Sorozatunkban eddig a fűtéssel, hőszükséglettel, energiabetárolással és -elosztással foglalkoztunk. Most körüljárandó témánk a napenergia-hasznosítás melegvízkészítésre, ez esetben is részletekbe menően elemezzük a megoldások „helyességét".

A napenergia az elmúlt évek egyik feltörekvő alternatív energiaforrása, ennek következményeként sok esetben találkozunk olyan összetett rendszerekkel, ahol a szoláris energianyerés és -felhasználás követelmény.

NAPKOLLEKTOROS BERENDEZÉSEK

Első körben tehát vizsgáljuk meg a tisztán melegvízkészítésre használt napkollektoros berendezéseket. Itt most nem az a cél, hogy termékeket hasonlítsunk össze, hanem az, hogy energetikailag a lehető legjobb, optimális, azaz „helyes" megoldást, rendszert tudjuk kialakítani.

Általános megfogalmazásban szoláris energiával a melegvízkészítésre fordított energia közel 70 százaléka fedezhető. Mennyire valós ez az állítás? Vizsgáljuk meg a kérdést konkrét példán keresztül (1. ábra).

 A szimuláció eredményei                                                                                   2. ábra

Egy 4 fős háztartás, teljesen átlagos melegvíz-felhasználásához válasszunk egy 300 literes bivalens tárolót, 2 db 2,3 m² felületű síkkollektort déli tájolással és 40º-os tető hajlásszöggel. A szimuláció eredménye (2. és 3. ábra) egy 58,2 százalékos fedezeti fok (Deckungsrate) és egy 30,6%-os hatásfok (Wirkungsgrad). Valamint kézzelfogható eredményképpen földgáz-köbméterben kifejezett megtakarítás is kiolvasható, ami 218 m³.

A lakossági gázárakat figyelembe véve ez összegszerűen ~35 000 forintot jelent.
Mielőtt levonjuk a következtetéseket, vizsgáljuk meg, hogy mi történik akkor, ha növeljük a kollektorok mennyiségét (4. ábra)

Az eredmények alapján meggondolandó: igaz, hogy elértük az elméleti 70 százalékos értéket a fedezettel, de a hatásfok 6 százalékkal csökkent! Megtakarítunk további 46 m³ gázt (~8000 Ft), ha beruházunk még 1 darab kollektort. Igen ám, de ez beruházás a hozzá tartozó egyéb költségekkel együtt beláthatóan nem 46 m³ gáz ára, hanem több. Itt kell megismerkednünk a fedezeti fok és a hatásfok/kihasználtsági fok fogalmával! A példa jól illusztrálja, hogy nem egyenes arányról van szó, sőt! Fordított arányban térnek el a számok (5–6. ábra).

 A szimuláció eredményei                                                                                    5. ábra

Azt a megállapítást mindenképpen megtehetjük, hogy csak számolás után jelentsünk ki bármilyen megtérülést vagy hatékonyságot! Fordítsuk le a számokat betűkre. Ugyanannál a megoldandó feladatnál maradva (kiinduló adatok megegyeznek) minél több kollektort helyezünk el a tetőre az optimum mennyiségtől eltérően, annál rosszabb lesz a rendszer hatásfoka, ill. éves kihasználtsága. A nagy kollektor-felület „hamar" megtermeli a szükséges energiát, amivel felmelegíti a melegvíztartályban lévő vizet és utána sajnos nem dolgozik tovább, úgynevezett üres-járásba kerül. Ez nem csak azért nem jó, mert a megtérülési idő nő, hanem a stagnálás miatt a gőzképződés veszélye is jóval magasabb. Nem beszélve a magas hőmérséklet okozta egyéb problémákról.

MÉRETEZETT OPTIMUM

A „helyes" megoldás a méretezett optimum. Látható, hogy súlyos százezrekkel többet is el lehet költeni egy szolár berendezésre, mint amire ténylegesen szükség lenne. Természetesen vannak esetek, amikor – a fenti példát alapul véve – 3 darab kollektorra van szükség és majd ugyanazt az eredmény fogjuk kapni, mint az első esetben. De ne felejtsük el, hogy a méretezés nemcsak a darabszámot érinti, hanem a tájolásból, tetőhajlás-szögből és a felhasználási adatokból származó eltéréseket is. Ilyen esetben könnyen meglehet, hogy akár 45º-kal is eltértünk az ideális iránytól és emiatt kell a több kollektor.

A napkollektoros rendszerek „helyes" kialakítása tervezési feladat, és valójában egy „helyes" kiválasztási módszeren alapul, hisz a mai szoftverek nagyon megkönnyítik a rendszer-optimum meghatározását. Maga az effektív megtakarítás mellett nagyon fontos paraméter, hogy a fosszilis energiamegtakarítás milyen környezetvédelemmel (CO₂ kg/év) társul. Ahogy például 2. ábrán látszik, 415 kg széndioxiddal kevesebb kerül a légtérbe évente. Magyarul: a környezettudatos szemlélet, mint érzelmi-paraméternek a racionális értékkel (gáz m³) egyensúlyban kellene lennie annak ellenére is, hogy a beruházás költségeit ki kell fizetni, ami ugye nem emocionális kérdés.

A következő számban megvizsgáljuk a nap­ener­gia-felhasználás „helyességét" és opti­mum­szá­mí­tá­sát fűtésrásegítés esetén is.

Versits Tamásépületgépész mérnök
Weishaupt Hőtechnikai Kft.