Sunčev toplovodni sustav

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Sunčev toplovodni sustav s prisilnim kruženjem vode se sastoji uglavnom od sunčevih toplovodnih kolektora, sunčevog spremnika topline, pomoćnog grijača, toplovodnih cijevi, te pumpe i regulacijskog sklopa koji njome upravlja
Sustav s prirodnim kruženjem ili termosifon na kosom krovu kuće.
Pločasti sunčev kolektor postavljen na kosom krovu.
Vakuumski sunčev kolektor.
Sunčev spremnik topline kao dio sunčevog toplovodnog sustava, koji privremeno pohranjuje toplinsku energiju, koja je prikupljena sunčevim toplovodnim kolektorima (A). Sunčeva tekućina preuzima apsorbirano sunčevo zračenje u kolektoru i pogonjena cirkulacijskom pompom (B), predaje toplinu izmjenjivaču topline, koji je unutar sunčevog spremnika topline. Drugi izmjenjivač topline (C) može biti zagrijan električnom strujom, ogrijevnim drvom, prirodnim plinom i slično, u slučaju da nema dovoljno sunčeve energije. Topla potrošna voda izlazi na priključak D, dok hladna voda ulazi u priključak E.

Sunčev toplovodni sustav koristi sunčevu energiju, kao obnovljivi izvor energije, za zagrijavanje potrošne tople vode, toplovodno i toplozračno grijanje prostora, hlađenje prostora, zagrijavanje plivačkih bazena, zagrijavanje vodene pare radi proizvodnje električne energije i drugo. Sunčev toplovodni sustav s prisilnim kruženjem vode se sastoji uglavnom od sunčevih toplovodnih kolektora, sunčevog spremnika topline, pomoćnog grijača, toplovodnih cijevi, te pumpe i regulacijskog sklopa koji njome upravlja. Postoje i takve konstrukcije toplovodnih sustava, koje omogućuju rad sustava bez pumpe i regulacijskog sklopa, a naziva se termosifon ili sunčev toplovodni sustav s prirodnim kruženjem vode. [1]

U sunčevim toplovodnim sustavima najčešće se koriste pločasti sunčevi kolektori, a u novije vrijeme sve više i vakuumski sunčevi kolektori. Temperature radnog medija koji struji kroz kolektore (mješavina voda/glikol) obično se kreću 35 - 65 °C, ovisno o godišnjem dobu, veličini sustava i namjeni. Pločastim sunčevim kolektorima moguće je u radu postići temperature do 85 °C, a vakuumskim do 100 °C, no u većini slučajeva tako visoke temperature nisu potrebne, štoviše one izazivaju veliki pad toplinskog iskorištenja kolektora. [2]

Sunčevim toplovodnim sustavom moguće je godišnje prikupiti 500 - 600 kWh/m2 površine kolektora u kontinentalnom dijelu Republike Hrvatske, a u primorskom dijelu 900 - 1000 kWh/m2. Ugradnjom sunčevog sustava s 4 m2 kolektorske površine moguće je pokriti ukupnu toplinsku potrebu u ljetnim mjesecima ukućanstvu s 4 člana, pri potrošnji tople vode temperature 45 °C od oko 50 litara/osobi. Kod većih sustava i sustava drugih namjena (hoteli, autokampovi, apartmani i dr.), svakako se preporuča provođenje odgovarajućeg proračuna radi optimiranja površine kolektora, veličine spremnika i rada regulacije. Razdoblje isplativosti sunčevih sustava kreću se 8 - 16 godina u kontinentalnom dijelu, te 6 - 12 godina u primorskom dijelu naše zemlje, ovisno o tome uspoređuje li se s plinom ili električnom energijom kao konvencionalnim gorivom. Dakako, točnije vrijednosti za pojedini sustav i potrošnju u objektu mogu se dobiti samo proračunom. [3]

U većini zemalja koje imaju visoku stopu korištenja sunčevih sustava po glavi stanovnika, npr. Cipar, Austrija, Grčka, Njemačka, Danska, postoji sustav novčanih potpora kojima se potiče ugradnja sunčevih sustava i značajno snižavaju troškovi investicije. Nažalost, u Hrvatskoj takvih sustavnih potpora još nema, već su potpore ograničene na manji broj sustava kroz regionalne projekte, što je i razlog za brojku od samo 55 000 m2 ugrađene kolektorske površine (npr. Slovenija 112 000 m2, Austrija 2 800 000 m2), unatoč velikom tehnološkim mogućnostima, posebice u primorskom dijelu naše zemlje.

