Ciepła woda za pół darmo
Kolektory słoneczne pozwalają co najmniej o połowę zmniejszyć rachunki za przygotowanie ciepłej wody.
Choć klimat Polski uważa się za niedostatecznie słoneczny, by opłacało się stosować u nas instalacje solarne, praktyka mówi co innego. Z 8760 godzin w roku tych słonecznych z bezchmurnym niebem mamy - zależnie od rejonu kraju - od 1400 do 1900. Większość z nich przypada oczywiście na miesiące letnie, a wtedy promieniowanie słoneczne może nawet w 90-100% pokryć zapotrzebowanie na energię do przygotowania ciepłej wody. Poza miesiącami letnimi, gdy słońca jest znacznie mniej, wodę trzeba przygotowywać w tradycyjnych urządzeniach grzewczych. Ale nawet wtedy dwie czy trzy słoneczne godziny w ciągu dnia (a takie zdarzają się przecież i jesienią, i zimą) wystarczą, aby kolektory podgrzały wodę w zasobniku o kilka czy nawet kilkanaście stopni. A to również oznacza konkretne oszczędności w zużyciu energii. Jakie? Jeśli instalacja solarna jest dobrze zaprojektowana i wykonana, to w ciągu całego roku można zaoszczędzić nawet 60% energii zużywanej do podgrzewania wody.
Czy to się opłaca?
W domach, gdzie zużywa się dużo ciepłej wody, te 60% może oznaczać w każdym roku naprawdę spore oszczędności. W mniej licznych rodzinach, w których na dodatek domownicy korzystają z wody oszczędnie i w związku z tym płacą niewielkie rachunki za jej podgrzewanie, oszczędności będą symboliczne, a okres zwrotu nakładów poniesionych na zakup i montaż instalacji solarnej bardzo długi (kilkunastoletni). Dlatego zanim zdecydujemy się na taką inwestycję, warto przeprowadzić wcześniej przynajmniej uproszczoną analizę ekonomiczną. To pozwoli oszacować, po jakim czasie zwrócą się nam nakłady na instalację solarną, czyli od kiedy tak naprawdę będziemy mogli cieszyć się ciepłą wodą za darmo.
Na podstawie zamieszczonego powyżej przykładu obliczeniowego oraz przykładowych cen kompletnych instalacji solarnych nietrudno się zorientować, że tam, gdzie zużywa się mało wody, instalowanie kolektorów słonecznych jest praktycznie nieopłacalne, bo inwestycja zwraca się po 20-25 latach. Co innego domy o dużym zużyciu wody - na przykład takie, gdzie rodzina jest liczna, a domownicy lubią częste kąpiele w wannie, albo domy pełniące funkcję pensjonatów. Tam instalacja solarna może się zwrócić już po kilku latach. Podobnie jest wtedy, gdy instalacja solarna będzie wykorzystywana do podgrzewania wody w basenie.
Rodzaje kolektorów
Najważniejszym elementem instalacji solarnych są kolektory. To one absorbują energię promieniowania słonecznego i przetwarzają ją na energię cieplną za pomocą pośredniczącego w tym procesie tzw. czynnika roboczego.
W domowych instalacjach solarnych stosuje się zwykle dwa rodzaje kolektorów:
Płaskie, w których absorberem jest płyta ze stali, miedzi, aluminium bądź tworzywa sztucznego, pokryta powłoką o specjalnych właściwościach optycznych. Na powierzchni tej płyty pochłaniane jest promieniowanie słoneczne (). Z absorberem scalone są rurki miedziane, przez które przepływa czynnik roboczy odbierający od absorbera ciepło. Od spodu płyta absorbera jest zabezpieczona warstwą izolacji cieplnej ograniczającej straty ciepła do otoczenia. Od góry zaś przykrywa ją specjalna szyba, która ma za zadanie zatrzymywać promieniowanie w kolektorze i w ten sposób zmniejszać straty na skutek odbicia promieni.
