Novi ogrevalni sistemi ogrevanja
Solarni sistemi za pripravo tople
sanitarne vode in podporo ogrevanja
prostorov
Izdelal, zbral in uredil:
Branko VREČAR, dipl. inž. el.
Ljubljana, januar 2012
Kazalo
Povzetek ..................................................................................................................................... 4
Zahvala .................................................................................... Napaka! Zaznamek ni definiran.
Uvod ........................................................................................................................................... 5
Sončna oz. solarna energija ........................................................................................................ 6
Izkoriščanje sončne energije ................................................................................................... 7
Delovanje sistema za sončno ogrevanje................................................................................. 7
Priprava sanitarne tople vode .................................................................................................... 8
Osnovne značilnosti ............................................................................................................ 8
Gradniki sistema za ogrevanje sanitarne vode v gospodinjstvih ........................................ 8
Povprečna poraba energije za pripravo STV za posamezno trošilo .................................... 8
Razdelitev sistemov za ogrevanje ....................................................................................... 9
Oprema sistema za pripravo sanitarne tople vode (STV) ................................................... 9
Legionela ............................................................................................................................... 10
Izbira naprave za pripravo sanitarne tople vode .................................................................. 11
Primerjava priprave sanitarne tople vode s SSE ali s toplotno črpalko ................................ 11
Stroški ogrevanja ...................................................................................................................... 12
Primerjava stroškov ogrevanja STV z elektriko, SSE in TČ .................................................... 12
Gradniki solarnega ogrevalnega sistema ................................................................................. 14
Glavni elementi solarnega sistema ....................................................................................... 14
Iztočni oz. drain-back sistem ................................................................................................ 16
Gradniki solarnega sistema v kurilnici .................................................................................. 17
Sprejemniki sončne energije – sončni kolektorji ..................................................................... 18
Primerjava različnih vrst SSE ................................................................................................. 18
Razlike med klasičnimi ploščatimi kolektorji .................................................................... 18
Razlike med vakumskimi kolektorji ................................................................................... 19
Primer Hite Pipe sončnih kolektorjev s suhim spojem GreenLand ................................... 22
Primer vakumskega kolektorja Apricus ............................................................................ 23
Primer katalognih podatkov za ploskovni (ploščati) sončni kolektor PROSUN TS 201 ........ 26
Solarni regulatorji ..................................................................................................................... 28
Zmogljivosti regulatorja ........................................................................................................ 28
2
Opis in nastavite regulatorja Seltron ................................................................................ 29
Zalogovniki toplote ................................................................................................................... 32
Zakaj je pomemben zalogovnik toplote ............................................................................... 32
Nov napredni sanitarni zalogovnik Optima podjetja Seltron ............................................... 33
Primer ponudbe solarnega seta Prosun ................................................................................... 35
Membranske posode za izenačevanje pritiska (raztezna posoda) .......................................... 36
Dimenzioniranje solarnih sistemov .......................................................................................... 37
Določitev potrebnega števila SSE ......................................................................................... 37
Dimenzioniranje cevnega sistema ........................................................................................ 37
Nastavitev pretoka in delovnih parametrov ........................................................................ 37
Primeri uporabe in priključitev SSE ......................................................................................... 38
Priključitev SSE na solarno toplotno črpalko ........................................................................ 38
Sodobne hidravlične vezave ................................................................................................. 39
Vezave SSE, grelnik sanitarne vode in dogrevanja z el. grelcem ...................................... 39
Vezave SSE za ogrevanje vode bazena .............................................................................. 39
Vezava SSE, GSV in odvzem toplote v primeru pregrevanja SSE ...................................... 40
Vezava SSE na GSV 1 in prenos toplote na GSV 2 ............................................................. 40
Vezava SSE na hranilnik toplote z vgrajenim grelnikom sanitarne vode in izvedbo mešalnega
ogrevalnega kroga ogrevanja ................................................................................................... 43
Motorni pogon za mešalne ventile .......................................................................................... 43
Montaža SSE ............................................................................................................................. 45
Napotki za montažo .............................................................................................................. 46
Statika ............................................................................................................................... 46
Zaščita proti streli ............................................................................................................. 46
Povezave ........................................................................................................................... 46
Nagib kolektorjev .............................................................................................................. 46
Izpiranje in polnjenje......................................................................................................... 46
Nevarnost opeklin s tekočino v kolektorjih ...................................................................... 47
Polnjenje napeljave ........................................................................................................... 47
Kontrola opravljene montaže SSE ..................................................................................... 48
Delo na šolskem poligonu SŠTS ................................................................................................ 49
Zaključek ................................................................................................................................... 52
Viri ............................................................................................................................................ 52
3
Kazalo slik
SLIKA 1: TIPIČNA VEZAVA SSE IN DODATNO OGREVANJE SANITARNE VODE S KOTLOM ................................................................ 7
SLIKA 2: OSNOVNI GRADNIKI SISTEMA ZA OGREVANJE SANITARNE VODE V GOSPODINJSTVIH ........................................................ 8
SLIKA 3: DECENTRALNI SISTEM ZA OGREVANJE SV .............................................................................................................. 9
SLIKA 4: CENTRALNI SISTEM ZA OGREVANJE SV .................................................................................................................. 9
SLIKA 5: TIPIČNA VEZAVA SSE NA GRELNIK SANITARNE VODE Z VSEMI POTREBNIMI ELEMENTI .................................................... 15
SLIKA 6: DETAJL RAVNEGA-PLOŠČATEGA SSE. .................................................................................................................. 18
SLIKA 7: PRIMERJAVA IZKORISTKOV KLASIČNIH IN VAKUMSKIH KOLEKTORJEV. ......................................................................... 21
SLIKA 8: KRIVULJA UČINKOVITOSTI VAKUMSKIH IN PLOŠČATIH KOLEKTORJEV ....................................................................... 21
SLIKA 9: ZGRADBA IZBRANEGA CEVNEGA KOLEKTORJA APRICUS. .......................................................................................... 23
SLIKA 10: PODATKI ZA IZBRAN VAKUMSKI NAPREDNI SONČNI KOLEKTOR. ............................................................................... 24
SLIKA 11: IZGLED MONTIRANEGA DIFERENČNEGA REGULATORJA PODJETJA SELTRON ND3 ........................................................ 28
SLIKA 12: OHIŠJE REGULATORJA IN OŽIČENJE S TEMPERATURNIMI TIPALI ............................................................................... 30
SLIKA 13: TEMPERATURNI TIPALI (TULKI) T2 IN T3 PRED MONTAŽO V GRELNIK SANITARNE VODE. .............................................. 31
SLIKA 14: MESTO TEMPERATURNEGA TIPALA NA SSE T1. .................................................................................................. 31
SLIKA 15: HRANILNIŠKI SISTEMI PODJETJA WEISHAUPT. ..................................................................................................... 32
SLIKA 16: ZALOGOVNIK OPTIMA ................................................................................................................................... 33
SLIKA 17: POPOLNO RAZSLOJEVANJE OGRETE VODE. ......................................................................................................... 33
SLIKA 18: OREBRAN IZMENJEVALEC ZA OGREVANJE SANITARNE VODE. .................................................................................. 34
SLIKA 19: HIDRAVLIČNA SHEMA PRIKLJUČITVE ZALOGOVNIKA TOPLOTE V SISTEM ZA OGREVANJE SANITARNE VODE IN PODPORA
OGREVANJU (TČ, KOTEL NA BIOMASO, SOLARNI SISTEM S SSE, ZALOGOVNIK TOLOTE, MEŠALNI OGREVALNI KROG) .............. 34
SLIKA 20: PONUDBA SOLARNIH SETOV PROSUN ............................................................................................................... 35
SLIKA 21: RAZTEZNE POSODE ZA OGREVALNE, SANITARNE IN SOLARNE NAPRAVE. .................................................................. 36
SLIKA 22: EKSPANZIJSKA POSODA MED OBRATOVANJEM .................................................................................................... 36
SLIKA 23: PRIMER POSTAVITVE SOLARNE TOPLOTNE ČRPALKE.............................................................................................. 38
SLIKA 24: MONTAŽA SSE PO TIPIČNI SHEMI .................................................................................................................... 45
SLIKA 25: POLNJENJE NAPRAVE ..................................................................................................................................... 48
SLIKA 26: POGLED V KURILNICO NA ŠOLSKEM POLIGONU .................................................................................................... 49
SLIKA 27: POGLED NA ZELO UČINKOVIT ZALOGOVNIK TOPLOTE PODJETJA SONNENKRAFT (PRETOČNI GRELNIK SANITARNE VODE). ..... 49
SLIKA 28: MONTAŽA SSE NA STREHI ŠOLSKEGA POLIGONA. ................................................................................................ 50
4
Zahvala
Zahvaljujem se ravnatelju Srednje šole tehniških strok Šiška Zdravku Žalarju, ki je nudil
pomoč in omogočil delo na šolskem poligonu, Marjana Hertišu tehniškem, direktorju
podjetja Seltron, kjer sem vsako leto izobražujem ter dijaku Flere Roku, ki je pomagal pri
sami postavitvi solarnega sistema.