Sustav s prirodnim kruženjem ili termosifon[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Termosifon

Sustav s prirodnim kruženjem ili termosifon nakon zagrijavanja u kolektoru, uslijed razlike u gustoći diže do spremnika, postavljenog iznad kolektora, tamo hladi i vraća nazad u kolektor, potiskujući toplu vodu prema spremniku. Ne zahtijevaju regulaciju niti pumpu, no imaju manju stupanj iskoristljivosti, zbog manjih protoka u kolektoru i većih toplinskih gubitaka, ukoliko je spremnik ugrađen izvan objekta. Stoga su takvi sustavi prikladni za grijanje tople vode u manjim objektima, u ljetnim mjesecima.

Sustav s prisilnim kruženjem[uredi VE | uredi]

Sustav s jednim spremnikom tople vode uobičajen je u malim objektima (do 50 ljudi). Kod većih objekata, potrebno je povećati i obujam spremnika, a to je moguće dodavanjem još jednog serijski spojenog spremnika. U velikim objektima, koji zahtijevaju spremnik od nekoliko tisuća litara vode, koristi se sustav s međuspremnikom. Međuspremnik služi da se toplina proizvedena sunčevim kolektorima akumulira, ali ne kao potrošna topla voda, nego kao tzv. „mrtva voda“, koja preko izmjenjivača topline zagrijava vodu u manjem spremniku. Manji spremnik na taj način osigurava svježu toplu vodu, koja se ne miješa s vodom u međuspremniku. Time se izbjegava moguća pojava legionarske bolesti. Potrošnu toplu vodu se može također dodatno zagrijati i to visokoučinkovitim vanjskim grijačem. [4]

Tipičan sunčev toplovodni sustav s prisilnom cirkulacijom sadrži sunčev toplovodni kolektor, sunčev spremnik topline, cirkulacijsku pumpu i regulaciju. Sunčeva tekućina preuzima apsorbirano sunčevo zračenje u kolektoru i predaje ga vodi u akumulacijskom spremniku, preko izmjenjivača topline, koji se sastoji od cijevi savijenih u spiralu radi bolje izmjene topline i zauzimanja manjeg prostora. Kod većih sustava koriste se visokoučinski pločasti izmjenjivači smješteni unutar ili izvan spremnika.

U razdobljima nedovoljne insolacije ili povećane potrošnje, u većini sunčevih toplovodnih sustava, voda se dogrijava preko dodatnog izmjenjivača topline, kroz koji struji topla voda iz kotla na lož ulje, plin, električnu energiju ili biomasu. U ljetnim mjesecima je uputno koristiti električni grijač ugrađen izravno u spremnik, s obzirom da sustav centralnog grijanja ne radi, pa zagrijavanje cijelog kotla i vode u sustavu nije ekonomično. Električni grijač i izmjenjivač topline za dogrijavanje kotlom se nalaze u gornjem dijelu spremnika, jer se topla voda nakon zagrijavanja oko izmjenjivača sunčevog kruga diže prema gornjim dijelovima spremnika. Na taj način je najhladnija voda uvijek u donjem dijelu spremnika, u području oko izmjenjivača sunčevog kruga, što omogućuje rad kolektora pri nižim temperaturama nosioca topline, odnosno veću iskoristljivost u radu. Da bi se održala što veća razlika temperatura između donjih i gornjih dijelova spremnika, ugrađuje se dodatni manji spremnik, izravno napajan svježom vodom, čime se sprječava miješanje tople i hladne vode u većem spremniku što, između ostalog, povoljno utječe na povećanje iskoristljivosti rada kolektora. [5]

Regulacija[uredi VE | uredi]

Zadatak regulacije (automatike) je osigurati najveću stupanj iskorištenja rada sunčevog sustava. Diferencijalna automatika u sunčevom sustavu upravlja radom pumpe, koja pogoni nosioca topline između kolektora i spremnika. Regulacija uključuje pumpu kada je temperatura na izlazu iz kolektora nekoliko °C veća od one u spremniku na mjestu neposredno iznad izmjenjivača topline, a isključuje, kada je ta razlika manja od zahtijevane. Tako se onemogućuje rashlađivanje spremnika u razdobljima kada je temperatura u spremniku viša od one u kolektoru (za oblačna vremena ili tijekom noći). Pored upravljanja sunčevim krugom, u pojedinim sustavima isti sklop regulacije upravlja i radom pumpe pomoćnog grijanja, električnog grijača, te pumpom grijanja prostora objekta.

