EN
Delovni načeli in zasnova tlakovnih sistemov
Pritisne sončne ogrevalne sisteme uporabljajo zaprte sisteme. Tekočina za prenos toplote (ki je lahko voda ali mešanica vode in propilenglikola) se črpa pod tlakom 50–100 psi skozi kolektorje na strehi in izolirani rezervoar za toplo vodo. Glavna prednost teh sistemov je njihova sposobnost priključitve na standardne domače vodovodne sisteme. To pomeni, da vsi pipi in tuši zagotavljajo enakomeren tlak in temperaturo vode, tudi če več uporabnikov hkrati uporablja toplo in mrzlo vodo v večnadstropnih stavbah. Za kompenzacijo razširjanja zaradi toplote v sisteme vključujejo posebne razširitvene posode. Pri večini namestitev so najpogosteje uporabljena cevna materiala nerjavnega jekla ali bakra, saj sta ti materiala zelo odporna proti koroziji. To ju naredi primerna izbiro za dolgoročno delovanje tako v stanovanjskih kot v poslovnih vodovodnih sistemih.
Tlačni termosifonski sistemi delujejo po postopku, imenovanem naravna konvekcija. Pri tem postopku sončni kolektorji na strehi segrejejo vodo. Ta segreta voda se naravno dvigne v shrambne rezervoarje, ki so nameščeni višje od kolektorjev. To pomeni, da sistemi ne potrebujejo črpalk in ni potrebno uporabljati dragih delov, primerjanih za delovanje pod tlakom. Večina gradnje se izvede z nizko stroškovnimi materiali (kot so guma EPDM in polipropilen). Takšna gradnja je ustrezna, saj sistemi delujejo pri običajnem tlaku (zračnem tlaku). Ti sistemi imajo posebne funkcije za obdobja, ko temperature padajo pod ledišče (hladne zime). Samodejno izpraznijo in izpero vodo iz cevi kolektorjev, da preprečijo poškodbe zaradi zamrzovanja, ki bi povzročile počenje cevi.
Ključne razlike v materialih in toplotni izmenjavi
Razlike v materialih in izvedbi so posledica različnih osnovnih načel delovanja. Zaradi obstoja stalnega tlaka je za cevovode in toplotne izmenjevalnike sistemov pod tlakom potreben kovinski material visoke kakovosti (odporne proti koroziji), kot je npr. nerjaveča jeklena lega. Sistemi, ki niso pod tlakom, teh zahtev ne morajo izpolnjevati, kar omogoča širšo uporabo polimernih materialov. To značilno zniža stroške izgradnje ter olajša namestitev.
Različni sistemi imajo različne načine prenosa toplote. Enote, ki delujejo pod tlakom, imajo običajno notranje tuljave ali ovojne toplotne izmenjevalnike v dobro izoliranih rezervoarjih. S temi konstrukcijami se pitna voda ohrani ločena od zanki z glikolom. Čeprav ta konstrukcija zmanjša verjetnost zamrzovanja, poveča zapletenost vzdrževanja. Nepodtlaki sistemi so drugačni. Nekateri sistemi segrejejo vodo neposredno v kolektorju, kar se imenuje neposredni termosifonski sistem. Drugi so opremljeni z enostavnimi zunanjimi toplotnimi izmenjevalniki. Nepodtlaki sistemi delujejo bolje pri umirjenih temperaturah in imajo višjo učinkovitost. Vendar nenadne spremembe temperature povzročijo izgubo njihove učinkovitosti in odpornosti proti vremenskim vplivom.
Prilagoditev najprimernejšega sončnega grelnika vode vašim lokalnim razmeram
Vodni tlak ter vrsta instalacije in stavbe
Razumevanje trenutnega vodovodnega sistema je bistveno pri določanju primernosti sistema. Večina sodobnih gradenj uporablja podtlakni sistem, pri katerem se voda posreduje enotam prek glavnih dovodnih cevi. Zato so podtlakni grelniki vode idealni za stanovanjske hiše, kondominske stavbe in večnadstropne stanovanjske stavbe, kjer je na vsakem nadstropju potreben tlak vode. Ti sistemi so tudi idealni pri obnovi starejših stavb, saj omogočajo izogibanje obsežnejšim spremembam obstoječe konstrukcije, kot bi bilo morda potrebno pri konvencionalnih namestitvah, da se izognemo uporabi strehe ali podstrešja.