Povzetek
V gradivu sem predstavil in razložil delovanje sprejemnikov sončne energije za pripravo
sanitarne tople vode in tudi kot podporo ogrevanju. Predstavil sem prednosti in slabosti
tovrstnega ogrevanja sanitarne vode. Predstavljene so tehnične lastnosti SSE1 različnih
izbranih proizvajalcev SSE, ki so za investitorja najpomembnejši. Podrobno so opisani
gradniki solarnega sistema z vsemi pomembnimi parametri, ki odločilno vplivajo na izkoristek
celotnega solarnega sistema. Prav tako so podrobno opisane razlike med ploščatimi in
vakumskimi SSE. Predstavljen je solarni diferenčni regulator, ki je nujen gradnik solarnega
sistema. Prav tako je opisan zalogovnik toplote s katerim lahko zajamemo viške sončne
energije in jih kasneje 'uporabimo'. Predstavljene so številne praktične rešitve – hidravlične
vezave, s katerimi si izberemo svoj najbolj primeren solarni sistem ogrevanja. Na koncu sem
opisal tudi nasvete za montažo SSE ter končno kontrolo postavitve solarnega sistema oz. SSE
na streho.
1 SSE – Sprejemniki sončne energije, sončni kolektorji
5
Uvod
Priprava sanitarne tople vode (priprava STV) poteka najpogosteje preko kotla centralnega,
zelo razširjena pa je tudi priprava z električnim grelnikom. Oboje je zelo neekonomično, zato
se v zadnjem času poslužujemo varčnejših načinov. To je uporaba sprejemnika sončne
energije2 (SSE) in toplotne črpalke.
V nalogi sem se orientiral na SSE za ogrevanje sanitarne vode za gospodinjstva. Veliko
navedb pa velja tudi za podobne druge sisteme ogrevanja.
V Sloveniji imamo velik potencial za izrabo sončne energije, predvsem pa je sonce neizčrpen
naraven obnovljiv vir, ki je vsem dostopen. Energija sonca je okolju prijazna in ne povzroča
emisij škodljivih snovi. Z izkoriščanjem solarne energije lahko za ogrevanje sanitarne vode in
dogrevanje prostorov nadomestimo občutni delež porabe fosilnih goriv. Za vgradnjo solarnih
sistemov je zainteresirana tudi država; zato tovrstne investicije spodbuja z nepovratnimi
sredstvi (150€/m2 absorbcijske površine). Dostop do nepovratnih sredstev je dokaj preprost
in zahteva le nekaj dobre volje pri izpolnjevanju formularjev.
(http://www.ekosklad.si/html/razpisi/main.html)
2 SSE – Sprejemniki sončne energije
6
Sončna oz. solarna energija
Sonce je vir energije, ki bi lahko brez težav pokrival vse potrebe
svetovnega prebivalstva po energiji. Ocene izhajajo iz tega, da sonce
samo v eni uri odda na Zemljo toliko energije, kot je celotno svetovno
prebivalstvo potrebuje v vsem letu. Celotni potencial sončnega
sevanja za Slovenijo znaša približno 23 000 TWh, kar je nad 300-krat
več kot znaša raba primarne energije.
Tako je v naših zemljepisnih širinah mogoče z izkoriščanjem sonca pridobiti znatne količine
toplotne energije. V naših krajih sonce v povprečju pet mesecev na leto oddaja malo toplote,
približno tri mesece jo je ravno dovolj, štiri mesece pa jo je na pretek. Podatki o letnem
številu ur sončnega sevanja za različne kraje kažejo, da z izjemo Primorske bistvenih razlik v
trajanju osončenosti ni. V grobem lahko te podatke , pri katerih je že upoštevana oblačnosti
in motnost ozračja, upoštevamo za večji del slovenskega ozemlja. V vsem letu prejme
kvadratni meter vodoravne sprejemne ploskve približno 1100 kWh sončne energije, od tega
spomladi približno 320, poleti 480, jeseni 190 in pozimi 110 kWh. Praktične vrednosti
učinkovitosti SSE oz. letni donos energije SSE pa praktično znašajo med 500 in 750kWh/m2.
Čeprav sončno obsevanje tokom leta ali dneva niha, je s primerno dimenzioniranim in
postavljenim solarnim sistemom praktično v vsakem domu mogoče privarčevati do 70%
stroškov pri porabi letne energije za ogrevanje sanitarne vode ter do 30% pri delnem
ogrevanjem prostorov.
Upoštevati moramo, da obsevanje v naših zemljepisnih širinah znaša okoli 4000 ur na leto.
Od tega teoretičnega časa obsevanja moramo odšteti še oblačne in meglene dneve, tako da
znaša uporabno obsevanje okoli 25% leta (do cca. 1000 ur letno). Kljub temu pa so to še
vedno tako velike energijske zaloge, da lahko nadomestijo vse jedrske elektrarne.
Glavni razlogi za izkoriščanje sonca za ogrevanje sanitarne vode in delnega ogrevanja
prostorov so:
- Sonce kot daleč največji obnovljivi in za človeka neomejen energetski vir predstavlja
potencial, kakršnega nima noben drug energetski vir.
- Naprava (SSE) nam vsako leto povrne od 12% do 15% vloženega denarja in je več kot
konkurenčna vsaki banki v smislu donosa (investicije).
- Kotel je izklopljen pol leta in v tem času ne onesnažuje zraka s škodljivimi plini (npr.
CO2).
- Investicija se povrne v 4 do 6 let.
7
Izkoriščanje sončne energije
1. Pasivna izraba - s solarnimi sistemi za ogrevanje in osvetljevanje prostorov . Pomeni
rabo primernih gradbenih elementov (okna, sončne stene, ipd) za ogrevanje stavb,
osvetljevanje in prezračevanje prostorov.
2. Aktivna izraba - s sončnimi kolektorji za pripravo tople vode in ogrevanje prostorov .
Pomeni rabo sončnih kolektorjev v katerih se segreje voda za pripravo tople vode in
zrak za ogrevanje prostorov.
3. S sončnimi celicami za proizvodnjo električne energije - fotovoltaika. Gre za
pretvorbo sončne energije neposredno v električno energijo preko sončnih celic.
Proces pretvorbe je čist, zanesljiv in potrebuje le svetlobo kot edini vir energije.
Delovanje sistema za sončno ogrevanje
Sprejemnik sončne energije (SSE) ali sončni kolektor na strehi sprejema sončno energijo. Pod
steklom se nahaja črna ploskev – absorber, v kateri se sončni žarki pretvorijo v toploto.
Tekočina v absorberju se segreje in črpalka jo požene v hranilnik tople vode – bojler, kjer
odda toploto in se ohlajena vrača v SSE, kjer se ponovno ogreva, vse dokler sije sonce.
Hranilnik hrani toplo vodo za daljši čas, tudi za več dni. V zimskih mesecih sončne toplote ni
dovolj in delno ogreta voda se dogreje v kotlu centralnega ogrevanja (npr. kotel na pelete).
Slika 1: Tipična vezava SSE in dodatno ogrevanje sanitarne vode s kotlom
8
Priprava sanitarne tople vode
Osnovne značilnosti
Sistemi za pripravo sanitarne tople vode (STV) se uporabljajo za ogrevanje vode in se zaradi
svoje podobnosti v tehničnem smislu zelo pogosto obravnavajo skupaj s sistemi za
ogrevanje, pogosto pa uporabljajo tudi isti toplotni vir. Pogosto med njihove sestavne dele
štejemo ustrezen vir toplote, vode do trošil (pip ipd.), pogosto pa še povratni ali obtočni vod
ter varnostne in regulacijske elemente.
