Ηλιακή Θέρμανση - Μύθος ή πραγματικότητα?

[dimis]

Μέσα από τα διάφορα topic επέλεξα τα παρακάτω,ώστε να μπορέσουν να αποτελέσουν ένα νέο θέμα για συζήτηση που θα επικεντρωθεί πλέον σε τεχνικά θέματα και στοιχεία. Η κατάλληλη πρακτική εμπειρία για την ώρα δεν υπάρχει (όση θα έπρεπε να υπάρχει στην Ελλάδα) αλλά το "μωρό" είναι στα σπάργανα ακόμη και ελπίζω ότι θα ασχοληθούμε μ αυτό μια και προβλέπω την επόμενη 10ετία να είναι το super baby.


Συλλεκτικές επιφάνειες
Υπάρχουν δύο ειδών συλλέκτες Οι απλοί και οι επιλεκτικοί. Η διαφορά στην απόδοση των επιλεκτικών σε σχέση με τους κοινούς/καλούς συλλέκτες είναι περίπου τάξεως του 10%, λόγω διαφοράς στον UL που είναι ο ολικός συντελεστής απωλειών του συλλέκτη και ο οποίος στην μεν πρώτη περίπτωση είναι περίπου 5w/m2k και στη δεύτερη περίπου 6. Η διαφορά αυτή μπορεί να μην φαίνεται τόσο μεγάλη, δημιουργεί όμως ένα μεγάλο πλεονέκτημα όσον αφορά τη μέγιστη θερμοκρασία που αναπτύσσει το σύστημα, που στη μεν επιλεκτική μορφή φθάνει ή και ξεπερνά τους 90 βαθμούς, ενώ στη δεύτερη δύσκολα ανεβαίνει πάνω από τους 75 (ανάλογα με τη θερμοκρασία εισόδου).

Απόδοση συλλεκτών – ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ
Η πρωταρχική επιλογή στην διαστασιολόγηση ενός συστήματος αφορά στο μέγεθος της επιφάνειας των ηλιακών συλλεκτών. Για την επιλογή αυτή δεν υπάρχουν γενικοί κανόνες μια και εξαρτάται από τις προτεραιότητες του χρήστη (π.χ. από το αν θεωρεί πιο σπουδαία την ενεργειακή αυτονομία του σπιτιού και άρα το ποσοστό εξοικονόμησης ενέργειας, την οικονομικότητα του συστήματος κλπ). Η εμπειρία στον τομέα έχει δείξει πως μια «λογική» αντιμετώπιση του θέματος (για τις συνθήκες της κεντρικής και νότιας Ευρώπης) καταλήγει σε συλλεκτική επιφάνεια που συνήθως δεν ξεπερνά το 20 με 25% της κατοικήσιμης
επιφάνειας. Επομένως για ένα σπίτι 100 m2 απαιτούνται περίπου 20 m2 συλλεκτικής επιφάνειας.
Έχοντας σαν δεδομένο ότι κερδίζεις 2,5 έως 3,5 kWh ηλιακή ενέργεια ανά m² συλλεκτικής επιφάνειας στο παραπάνω παράδειγμα έχουμε ένα κέρδος 50 – 70 kWh.
Ένα άλλο δεδομένο είναι ότι 1ον για την θέρμανση να υπολογίζεις γύρω στις 120 kWh/m² κατοικίας για θέρμανση επί 14ωρης βάσης επί 150 ημέρες με τον όρο να έχεις πολύ καλό θερμοστατικό έλεγχο και να μην επιτρέπεις να σου υπερθερμαίνονται κάποιοι χώροι και 2ον για τα ζεστά νερά χρήσης να υπολογίζεις κάπου 800 με 900 kWh ανά άτομο σε ετήσια βάση. Τώρα αν τα άτομα αυτά είναι παππούδες-γιαγιάδες να υπολογίζεις κάτω από το μισό. Αν είναι από 16 έως 25 χρόνων τότε προσαύξησε κατά 20%

Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά όσον αφορά το τεχνικό και ενεργειακό επίπεδο: η κάλυψη των αναγκών της θέρμανσης χώρων συχνά ξεπερνά το 35% ενώ αυτή του ζεστού νερού χρήσης το 90%. Από τις προσομοιώσεις που έγιναν προκύπτει ότι η εξοικονόμηση ενέργειας από το ηλιακό σύστημα είναι της τάξης των 400-500kWh ανά m2 συλλεκτικής επιφάνειας. Επομένως ακολουθώντας το παραπάνω παράδειγμα με 20 m2 συλλεκτικής επιφάνειας έχουμε περίπου 10.000 kWh

Ένα άλλο στοιχείο είναι ότι κτίριο με ετήσιες ανάγκες θέρμανσης 50 kWh/m2 : κατατάσσεται στην κατηγορία ενεργειακών απαιτήσεων θέρμανσης «Γ». Στην πράξη πρόκειται για κτίριο στο οποίο έχει γίνει προσεκτική εφαρμογή του «ΓΟΚ».
Πάντως, η κατηγορία «Γ» είναι η τελευταία εντός των αποδεκτών ορίων κατά «ΚΟΧΕΕ». Επομένως κτίριο 100 m2 οι ετήσιες ανάγκες του είναι 50*100=5000 kWh
Σύμφωνα λοιπόν με τα μέχρι τώρα γραφόμενα στο forum ένα σπίτι 100 m2 για να καλύψει τις ετήσιες ανάγκες του χρειάζεται 10 m2 συλλεκτών. ΣΩΣΤΟ ή ΛΑΘΟΣ? Εμένα μου φαίνεται για λάθος.


Πόση ενέργεια απορροφούν οι συλλέκτες
στις 19 Ιανουαρίου τα 8 μ² απορροφούν:
1. Σε γεωγρ. πλάτος 37°58' που είναι η Αθήνα__________________________: 42.225 Wh
2. Σε γεωγρ. πλάτος 41°30' Θεσσαλονίκη________________________________: 39.123 Wh
3. Σε γεωγρ. πλάτος 48°08' Μόναχο_____________________________________: 31.580 Wh
4. Σε γεωγρ. πλάτος 52°30' Βερολίνο___________________________________: 25.410 Wh
5. Σε γεωγρ. πλάτος 59°40' Στοκχόλμη__________________________________: 13.130 Wh

Γενικά οι τιμές ηλιακής ενέργειας παίζουν μεταξύ των 1200 και 1600 Kwh/m2 για την Νότια Ευρώπη. Για αναλυτικούς υπολογισμούς, υπάρχουν πίνακες ηλιακής ενέργειας για συγκεκριμένες περιοχές, καθ΄ όλο το έτος.
Κάποιος άλλος τα νούμερα αυτά τα βγάζει σε 400 και 500 Kwh/m2 Ποιο είναι το σωστό?



Δοχείο αποθήκευσης

Το συνηθισμένο εύρος για τον όγκο του δοχείου είναι περίπου 50-100 lt/m2 (λίτρα ανά m2 συλλέκτη).


Μέτρα για την αντιμετώπιση της στασιμότητας* (stagnation)

