Napkollektor

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Melegvizet szolgáltató kísérleti napkollektor

A napkollektor olyan épületgépészeti berendezés, amely a napenergia felhasználásával közvetlenül állít elő fűtésre, vízmelegítésre használható hőenergiát. Fűtésre való alkalmazása az épület megfelelő hőszigetelését és alacsony hőmérsékletű fűtésvíz-igényét (pl. padlófűtéssel) feltételezi, és általában csak tavasszal és ősszel mint átmeneti, illetve télen mint kisegítő fűtés ún. kombi vagy multifunkciós hőtárolóval használatos. Hőközvetítő közege jellemzően folyadék, de a levegőt használó változatai is elterjedtek. A hétköznapi nyelvben gyakran összetévesztik a napelemmel, amely a napsugárzást elektromos energiává alakítja.

A melegvíz készítésre fordított hőmennyiség az épületenergetikai számítások szerint az egyre alacsonyabb energiafelhasználás miatt kb. azonos értékű a fűtési energiaigénnyel, ezért a hőtermelő napkollektorok jelentősége fokozatosan növekszik. Lehetőséget ad a melegvízkészítésben a hőtermelő elektromos energia kiváltására.

A napkollektor elnyelő (matt fekete, fényt nem visszaverő festékkel bevont, hővezető, általában rézlemez) rétegét abszorbernek is nevezik. Ez a réteg a napsugárzás elnyelése által melegszik fel. Az ú.n. szelektív bevonat iránti követelmény, hogy a napsugárzás tartományában (0-2,5 μm) a beérkező teljes spektrumot nyelje el, másrészt az abszorber saját hőmérsékletéhez tartozó infravörös tartományban (2,5 μm fölött) a visszasugárzás a lehető legkisebb legyen. A hőt ennek a hátára keményforrasztott vagy lézerhegesztett csőháló veszi fel, majd egy előremenő és egy visszatérő cső segítségével vezetik be a házba – általában keringtető szivattyúval. A csőháló alsó oldalán hőszigetelő réteg van, ami javítja a hatékonyságot.

Derült, napos időben hozzávetőleg 1 kW erősségű sugárzás érkezik minden négyzetméternyi felületre. Az éves, átlagos napsugárzás Magyarországon 3,17 kWh (11,4 MJ) négyzetméterenként naponta.[1] A napkollektorok magyarországi minősítése gyakorlatilag az ÉMI-ben mint Európai és Nemzeti Műszaki Értékelés lehetséges, ill. a TÜV-ön keresztül, külföldi minősítő intézetek bevonásával. Az építési termékekre vonatkozó rendeletek szerint állandó jelleggel beépített napkollektor csak minősített lehet (275/2013. (VII. 16.) Korm. rendelet). Az európai napkollektorokat hitelesítő laborok az összes éves hőmennyiség szempontjából vizsgálják az egyes termékeket. Hivatalosan napkollektornak csak olyan termék minősül (vagyis az EU területén tagállami támogatásban részesíthető), ami a 305/2011 EU rendelet Construction Product Regulation (CPR) előírásainak megfelel. A megszerzés feltételét pl. a SolarKeymark esetén Németország klímaviszonyaihoz rögzítették: évente csak használati-melegvíz készítéssel, vagyis fűtésrásegítés nélkül legalább 525 kWh/m2 (1890 MJ/m2) hőmennyiséget kell termelnie.[2] Magyarország a 47. szélességi fokon, kb. 2000 óra/év napsütésessel kedvezőbb helyen van. A beesési max. szög a vízszinteshez délben nyáron 66°, télen 19°, ami a gyakorlatban jó kollektor-elhelyezési lehetőséget ad.

Típusai[szerkesztés]

Napkollektor vázlatrajza

A napkollektorokat szerkezetük, közegük és az alkalmazás rendszere szerint különböző csoportokba oszthatjuk.

Napkollektor belső szerkezet szerinti típusok[szerkesztés]

  • Sík kollektor: egy abszorber felület veszi fel a hőt, mely a teljes keretet kitölti. Leggyakrabban szelektív bevonatos fémfelület, hőszigetelő fedéssel.
  • Vákuumcsöves kollektor: Vákuumozott üvegcsövekben helyezik el a szelektív bevonatos fémfelületű abszorbert, mely vagy cirkuláló folyadékot melegít, vagy folyadék/gőz állapotváltozást okoz.
  • Csőszerkezetű kollektor (fedett vagy nyitott kivitelben)

Napkollektor közeg szerinti típusok[szerkesztés]

  • Víz ill. fagyálló közegű folyadékos kollektorok: Általában HMV készítésre, közvetlen (időszakos), vagy fagyállós közvetett téli-nyári üzemre készülnek.
  • Levegő közeges kollektor: helyiségek fagymentesítésére, ill. falszerkezetek helyett nagyobb hőnyereség érdekében használják.

