Transcript Porównanie instalacji solarnych firmy Viessmann

Kolektor płaski czy próżniowy ?
Kgn
www.kotly.pl
03.2008
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
Natężenie promieniowania słonecznego
Natężenie promieniowania słonecznego zmienia się w zależności od pory roku,
dnia i zachmurzenia. Przyjmuje się że dla Polski wynosi maksymalnie
1000 W/m2 (bezchmurne niebo, przejrzyste powietrze, pora południowa).
Natężenie promieniowania słonecznego w innych warunkach przedstawia
rysunek poniżej.
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
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
VITOSOL 200-F
VITOSOL 200-T
Kolektor płaski
Kolektor płaski
Kolektor próżniowy
o= 74,3
o= 79,3
o= 82,0
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.
rama aluminiowa
profilowana
pokrywa ze
szkła solarnego
rura zbiorcza
miedziana
płyta absorbera
Sol-Titan
izolacja boczna z
pianki melaminowożywicowej
aluminiowo-cynkowa
blacha denna
wężownica z
rury miedzianej
izolacja z wełny
mineralnej
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).
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.
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.
Uzyski ciepła z kolektorów
Uzyski ciepła (moc) z kolektorów płaskich firmy Viessmann i przykładowego
próżniowego firmy X, przy natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącym
700 W/m2.
Uzyski ciepła z kolektorów
Uzyski mocy dla innych warunków nasłonecznienia i różnicy temperatur dT
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.
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.
Uzyski ciepła - porównanie zestawów solarnych
Uzyski mocy dla innych warunków nasłonecznienia i różnicy temperatur dT
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
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 %
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 %
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%
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. 50-60% 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.
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.
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.
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