Használati-
A napenergia tudástár előző írásaiban a hasznosítható napenergia nagyságáról, a napkollektorok
felépítéséről, hatásfokáról, valamint a napkollektoros rendszerek gazdaságosságáról
volt szó. Most rátérünk a konkrét napkollektoros rendszerek ismertetésére. Az épületgépészetben
a napkollektorokat általában használati-
A használati-
Nézzük, hogyan lehet a használati-
A szoláris részarány és a rendszerhatásfok összefüggése
A napkollektoros rendszerek méretezésénél a legfontosabb meghatározandó jellemző az ún. szoláris részarány (SF), ami azt mutatja meg, hogy a napkollektoros rendszer milyen részarányban fedezi a teljes energiaszükségletet (jelen esetben a melegvíz készítés hőszükségletét).
ahol Qs a napkollektoros rendszer energiahozama (kWh), Q_HMV a melegvíz készítés hőszükséglete (kWh), QAux pedig a hagyományos hőtermelő (pl. kazán, vagy elektromos fűtőpatron) hőmennyisége (kWh).
Másik fontos jellemzője a napkollektoros berendezéseknek a rendszerhatásfok (SE), ami azt mutatja meg, hogy a napkollektoros rendszer milyen részarányban hasznosítja a napkollektorok felületére érkező napsugárzást.
ahol Qs a napkollektoros rendszer energiahozama (kWh), E_G az adott földrajzi hely globális napsugárzás jövedelme (kWh/m2), és Akoll (m2) a kollektorok hasznos felülete.
A szoláris részarányt és a rendszerhatásfokot általában éves időszakra vonatkoztatva adják meg, de természetesen beszélhetünk rövidebb időszakokról, pl. nyári, téli, havi, vagy napi szoláris részarányról, illetve rendszerhatásfokról is.
A szoláris részarányt és a rendszerhatásfokot közös grafikonban ábrázolva (1. ábra) láthatjuk, hogy a jellegük egymással éppen ellentétes. Magas szoláris részarány esetén alacsony a rendszerhatásfok, magas rendszerhatásfok esetén pedig alacsony a szoláris részarány. Ezek a tendenciák érthetőek, hiszen magas szoláris részarányt csak a napkollektoros rendszer túlméretezésével lehet elérni, ez pedig az átlagosnál naposabb időjárás esetén a rendszer gyakori üresjáratát és így kihasználatlanságát eredményezi, aminek következménye az alacsony rendszerhatásfok. Ha viszont a napkollektoros rendszerünket alulméretezzük, akkor bár alacsony szoláris részarányt tudunk elérni, de a rendszerünk nagyon jó kihasználtsággal, és így magas rendszerhatásfokkal fog üzemelni.
1. ábra
A szoláris részarány és a rendszerhatásfok alakulása
Kérdés ezek után, hogy a napkollektoros rendszerek méretezésénél mi legyen a cél?
Az 1. ábrán bejelöltük a szoláris részarány és a rendszerhatásfok metszéspontjának
a közelében egy optimális zónát. Ekkor a szoláris részarány 35-
De természetesen nem minden esetben kell ragaszkodni a fenti méretezési elvhez. Nagy
létesítményeknél pl. megvalósíthatunk olyan napkollektoros rendszert is, ami csak
a hőigény 10-
Kisebb létesítményeknél, jellemzően családi házaknál pedig fordított stratégiát célszerű
követni. Itt fontos szempont a megrendelő megelégedettsége, ezt pedig akkor tudjuk
elérni, ha a napkollektoros rendszer viszonylag magas, legalább 60-
A melegvíz-
A használati-
A valós vízfogyasztás megállapításánál ügyeljünk arra, hogy a napkollektoros rendszer
méretezése egészen más szemléletet igényel, mint a hagyományos hőtermelővel üzemelő
épületgépészeti rendszerek méretezése. A hagyományos rendszereknél elsődleges szempont
az ellátás biztonsága, úgy kell méretezni, hogy a legnagyobb létszám, a legnagyobb
egyidejűség esetén is biztonsággal rendelkezésre álljon a kívánt hőmérsékletű melegvíz.
