Ένα ηλιοθερμικό σύστημα αποτελείται από τους ηλιακούς συλλέκτες, ένα ή περισσότερα θερμοδοχεία και τα επιμέρους συστήματα, όπως είναι ο ηλιακός σταθμός με τον κυκλοφορητή και τον ελεγκτή του και ενδεχομένως το σταθμό παραγωγής ζεστού νερού χρήσης.
Οι συλλέκτες, οι όποιοι πρέπει να είναι υψηλής απόδοσης, μπορεί να είναι είτε επίπεδοι με επιλεκτική βαφή στην επιφάνεια του συλλέκτη ή να αποτελούνται από σωλήνες κενού όπου η επιφάνεια του συλλέκτη βρίσκεται για λόγους μόνωσης υπό κενό.
Οι συλλέκτες κενού έχουν μεγαλύτερη απόδοση κατά τους χειμερινούς μήνες, ιδιαίτερα σε πιο βορεινά κλίματα ή όταν δεν υπάρχει η δυνατότητα κατάλληλου προσανατολισμού και κλίσης τοποθέτησης για τους επιλεκτικούς συλλέκτες στην επιλεγμένη θέση εγκατάστασης. Το θερμοδοχείο ενδείκνυται να είναι θερμοκρασιακής διαστρωμάτωσης για να αποθηκεύεται βέλτιστα η θερμική ενέργεια, ώστε να είναι διαθέσιμη ανεξάρτητα από τις ώρες ακτινοβολίας.
Η χωρητικότητα του ανάλογα με το μοντέλο, φθάνει τις περισσότερες φορές έως τα 2.000 lt.
Το ζεστό νερό χρήσης (ζ.ν.χ.) παρασκευάζεται συνήθως με σταθμό άμεσης παραγωγής ζ.ν.χ. όταν υπάρχει ζήτηση, μέσω εξωτερικού εναλλάκτη και με τους αντίστοιχους κυκλοφορητές. Περιορίζοντας έτσι στο ελάχιστο την ποσότητα του ζεστού νερού χρήσης που παραμένει αποθηκευμένο σε αυξημένη θερμοκρασία, μειώνοντας επίσης την πιθανότητα εμφάνισης λεγιονέλας.
Αντίστοιχα, η θερμική φόρτιση του θερμοδοχείου διαστρωμάτωσης από τους ηλιακούς συλλέκτες γίνεται μέσω του ηλιακού σταθμού φόρτισης, που μαζί με το δοχείο διαστολής και τις διατάξεις ασφαλείας αποτελούν ένα ολοκληρωμένο υποσύστημα.
Επιπλέον, για να είναι ολοκληρωμένη η εγκατάσταση, πρέπει να συμπληρώνεται και με ένα σύστημα θέρμανσης που θα καλύπτει τις ανάγκες σε θερμότητα, όταν η αποθηκευμένη ενέργεια του θερμοδοχείου δεν επαρκεί. Ιδανικό σύστημα θέρμανσης για την ηλιακή υποβοήθηση θεωρούνται οι λέβητες συμπυκνώσεως αερίου ή οι λέβητες συμπυκνώσεως πετρελαίου που χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλούς βαθμούς απόδοσης και χαμηλές θερμοκρασίες λειτουργίας. Επίσης, εναλλακτικά συνίσταται η χρήση αντλιών θερμότητας κυρίως αέρος/νερού, ακολουθώντας το μοντέλο σχεδίασης των μεγάλων βορειοευρωπαίων κατασκευαστών, όπου το σύστημα μπορεί συνολικά να έχει ελάχιστα κόστη θέρμανσης.
Βασικό μέρος της εγκατάστασης αποτελεί το σύστημα αυτοματισμού και ελέγχου με το οποίο ρυθμίζονται και ελέγχονται όλοι οι παράμετροι του ηλιοθερμικού συστήματος αλλά και του συστήματος θέρμανσης με μία ή περισσότερες ζώνες αυτονομίας εξασφαλίζοντας έτσι τη βέλτιστη και οικονομικότερη λειτουργία του συστήματος.