Priporočljive temperature, do katerih je potrebno ogreti vodo:
Kopanje: 35 – 45C
Za kuhinjske potrebe: 55 - 60C
Gradniki sistema za ogrevanje sanitarne vode v gospodinjstvih
Slika 2: Osnovni gradniki sistema za ogrevanje sanitarne vode v gospodinjstvih
Povprečna poraba energije za pripravo STV za posamezno trošilo
Tabela 1: Povprečna poraba energije za pripravo STV za posamezno trošilo
Trošilo Povprečna poraba energije [kWh]
Kad volumna 140l 5,82
Kad volumna 160l 6,51
Velika kad (1800x750mm) 8,72
Kabina za prhanje z varčno šobo 1,63
Kabina za prhanje z običajno šobo 3,66
Bide 0,81
Umivalnik (630x560mm) 0,7
Majhen umivalnik 0,35
Pomivalno korito 1,16
9
Razdelitev sistemov za ogrevanje
Sisteme za ogrevanje sanitarne vode delimo:
Glede na namestitev trošila (decentralni - posamezni in skupni, ter centralni)
Po načinu ogrevanja (pretočni in hranilniški)
Po izvedbi prenosnika toplote (neposredno ogrevan – pretočni način, posredno
ogrevan)
Po energentu (tekoča goriva, plinasta goriva, trda goriva, elektrika; ter na drugi strani
na odpadno toploto, sončno energijo, s toplotno črpalko, toplarniški sistemi)
Slika 3: Decentralni sistem za ogrevanje SV Slika 4: Centralni sistem za ogrevanje SV
Oprema sistema za pripravo sanitarne tople vode (STV)
Viri toplote in hranilniki STV
Viri toplote so deli sistema za pripravo STV, v katerih poteka pretvorba prikladnega
primarnega vira energije v toploto, ki se potem posredno ali neposredno (odvisno od izvedbe
sistema) prenaša vodi. V večini primerov so po svoji izvedbi enaki virom toplote za sistema za
ogrevanja, včasih pa so izvedeni tudi kot samostojni sistemi.
Kot vir toplote za pripravo STV v stanovanjih in hišah se najpogosteje uporabljajo:
Majhni pretočni grelniki (hitri grelniki)
Veliki pretočni ali obtočni el. ali plinski grelniki
Akumulacijski grelniki s hranilnikom v različnih izvedbah glede na energente
Kombinirani kotli za sisteme ogrevanja in pripravo STV (plinski, oljni, na trda goriva,
električni itd.)
Solarni sistemi
Toplotne črpalke za pripravo STV
Toplotne podpostaje, kadar je stavba priključena na toplovodni sistem)
Hranilniki toplote vode so del akumulacijskih sistemov za pripravo STV in se uporabljajo
za shranjevanje ogrete vode, da bi bila možna njena uporaba vsak čas. Najpogosteje so
izvedeni kot akumulacijski grelniki oziroma se v enemu delu voda lahko istočasno ogreva,
ker imajo vgrajen neposredni prenosnik toplote (npr. plinski, električni, toplovodni)
10
Legionela
Pojav legionele v sanitarnih instalacijah je zelo moteč in zdravju nevaren dejavnik. Največkrat
se to dogaja v javnih objektih. Ker je ogrevanje sanitarne vode s pomočjo TČ nizkoenergijsko,
lahko ob prenizki nastavitvi vode v grelniku sanitarne vode, pridelamo tudi tovrstni problem.
Seveda nam elektronika oz. regulatorji dandanes enostavno ponujajo možnost, da z
enkratnim tedenskim dvigom temperature nad mejo rizika, bakterije Legionele uničimo.(nad
Do okužbe ne more priti s pitjem temveč z vdihavanjem drobnih kapljic okužene sladke vode,
v morski vodi pa se legionela ne more razviti.
Posledica je lahko atipična pljučnica – Legionarska bolezen, ki se pojavi skupaj s povišano
telesno temperaturo in Pontiac mrzlica, ji je bolj blaga oblika te bolezni. Vodo lahko termično
obdelamo tako, da se bakterije Legionele sploh ne morejo razviti.
Tabela 2: Stanje paličaste bakterije Legionele med spreminjanjem temperature vode.
Temperatura Stanje Legionele
70 -80C Področje dezinfekcije
66C Legionela uničena v 2 minutah
60C Legionela uničena v 32 minutah
55C Legionela uničena v 5 – 6 urah
50 - 55C Legionela preživi, vendar se ne razmnožuje
20 - 55C Razmnoževalno področje Legionele
35 - 46C Idealni pogoji razmnoževanja Legionele
pod 20C Legionela živi, vendar je neaktivna
Ko se kolonije enkrat razvijejo v večjem številu so bolj nevarne. Okužimo se z vdihavanjem.
Preko drobnih kapljic v zraku - aerosolov bakterija pride v pljuča, kjer pride do infekcije.
Bolezenski znaki legionarske bolezeni so še najbolj podobni pljučnici, zato se ju pogosto tudi
zamenjuje.
Ogrevanje sanitarne vode s TČ je nizkoenergijsko in zato stežka dosegamo temperature višje
od 55C.
Zato je prav, da ima sistem za ogrevanje sanitarne vode dodatni izmenjevalnik toplote na
katerega priključimo dodatni toplotni vir (ali kotel ali sprejemnike sončne energije ali vsaj el.
grelec npr. 6kW) s čimer zagotovimo enkrat tedensko temperaturo v bojlerju 70C in s tem
dezinfekcijo vode.
11
Izbira naprave za pripravo sanitarne tople vode
Priprava sanitarne tople vode (STV) poteka najpogosteje preko kotla centralnega ogrevanja, zelo razširjena pa je tudi priprava z električnim grelnikom. Oboje je zelo neekonomično, zato se v zadnjem času poslužujemo varčnejših načinov. To je uporaba sprejemnika sončne energije (SSE) in (ali) toplotne črpalke.
Primerjava priprave sanitarne tople vode s SSE ali s toplotno črpalko
Prednosti SSE:
- Sončna energija za pripravo je praktično brezplačna.
- Naprava SSE je sorazmerno enostavna in ima dolgo življensko dobo najmanj 20let.
- Naložba se povrne v cca. 4 do 6 letih. - Višja so nepovratna finančna sredstva - So ekološko neoporečeni obnovljiv vir
energije - Imajo višji prihranek na dolgi rok
Prednosti TČ: - Neodvisna od vremenskih razmer. - Nizka investicija. - Cenejša montaža. - Ni potrebna povezava od SSE do
kotlovnice. - Enostavno obratovanje in vzdrževanje. - Pri ločenem uparjalniku poleg ogrevanja
vode lahko tudi hladi shrambo živil. - Zelo ekonomična priprava STV. - Možnost napajanja z elektriko samo v
času manjše tarife MT - Varčna priprava STV skozi celo leto. - Krajša vračilna in amortizacijska doba
investicije. - Sorazmerno dolga življenska doba.
Slabosti SSE: - Višja naložba. - Sončna energija ni vedno na razpolago. - Občutljivost na točo in hude vremenske
nevihte. - Zahtevnost SSE na usmerjenost na jug
ter na optimalni naklonski kot. - Dražja montaža. - Daljša vračilna in amortizacijska doba kot
pri TČ.
Slabosti TČ: - Za obratovanje rabi elektriko. - Slabše TČ so lahko hrupne. - V isti kotlovnici s kotlom je nezaželeno
hlajenje prostora. - Manjša nepovratna finančna sredstva iz
strani države.
12
Stroški ogrevanja
Tabela 3: Cena 1kWh na dan 1.12.2011 z uporabo različnih energentov.
energent cena evro/1kWh učinkovitost, gorljivost
elektrika 0,15
KO, plin 0,093 1l=10kWh
drva bukova 0,026 1kg=4kWh
peleti 0,043 1kg=5kWh
TČ 0,034 COP=3.5
Računamo, da znaša povprečna raba okoli 20% energije za ogrevanje. V času izven kurilne
sezone z neekonomičnim ogrevalnim sistemom, npr. z zastarelim kotlom na kurilno olje,
izkoristek zaradi visokih toplotnih izgub in majhne obremenitve lahko pade celo pod 50%. K
temu lahko prištejemo še obtočne izgube, ki nastanejo v vsakem primeru, če jih ne
rešujemo. Štiričlanska družina porabi za pripravo STV cca. 4000 kWh/a (na leto) energije oz.
okoli 50l vode segrete na 60C na osebo. Tolikšno količino je možno pripraviti na varčen ali
na neekonomičen način.