Napkollektoros rendszereknél viszont ne a csúcsfogyasztásra méretezzünk. Ne használjuk
pl. a régi kézikönyvekben megadott meglehetősen magas vízfogyasztási normatívákat,
mert ezek a valóságban általában lényegesen alacsonyabbak. Vagy, ha például egy szállodáról
van szó, akkor ne a maximális vendégszámmal számoljunk, hanem próbáljuk meg kideríteni,
átlagosan milyen kihasználtsággal fog ez a szálloda üzemelni. Ha ez jellemzően csak
60%, akkor fölösleges a napkollektoros rendszert 100%-
Egy családi ház esetében a napi melegvíz fogyasztás az év minden napján nagyjából állandónak tekinthető. Más a helyzet azonban nagyobb létesítményeknél. Pl. egy soklakásos társasház esetében a melegvíz készítés hőigénye az év folyamán jelentősen változik, a 2. ábra szerint. Nyáron a hőigény a melegebb hálózati hidegvíz, és a fürdésnél felhasznált valószínűleg alacsonyabb hőmérsékletű melegvíz miatt alacsonyabb, mint télen. Ráadásul nyáron van a kb. hat hetes szabadsági periódus, ami tovább csökkenti a vízfogyasztást. Mivel a napkollektoros rendszerünket majd a nyári napsugárzásra fogjuk méretezni, ezért a melegvíz fogyasztási értékek közül is a nyári, alacsonyabb értéket kell figyelembe vennünk.
2. ábra
A melegvíz készítés hőigényének alakulása társasház esetén
A jellemző napi vízfogyasztás ismeretében kiszámítható a melegvíz készítés napi hőszükséglete:
ahol:
c = 1,16 [Wh/(kg.K)] a víz fajhője,
m [kg liter] a napi vízfogyasztás mennyisége,
th [°C] a hálózati hidegvíz hőmérséklete,
tm = [°C] a felhasználáskor figyelembevett melegvíz hőmérséklete
A képletben az 1,1-
A képlet szerint pl. 50 liter víz 10°C-
Ha ismerjük a napi hőigényt, akkor ezt össze tudjuk vetni, az egy négyzetméter napkollektor felülettel hasznosítható hőmennyiséggel. Ennek értékét az 3. ábrából tudjuk megállapítani, mely az átlagos körülmények esetén hasznosítható napsugárzást mennyiségét mutatja havi bontásban.
3. ábra
Déli tájolású és 45°-
Az 4. ábra alapján megállapíthatjuk, hogy májustól szeptemberig Magyarországon 1m2
napkollektor felülettel átlagos időjárás esetén 2,5-
Egyszerű méretezésnél tehát az alkalmazható az alábbi ökölszabály:
1 m2 napkollektor felület / napi 50 liter vízfogyasztás, 50°C-
átlagos nyári napokon 100%-
éves szinten kb. 60%-
Perzse, ha precízek akarunk lenni, akkor az így meghatározott napkollektor felületet
még módosítani kell a napkollektorok dőlésszögétől és tájolásától függően, hiszen
a fenti összefüggés, csak a Magyarországon egész éves használat esetén, optimálisnak
tekinthető 40-
4. ábra
Teljesítménycsökkenés a kollektorok dőlésszögének és tájolásának függvényében
A melegvíz-
A napkollektor felület mellett fontos a melegvíz-
5. ábra
Éves szoláris részarány a tárolóméret és a kollektorfelület
fogyasztáshoz viszonyított aránya függvényében
Pontosabb méretezés: számítógépes méretező programmal
E cikk bevezetőjében már utaltunk arra, hogy napkollektoros rendszerek pontosabb méretezése csak megfelelő számítógépes programmal végezhető el. A fentebb ismertetett ökölszabály inkább csak előméretezésre, a nagyságrendek előzetes megállapítására használható. Ez kisebb létesítmények, családi házak rendszerméretének meghatározásához sokszor elegendő lehet, de nagyobb, komolyabb létesítmény méretezéséhez semmiképpen sem. Ezért, ha ilyen feladatunk lenne, akkor célravezető megkeresni egy profi napkollektoros vállalkozást, aki feltehetőleg rendelkezik megfelelő szoftverrel, és a méretezést elvégzi helyettünk.