Η επιλογή του συστήματος
Το σημαντικότερο κριτήριο για τη διαστασιολόγηση και την επιλογή ενός ηλιοθερμικού συστήματος για τη θέρμανση και το ζ.ν.χ. είναι το ποσοστό κάλυψης που θα πετύχουμε σε ένα σύστημα, το οποίο αποτελεί τη χρυσή τομή μεταξύ του μεγέθους της εγκατάστασης άρα και του αρχικού κόστους και της κάλυψης των αναγκών που θα επιτευχθεί.
Μία πολύ μεγάλη και αντίστοιχα ακριβή εγκατάσταση με την οποία θα καλύπτεται μεγαλύτερο μέρος των αναγκών μας το χειμώνα, θα έχει πολύ χαμηλό βαθμό απόδοσης, αφού η ενέργεια, η οποία θα συλλέγεται την άνοιξη, το καλοκαίρι και το φθινόπωρο δεν θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί.
Αντίθετα, ένα πολύ μικρό σύστημα, του οποίου η ενέργεια θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί καθΆ όλο το έτος π.χ. για την παραγωγή του ζεστού νερού χρήσης δεν θα μπορέσει να καλύψει παρά ένα ελάχιστο ποσοστό των αναγκών της θέρμανσης μη λύνοντας έτσι το πρόβλημα μας.
Βλέπουμε λοιπόν ότι, η επιλογή και διαστασιολόγηση ενός ηλιοθερμικού συστήματος δεν είναι απλή υπόθεση και πρέπει να γίνεται με προσοχή, λαμβάνοντας υπόψη όλα τα δεδομένα όπως είναι: οι πραγματικές απώλειες του κτιρίου, η δυνατότητα εγκατάστασης και ο προσανατολισμός των συλλεκτών, οι κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής όπου θα γίνει η εγκατάσταση, τα τεχνικά χαρακτηριστικά των συλλεκτών και του επιμέρους εξοπλισμού και πολλοί άλλοι παράγοντες. Στην αγορά διατίθενται υπολογιστικά προγράμματα με τη βοήθεια των οποίων μπορεί να γίνει η επιλογή ενός ηλιοθερμικού συστήματος άλλα και η προσομείωση της λειτουργίας σε σχέση με τα δεδομένα του κτιρίου μας αλλά και της περιοχής στην οποία βρίσκεται.
Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται ακρίβεια στον υπολογισμό και αξιοπιστία ως προς το αναμενόμενο αποτέλεσμα και τον υπολογισμό της απόσβεσης της δαπάνης του ιδιοκτήτη του συστήματος.
Παράδειγμα
Στο παρακάτω παράδειγμα εφαρμογής ηλιοθερμικού συστήματος για τη θέρμανση και την παραγωγή ζν.χ1 αναφέρεται σε μια κατοικία στα Ανατολικά προάστια της Αττικής.
Δεδομένα κατοικίας
Η συνολική θερμαινόμενη επιφάνεια της κατοικίας είναι 250τμ και έχει επιλεχθεί το ενδοδαπέδιο σύστημα θέρμανσης. Το θερμικό φορτίο της κατοικίας σύμφωνα με την θερμοκρασία σχεδιασμού είναι 15kW.
Η εσωτερική θερμοκρασία χώρου έχει υπολογισθεί να είναι 20οC, έτσι έχει επιλεχθεί η κατάλληλη καμπύλη αντιστάθμισης για τις συγκεκριμένες συνθήκες με μέγιστη θερμοκρασία προσαγωγής τους 45oC. Οι ανάγκες για ζεστό νερό χρήσης είναι περίπου 200 λίτρα ημερησίως στους 45oC.
Περιγραφή της ηλιοθερμικής εφαρμογής
Το σύστημα αποτελείται από 8 επίπεδους επιλεκτικούς συλλέκτες υψηλής απόδοσης συνολικής επιφάνειας 20 m2 με κλίση 60ο ιδανική κυρίως για τους χειμερινούς μήνες και προσανατολισμένους στο Νότο.
