Kolektor płaski czy próżniowy ?

Prezentacja na temat: "Kolektor płaski czy próżniowy ?"— Zapis prezentacji:

1 Kolektor płaski czy próżniowy ?
Kgn

2 Co wpływa na ilość ciepła uzyskiwanego z kolektorów ?
Natężenie promieniowania słonecznego Powierzchnia kolektora słonecznego Sprawność optyczna Rodzaj izolacji cieplnej kolektora Sprawność w rzeczywistych warunkach pracy Ustawienie i skierowanie kolektora / kolektorów Optymalizacja wszystkich elementów instalacji 2

3 Natężenie promieniowania słonecznego
Natężenie promieniowania słonecznego zmienia się w zależności od pory roku, dnia i zachmurzenia. Przyjmuje się że dla Polski wynosi maksymalnie W/m2 (bezchmurne niebo, przejrzyste powietrze, pora południowa). Natężenie promieniowania słonecznego w innych warunkach przedstawia rysunek poniżej. 3

4 Powierzchnia kolektora
Powierzchnia kolektora – powierzchnia liczona według wymiarów zewnętrznych kolektora (całkowita) Powierzchnia absorbera – powierzchnia z przykryciem selektywnym, pochłaniającym promieniowanie słoneczne Powierzchnia czynna absorbera – jest to powierzchnia na którą może padać promieniowanie słoneczne 4

5 Sprawność optyczna Najwyższą sprawność osiągają kolektory przy braku strat ciepła. Jest to tzw. sprawność optyczna (o), która uwzględnia głównie skuteczność przenikania promieniowania słonecznego przez przykrycie przeźroczyste kolektora (szybę) oraz własności pochłaniania promieniowania przez absorber (materiały z jakich został wykonany). Im wyższa sprawność optyczna tym lepsze jest wykorzystanie promieniowania słonecznego docierającego do kolektora słonecznego. VITOSOL 100-F Kolektor płaski VITOSOL 200-F Kolektor płaski VITOSOL 200-T Kolektor próżniowy o= 74,3 o= 79,3 o= 82,0 5

6 Rodzaj izolacji cieplnej kolektora
Głównym czynnikiem decydującym o ilości ciepła uzyskanego z kolektora słonecznego w czasie jego normalnej pracy jest izolacja cieplna. W kolektorach płaskich izolacja wykonana jest z wełny mineralnej, natomiast w próżniowych, jest nią właśnie próżnia. wężownica z rury miedzianej izolacja z wełny mineralnej płyta absorbera Sol-Titan pokrywa ze szkła solarnego rama aluminiowa profilowana rura zbiorcza miedziana izolacja boczna z pianki melaminowo-żywicowej aluminiowo-cynkowa blacha denna 6

7 Sprawność w rzeczywistych warunkach pracy
W rzeczywistych warunkach pracy sprawność kolektora jest niższa od optycznej, która wynika głównie ze strat ciepła. Dzięki skutecznej izolacji cieplnej kolektorów próżniowych, ze wzrostem różnicy temperatur dT ich sprawność maleje w mniejszym stopniu niż kolektorów płaskich. Różnica temperatur dT jest to różnica między temperaturą absorbera kolektora i temperaturą otoczenia. Na przykład, jeśli temperatura absorbera wynosi 50°C a temperatura otoczenia 10°C to różnica dT=40 K (różnicę temperatur wyraża się zawsze w stopniach Kelvina, wartość bezwzględna stopnia 1K = 1°C). 7

8 Sprawność w rzeczywistych warunkach pracy
Kolektory Viessmann: płaskie Vitosol 100-F i 200-F, próżniowe Vitosol 200-T i 300-T. Przy natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącym 800 W/m2. 8

9 Sprawność w rzeczywistych warunkach pracy
Najwyższą sprawność osiągają kolektory dla dT=0, czyli przy braku strat ciepła (sprawność optyczna). W rzeczywistych warunkach pracy, w zależności od rodzaju instalacji (jej przeznaczenia), typowe zakresy pracy kolektorów zaznaczono polami na wykresie. Najczęściej kolektory słoneczne w małych instalacjach (domach jednorodzinnych) wykorzystywane są do wspomagania ogrzewania ciepłej wody użytkowej, dla których różnica temperatury dT mieści się w przedziale od 30 do 50 K. 9