Za sistem s SSE za štiričlansko družino zadostuje 6m2 (3-je SSE) ploščatih SSE in hranilnik
toplote 300l z investicijo okoli 2500€ (upoštevana subvencija). S tem pokrijemo cca. 75%
potreb po topli vodi oz. letno pridobimo približno 3000kWh toplote (500 kWh/m2).
Koliko energije potrebujemo za ogrevanje vode izračunamo po znani enačbi ta toplotno delo:
c – specifična toplota snovi [J/kg K], za vodo znaša 4190 [J/kg K]
m – masa [kg]
T – sprememba temperature
Primerjava stroškov ogrevanja STV z elektriko, SSE in TČ
Primer:
Koliko energije potrebujemo, če želimo ogreti 300l (zadošča za 4-6 ljudi ob zmerni uporabi
tople vode) v bojlerju iz 15C na 60C in koliko to stane dnevno, mesečno in letno, če
ogrevamo vodo z el. grelcem. Koliko prihranimo če segrevamo vodo s SSE?
m=300kg, T=45C=45K, T-tarifa =0,15€/kWh
Potrebna energija znaša: Wt=45K 4190 J/kg K 300kg=56565000 Ws=15712,5 Wh=15,7 kWh
Letno: 15.7 365 =5730 kWh.
13
Stroški, če ogrevamo vodo z električnim grelcem
Strošek na dan če ogrevamo vodo z el. grelcem je
SD=terifa Wt=0,15€/kWh 15,7 kWh = 2,35 €/dan
Strošek grelca na mesec je: SM= SD 30dni = 70,5 €/mesec
Strošek grelca na leto je= SL= SM 12 mesecev = 846 €/letno , zelo potratno
Strošek ogrevanja STV s SSE:
Na streho montiramo 3SSE. Če predpostavimo, da znaša povprečni letni donos energije za
kvaliteten kolektor 700kWh/m2 znaša skupna toplotna energija pridobljena s tremi SSE (za
1SSE vzamemo cca. 2m2, torej tipične dimenzije 1mx2m):
Wt=3 700kWh/m2 2m2= 4200kWh pridobljene toplotne energije na leto.
Potrebujemo samo jo še dodatnih (5730 kWh - 4200kWh) , 1530 kWh. Če razliko kWh dogrevamo s kurilnim oljem (kar je sicer potratno) dobimo:
S=T Wt=0,09 €/kWh 1530kWh= 137€; Prihranek glede na ogrevanje z el. grelcem torej znaša: 846 € - 137€ = 709€ letno Investicija bi bila povrnjena v cca 3,5 let (če ostalo potrebno toploto pridobimo s KO3) kar je ugodno. Če razliko toplote pridobimo z el. grelcem:
S=T Wt=0,15 €/kWh 1530kWh= 229€; prihranek= 617€, Potem se investicija povrne v cca. 2500€/617€= 4 letih, kar je še vedno dobra naložba.
Stroški ogrevanja sanitarne vode s toplotno črpalko (TČ):
TČ ima podatke: Priključna moč PP=600W, grelna moč PG pa znaša 1850W, voda se segreje iz
10C na 50 v času 7.5 h (ob temperaturi okolice 15C).
WtTČ = PP t = 600W 7.5h = 0.6kWh 7.5h = 4.5kWh
Strošek na dan če ogrevamo vodo s TČ je SDTČ=T WtTČ = 0,12€/kWh 4.5kWh=0,54 €/dan
Strošek TČ na mesec je: SMTČ= SDTČ 30dni = 16,2 €/mesec
Strošek TČ na leto je= SL= SM 12 mesecev = 194,4 €/letno
Prihranek na leto torej znaša: 648 € - 194 € = 652€
Prihranki so še večji, če upoštevamo še en varčevalen ukrep in TČ napajamo z električno
energijo le pri manjši tarifi (MT, od 22.00 do 6.00 ure).MT je 49,6% cenejša od višje dnevne
tarife (VT).
Cena TČ za ogrevanje sanitarne vode znaša cca. 2000€. Subvencija Eko sklada za leto 2011
znaša 250€. Investicija se torej povrne v 1750/652 = 2,7 let, kar je izredno kratek čas.
Sklep:
Pri trenutnih cenah elektrike, je najbolj ekonomična izbira TČ za ogrevanje sanitarne vode. A
električna energija se draži in prav kmalu bo tudi ta trenutna prednost v ceni na strani SSE.
3 KO – Kurilno olje
14
Gradniki solarnega ogrevalnega sistema
Glavni elementi solarnega sistema
- Sončni kolektor (vakumski ali ploščati) - Hranilnik tople vode - Obtočna črpalka - Regulator - Ekspanzijska posoda (zaprt sistem) ali iztočna posoda (odprt sistem)
Hramba energije poteka v centralnem hranilniku, na katerega so vezani proizvajalci toplote (solarni sistem, konvencionalni toplotni viri) in potrošniki (sanitarna voda, ogrevanje prostorov). Hranilnik hkrati tvori tudi hidravlično kretnico v sistemu. Lahko ločimo tri naraščajoče temperaturne nivoje (ogrevanje prostorov, sanitarna voda, in voda za ogrevanje sanitarne vode),
15
ki naj bi bili v hranilniku toplote kolikor je le mogoče ločeni med seboj. Ogrevanje sanitarne vode zahteva najvišji temperaturni nivo v nizkotemperaturnih ogrevalnih sistemih.
Slika 5: Tipična vezava SSE na grelnik sanitarne vode z vsemi potrebnimi elementi
Iztok za vročo sanitarno vodo - preko toplotnega izmenjevalca ali neposredno iz hranilnika tople vode - mora biti vedno na vrhu, da je zagotovljena vroča voda. Dovod hladne vode pa je vedno v najnižji točki hranilnika, kjer se nahaja najbolj hladna voda. Med tema dvema točkama leži temperaturni razpon vode za različne namene ogrevanja. Priključitev konvencionalnega kotla mora biti izvedena na takšen način, da je vtok vroče vode v območju priprave sanitarne vode in je ogrevanje sanitarne vode prednostna naloga. Vtoki ostalih toplotnih porabnikov morajo biti tako izvedeni, da ni nevarnosti za shladitev vročega pasu za oskrbo s sanitarno vodo v zalogovniku. Prav tako mora biti iztok ogrevalnega kotla vedno nad temperaturnim pasom mrzle vode. Ta pas je namenjen samo solarnim kolektorjem in omogoča, da dovedemo v kolektorje čim bolj hladno vodo, saj s tem dosežemo večji izkoristek sončne energije. Priključitev različnih kotlov na konvencionalne energetske vire ne zahteva večje spremembe na hranilniku energije. Ker so vsi kotli vezani preko hranilnika toplote, moramo prilagoditi samo položaj tipala za zahtevo in geometrično višino iztoka v odvisnosti od vrste kotla in kuriva. Bistveno je, da ne dajemo prednosti posameznim sklopom sistema, ampak da se vedno osredotočimo na učinkovitost celotnega sistema (najmanjša možna poraba ogrevalne energije).
16
Iztočni oz. drain-back sistem
Pri odprtem sistemu se voda po izklopu obtočne črpalke izteče v iztočno posodo, tako da so cevi prazne. To je dobro zaradi pregretja in zmrzali vode v obtočnih ceveh.
Slika prikazuje odprt/iztočni oz. drain-back sistem, pretoka vode Pri zaprtem sistemu je namesto iztočne posode, ekspanzijska ali raztezna. V njej je meh ta se raztegne glede na pritisk ki ga povzroči vroča voda, za zmrzal pa natočimo glikol (»antifriz«) v obtočne cevi.