Próżniowe - zbudowane z rur szklanych tzw. wysokiej próżni (). W każdą rurę próżniową wbudowany jest absorber z zamontowaną rurką, w której nagrzewa się czynnik roboczy. Próżnia znacznie zmniejsza straty ciepła do otoczenia, charakterystyczne dla kolektorów płaskich. Kolektory próżniowe mają dwie odmiany:
- przepływową - w której czynnik roboczy przepływa bezpośrednio przez rury kolektorowe i odbiera ciepło z absorbera;
- "heatpipe" - w której czynnik roboczy nie przepływa bezpośrednio przez rury, lecz paruje pod wpływem promieniowania i oddaje ciepło w specjalnym wymienniku czynnikowi grzewczemu. Dzięki temu wymiana ciepła odbywa się "na sucho", a straty ciepła są ograniczone do minimum.
Jak dobierać kolektor?
Spośród opisanych dwóch rodzajów najtańsze są kolektory płaskie. Wyboru nie powinno się jednak opierać tylko na tym kryterium. Należy też uwzględnić przeznaczenie kolektorów, ich przyszłą lokalizację oraz ilość miejsca, jaką mogą zająć.
Przeznaczenie. Jeśli poszukujemy kolektorów, które mają podgrzewać wodę latem, wtedy w zupełności wystarczą kolektory płaskie. Jeżeli jednak chcemy wykorzystywać energię promieniowania słonecznego możliwie najpełniej, trzeba wybierać spośród kolektorów próżniowych. W przeciwieństwie do kolektorów płaskich są one bowiem w stanie wychwycić nawet tzw. promieniowanie rozproszone, które przebija się przez cienką warstwę chmur. Będziemy z nich mieli pożytek także w takie dni z zachmurzeniem, kiedy tylko będzie choć trochę słońca.
Lokalizacja. Największą sprawność kolektory uzyskują wtedy, gdy promienie słoneczne padają prostopadle do powierzchni absorbera. Latem warunek ten spełnią kolektory ustawione na południe, pod kątem 25 stopni do powierzchni ziemi. Jeśli jednak nastawiamy się na pracę kolektorów w ciągu całego roku, najlepiej ustawić je pod kątem z zakresu 30-45 stopni - również w kierunku południowym.
Przestrzeganie tych wytycznych jest bardzo ważne. W przeciwnym razie sprawność kolektorów spada - tym bardziej, im większe są odchyłki od podanego optimum. Można temu oczywiście zapobiec przez odpowiednie zwiększanie powierzchni kolektorów, ale to zawsze podnosi koszty. Chyba, że zdecydujemy się na takie kolektory próżniowe, których rury można obracać. Pozwala to na ustawienie ich w takiej pozycji, aby promienie słoneczne docierały prostopadle do powierzchni płyty kolektora.
Rożne możliwe lokalizacji kolektorów pokazano na rysunku oraz zdjęciach.
Ilość miejsca na kolektory. Kolektory powinno się dobierać z uwzględnieniem ilości miejsca, jakie można na nie przeznaczyć. Może się zdarzyć, że tam, gdzie nie zmieści się odpowiednia liczba kolektorów płaskich, starczy miejsca na próżniowe, których potrzeba średnio o połowę mniej. Takie problemy dotyczą zwłaszcza domów, w których kolektory mają podgrzewać wodę w domowym basenie. Do tego potrzeba bowiem znacznie więcej kolektorów niż do przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Akumulatory energii
Pozyskaną energię słoneczną, dostępną tylko w ciągu dnia, i to z losową zmiennością, trzeba gdzieś zakumulować, aby mogła być efektywnie zagospodarowana. Do tego celu służą zasobniki ciepłej wody nazywane również zbiornikami buforowymi. Ich pojemność dobiera się według jednej z poniższych zasad:
lub
Z obliczeń tych wynika, że dla czteroosobowej rodziny zużywającej średnio około 200 l wody na dobę, wystarczający będzie zasobnik o pojemności ok. 300 litrów. Zawsze jednak warto zastosować zasobnik nieco większy, tak aby z ciepłej wody można było korzystać wówczas, gdy po dniach słonecznych przyjdą jeden czy dwa dni pochmurne.