Gravitacijski sistemi odlično delujejo pri nepodprtih sistemih, na primer v podeželskih območjih, starejših hišah z rezervoarji za hladno vodo na strehi ali popolnoma izključenih (off-grid) sistemih. Težave nastanejo, kadar med točko zbiranja in vhodom v točko zbiranja ni dovolj navpičnega razmika. Navadno je zahtevana najmanj polmetrska navpična razlika. To lahko predstavlja težavo pri stavbah z nizko naklonskimi ali ravno streho. Nepodprt vodni sistem lahko deluje podoptimalno, kadar je vodni tlak nizek (približno 20 psi – funtov na kvadratni palec), saj se voda v teh sistemih premika počasi in skorajda kaplja. Medtem pa pritiskovni sistem to situacijo obravnava bolje. Pred namestitvijo vedno preučite obstoječe vodovodne instalacije, da zmanjšate potrebo po črpalkah in ventilih. To je bistveno pri starejših stavbah, kjer želite vodovodne instalacije motiti čim manj. Nosilna zmogljivost strešnih obremenitev, podnebje in ocena tveganja zamrzovanja
Ugotovili smo, da sta trdnost konstrukcije in odpornost proti vremenskim vplivom ključna dejavnika pri izbiri stavbe za namestitev sončnih sistemov. Sistem za ravne strehe običajno dodaja med 30 in 50 kilogramov na kvadratni meter. Sistemi brez tlaka so navadno lažji, saj imajo v svojo konstrukcijo integrirane manjše rezervoarje, kar olajša njihovo namestitev na že obstoječe konstrukcije. Večina sončnih namestitve se lahko izvede tudi na poševnih strehah. Vendar obstaja ena pomembna razmislitev: namestitveniki morajo biti pozorni na to, da so ob obali močnejši vetri, kar poveča zahteve za pritrditev približno za 15 do 20 odstotkov. To pomeni, da so za te območja nujni certificirani nosilci, ki jih namesti posebej certificiran namestitvenik, da se zagotovi odpornost sistema na nevihte.
Nevarnost zamrzovanja je pomemben dejavnik pri izbiri ogrevalnih sistemov. V regijah, kjer se letno pojavijo ničelne temperature več kot dva zaporedna dneva, se pogosto izbirajo tlakovni sistemi v kombinaciji z raztopinami glikola kot protizmrznjeni tekočini. Ta mešanica preprečuje zamrzovanje cevi. Nepresurizirani sistemi pa temeljijo na učinkovitih sistemih za izpraznjevanje nazaj (drain-back). To vključuje ustrezno nagnjene cevovode za odtekanje vode, varnostne ventile, rezervne delovne sisteme v primeru okvare ter dodatni napajalni sistem za krmilni sistem. Zahteve glede sistema za izpraznjevanje in krmilnega sistema povzročajo večje skrbi glede vzdrževanja v takšnem podnebnem območju. Nasprotno pa, razen v nekaj izjemno mraznih podnebnih območjih, omogočajo tropska in stalno neprezmrzljiva podnebja uporabo preprostih nepresuriziranih termosifonskih sistemov, ki delujejo učinkovito v daljšem času brez potrebe po zapletenih mehanizmih. Za regije z manj kot 200 sončnimi dnevi letno so tlakovni sistemi boljša izbira, saj so v oblačnem vremenu učinkovitejši od nepresuriziranih sistemov. To je posledica tega, da tlakovni sistemi omogočajo neprekinjeno cirkulacijo tudi med daljšimi obdobji z nizko sončno svetlobo, kar končno zmanjša verjetnost odpovedi sistema v obdobjih neugodnega vremena.