10 Uzyski ciepła z kolektorów
Uzyski ciepła (moc) z kolektorów płaskich firmy Viessmann i przykładowego próżniowego firmy X, przy natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącym W/m2. 10

11 Uzyski ciepła z kolektorów
Uzyski mocy dla innych warunków nasłonecznienia i różnicy temperatur dT 11

12 Uzyski ciepła z kolektorów
G – całkowite natężenie promieniowania słonecznego dT - różnica między temperaturą absorbera kolektora i temperaturą otoczenia Porównanie wykonano dla kolektorów o zbliżonej powierzchni czynnej absorbera. Kolektor X – przykładowy kolektor polskiego importera rur próżniowych (rury próżniowe wykonane w formie podwójnej rury szklanej). Dane na temat sprawności i wydajności uzyskano z wyników testów kolektora przeprowadzonych w Instytucie SPF w Szwajcarii. Kolektory firmy Viessmann – sprawności i wydajności zaczerpnięto z wyników testów przeprowadzonych w Instytucie ISFH w Niemczech. 12

13 Uzyski ciepła - porównanie zestawów solarnych
Porównanie zestawów solarnych do wspomagania ogrzewania c.w.u. dla 3-4 osób. Viessmann, płaskie: 2 x Vitosol 100-F i 2 x Vitosol 200-F; oraz firmy X: 2 x próżniowy. Przy natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącym 700 W/m2. 13

14 Uzyski ciepła - porównanie zestawów solarnych
Uzyski mocy dla innych warunków nasłonecznienia i różnicy temperatur dT 14

15 Porównanie instalacji solarnych firmy Viessmann
Porównanie wykonano programem komputerowym firmy Viessmann do doboru i optymalizacji instalacji kolektorów słonecznych. Założenia: budynek: jednorodzinny miejscowość: Warszawa przeznaczenie instalacji solarnej: wspomaganie ogrzewania ciepłej wody użytkowej liczba osób: 6 miejsce zabudowy kolektorów: na dachu kąt pochylenia kolektorów: 40° skierowanie kolektorów: idealnie na południe wymagana temperatura c.w.u.: 50 °C 15

16 Porównanie instalacji solarnych firmy Viessmann
Pokrycie zapotrzebowania ciepła do c.w.u. przez instalację solarną z kolektorami płaskimi Vitosol 200-F w poszczególnych miesiącach. Stopień pokrycia zapotrzebowania ciepła w ciągu roku: 51 % 16

17 Porównanie instalacji solarnych firmy Viessmann
Pokrycie zapotrzebowania ciepła do c.w.u. przez instalację solarną z kolektorami próżniowymi Vitosol 200-T w poszczególnych miesiącach. Stopień pokrycia zapotrzebowania ciepła w ciągu roku: 55 % 17

18 Porównanie instalacji solarnych firmy Viessmann
Porównanie stopnia pokrycia zapotrzebowania ciepła w poszczególnych miesiącach. Różnica całkowitego pokrycia zapotrzebowania ciepła w ciągu roku między instalacją z kolektorami próżniowymi a płaskimi wynosi : 4% 18

19 Podsumowanie „Kolektory próżniowe są lepsze od płaskich – wydajniejsze nawet o 40%” Takie stwierdzenie może być słuszna jeśli porównamy kolektory płaskie i próżniowe wysokiej jakości i o podobnej powierzchni czynnej absorbera. W porównaniu z kolektorami próżniowymi słabej jakości różnica będzie znacznie mniejsza lub nawet będzie na korzyść kolektorów płaskich. Instalacje solarne do wspomagania ogrzewania wody użytkowej projektuje się tak aby pokryły ok % zapotrzebowania ciepła potrzebnego do ogrzewania c.w.u. w ciągu roku. Dotyczy to zarówno kolektorów płaskich jak i próżniowych. Kolektory próżniowe są wydajniejsze od płaskich, dla tego można zastosować ich mniejszą powierzchnię aby uzyskać ten sam efekt. Przykładowo, w typowej instalacji dla rodziny 3 do 4-ro osobowej z reguły wystarczy zastosować dwa kolektory płaskie Vitosol 100-F lub Vitosol 200-F o łącznej powierzchni absorbera 4,6 m2 lub jeden kolektor próżniowy Vitosol 200-T o powierzchni absorbera 3 m2 – uzyski ciepła w obu przypadkach będą zbliżone. 19

