Megújuló Energiák Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Az előadások a következő témára: "Megújuló Energiák Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem"— Előadás másolata:

1 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.: WEB:

2 A napkollektoros rendszerek részei
Napkollektorok Napkollektorok tartószerkezetei Szivattyús szerelési egységek Tágulási tartályok Melegvíz-, és puffertárolók Hőcserélők Szabályozók Motoros váltószelepek Légtelenítők Fagyálló folyadék Csővezeték Hőszigetelés

3 Szabályozók A legegyszerűbb rendszer szabályozása

4 Szabályozók Egyszerű rendszer bonyolultabb szabályozása

5 Szabályozók Kétkörös rendszerek szabályozása Két külön szivattyú
Közös szivattyú és váltószelep Két külön szivattyú

6 Szabályozók Összetett rendszerek szabályozása

7 Szabályozók Összetett rendszerek szabályozása

8 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)

9 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

10 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

11 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 NA 25 28 x 1 NA 32 35 x 1 NA 40 42 x 1 Szivattyú: Kolletorfelület m2 Szivattyú (Grundfos) 4 - 8 UPS 25-40 6 - 12 UPS 25-50 UPS 25-60 UPS 25-80 Fagyálló folyadék dinamikai viszkozitása

12 Magas hőmérséklet! Hagyományos szigetelés leolvad!
Csővezeték hőszigetelése Alkalmazható szigetelések Magas hőmérséklet! Hagyományos szigetelés leolvad! A hőszigetelés vesztesége Hőálló szintetikus kaucsuk Kőzet, vagy üveggyapot

13 Váltószelepek Honeywell VC típ. szelep Modulo motoros golyóscsap

14 Légtelenítők

15 Légtelenítők

16 Légtelenítők Csap és automata légtelenítő
Kézi légtelenítő, pl. golyóscsap Csap és automata légtelenítő Légtelenítő vezeték a kazánházba 6x1mm-es rézcsőből

17 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

18 Feltöltés fagyálló folyadékkal

19 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

20 Napkollektoros rendszerek hőtechnikai méretezése
Kollektorokkal hasznosított hőmennyiség Szoláris részarány = Teljes hőszükséglet Kollektorokkal hasznosított hőmennyiség Rendszerhatásfok = Kollektorok felületére érkező napsugárzás Szoláris részarány és rendszerhatásfok összefüggése

21 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.

22 Közelítő méretezés nomogrammal
Szoláris zónák: (évi napsütéses órák száma) I II III (Magyarország) IV V

23 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 = magas igények, V1 = átlagos igények, V1 = alacsony igények, Szállodák, panziók 45°C-os vízből: V1 = 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.

24 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]

25 Használati-melegvíz készítés
Közelítő méretezés családi házakra : Kollektorfelület: ~1m2/ 50 liter vízfogyasztás (45°C-os vízből) Tárolónagyság: liter / kollektor m2 (minimum a napi fogyasztás) Jellemző példa: családi ház, 4 személy 6 m2 napkollektor, 300 literes tároló Éves szoláris részarány 50-70%

26 Használati-melegvíz készítés

27 Használati-melegvíz készítés

28 Használati-melegvíz készítés

29 Használati-melegvíz készítés

30 Használati-melegvíz készítés

31 Használati-melegvíz készítés

32 Használati-melegvíz készítés

33 Használati-melegvíz készítés

34 Medencék fűtése napkollektorral
Lefedés nélküli kollektorral Közelítő méretezés: Kollektorfelület = 0,51· Vízfelület Szelektív kollektorral

35 Medencék fűtése napkollektorral

36 Medencék fűtése napkollektorral

37 Medencék fűtése napkollektorral

38 Medencék fűtése napkollektorral

39 Épületfűtés napenergiával
Közelítő méretezés családi házakra : 1 m2 kollektorfelület – 5m2 fűtött épületfelület Puffernagyság: liter / kollektor m2 Éves szoláris részarány ~10-60%

40 Épületfűtés napenergiával

41 Épületfűtés napenergiával

42 Épületfűtés napenergiával

43 Épületfűtés napenergiával

44 Épületfűtés napenergiával

45 Épületfűtés napenergiával

46 Épületfűtés napenergiával

47 Rétegtöltés

48 Használati-melegvíz készítés napenergiával

49 Használati-melegvíz készítés napenergiával