Napkollektor alkalmazás rendszere szerinti típusok[szerkesztés]

  • Szivattyús/ventilátoros cirkulációjú rendszerekbe kötött kollektor: ha a kollektor és a melegvíz tároló tartály/helyiség közti cirkuláció nem valósul meg természetes cirkulációval.
  • Gravitációs cirkulációjú rendszerek: a magasabban fekvő tartály és az alacsony elhelyezésű kollektor közti szintkülönbség biztosítja a természetes cirkulációt.
  • HMV készítő rendszerbe, ill. fűtési rendszerbe kötött kollektor: magát a szivattyús, ill. gravitációs rendszert csatlakoztatják a hőtermelés céljának megfelelő második rendszerhez/berendezéshez.

Folyadék közegű, szivattyús rendszer[szerkesztés]

A leggyakrabban alkalmazott napkollektoros rendszer a folyadék közegű, szivattyús rendszer. A fekete színű, néha tükrökkel is megvilágított kollektor (1) elnyeli a napsugár által közvetített hőt és azt átadja a kollektorban keringő folyékony, fagyálló, jó hőközvetítő folyadéknak. A kollektor felmelegedését egy automatika (2) figyeli, amely a rendszernél magasabb hőmérséklet esetén elindítja a szolárszivattyút (3). Ez a folyadék egy zárt hőcserélő tartályban (5) átadja a többlet hőt a bojlerben (6) tárolt víznek. A rendszert nyomásszabályozó (4) egészíti ki, illetve közvetlen a hőcserélőből (5) is lehet meleg vizet nyerni fűtési célokra. A mai modern napkollektorok gyorscsatlakozókkal vannak ellátva, így szerelésük igen egyszerű.

A legjobb hatékonyságot úgy lehet elérni, hogy a napkollektor a fűtésrendszer leghidegebb pontjára csatlakozik rá. Így a legnagyobb a hőmérséklet-különbség hajtóerő és a legkisebb a kollektormező hővesztesége a külső levegő felé. A téli időszakban ez a hideg pont lehet egy hőszivattyú hőnyerő oldala. Hőszivattyú nélküli rendszerekben tipikusan a felmelegítendő vezetékes hideg víz a leghidegebb közeg. Ezért használják a napkollektorokat elsősorban melegvíz-készítésre, és csak másodsorban fűtésrásegítésre. Fűtésrásegítős rendszerben is érdemes fölhasználni a vezetékes víz hidegét: rétegzett kombi vagy multifunkciós tárolóval szerelt kapcsolás szerint a fűtésvíz visszatérőjénél hidegebb téli napkollektor hője is hasznosul a fűtésben. Vízmelegítésre hőszivattyús rendszerben is érdemes használni a nyári időszakban: napkollektorral ugyanis fél évre ki lehet küszöbölni a kompresszor indítási áramát, vagyis a szolárszivattyú járásán kívül nem jelentkezik más fogyasztás.

Gravitációs cirkulációs rendszerű napkollektor[szerkesztés]

Egyszerű szerkezete miatt a legkönnyebben kivitelezhető rendszer. Ha megfelelő szintkülönbség rendelkezésre áll, akkor kisebb költségű/gazdaságosabb, mint a szivattyús rendszer. A mai törvényi előírások figyelembe veszik a napkollektor esetleges telepítésének biztosítását, ezért már a tervezéskor fel lehet rá hívni a figyelmet. A napkollektorok és napelemek beruházását és megtérülését vizsgálva általában azonos teljesítményeket hasonlítanak össze, és szivattyús rendszert vesznek alapul, támogatás nélkül. Ha hozzátesszük, hogy a napkollektoros rendszer ára csökkenthető gravitációs, természetes cirkulációs rendszerrel, valamint nem csak gáz kiváltásra alkalmas, hanem kapcsolható elektromos bojler elé, valamint felvehető lakástakarék támogatás is(30%), továbbá más felújítással egy időben kivitelezve további költségcsökkentés lehetséges, akkor a megtérülési idő csökkenthető, a beruházás gazdaságos lesz.

Légkollektor[szerkesztés]

„Sörkollektor verseny”, Solt, 2007 augusztusa

A légkollektor olyan napkollektor, amely napenergiával történő légfűtésre, más néven szoláris légfűtésre használható. Rokona a tromble-fal, a „japán napház” és a „napkémény”. Ezek a kollektorok rendszerint a „téli” nappályát figyelik, ezért általában függőlegesen szokták felszerelni őket a házak falára, vagy meredekebb tetőszerkezetbe integrálják őket.