20 Podsumowanie „Kolektorów płaskich już raczej się nie stosuje, ponieważ są wypierane przez próżniowe jako najnowsze rozwiązanie techniczne” Tutaj należało by rozdzielić kolektory próżniowe od próżniowych – nie są takie same. Kolektory próżniowe wysokiej jakości zapewniają większe uzyski energii oraz gwarantują bezawaryjną pracę z niezmienną sprawnością przez min. 20 lat. Niestety, przekłada się to również na ich cenę – są znacznie droższe od kolektorów płaskich. Tego nie można powiedzieć o kolektorach próżniowych niskiej jakości, których uzyski ciepła są podobne jak dla płaskich a cena również jest do nich zbliżona Z pewnością, takie kolektory próżniowe nie będą wypierać płaskich z rynku. W warunkach klimatycznych krajowych, do wspomagania ogrzewania ciepłej wody użytkowej w domach jednorodzinnych, w zupełności wystarczające będą kolektory płaskie. A przy właściwie zaprojektowanej instalacji różnice w uzyskach ciepła w stosunku do kolektorów próżniowych nie będą duże. 20

21 Podsumowanie „Kolektory próżniowe są lepsze bo - działają nawet w pochmurne dni” Każdy kolektor słoneczny działa w pochmurne dni, nawet przy temperaturze –20 °C na zewnątrz budynku. Tylko że w takich warunkach straty ciepła kolektora są tak duże że nie przekazuje on ciepła do instalacji – czyli działa przy zerowych uzyskach ciepła. Tutaj, kolektory próżniowe mają przewagę nad płaskimi – są skuteczniejsze Ze względu na lepszą izolację cieplną, są one w stanie wykorzystać nawet niewielkie nasłonecznienie w pochmurny dzień. Jednak, pod warunkiem, że promienie słoneczne mają dobry dostęp do absorbera – nie ograniczony np. przez podwójną rurę szklaną. Kolektory próżniowe mogą być lepszym rozwiązaniem dla instalacji służącej do ogrzewania ciepłej wody użytkowej i wspomagania centralnego ogrzewania. 21

22 Podsumowanie „Kiedy warto rozważyć zastosowanie kolektorów próżniowych ?” Gdy, nie ma wystarczająco dużo miejsca na dachu dla ustawienia kolektorów płaskich – mniejsza powierzchnia kolektorów próżniowych może to ułatwić. Nie ma możliwości ustawienia kolektorów płaskich w kierunku południowym, lub gdy kolektory mają być zamontowane na ścianie budynku, czy położone bezpośrednio na dachu płaskim – kolektory próżniowe dają więcej możliwości. W budynkach o ograniczonym odbiorze ciepła w okresie letnim, dla ochrony kolektorów i instalacji solarnej przed przegrzewami (np. budynki biurowe, szkolne, jednorodzinne ze wspomaganiem ogrzewania) – stosuje się kolektory próżniowe z wbudowanymi ogranicznikami temperatury takie jak Vitosol 300-T. Ograniczniki temperatury powodują „wyłączenie” kolektora jeśli temperatura przekroczy dopuszczalną wartość – kolektor nie przegrzewa się i nie przekazuje ciepła do instalacji. W budynkach wysokich, na płaskich dachach, gdzie stosowanie nachylonych kolektorów płaskich jest niemożliwe (duże opory aerodynamiczne = duże masy balastowe) i wówczas jedynym rozwiązaniem staje się zastosowanie kolektorów próżniowych położonych poziomo – Vitosol 200-T 22