Οι συλλέκτες συνδέονται σε έναν ηλιακό σταθμό φόρτισης, ενός συστήματος με εξωτερικό πλακοειδή εναλλάκτη και κυκλοφορητές μεταβλητής παροχής (inverter), που μαζί με το δοχείο διαστολής και τις διατάξεις ασφαλείας αποτελούν ένα ολοκληρωμένο υποσύστημα.
Με τη σειρά του ο σταθμός μεταφέρει τη θερμική ενέργεια, στο κατάλληλο στρώμα του δοχείου διαστρωμάτωσης μέσω της εσωτερικής διαμόρφωσης με εσωτερικούς διαχύτες, ανάλογα με την θερμοκρασία που παράγουν οι συλλέκτες.
Βασικός παράγοντας της εγκατάστασης αποτελεί το δοχείο διαστρωμάτωσης που στην ουσία είναι ο διαχειριστής του συστήματος. Στη συγκεκριμένη εγκατάσταση έχει τοποθετηθεί ένα δοχείο των 1000 lt.
Μέσω της διαστρωμάτωσης σε συνδυασμό με τους ενσωματωμένους διαχύτες και τις πολλές αναμονές λήψης και μετάδοσης, άλλα και της ελεγχόμενης παροχής του κυκλοφορητή του ηλιοθερμικού πεδίου, επιτυγχάνεται η βέλτιστη λειτουργία του συστήματος και ο μέγιστος δυνατός βαθμός απόδοσης των συλλεκτών, διότι αξιοποιείται η θερμική ενέργεια των συλλεκτών σε όλο το εύρος της θερμοκρασίας λειτουργίας τους.
Το δοχείο δεν περιέχει εσωτερικές σερπαντίνες για την παραγωγή του ζεστού νερού χρήσης ούτε κάποιο άλλο δοχείο αποθήκευσης, αλλά το ζεστό νερό χρήσης παρασκευάζεται άμεσα στο σταθμό παραγωγής ζ.ν.χ. όταν υπάρχει ζήτηση, μέσω εξωτερικού εναλλάκτη και στους αντίστοιχους κυκλοφορητές περιορίζοντας έτσι στο ελάχιστο την ποσότητα του ζεστού νερού χρήσης που παραμένει αποθηκευμένο σε αυξημένη θερμοκρασία, μειώνοντας επίσης την πιθανότητα εμφάνισης λεγιονέλας. Επίσης υπάρχει ενσωματωμένο έξυπνο σύστημα ανακυκλοφορίας ζ.ν.χ. (circo-kick) στο σταθμό που λειτουργεί μόνο όταν απαιτείται, με αποτέλεσμα να ελαχιστοποιούμε τις απώλειες ανακυκλοφορίας.
Επειδή το ηλιοθερμικό σύστημα θεωρείται επικουρικό σύστημα της εγκατάστασης, διότι δεν μπορεί να μας καλύψει πλήρως όλες τις μέρες του χρόνου, συμπληρώνεται με ένα σύστημα θέρμανσης, το οποίο καλύπτει τις ανάγκες σε θερμότητα όταν η αποθηκευμένη ενέργεια του θερμοδοχείου δεν επαρκεί. Το επιπλέον σύστημα θέρμανσης που έχει επιλεγεί είναι ένας λέβητας συμπυκνώσεως αερίου με υψηλό βαθμό απόδοσης έως 107% στις χαμηλές θερμοκρασίες προσαγωγής.
Ο λέβητας ζεσταίνει από τον αυτοματισμό με διαφορετική θερμοκρασία και σε διαφορετική θέση το δοχείο διαστρωμάτωσης, όταν απαιτηθεί, και αυτό επιτυγχάνεται μέσω των τριόδων μεταγωγικών βανών.
