Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar

1. 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.: 237-0433 E-mail: naplopo@naplopo.hu WEB: www.naplopo.hu

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

6. Szabályozók Összetett rendszerek szabályozása

7. Szabályozók Összetett rendszerek szabályozása

8. 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. 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: Szivattyú: Fagyálló folyadék dinamikai viszkozitása

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

13. Váltószelepek Modulo motoros golyóscsap Honeywell VC típ. szelep

14. Légtelenítők

15. Légtelenítők

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

17. Fagyálló hőátadó folyadék • Csak nem mérgező, anyag használható! • Propilénglikol • Etilénglikol • Víztől eltérő tulajdonságok! • Alacsonyabb fajhő, • Nagyobb sűrűség. • Magasabb viszkozitás. Fajlagos hőkapacitás Fagyáspont Dinamikai viszkozitás Sűrűség

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.1300-1700 II.1700-1800 III.1800-2100 (Magyarország) IV.2100-2300 V. 2300-2500

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 = 60-120 magas igények, V1 = 40-60 átlagos igények, V1 = 30-40 alacsony igények, Szállodák, panziók 45°C-os vízből: V1 = 50-100 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] ahol: 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: 50-80 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: 50-100 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