Praktična uporaba in učinkovitost različnih vrst sončnih grelnikov vode
Obstajata dve glavni vrsti sončnih grelnikov vode: pod tlakom in brez tlaka. Obstaja veliko različnih načinov, kako se lahko ti dve vrsti sončnih grelnikov vode izdelata in konfigurirata, pri čemer njihova izgradnja, vremenski pogoji, v katerih se uporabljajo, ter veščine namestitvenega osebja močno vplivajo na njihovo delovanje. Kvalitetne namestitve običajno pokrijejo od 50 do 75 % potreb po topli vodi s sončno energijo. Modeli pod tlakom običajno dosežejo višje odstotke, saj so njihovi izmenjevalniki toplote bolj učinkoviti, kar omogoča učinkovitejšo ohranitev pretoka skozi cevi. To jih naredi tudi učinkovitejše v hladnejšem vremenu ali kadar pride do nihanja temperatur.
Pod tlakom delujoči in brez tlaka delujoči sistemi se pri prenosu toplote razlikujejo. Brez tlaka delujoči sistemi (termosifonski sistemi) delujejo približno 10–15 % učinkoviteje, kadar je toplo, saj na njih ne vplivajo negativni učinki črpalk ali zmanjšana učinkovitost prenosa toplote s komponent. Nasprotno pa pod tlakom delujoči sistemi skozi celotno leto zagotavljajo enakomerno zmogljivost – povprečno po letnih obdobjih in zlasti pozimi ter pri mrazu – pri celotni zmogljivosti približno 30 % bolj učinkovito. V tropičnih in toplih območjih pa velja nasprotno: pri brez tlaka delujočih sistemih je poenostavljena neposredna ogrevalna metoda učinkovitejša.
Ko so sistemi nameščeni, njihova učinkovitost bolj odvisna od pozornosti, ki se posveča namestitvi, kot pa od vrste sistema. Pravilna namestitev kota sistema je zelo pomembna in lahko celo poveča izhod sistema za do 25 %. Težave, kot so senčenje s strani drugih stavb, neustrezna velikost cevi in slaba izolacija, pa lahko zmanjšajo prihodke iz sistemov bistveno bolj kot druge napake, ki so vgrajene v sam sistem. Vzdrževanje je zelo pomembno. Na notranji površini tlakovanih toplotnih izmenjevalnikov se nabira luska; če izmenjevalnike ne očistimo, se učinkovitost zmanjšuje za 12 % na leto. Nes tlakovani sistemi niso tako podvrženi težavam z lusko, a so bolj podvrženi nastanku zračnih mehurčkov in nabiranju usedlin v odprtih rezervoarjih. Najnovejši napredek pri vakuumskih cevnih kolektorjih je približno za 15 % boljši od ploščatih kolektorjev, zato so najnovejši in najbolj optimalni. Najnovejši napredek pri sistemih kolektorjev se nanaša na oba tipa sistemov, če so vsi pravilno nameščeni.
Skupna stroškovna lastništva: začetna naložba, vzdrževanje in donosnost naložbe za sisteme za ogrevanje vode s sončno energijo
Pri izračunu dolgoročnih stroškov ljudje pogosto pozabijo na stroške, ki presegajo ceno na nalepki. Dejanska vrednost vključuje namestitev, redno vzdrževanje in varčevanje, ki ga sistem prinaša v letih. Večina lastnikov hiš, ki namesti sončne sisteme za ogrevanje vode, porabi med 3.000 in 8.000 USD, kar vključuje tudi strošek samega sistema. Pod tlakom delujoči sistemi se zdi, da so bližje zgornji meji tega razpona. To je posledica dodatnih specializiranih komponent, kot so toplotni izmenjevalniki in raztezni rezervoarji, ter ventila za glikol, ki je primernega za visoke temperature, ter večjega dela za namestitvene strokovnjake. Nasprotno pa se ne pod tlakom delujoči modeli, kot so osnovni termosifonski sistemi, na prvi pogled zdi cenejši. Če pa določeni pogoji na lokaciji niso izpolnjeni, se lahko pojavijo dodatni stroški. Nedostatna višinska razdalja med streho in sistemom ter zamrzovanje lahko povzročita zamude in višje stroške za nadzor odtekanja nazaj ter dodatne rešitve za ogrevanje.