A levegő a kollektor belsejében halad, hőcserélőn keresztül felmelegszik, majd beáramlik a fűtendő térbe. Nyáron az összegyűjtött felforrósodott levegőből légkezelő segítségével vizet is lehet melegíteni. A fal- és a tetőszerkezet ilyen módon átszellőztethetővé válik, vagyis nyáron véd a túlmelegedéstől. A levegő mozgatását általában ventilátor(ok) végzi(k) – ez esetben a melegítő csövek alul és felül egy közös csőben érnek véget. A szerkezet belsejében szabályozó tag található, amely csak abban az esetben engedi a levegőt a belső terekbe vagy a légkezelőbe, ha az fűtésre vagy vízmelegítésre alkalmas hőmérsékletű. A légkollektorokat általában fűtésre alkalmazzák, de ma már terjednek a légkezelős használati-melegvíz készítő rendszerek is.

Kevésbé összetett szerkezetek mint a „vizes” napkollektorok, ezért az áruk alacsonyabb, szervizelési és üzemben tartási költségük kisebb, előállításuk egyszerűbb. A házilag készített napkollektorok többsége így légkollektor, gyakran háztartási hulladékból, ezen belül is elsősorban üres alumínium italos palackokból összeállítva – ez utóbbiak gyakran használt neve a sörkollektor. Ezek hobbiszintű építői időnként rendezvényeket, építőversenyeket rendeznek; Magyarországon az első ilyet 2007 augusztusában tartották Solton, „Sörkollektor verseny” név alatt. A légkollektor segítségével aszaló is építhető.[3] Légkollektor készíthető pillepalackok felhasználásával is.[4]

Napkollektor alkalmazási körülményei[szerkesztés]

Mivel a decemberi napsugárzás a júliusinak kb. 25%-a, ezért melegvíz készítésére egész éves üzemben jobban ki lehet használni. Kifejezetten fűtés céljára a hazai viszonyok mellett vizes kollektort alkalmazni igazán akkor gazdaságos, ha pl. nyári medencefűtésre már rendelkezésre álló kollektorok téli hasznosításáról vagy hőszivattyús talajhős szezonális tárolóról van szó. Közvetlen fűtésrásegítés általánosan alacsony hőmérsékletű fűtésrendszerrel (pl. padló- vagy falfűtés, esetleg fan-coil) és rétegzett multifunkciós hőtárolóval működik jól.

A mai u.n. nappali árammal működő elektromos villanybojlerek drága csúcsidejű áramot is hővé alakítva használják, ezért ennek kiváltására országos szinten is gazdaságos a napkollektor. Ha a melegvízigény több személyre, egész éves üzemidőben jelentkezik, akkor a kollektor kihasználtsága javul, pl. nyugdíjasotthon, kórház, szálloda, uszoda, stb. esetén. A nyári melegvíz csúcsigényre méretezve elkerülhető a túlmelegedés, és inkább télen van szükség második energiaforrásra. E fölé kizárólag akkor szabad méretezni, ha mindig van olyan fogyasztó, ami fölveszi a nyári többlet hőt (ipari berendezés, talajhős szezonális hőtároló, stb.).

A kollektorszerkezet több célra alkalmazva költséget takaríthat meg, pl. tetőfedést kiváltó, tetőbe integrált kollektor, vagy árnyékoló-esővédő ablakok, ajtók fölött. Különbség van továbbá egy komplett új rendszer és a meglévő (kombi bojler, villanybojler) elé kapcsolható rendszer között.

A kollektorok beruházása más esedékes építészeti, épületgépészeti felújítással együtt előnyös, mert eloszlanak a költségek (pl. állványozás; helyreállítás; tartályok, szerelvények cseréje). Előnyös, ha a kollektor és a tároló között kicsi a távolság, mert egy déli ferde tetőre helyezett kollektor és az északi oldali földszinten elhelyezett vizes helyiség között túl nagy lehet a csővezeték költsége. Fűtetlen helyiségen, padlástéren átmenő kollektorvezetékek nagyságrendekkel nagyobb szigetelésvastagságot igényelnek, mint a fűtött téri melegvíz-vezetékek. A kollektorok tájolás szempontjából a DK-i, D-i, DNY-i irányú ferde tetőkre vagy földön/lapos tetőn levő állványokra helyezhetők el legkedvezőbben. Forgalmazásához, beépítéséhez 3/2003 (I.25.) BM-GKM-KvVM együttes rendelete szerinti megfelelőség igazolási eljárás szükséges (pl. ÉME), nem szükséges viszont építési engedély.

Külső hivatkozások[szerkesztés]

Források[szerkesztés]

További információk[szerkesztés]

  • Dr Gyurcsovics Lajos: Hőtermelés napsugárból (Műszaki könyvkiadó, 1987)
  • Armin Themeßl, Werner Weiß: Napkollektoros berendezések (Cser Kiadó, Budapest, 2007)