Proračun sunčevih toplovodnih sustava[uredi VE | uredi]

Kod sunčevih sustava namijenjenih isključivo pripremi tople vode, odabir broja kolektora i njihovog nagiba, te veličine spremnika, ponajviše ovisi dnevnoj potrošnji vode u pojedinom dijelu godine, klimatskom području (kontinentalni ili primorski dio), te orijentaciji kolektora u odnosu na strane svijeta. Tipične vrijednosti za obitelj s 4 - 5 članova su 4 - 6 m2 kolektora u kontinentalnom dijelu i do 4 m2 u primorskom dijelu uz spremnik zapremine 200-300 litara. Tada je kroz cijelu godinu moguće prikupiti oko 600 kWh/m2 toplinske energije u kontinentalnom dijelu i oko 1000 kWh/m2 u primorskom dijelu naše zemlje. Ti se podaci odnose na visokoučinske pločaste sunčeve kolektore (Tinox apsorber), ugrađene pod kutem 45° i usmjerene prema jugu, uz pokrivanje svih potreba za energijom u ljetnim mjesecima, te najkraće razdoblje povrata investicije (omjer investicije i godišnje uštede na pojedinom energentu) koji u odnosu na grijanje vode plinom iznosi 24 godine u kontinentalnom dijelu i 16 godina u primorskom dijelu, te u odnosu na električno grijanje 8,5 odnosno 5,5 godina. [6]

Sunčev toplovodni kolektor[uredi VE | uredi]

Sunčev toplovodni kolektor ili sunčev kolektor upija sunčevo zračenje i može se koristiti za grijanje prostora i za grijanje vode. Kolektori se najčešće postavljaju na krov kuće ili zgrade, četvrtastog su oblika, a sastoje se od ovih dijelova:

  • prozirna stranica (staklo ili slična prozirna otporna površina), koja propušta sunčevu energiju unutra, ali je ne propušta van,
  • tamno obojena površina (apsorber), koji se nalazi unutar kućišta kolektora, a služi za upijanje topline i prenošenje na radni medij (voda, glikol ili zrak). Zadaća apsorbera je da prikupi najviše moguće sunčeve topline. Zbog toga je potrebno da apsorber ima što veću sposobnost upijanja topline i što manje toplinske gubitke. To se postiže selektivnim premazom koji propušta svjetlost određene valne duljine,
  • toplinska izolacija koja spriječava gubitke topline,
  • ventili i toplovodne cijevi, koji prenose medij - ugrijani zrak ili tekućinu iz kolektora u spremnik.

Vakuumski kolektori koriste sličan princip kao i termosice (Dewarova posuda). U svrhu smanjenja toplinskih gubitaka u kolektoru, apsorberi se nalaze u staklenim cilindrima u kojima je vakuum, na tlaku manjem od 0,01 bara. Apsorber koji se ugrađuje u vakuumske cijevi je plosnata traka ili premaz, koji se nanosi na unutrašnju stranu staklene vakuumske cijevi. Kako je potrebna površina koju zauzimaju vakuumski kolektori za 1/3 manja od ravnih kolektora, pogodni su za krovove koji nemaju dovoljno mjesta za instalaciju ravnih kolektora. [7]

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. [1] "Energija Sunca", Prof.dr.sc. Zdenko Šimić, FER , oie.mingorp.hr, 2010.
  2. [2] "Energija sunčevog zračenja za grijanje", Doc.dr.sc. Damir Dović dipl.ing. stroj., poslovni-park.hr, 2010.
  3. "Sunce kao izvor energije", Zagrebački savez klubova mladih tehničara, www.tehnicar.hr, 2009.
  4. [3] "Sunčeva energija", Zdeslav Matić, Energetski institut Hrvoje Požar, 2007.
  5. [4] "Toplinsko uskladištenje sunčeve energije", tkojetko.irb.hr, 2011.
  6. [5] "Sunčani toplinski sustavi ", www.ipa-oie.com, 2011.
  7. "Solarni sustavi u praksi", www.mojaenergija.hr, 2011.