Συγκεκριμένα, για το ζεστό νερό χρήσης όταν απαιτηθεί, ζεσταίνει μόνο το ψηλότερο στρώμα (20% του όγκου) του δοχείου διαστρωμάτωσης με υψηλή θερμοκρασία περίπου 55oC, ενώ για την θέρμανση ζεσταίνει το μεσαίο στρώμα (60% του όγκου), σύμφωνα πάντα με την θερμοκρασία προσαγωγής που επιλέγει η αντιστάθμιση καιρικών συνθηκών του συστήματος.
¶ρα έχουμε ένα μεγάλο πλεονέκτημα, διότι φορτίζουμε πάντα με την κατάλληλη θερμοκρασία και την κατάλληλη ποσότητα που απαιτείται και όχι αναγκαστικά όλο το δοχείο και άσκοπα με υψηλή θερμοκρασία. Το χαμηλότερο στρώμα του δοχείου (20% του όγκου) παραμένει σε χαμηλότερη θερμοκρασία, ώστε να δίνει τη δυνατότητα να λειτουργεί το κύκλωμα των συλλεκτών πολύ αποδοτικά.
Τέλος, το σύστημα αυτοματισμού και ελέγχου φροντίζει να έχει αποθηκευμένη την απαιτουμένη θερμική ενέργεια και στην κατάλληλη θερμοκρασία συνδυάζοντας όλες τις διαθέσιμες πηγές ενέργειας εξαντλώντας πάντα πρώτα την ηλιακή ενέργεια.
Όφελος στη θέρμανση
Η συνολική θερμική ενέργεια που απαιτείται υπολογίστηκε αρχικώς μέσω προγράμματος προσομοίωσης ηλιοθερμικών συστημάτων, σύμφωνα με τα κλιματικά δεδομένα της περιοχής και με τις ανάγκες της συγκεκριμένης κατοικίας. Στην πράξη, υπήρξε μικρή απόκλιση με καλύτερο αποτέλεσμα, διότι το προφίλ κατανάλωσης έχει υπολογισθεί με συγκεκριμένα δεδομένα και συγκεκριμένα κλιματολογικά δεδομένα, οπότε είναι φυσιολογική μία μικρή απόκλιση.
Η θερμική ενέργεια για την θέρμανση είναι περίπου 11500 kWh, ενώ για το ζεστό νερό χρήσης είναι περίπου 2000 kWh. Συνολικά η ενέργεια που χρειαζόμαστε μαζί με τις απώλειες των δικτύων διανομής και αποθήκευσης είναι περίπου 15000 kWh εκ των οποίων το ηλιοθερμικό σύστημα μπορεί να καλύψει το 50% της συνολικής ενέργειας, δηλαδή τις 7500 kWh. Με κάποιες θεωρήσεις όπως τη σημερινή τιμή του υγραερίου 0,85 ευρώ/lt, τη θερμογόνο δύναμη του υγραερίου περίπου 7,4 kWh/lt και το μέσο βαθμό απόδοσης του λέβητα συμπυκνώσεως στο ζ.ν.χ. και στη θέρμανση να είναι 95%, το κόστος θέρμανσης είναι 1000 ευρώ/έτος και ο χρόνος απόσβεσης εκτιμάται περίπου στα 8 έτη.
Τα ηλιοθερμικά συστήματα πέραν της εξοικονόμησης που επιτυγχάνουν, βελτιώνουν και τη γενικότερη ενεργειακή κατάταξη των κτιρίων στις αξιολογήσεις σύμφωνα με τον Κανονισμό Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (ΚΕΝΑΚ). Δημιουργείται έτσι ένα επιπλέον κίνητρο για τους ιδιώτες που θέλουν να επενδύσουν στην ηλιοθερμία.
www.thermogas.gr
Τηλ.: 2106665552
Δομικά υλικά από τον ειδικό ή από ένα γνωστό;
Διαλέξτε την ηλεκτρική συσκευή που πραγματικά χρειάζεστε
Εύκολα roof gardens και για προστασία από την βροχή!
Μηχανικός αερισμός: Για να ανασαίνει το σπίτι!