pravilno vzdrževanje stane približno pol odstotka skupne vgraditvene cene sistema. To pomeni približno 15–40 USD na leto za preverjanje stanja sistema, dopolnjevanje tlakovanih glikolskih zank in preverjanje ventilov, ki se izvajajo vsakih tri do pet let. Na splošno tlakovani sistemi zahtevajo manj obiskov tehnikov, če so nameščeni v hladnejših podnebjih, v primerjavi z nes tlakovanimi sistemi, ki zahtevajo mehanske sisteme za izpraznjevanje nazaj. Dva največja obratovalna problema, ki vplivata na nes tlakovane sisteme, sta nastanek kamna in usedlina. Zato je pomembno opraviti teste kakovosti vode, še posebej, če je trdota lokalne vode višja od sedem zrn na galon. Obdelava vode za zmanjšanje nabiranja mineralov je pomembna za preprečevanje obratovalnih težav v prihodnosti.
Glede na podatke ameriškega ministrstva za energetiko so prihranki od sončnih grelnikov vode precej znatni. Njihove naložbe kažejo, da sončni grelniki vode zmanjšajo stroške ogrevanja vode za 50 % do 80 %. Če gospodinjstvo zamenja običajen električni grelnik z enotnim energijskim faktorjem (UEF) 1,0 z sončno napravo in upošteva nacionalni povprečni strošek elektrike, vsako leto prihrani 274 ameriških dolarjev; pri nekaterih gospodinjstvih pa se lahko ta prihranek še poveča. Kljub takim prihrankom je treba pri analizi donosa naložbe upoštevati tudi druge dejavnike. Cene energije naj bi letno naraščale za 2 % do 5 %, kar povečuje prihranke. Poleg tega bo učinkovitost sistema s časom padala. V povprečju sistemi izgubijo vsako leto od 0,5 % do 1 % svoje učinkovitosti. V okviru analize je mogoče upoštevati tudi spodbude, kot je federalna davčna olajšava v višini 30 % stroškov ter lokalne popuste. Vsi ti dejavniki kažejo, da se kakovostni sončni grelniki vode izplačajo v obdobju od 6 do 12 let. Tam, kjer je hladno, in še posebej v večnadstropnih stavbah, so novi pritiskom delujoči modeli lahko nekoliko dražji, a učinkovitejši in trajnejši.
Ti sistemi ohranjajo enako zanesljivost tudi v zamrznjenih obdobjih, zagotavljajo enak tlak po celotni stavbi ter vam prihranijo prekinitve popravil in vzdrževalnih storitev, ki jih povzročajo drugi sistemi.
Pogosta vprašanja
Kaj ločuje tlakovne od netlakovnih sončnih sistemov za ogrevanje vode?
Najpomembnejša razlika med obema tipoma sistemov je način njihovega delovanja. Pri tlakovnih sistemih je voda v zaprti zanki ohranjena pod določenim tlakom, medtem ko se pri netlakovnih sistemih voda premika zaradi naravnega cirkulacijskega toka, zato ni potreben črpalka in se tlak ohranja na atmosferski ravni.
Kateri material se uporablja v tlakovnih sistemih za preprečevanje korozije?
Za odpornost proti koroziji v tlakovnih sistemih se za varno ohranjanje tlaka v ceveh, izmenjevalnikih toplote in rezervoarjih uporabljajo kovine visoke kakovosti, kot sta baker in nerjaveča jeklena lega.
Ali so netlakovni sistemi primerni za hladne podnebne razmere?
Nepodprtljene sisteme pogosto ni primerno uporabljati v hladnih podnebjih, saj so nagnjeni k zamrzovanju. Za preprečevanje poškodb cevi zaradi zamrznjene vode je potrebna dobra funkcija iztekanja.
Kako vpliva vrsta strehe na namestitev sončnih grelnikov vode?
Kot strehe lahko vpliva na namestitev sončnega grelnika vode. Ploščate strehe dodatno obremenijojo, medtem ko so strehe z nagibom splošno bolj primerni. V obalnih območjih pa zaradi močnejših vetrnih sil zahtevajo posebne montažne rešitve.
Kakšna je standardna vzdrževalna obravnava sončnih grelnikov vode?
Vzdrževanje običajno vključuje pregled opreme, dopolnjevanje tekočin v podprtih sistemih ter preverjanje nastanka luske in usedlin. Redno testiranje kakovosti vode je potrebno, da se prepreči nastanek usedlin.