Το θέμα της διαστασιολόγησης του δοχείου διαστολής και της προστασίας του συστήματος από τη στασιμότηταb είναι ένα από τα πιο κρίσιμα σημεία για την καλή λειτουργία του ηλιακού συστήματος. Το φυσικό φαινόμενο, που μπορεί να προκαλέσει προβλήματα αν δεν αντιμετωπιστεί σωστά, είναι ότι στην φάση της στασιμότητας το υγρό των συλλεκτών ατμοποιείται με πιθανή συνέπεια να γεμίσει με ατμό όλο το κύκλωμα των σωληνώσεων του πεδίου των συλλεκτών.
Από τους τρόπους που χρησιμοποιούνται στην πράξη για την αντιμετώπιση του φαινομένου, ο ορθότερος για τα ηλιακά συστήματα combi με επιφάνεια συλλεκτών μέχρι και περίπου 200 m2 είναι ο ακόλουθος: το δοχείο διαστολής διαστασιολογείται με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να απορροφήσει όχι μόνο τις θερμικές διαστολές του αντιψυκτικού υγρού αλλά και ολόκληρο τον όγκο του υγρού που περιέχεται μέσα στους απορροφητές των συλλεκτών (διότι, όπως αναφέρθηκε, ο ατμός που δημιουργείται εκτοπίζει το υγρό από τους συλλέκτες).
Πρακτικά, για να προσδιοριστεί ο απαραίτητος όγκος του δοχείου διαστολής γίνονται οι παρακάτω υπολογισμοί:
Κατ’ αρχήν υπολογίζεται ο όγκος διαστολής του υγρού ΔV από τον τύπο:
ΔV = e • Vfl όπου e είναι ο συντελεστής διαστολής (που για μίγμα νερού- γλυκόλης θεωρείται ίσος με 0,07) και Vfl (V fluid) ολόκληρος ο όγκος του υγρού στο πρωτεύον.
Ο «χρήσιμος» (useful) όγκος του δοχείου (Vu), για τους λόγους που εξηγήθηκαν παραπάνω, θα πρέπει να περιλαμβάνει επιπλέον και ολόκληρο τον όγκο του υγρού που περιέχεται στους συλλέκτες. Ο υπολογισμός γίνεται με βάση τον τύπο, Vu = ΔV + Vc όπου Vc (Vcollector) είναι ολόκληρος ο όγκος που περιέχεται μέσα στους απορροφητές των συλλεκτών.
Τέλος, υπολογίζομε τον απαιτούμενο «ονομαστικό» (nominal) όγκο του δοχείου διαστολής VN από τον τύπο (που συνήθως αναγράφεται και στα φυλλάδια των δοχείων διαστολής), VN = Vu • (PF + 1) / (PF – PI)
όπου PI (P Initial) είναι η αρχική πίεση πλήρωσης του πρωτεύοντος και PF (P Final) η τελική (μέγιστη) πίεση που επιτρέπουμε στο πρωτεύον κύκλωμα.
Αυτό που πρέπει να εξασφαλίζεται (πέρα από το θέμα της αντοχής των υλικών) κατά την επιλογή της PF και των βαλβίδων ασφαλείας, είναι
να έχουν οι τελευταίες ονομαστική πίεση (πίεση στην οποία ανοίγουν) κατά τι μεγαλύτερη της PF (π.χ. Pασφαλείας = PF +0,5 bar).
Ένα πολύ σημαντικό θέμα που πρέπει να τονιστεί είναι ότι, όποια και αν είναι η μέθοδος που ακολουθείται, στο πρωτεύον κύκλωμα δεν πρέπει σε καμιά περίπτωση να υπάρχουν συνδεδεμένα αυτόματα εξαεριστικά ή βάνες ασφαλείας που να ανοίγουν σε πίεση μικρότερη της PF. Αν κάτι τέτοιο συμβεί, τότε στις συνθήκες στασιμότητας θα υπάρξει διαρροή αντιψυκτικού μίγματος.
*Με τον όρο στασιμότητα (stagnation) εννοούμε την κατάσταση όπου, ενώ η προσπίπτουσα ακτινοβολία είναι αρκετή για να λειτουργήσει το ηλιακό σύστημα, το υγρό δεν κυκλοφορεί στο κύκλωμα των συλλεκτών (λόγω βλάβης, διακοπής ρεύματος, έλλειψης κατανάλωσης κλπ) με συνέπεια να αυξάνεται ιδιαίτερα η θερμοκρασία του)και, τελικά, να ατμοποιείται. Η θερμοκρασία του απορροφητή σε επίπεδους επιλεκτικούς συλλέκτες μπορεί να φτάσει τους 2000 C σε συνθήκες στασιμότητας με δυνατή ακτινοβολία (800 W/m2 και πάνω).


ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΕΣ KAI ΑΛΛΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ
Υποθέτοντας ότι η αγορά των συστημάτων combi θα αναπτυχθεί στην Ελλάδα, θεωρήθηκε εφικτό να υπολογίσουμε την τιμή του (συμπεριλαμβανομένης της εγκατάστασης και όλων των άλλων εξόδων) ίση περίπου με 300 € ανά τετραγωνικό μέτρο συλλεκτικής επιφάνειας.

Σχέδια κατασκευής


Τύποι συλλεκτών