17
Gradniki solarnega sistema v kurilnici
Analogni termometri povratnega
in dvižnega voda
Hranilnik tople vode z vgrajeno toplotno črpalko
Regulator SELTRON Ventil pretoka
El.mešalni ventil obtočna črpalka GRUNDFOS SOLAR
18
Sprejemniki sončne energije – sončni kolektorji
Sončni kolektor Sončni kolektorji so naprave za zbiranje sončne energije (sončnega sevanja). Sončni kolektorji
prenašajo prejeto energijo na prenosni medij, običajno je to voda ali mešanica vode in sredstva proti
zmrzovanju. S cevno povezavo so sončni kolektorji povezani na sprejemnik oziroma hranilnik toplote.
Sončne kolektorje najpogosteje uporabljamo za segrevanje sanitarne vode. Kadar je zbiralnik toplote
na nižjem mestu kot so sončni kolektorji je potrebna prisilna cirkulacija s obtočno črpalko. Za
krmiljenje obtočne črpalke se uporabljajo diferenčni termostati in regulatorji.
Primerjava različnih vrst SSE
Razlike med klasičnimi ploščatimi kolektorji
Nezastekljeni kolektorji
V večini primerov se uporabljajo le za poletno ogrevanje bazenov.
Ploščati sončni kolektorji s absorberjem prebarvanim s črno barvo
Ti kolektorji spadajo po tehnologiji izdelave v starejšo generacijo in so v primerjavi s
sodobnimi manj učinkoviti.
Ploščati sončni kolektorji s absorberjem prekritim s selektivnim nanosom
To so olpščati kolektorji nove generacije in so trenutno po učinkovitosti i izkoristkih solarne
energije v samem vrhu. Omogočajo do 95% absorbcijo toplote, ob enem pa tak sistem daje
dobre izkoristke sončne energije tudi v manj ugodnih razmerah. Razlike v kakovosti med
posameznimi proizvodi se kažejo v zatesnitvi in izoliranosti kolektroja.
Slika 6: Detajl ravnega-ploščatega SSE.
19
Razlike med vakumskimi kolektorji
Vakumski kolektorji – sistem cev v cevi
Cevni vakumski kolektor 'cev v cevi' je zgrajen na osnovi dveh koncentrično nameščenih
steklenih cevi, ki sta ena v drugi. V prostoru med njima je vakum. Zunanja površina notranje
cevi je prekrita s toplotno absorbcijsko snovjo in vsebuje grelno tekočino. Tekočina za prenos
toplote se na ta način segreva razmeroma ekonomično, vakum pa zagotavlja majhne
toplotne izgube. Glavne slabosti takega sistema so, da kolektor ne zdrži bistvenega nadtlaka,
zato običajno ne more delovati v sistemu zaprte zanke. Zbrana sončna toplota mora potovati
tudi skozi steno notranje steklene cevi, zaradi slabe prevodnosti je izkoristek slabši kot pri
kolektorjih z enoslojnimi cevmi. V pogojih visoke vsebnosti kalcija in drugih mineralov v
vodovodnem omrežju se na steklenih ceveh nabirajo usedline, ki postopoma zmanjšujejo
učinkovitost kolektorja.
Vakumski kolektorji – sistem 'U –cevi'
Za obsorbcijo sončne energije ta princip še vedno uporablja dvojne steklene cevi z mnogimi
slabostmi te zasnove. Namesto grelne tekočine neposredno v notranji stekleni cevi ima ta
vrsta kolektorjev bakreno cev v obliki črke U, napolnjeno z grelno tekočino. Kovinjska folija,
ki je v toplotnem stiku s površino notranje steklene in hkrati z bakreno U-cevjo, med njima
prenaša toploto. Prednost tega vakumskega kolektorja je v tem, da je v slabših pogojih bolj
učinkovit od klasičnih kolektorjev in da lahko deluje v sistemu zaprte zanke. Slabost je v tem,
da se zaradi majhnega notranjega premera U-cevi, v njih nabirajo usedline. Kovinska folija je
le v dotiku z notranjo steno steklene cevi. Tak koncept prenosa toplote iz steklenih cevi na U
cev preko kovinske folije je najšibkejši člen tega tipa vakumskih kolektorjev.
Vakumski kolektorji nove generacije – sistem 'heat-pipe'
Narejeni so kot dolga termos steklenica z dvojno stekleno steno. Zunanja stena je prozorna, notranja pa črna, vmes pa brezzračen prostor, ki je idealen toplotni izolator. V notranji cevi je kovinski absorber z bakreno cevko. V toplotni cevi cirkulira poseben nosilni medij toplote, ki zmore prehode iz tekočega v plinasto stanje in obratno že pri zelo nizkih temperaturah. Tekočina v cevki se ob segrevanju upari. Para se dvigne in preko kovinskega stika odda toploto na cev, ki vodi vročo vodo v hranilnik. Toplotna cev je torej zaključena s kondenzatorjem, ki prek toplotnega izmenjevalnika oddaja toploto solarnemu mediju in pri tem kondenzira. Para v cevki, ki kondenzira steče na dno cevke. Postopek se ponavlja, dokler sije sonce.
20
Prednosti
- delujejo že ob svetlejših oblakih in ob hudem mrazu - na okrogel absorber padajo sončni žarki dalj časa pravokotno - praznitev ob izklopu črpalke v iztočnem sistemu je zelo hitra
- Enaka površina da letno ca 30 % več energije, ob slabih pogojih tudi nekajkrat več.
Sončna energija, ki
jo vsrka zbiralnik
Prenos toplote prek kondenzatorja
Voda zavre pri okrog
30oC, se upari in
dvigne do
izmenjevalnika, tam se
ohladi in spet spusti
na dno (kondenzaciji) Vročina, ki jo absorbira
toplotna cev
21
Slika 7: Primerjava izkoristkov klasičnih in vakumskih kolektorjev.
Slika prikazuje primerjavo vakumskih in ploščatih sončnih kolektorjev glede na povprečno
segreto temperaturo v določenem mesecu. Iz grafa je razvidno da je vakumski kolektor
primernejši za prehodna obdobja ko je obsevanost z soncem na zemljo manjša. Medtem ko v
poletnih obdobjih ko je sonca na pretek ni bistvene razlike.
Slika 8: Krivulja učinkovitosti vakumskih in ploščatih kolektorjev
Slika prikazuje primerjavo izkoristka vakumskih in ploščatih sončnih kolektorjev. Iz katere je
razvidno da ima Apricus vakumski kolektor, katerega imamo tudi mi na strehi, večji izkoristek
pri nižjih temperaturah ozračja in obsevanja kot ploščati.
22
Primer Hite Pipe sončnih kolektorjev s suhim spojem GreenLand
Najpomembnejši sestavni del za vsak vakuumski sončni kolektor je njegova steklena vakuumska cev. V njej je pet osnovnih gradnikov, katerih naloga je absorbiranje sončnega sevanja in pretvarjanje le-tega v toploto. Prirobnica na vrhu vakuumske cevi kolektorja je privarjena neposredno na steklo, brez tesnil, ki so najpogostejši vzrok izgube vakuuma. Kondenzator Heat Pipe se zaključuje s kondenzatorjem, ki obenem služi kot suhi toplotni spoj s toplotnim zbiralnikom.
Heat Pipe (Toplotna Cev) Heat Pipe je kovinska cev, napeljana po vsej dolžini absorberja. To je toplotno visoko prevoden element s specifično toplotno prevodnostjo, 4.000-8.000 krat višjo od srebra, toplotno najbolj prevodne kovine. Prenos toplote iz absorberja skozi Heat Pipe in nadalje do ogrevane tekočine v toplotnem zbiralniku, nameščenem na vrhu kolektorja, zagotavlja poseben medij, ki zmore prehode iz tekočega v plinasto stanje in obratno že pri zelo nizkih temperaturah. Absorber Izdelan je iz visoko čistega aluminija. Namenjen je zbiranju in prenosu sončne toplote. Odlična toplotna prevodnost in nizka toplotna vztrajnost sta tisti lastnosti, ki bistveno pripomoreta k visoki učinkovitosti v vseh delovnih pogojih. Površina absorberja, obrnjena proti soncu, je obdelana s posebno prevleko z visokim absorbcijskim in nizkim sevalnim količnikom. Steklena cev Izdelana je iz 2,5 mm debelega borosilikatnega stekla, ki ima visoko odpornost proti udareem. Brez poškodbe zdrži udarce toče premera do 3,5 cm, celo če ta pada pravokotno na stekleno cev. Nizka vsebnost železa zagotavlja odlično prosojnost za sončno svetlobo. Steklena cev vzdržuje vakumirano okolje absorberja in ga trajno varuje pred vremenskimi vplivi. Visoki vakuum
Steklena cev Greenland Systems® je izpraznjena do stopnje vakuuma 1
tisočine Pa, kar skoraj popolnoma prepreči izgube toplote zaradi
konvekcije. Tako imenovani odjemniki iz barijeve snovi v notranjosti
vakuumske cevi zagotavljajo dolgotrajno stabilnost visokega nivoja
vakuuma.
