont Fajlagos hőkapacitás Sűrűség Dinamikai viszkozitás
Feltöltés fagyálló folyadékkal
Napkollektoros rendszerek hőtechnikai méretezése Évi sugárzás: ~1430 kWh/m2 Évi hasznosítható sugárzás: ~600 kWh/m2 Déli tájolású, 45°-os dőlésszögű, 1m2 felületre érkező és ebből hasznosítható napsugárzás Éves szoláris részarány: ~58% Éves rendszerhatásfok: ~41% A szoláris részarány és a rendszerhatásfok alakulása
Napkollektoros rendszerek hőtechnikai méretezése Kollektorokkal hasznosított hőmennyiség Szoláris részarány = Teljes hőszükséglet Kollektorokkal hasznosított hőmennyiség Rendszerhatásfok = Kollektorok felületére érkező napsugárzás Szoláris részarány és rendszerhatásfok összefüggése
Napkollektoros rendszerek hőtechnikai méretezése A hagyományos rendszerek méretezésének alapelvei: A hőigényeket viszonylag magas értékkel veszik figyelembe. A méretezéskor a hőigény szempontjából a legkedvezőtlenebb időszakot veszik számításba. Az ellátás biztonsága érdekében különböző biztonsági tényezőket alkalmaznak a méretezés során. A napkollektoros rendszerek méretezésének alapelvei: A reális célként kitőzött szoláris részarány elérése. Minél alacsonyabb fajlagos beruházási költséggel, minél magasabb kollektor négyzetméterenkénti hozam elérése. A kollektoros rendszer túlméretezésének következményei: Gyakran előáll üresjárat, ezáltal megnő a kollektorok magas hőmérsékletű üzemideje, ez meghibásodásokat okozhat és csökkenti a rendszer élettartamát. A napkollektoros rendszer szükségtelenül drága lesz. Alacsony lesz a napkollektorok éves hatásfoka.
Közelítő méretezés nomogrammal Szoláris zónák: (évi napsütéses órák száma) I. 1300-1700 II. 1700-1800 III. 1800-2100 (Magyarország) IV. 2100-2300 V. 2300-2500
Közelítő méretezés számítással Melegvíz készítés Először meg kell állapítani a méretezendő létesítmény átlagos napi melegvízszükségletét. Ez meghatározható számítással, a személyenkénti fogyasztás megbecsülésével, vagy már üzemelő létesítmények esetén a tulajdonos, üzemeltető adatszolgáltatása alapján. A napi vízfogyasztás: V = n.V1 [l/nap] ahol: n: a felhasználó személyek száma, V1: a személyenkénti melegvízfogyasztás [l/nap] Családi házak esetén 45°C-os vízből: V1 = 60-120 magas igények, V1 = 40-60 átlagos igények, V1 = 30-40 alacsony igények, Szállodák, panziók 45°C-os vízből: V1 = 50-100 Vendéglők, konyhák 60°C-os vízből: V1 = 5 liter/adag A napi melegvíz mennyiség elállításához szükséges hőmennyiség: QHMV = 1,1.c..V.(tm - th) [Wh/nap] c=1,16 Wh/kg.K a víz fajhője, =1kg/l a víz sűrűsége, th=10-15°C a hidegvíz hőmérséklete, tm=45-60°C a felhasználáskor figyelembevett melegvíz hőmérséklete. A képletben az 1,1-es szorzó a tárolási és felhasználási veszteségeket veszi figyelembe. Ha a melegvizet cirkuláltatják is, akkor cirkulációs hőveszteség miatt további 10-20%-al meg kell növelni a hőigényt.
Hőtechnikai méretezés Melegvíz készítés A napkollektoros rendszerekkel hasznosítható hőmennyiség: Nyári hónapokban: Qknyár = ~2,8 kWh/m2.nap Téli félévben: Qktél = ~1,1 kWh/m2.nap A hasznosítható sugárzásra megállapított értékeket még módosítani kell a kollektorok elhelyezésétől függően. Magyarországon egész éves használat esetén, az optimális kollektor helyzet 40-43°-os dőlésszög és déli tájolás. Az optimális elhelyezéstől való eltérés miatti teljesítménycsökkenést “k” korrekciós értékkel lehet figyelembe venni. A szükséges napkollektor-felület: Akoll = QHMV / (k . Qknyár) [m2] A szükséges tároló térfogat: Vt V45°C [liter]
Használati-melegvíz készítés Közelítő méretezés családi házakra : Kollektorfelület: ~1m2/ 50 liter vízfogyasztás (45°C-os vízből) Tárolónagyság: 50-80 liter / kollektor m2 (minimum a napi fogyasztás) Jellemző példa: családi ház, 4 személy 6 m2 napkollektor, 300 literes tároló Éves szoláris részarány 50-70%
Használati-melegvíz készítés
Használati-melegvíz készítés
Használati-melegvíz készítés
Használati-melegvíz készítés
Használati-melegvíz készítés
Használati-melegvíz készítés
Használati-melegvíz készítés
Használati-melegvíz készítés
Medencék fűtése napkollektorral Lefedés nélküli kollektorral Közelítő méretezés: Kollektorfelület = 0,51· Vízfelület Szelektív kollektorral
Medencék fűtése napkollektorral
Medencék fűtése napkollektorral
Medencék fűtése napkollektorral
Medencék fűtése napkollektorral
Épületfűtés napenergiával Közelítő méretezés családi házakra : 1 m2 kollektorfelület – 5m2 fűtött épületfelület Puffernagyság: 50-100 liter / kollektor m2 Éves szoláris részarány ~10-60%
Épületfűtés napenergiával
Épületfűtés napenergiával
Épületfűtés napenergiával
Épületfűtés napenergiával
Épületfűtés napenergiával
Épületfűtés napenergiával
Épületfűtés napenergiával
Rétegtöltés
Használati-melegvíz készítés napenergiával
Használati-melegvíz készítés napenergiával