Schematy instalacji.
Możliwości wykorzystania energii słonecznej w budownictwie jednorodzinnym.
[
Źródło: Praca magisterska wykonana przez inż. S. Sędłaka pt. "Wykorzystanie energii słonecznej w budownictwie jednorodzinnym", wykonana w Instytucie Mechanizacji Rolnictwa Akademii Rolniczej w Lublinie pod kierunkiem dr hab. Prof. AR Mieczysława Szpryngiela. ]W budownictwie jednorodzinnym najczęściej stosuje się
płaskie kolektory cieczowe, które są tzw. Kolektorami niskotemperaturowymi. Osiągana w nich temperatura czynnika grzewczego nie przekracza 100° C.Sprawność ich zależy w dużym stopniu od strat ciepła do otoczenia a także od gęstości strumienia energii promieniowania słonecznego, czyli w okresie zimowym jest znacznie niższa niż w okresie letnim.
W kolektorach cieczowych stosuje się natężenia przepływu czynnika grzewczego w granicach 0,7-12 dm
3/(min*m2). Przy maksymalnym nasłonecznieniu uzyskuje się, przy jednorazowym przepływie wody, przyrost jej temperatury o 3-4° C. Oznacza to, że przy pracy kolektora ze zbiornikiem wodnym, można uzyskać w ciągu dnia przyrost temperatury o 30-40° C. Kolektory cieczowe mogą pracować w obiegu naturalnym (grawitacyjnym), przy czym zbiornik wody instalowany jest nad kolektorem lub w obiegu wymuszonym pompą wodną i wówczas zbiornik może być zainstalowany poniżej kolektora.
Rys. 1. Instalacja grawitacyjnego obiegu wody w systemie otwartym z bezpośrednim podgrzewaniem gdzie:
1/ kolektor;
2/ zbiornik;
3/ zbiornik wyrównawczy wody zimnej z zaworem;
4/ zawór odcinający;
5/ zawór spustowy;
6/ dławik przepływu;
7/ wylot wody ciepłej;
8/ doprowadzenie wody zimnej.
Woda użytkowa może być ogrzewana w dwojaki sposób:
Rys. 2. Schemat instalacji z wy
muszonym obiegiem czynnika grzewczego i wymiennikiem ciepła, gdzie:1/ kolektor; 2/ zbiornik; 3/ wymiennik ciepła;
4/ zespół zabezpieczający; 5/ zawór spustowy;
6/ naczynie wzbiorcze; 7/ pompa obiegowa;
8/ zawór przewodu obejściowego; 9/ zawór zwrotny;
10
/ odpowietrznik; 11/ zawór bezpieczeństwa;12/ czujnik temperatury; 13/ termostat różnicowy;
14/ wylot ciepłej wody; 15/ doprowadzenie zimnej wody.
Instalacje z obiegiem wymuszonym posiadają wyższą sprawność i umożliwiają osiąganie wyższych temperatur wody użytkowej. Są jednak droższe, co wynika z montażu pompy oraz konieczności zastosowania układu sterującego jej pracą, a wiec są też badziej skomplikowane technicznie. Przy określaniu nastaw termostatu należy założyć, że moc cieplna dostarczana z kolektora
do zbiornika, podczas pracy pompy, powinna być co najmniej 5-krotnie większa od mocy silnika napędzającego pompę.W wielu przypadkach występują okresy, w których strumień energii słonecznej jest niewystarczający do zapewnienia odpowiedniej ilości energii. Wówczas konieczne jest dogrzewanie wody dodatkowym źródłem ciepła (np. grzejnik elektryczny, kocioł c.o., przepływowy podgrzewacz gazowy).
Wykorzystując energię słoneczną do podgrzania wody, potrzebne jest magazynowanie ciepła. Wynika to z faktu, że okres promieniowania słonecznego o natężeniu odpowiednim do pracy kolektora nie pokrywa się z okresem zapotrzebowania na ciepła wodę. Służą do tego zbiorniki ciepłej wody pełniące jednocześnie funkcję akumulatorów ciepła.
Rys. 3. Schemat układu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej, zawierającej różne rodzaje urządzeń występujących w tego typu systemach.
Zbiornikiem ciepła mogą być izolowane termicznie ciśnieniowe zbiorniki stalowe z płaszczem grzejnym lub wężownicą o stosunku wysokości do średnicy wynoszącym 2-2,5. Warstwa izolacyjna w postaci styropianu, wełny mineralnej lub otuliny z pianki poliuretanowej powinna wynosić 5 cm.
Prowadzone badania doprowadziły do uzyskiwania sprawności cieczowych kolektorów płaskich do 60-65%. Jest to wynikiem zastosowania odpowiednio dobranych materiałów i innych udoskonaleń termicznych. Płyty absorberów wykonywane są z aluminium, miedzi, stali, tworzyw sztucznych. Jej powierzchnia pokrywana jest warstwą pochłaniającą o
dobrych właściwościach selektywnych, tj. o dużej wartości stosunku współczynnika pochłaniania do współczynnika emisji przy danej długości fali. Na warstwy pochłaniające stosuje się materiały przeważnie w kolorze czarnym, np. nikiel czarny, czerń chromowa, tlenki magnezu, miedź polerowaną, farby czarne 3M.Izolację cieplną wykonuje się zazwyczaj ze styropianu, pianki poliuretanowej, wełny mineralnej, a obudowę z profili metalowych, tworzyw sztucznych lub drewna.
Na powłokę przezroczystą stosowane jest szkło, poliestry, tworzywa poliwęglanowe, metakrylan, metylen (plexiglas). Zastosowanie podwójnej warstwy przezroczystej wypełnionej sześciofluorkiem siarki podnosi sprawność kolektora od kilku do kilkunastu procent - w zależności od temperatury czynnika robocz
ego nawet do 70%. Przykładowo dla temperatury 25-26° C przyrost ten wynosi 12-14%, a więc wtedy, kiedy pracuje on najsłabiej oraz 4-5% dla temperatury 47-50° C.