23
Primer vakumskega kolektorja Apricus
Apricus vakumski kolektor uporablja vakuumske cevi iz dvojne steklene stene, katere
notranjost je premazana z absorberjem sončne svetlobe. Vsaka cev je opremljena z
kovinskim pločevinastim prenosnikom toplote, ki služi dvema namenoma:
1. da pomaga prenašati toploto s steklene cevi
2. da omogoča prenašati bakreni grelni cevki toploto, s tem da je trdno v stiku z notranjo
steno steklene vakuumske cevi.
Tudi bakrene grelne cevke so vakumirane in vsebujejo majhno količino destilirane vode, ki
zaradi vakuuma pri nizkih temperaturah, manjših od 30 stopinj, zavre in se upari. Odlične
rezultate pri prenosu toplote omogočajo bakrene grelne cevke, ki prenašajo toplotno
energijo iz notranjosti steklene vakuumske cevi na glavo kolektorja.
Glava kolektorja ima dve 18 mm bakrene cevi, ki imata med sabo bakrene tulce, trdno
spajkane med njima. Ti dve 18 mm cevi sta oblikovani tako, da se v čim večji meri dotikata
teh tulcev, da bi se povečala kontaktna površina prenosnika toplote. Poleg tega vijugasta
oblika cevi v glavi kolektorja povzroča turbulentni tok vode in tudi s tem prispeva prenos
toplote. Bakrene grelne cevke se vstavijo v tulce glave, ki so zožane na koncu, da omogočajo
trden kontakt in najboljši mogoči prenos toplote. Sama glava kolektorja in cevi v njej so
izolirane s stisnjeno (cca. 70kg/m3) stekleno volno in zaprte s 0,8 mm aluminijasto zunanjo
škatlo.
Slika 9: Zgradba izbranega cevnega kolektorja Apricus.
24
Slika 10: Podatki za izbran vakumski napredni sončni kolektor.
Velikost kolektorja 45 cevi
Celotna dolžina (mm)1 1980
Celotna širina (mm) 3196
Višina pravokotno nad streho (mm) 156
Absorpcijska površina (m2) 3,2
Površina celotnega premera cevi – odprta povšina4 3,88
Skupna površina (m2) 6,52
Masa praznega kolektorja (kg) 144
25
26
Primer katalognih podatkov za ploskovni (ploščati) sončni kolektor
PROSUN TS 201
27
28
Solarni regulatorji
Ena izmed pomembnejših komponent solarnega sistema je učinkovita regulacija. Naloga
regulatorjev sončnega ogrevanja je, da sončno energijo, ki jo sprejmejo SSE izkoristi na
najbolj gospodaren način, po potrebi vključuje dodatne vire gretja, odreja prioriteto
akumulacije in preprečuje pregrevanje vode.
Ločimo regulatorje celotnega ogrevalnega sistema (zvezno vremensko vodeni regulatorji), ki
nadzirajo celoten sitem ogrevanja kurilnice z vsemi gradniki toplotnega sistema ter
diferenčne regulatorje, katerih vloga je vklapljanje črpalk in grelnih virov ob danih pogojih
delovanja toplotnega sistema (tipičen primer so solarni regulatorji v sklopu solarnega
sistema).
Sodobni regulatorji uravnavajo delovanje števila vrtljajev črpalke, kar pomeni da je hitrost
potovanja medija skozi SSE nadzirana. Manjše kot je osončenje, dalj časa potuje medij skozi
SSE in obratno.
Elektronika torej vseskozi 'bedi' nad temperaturami vode, vode v zalogovniku , kolektorjev,
ter zagonom obtočne črpalke. Skrbi tudi za pregretje in zmrzal kolektorjev.
V nadaljevanju je opisan regulator podjetja Seltron.
Slika 11: Izgled montiranega diferenčnega regulatorja podjetja Seltron ND3
Zmogljivosti regulatorja
- enostavna nastavitev z izbiro hidravlične sheme - digitalna nastavitev želenih temperatur in parametrov delovanja - hitra nastavitev želene temperature - modulacija delovanja obtočne črpalke ( pri ND3+) - periodični zagon črpalk in preklopnih ventilov v neaktivnem obdobju - zaščita kolektorjev in grelnika sanitarne vode pred pregrevanjem - zaščita kolektorjev pred zmrzovanjem - možnost priklopa 5-ih tipal vrste PT1000 ali KTY10 - 5 izhodov, 4 relejski 1 digitalni(optosklopnik)
29
Opis in nastavite regulatorja Seltron
Spodaj vidimo kratek opis zunanjosti in funkcijskih tipk iz proizvajalčevega navodila.
30
Slika 12: Ohišje regulatorja in ožičenje s temperaturnimi tipali
Slika nam prikazuje spodnje ohišje v katerega vstavimo regulator, ter električne sponke in prevezave.
31
Na regulator so spojene 3 sonde oz. tipala, vrste PT1000, T1,T2 in T3. Dve sta nameščeni v zalogovnik, T2 spodaj in T3 zgoraj ter T1 fizično na kolektor izstopne vode.
Slika 13: Temperaturni tipali (tulki) T2 in T3 pred montažo v grelnik sanitarne vode.
Slika 14: Mesto temperaturnega tipala na SSE T1.
32
Zalogovniki toplote
Zakaj je pomemben zalogovnik toplote
V sodobnih ogrevalnih sistemih se vedno več uporabljajo hranilniki toplote. Osnovna funkcija
hranilnika je shranjevanje presežne energije, ki jo proizvede kotel (največkrat na biomaso) ali
drugi generatorji energije (SSE, TČ).
Varčno delovanje ogrevalnega sistema temelji na tem, da kotli in drugi generatorji toplote
čim dlje časa delujejo pri nazivni obremenitvi, kjer dosegajo najboljši izkoristek delovanja in
najdaljšo življensko dobo. Da lahko dosežemo tak način delovanja potrebujemo torej
zalogovnik toplote, ki prevzema presežek toplote ko toplotni vir obratuje in pomeni rezervni
vir toplote ko toplotni vir več ne obratuje. Tako se presežna energija odvaja v hranilnik
toplote in jo tam shranimo do trenutka, ko jo potrebujemo za ogrevanje prostorov ali
sanitarne vode.
Za solarne sisteme, ki so namenjeni pripravi STV, se običajno uporabljata dva vgrajena
prenosnika toplote t.i. bivalentni hranilnik.
Slika 15: Hranilniški sistemi podjetja Weishaupt.
Prva slika predstavlja bivalentni (dvojni) ogrevalnik vode. Vstopna temperatura solarnega
kroga na dnu je lahko nizka, kar povečuje izkoristek delovanja SSE.
Na drugi sliki je prikazan hranilnik energije ki deluje s solarnim sistemom za podporo
ogrevanju in pripravo STV. Na hranilnik lahko priključimo več drugih virov toplote (kotel na
drva, itd.).
33
Nov napredni sanitarni zalogovnik Optima podjetja Seltron
Zalogovnik toplote ima dva izmenjevalnikoma in pretočnim grelnikom sanitarne vode
Prikazan napredni hranilnik toplote služi za shranjevanje presežne energije pridobljene s
pomočjo različnih toplotnih virov.
Slika 16: Zalogovnik Optima
Potrošna sanitarna voda se sproti ogreva v posebnem orebrenem izmenjevalniku toplote iz
nerjarvečega jekla.
Slika 17: Popolno razslojevanje ogrete vode.
Nov univerzalni hranilnik je zasnovan tako, da omogoča popolno razslojevanje ogrete vode,
kadar nimamo na razpolago dovolj energije, npr. pri solarnih kolektorjih, da bi segreli celoten
hranilnik na želeno temperaturo. V tem primeru najprej segrevamo do želene temperature v
zgornji coni hranilnika nato vso razpoložljivo energijo dovajamo v spodnjo cono hranilnika in
služi za pomoč pri ogrevanju prostorov. Tako dobimo v vrhnjem delu vedno ogreto vodo do
želene temperature za ogrevanje sanitarne vode, v spodnjem pa se hrani vsa ostala
razpoložljiva toplota.
34
Slika 18: Orebran izmenjevalec za ogrevanje sanitarne vode.
V hranilniku je vgrajen poseben valovit izmenjevalec toplote iz nerjavečega jekla, ki je
nameščen v osrednjem delu hranilnika in služi sprotnemu segrevanju potrošne sanitarne
vode. Obseg in površina izmenjevalca sta optimalno usklajenam, da zagotavljata potreben
učinek v vsakem trenutku. Efekt omogoča valovita oblika cevi, ki pri pretoku vode ustvarja
turbolence, ki onemogočajo odlaganje vodnega kamna in se tako pri pretoku vode skozi cev
redno izpirajo. Protikorozijsko zaščito zalogovnika in izmenjevalca zagotavlja nerjevače jeklo,
tako da nameščanje dodatnih anod ni potrebno.
Prednosti orebrane oblike so:
- Izpiranje delcev
- Zmanjšano odlaganje vodnega kamna
- Hitrejši prenos toplote
- Nastanek legionele je minimalen
Sistem je oblikovan tako, da se ogrevanje sanitarne vode vrši sproti, to je po dejanski porabi
vode. To praktično pomeni, da v bistvu v hranilniku ni idealnih razmer za razvoj bakterij
legionele kot na primer v klasičnih grelnikih sanitarne vode.
Slika 19: Hidravlična shema priključitve zalogovnika toplote v sistem za ogrevanje sanitarne vode in podpora
ogrevanju (TČ, kotel na biomaso, solarni sistem s SSE, zalogovnik tolote, mešalni ogrevalni krog)
35
Primer ponudbe solarnega seta Prosun
Slika 20: Ponudba solarnih setov Prosun
36
Membranske posode za izenačevanje pritiska (raztezna
posoda)
Ena od osnovnih podpornih komponent ogrevalnega sistema je raztezna posoda. V zaprtih ogrevalnih
sistemih služi za prevzem raztezka vode zaradi spremembe temperature v ogrevalnem sistemu. Pri
segrevanju se voda razteza in da ne bi prišlo do prekomernega povečanja tlaka in izgube vode prek
varnostnega ventila, se presežen volumen vode shrani v raztezni posodi. Tako pri ohlajanju ne pride
do škodljivega vnosa zraka v ogrevalni sistem, kot se pogosto zgodi v primeru okvare raztezne
posode.
Raztezno4 posodo oz. napravo za sprejemanje razteznega volumna potrebujejo vsi sistemi s
spremenljivo temperaturo medija in sicer:
1. Zaprti sistemi centralnega ogrevanja 2. Solarni sistemi ogrevanja 3. Naprave za pitno in uporabno vodo 4. Klimatske in hladilne naprave
Slika 21: Raztezne posode za ogrevalne, sanitarne in solarne naprave.
Za ogrevalne in hladilne naprave znaša tipični tlak 3 bare, maksimalna temperatura znaša 90C; za
sanitarne naprave znaša maks. tlak 10 barov ter za solarne naprave 6 barov.
Zaprte ekspanzijske posode so varnostna oprema za napravo, v kateri tekoč prenosnik toplote
večinoma voda – služi za prenos toplote oziroma hlajenje od proizvajalca k porabniku. Posoda je
sestavljena iz dveh komor, plinske in vodne, ki sta med seboj ločeni s kakovostno membrano.
V eksp. Posodi je za približno 20% vode.
Eksp. posoda sprejema v membrano nastajajoči raztezni volumen.
Eksp. posoda je prevzela celotno raztezno prostornino (maks. lahko prevzame do 50% prostora posode.
Slika 22: Ekspanzijska posoda med obratovanjem
4 Rečemo jim tudi ekspanzijske posode
37
Dimenzioniranje solarnih sistemov
Določitev potrebnega števila SSE
Dimenzioniranje cevnega sistema
Nastavitev pretoka in delovnih parametrov
38
Primeri uporabe in priključitev SSE
Priključitev SSE na solarno toplotno črpalko
Ogrevanje sanitarne vode s SSE, ki so priključeni na solarni grelnik sanitarne vode s toplotno
črpalko.
Slika 23: Primer postavitve solarne toplotne črpalke
39
Sodobne hidravlične vezave
Vezave SSE5, grelnik sanitarne vode in dogrevanja z el. grelcem
Vezave SSE za ogrevanje vode bazena
5 (SSE) Sprejemnik sončne energije
40
Vezava SSE6, GSV7 in odvzem toplote v primeru pregrevanja SSE
Vezava SSE na GSV 1 in prenos toplote na GSV 2
6 (SSE) Sprejemnik sončne energije
7 (GSV) Grelnik sanitarne vode
41
Vezava SSE, grelnik sanitarne vode in toplotne črpalke
Vezava SSE in dveh grelnikov sanitarne vode z dvema črpalkama
42
Vezava SSE obrnjenih na vzhod in zahod na grelnik sanitarne vode ter
izvedba samodejnega preklopa s pomočjo tripotnega mešalnega
ventila
Vezava SSE obrnjenih na vzhod in zahod na grelnik sanitarne vode ter
izvedba samodejnega preklopa s pomočjo dveh črpalk
43
Vezava SSE na hranilnik toplote z vgrajenim grelnikom
sanitarne vode in izvedbo mešalnega ogrevalnega kroga
ogrevanja
Motorni pogon za mešalne ventile
44
45
Montaža SSE
Montažo izvedemo po naslednji tipični shemi ki je prikazana na Slika 24: Tipalo temperature
mora biti nameščeno v brezno, ki je kar se da blizu izstopne cevi kolektorja. Obvezno pri
montaži tipalo namažemo zs termo silikonsko pasto, s čimer zagotovimo boljšo prevodnost
prehajanja toplote. Prav tako morajo biti izbrani materiali odporni proti visoki temperaturi
(do 250C). To velja za tipalo samo, materiali tesnil in izolacija.
Slika 24: Montaža SSE po tipični shemi
46
Napotki za montažo
Montažo mora obvezno opraviti ustrezno usposobljeno specializirano osebje. Obvezno je uporabljati le
material, ki je zajet v dobavi. Nosilni okvir in pritrditev k gradbeni konstrukciji mora obvezno oceniti strokovnjak
statik glede na dejanske razmere na mestu samem.
Statika
Kolektor mora biti nameščen izključno le na površino strehe, ali na okvir zadostne trdnosti. Pred montažo
kolektorjev mora nosilnost in trdnost strehe ali nosilnega okvira preveriti strokovnjak statik na mestu samem.
Pri preverjanju je potrebno predvsem preveriti ustreznost nosilnega okvira glede na nosilnost vijačnih povezav
za pritrditev kolektorja. Preverjanje nosilnega okvira s strani strokovnjaka za statiko je potrebna predvsem v
krajih z obilo snega in močnim vetrom. Upoštevati je torej treba vse predvidene pogoje na mestu montaže
(sunki vetra, nastajanje vrtincev, ipd.), ki lahko povečajo obremenitve na konstrukcijo nosilnega okvira.
Zaščita proti streli
Kovinske cevi solarne napeljave morajo biti povezane z glavnim vodnikom strelovoda za kompenzacijo
potenciala z bakrenim vodnikom (rumeno/zelenim) preseka najmanj 16 mm2 (Cu - H07 V-U ali R). Če je že
nameščen strelovod, se kolektorji lahko priključijo obstoječi napeljavi strelovoda. Drugače pa je mogoče izdelati
ozemljitev z vkopanim ozemljitvenim kablom. Ozemljitvena napeljava mora biti izdelana zunaj stavbe.
Ozemljitveni kabel mora biti s palico za kompenzacijo potenciala povezan s kablom enakega preseka.
Povezave
Kolektorji morajo biti zaporedno povezani s spojnimi priključki in tesnili. Če za povezavo niso uporabljene gibke
cevi, je v napeljavo potrebno vgraditi naprave za kompenzacijo temperaturnih raztezkov (dilatacijska kolena,
gibke cevi). V takih primerih je zaporedno mogoče povezati največ 6 kolektorjev. Potrebno je preveriti, ali so
ploska tesnila pravilno nameščena v pripadajoča ležišča. Med privijanjem priključka s kleščami ali ključem je
drugo stran spoja potrebno pridržati s ključem, da se sprejemnik toplote ne bi poškodoval. Vse cevi hidravlične
napeljave morajo biti izolirane skladno z veljavnimi predpisi. Izolacija mora biti zaščitena pred atmosferskimi
vplivi in napadom živali.
Nagib kolektorjev
Nagib kolektorja je omejen med najmanj 15° in največ 75°.
Med montažo napeljave odprtine za prezračevanje in izločanje zraka ne smejo biti zaprte. Vsi priključki
kolektorjev, kakor tudi odprtine za prezračevanje in izločanje zraka morajo biti zaščitene poti umazaniji, kot
so npr. nalaganje prahu ipd. V napeljavah za pretežno poletno uporabo (segrevanje sanitarne vode) kolektor
namestite v smeri vzhod-zahod z nagibom med 20 in 60°. Idealna je usmeritev kolektorja proti jugu in nagib, ki
je enak geografski širini kraja -10°.Če pa je namen uporabe predvsem zimski (napeljave za ogrevanje in
segrevanje sanitarne vode) kolektor usmerite proti jugu (jugovzhodu, jugo-zahodu) z nagibom več kot 35°C.
Idealna je usmeritev na jug z nagibom, ki je enak geografski širini kraja +10°.
Izpiranje in polnjenje
Zaradi varnosti je polnjenje tekočine dovoljeno le, kadar ni sonca.
Na področjih, kjer zmrzuje, je v ploskih kolektorjih obvezna uporaba mešanica 40% glikola v vodi.
Glikol je v vodo potrebno zmešati pred polnjenjem.
Če napravo pred polnjenjem izpiramo, pazimo na ostanke vode v kolektorju, ki bi lahko zmrznila.
47
Izločanje zraka
Zrak je potrebno izločiti:
Pred predajo napeljave v uporabo (po opravljenem polnjenju tekočine).
Pozorno preveriti, ali je iz napeljave izločen ves zrak.
Nevarnost opeklin s tekočino v kolektorjih
Ventil za izločanje zraka odpremo le, če je temperatura tekočine v kolektorju nižja od 60°C. Ko napeljavo
odzračimo, kolektoji ne smejo biti segreti. V vsakem primeru kolektorje pokrijemo in jih nato odzračimo, če le
mogoče zjutraj.
Kontrola tekočine v kolektorjih Tekočino v kolektorjih je potrebno preveriti vsaki 2 leti. Preveriti odpornost proti zmrzovanju in kislost pH.
Tekočino preveriti z refraktometrom ali merilnikom gostote (nominalna vrednost ~ -30°C). Če je presežena
vrednost -26°C, tekočino zamenjati ali dodati.
Preveriti pH z lakmusovim lističem (nominalna vrednost ~ 7,5): če je vrednost pod mejno vrednostjo 7,
priporočamo zamenjavo tekočine.
Polnjenje napeljave
Pred predajo napeljave v uporabo je potrebno opraviti naslednje:
1 - IZPIRANJE NAPELJAVE IN PREIZKUS TESNJENJA Če so bile uporabljene bakrene cevi in so bile trdo lotane, je napeljavo potrebno izprati topila lotanja. Nato pa opraviti preizkus tesnjenja.
Sončni kolektor mora biti takoj napolnjen z mešanico vode in glikola, saj je v njem po pranju še vedno voda (nevarnost zmrzovanja).
2 - VNAPREJŠNJE MEŠANJE VODE IN GLIKOLA Glikol se dobavlja ločeno v posodah, pred polnjenjem ga je potrebno v posebni posodi zmešati z vodo v razmerju npr. 40% glikola in 60% vode za odpornost proti zmrzovanju do -21°C.
Glikol Temperatura Gostota
50% -32°C 1,045 kg/dm3
40% -21°C 1,037 kg/dm3
30% -13°C 1,029 kg/dm3
Propilenski glikol je posebej namenjen za solarne napeljave, saj zaščitne lastnosti ohrani v območju temperature od -32 do 180°C. Poleg tega je nestrupen, biološko razgradljiv in biološko združljiv.
V napeljavo ne polnite čistega glikola, in šele potem vodo.
Ne uporabljajte ročnih ali avtomatskih naprav za polnjenje.
Če je v vodi visoka količina klora, polnjenje uporabite destilirano vodo.
V napeljavi naj bo tlak 3 bar. Zapreti protipovratni ventil (A) in ventile za izločanje zraka, ki ste jih prej odprli, da bi preprečili nadaljnje uparjanje tekočine v napeljavi.
Napeljave ne polnite, kadar je močno sonce, ali so kolektorji segreti.
48
Slika 25: Polnjenje naprave
Kontrola opravljene montaže SSE
Po opravljeni montaži opraviti kontrole, ki so navedene v tabeli:
OPIS V REDU
Napeljava kolektorja
Tlak, ko je hladen 3 bar
Kontrola tesnjenja tokokroga kolektorjev
Kontrola varnostnega ventila
Tekočina preverjena do temp.— °C
pH tekočine pH =
Odzračenost tokokroga kolektorjev
Kontrola pretoka 30 l/m
Protipovratni ventil deluje
OPIS V REDU
Sončni kolektorji
Pregled kolektorjev
Po potrebi čiščenje kolektorjev
Pregled pritrditve kolektorjev
Pregled vodotesnosti strehe
Pregled izolacije
49
Delo na šolskem poligonu SŠTS
Slika 26: Pogled v kurilnico na šolskem poligonu
Slika 27: Pogled na zelo učinkovit zalogovnik toplote podjetja Sonnenkraft (pretočni grelnik sanitarne vode).
50
Slika 28: Montaža SSE na strehi šolskega poligona.
51
Slika 27: Nastavitev parametrov regulatorja na zalogovniku toplote Sonnenkraft.
52
Zaključek
Štiričlanska družina porabi za pripravo STV cca. 4000 kWh/a (na leto) energije oz. okoli 50l
vode segrete na 60C na osebo. Tolikšno količino je možno pripraviti na varčen ali na
neekonomičen način. Za sistem s SSE za štiričlansko družino zadostuje 6m2 (3-je SSE)
ploščatih SSE in hranilnik toplote 300l z investicijo okoli 2500€ (upoštevana subvencija). S
tem pokrijemo cca. 75% potreb po topli vodi oz. letno pridobimo približno 3000kWh toplote
pri upoštevanju letnega donosa energije za kolektor 500 kWh/m2.
Ugotovil sem, da je pri trenutnih cenah elektrike, najbolj ekonomična izbira nakupa TČ za
ogrevanje sanitarne vode. A električna energija se draži in prav kmalu bo tudi ta trenutna
prednost v ceni na strani SSE. Investicija se povrne v cca. 3. letih.
Pri izbiri solarnih sistemov za ogrevanje moramo biti v poplavi ponudb in neizprosni
konkurenci zelo previdni pri izbiri gradnikov solarnega sistema. Pri odločitvi mora biti v
ospredju kvaliteta, dolgoletne izkušnje in zagotovljen dober servis ob normalni ceni.
Za solarne sisteme se odločimo brez pomisleka tam, kjer je sonca na strehah skozi cel sončni
dan dovolj in za tople kraje. Za mrzle kraje z manj sonca je bolj primerna toplotna črpalka.
Za investitorja je najpomembnejši izkoristek celotnega solarnega sistema na katerega vpliva
tudi strokovna vgradnja sistema, garancija za dele in servisna služba posameznega
proizvajalca.
Viri
Strokovna revija Varčujem z energijo, letnik 5, št.20, št.22, letnik 6, št.27,
Strokovne revije EGES, energetika, gospodarsvo in ekologija, št.2 in 3., 2010
Labudovič Boris, Priročnik za ogrevanje, Energetika marketing d.o.o, , 2006
Tehniški podatki ogrevalnih naprav in pribora:
Podjetje Seltron, vse za varčno ogrevanje doma; http://www.seltron.si/
Podjetje Termotehnika, toplotne črpalke, hladilni sistemi; http://www.termotehnika.com/
Podjetje Eder; membranske posode za izenačevanje pritiska; http://leisach.com/cms/cms/