Zbiorniki buforowe mogą być jedno- lub dwuwężownicowe. Te pierwsze mogą współpracować tylko z jednym źródłem ciepła - a więc albo z kotłem, albo z kolektorami. Do tych drugich można podłączyć jednocześnie dwa źródła ciepła - a więc i kolektory, i kocioł. O doborze zbiornika buforowego decyduje najczęściej rodzaj systemu przygotowania ciepłej wody.
Dobór systemu przygotowania ciepłej wody
w Instalacja grawitacyjna. Najprostsza, a zarazem najtańsza, z zasobnikami jednowężownicowymi. Działa samoczynnie, bo nagrzany od słońca czynnik grzewczy sam unosi się do góry, do zasobnika. Nie potrzeba więc ani pompy obiegowej, ani układu automatycznego sterowania - bo układ sam dopasowuje się do zmian nasłonecznienia. Ale aby taki układ mógł funkcjonować, zasobnik należy umieścić powyżej kolektorów (dolna krawędź zasobnika musi się znajdować około 30 cm ponad kolektorami). Najczęściej oznacza to konieczność umieszczenia kolektorów na stelażach w ogrodzie, a zasobnika - w pomieszczeniu na piętrze.
w Instalacja z obiegiem wymuszonym. Nie ma wad instalacji grawitacyjnej. Obieg czynnika grzewczego jest w niej wymuszany pracą pompy. W tych instalacjach stosuje się zwykle zasobniki dwuwężownicowe, które umożliwiają współpracę systemu solarnego z tradycyjnym źródłem ciepła. Układ taki działa następująco. Podczas słonecznej pogody woda w zasobniku jest podgrzewana przez kolektory. Specjalny regulator włącza pompę w obwodzie solarnym - wtedy, gdy temperatura "na kolektorze" jest wyższa o nastawioną wartość od temperatury w dolnej części zasobnika. W dzień pochmurny, gdy kolektor nie osiąga nastawionej temperatury, następuje włączenie kotła, który działa aż do chwili, gdy woda w górnej części zasobnika osiągnie zadaną w regulatorze temperaturę. Kocioł ma własny regulator sterujący pracą pompy i działa zgodnie z zasadą tzw. priorytetu ciepłej wody (czyli najpierw podgrzewana jest woda użytkowa, a dopiero potem woda do instalacji c.o.)
Czy to się opłaca?
W domach, gdzie zużywa się dużo ciepłej wody, te 60% może oznaczać w każdym roku naprawdę spore oszczędności. W mniej licznych rodzinach, w których na dodatek domownicy korzystają z wody oszczędnie i w związku z tym płacą niewielkie rachunki za jej podgrzewanie, oszczędności będą symboliczne, a okres zwrotu nakładów poniesionych na zakup i montaż instalacji solarnej bardzo długi (kilkunastoletni). Dlatego zanim zdecydujemy się na taką inwestycję, warto przeprowadzić wcześniej przynajmniej uproszczoną analizę ekonomiczną. To pozwoli oszacować, po jakim czasie zwrócą się nam nakłady na instalację solarną, czyli od kiedy tak naprawdę będziemy mogli cieszyć się ciepłą wodą za darmo.
Na podstawie zamieszczonego powyżej przykładu obliczeniowego oraz przykładowych cen kompletnych instalacji solarnych nietrudno się zorientować, że tam, gdzie zużywa się mało wody, instalowanie kolektorów słonecznych jest praktycznie nieopłacalne, bo inwestycja zwraca się po 20-25 latach. Co innego domy o dużym zużyciu wody - na przykład takie, gdzie rodzina jest liczna, a domownicy lubią częste kąpiele w wannie, albo domy pełniące funkcję pensjonatów. Tam instalacja solarna może się zwrócić już po kilku latach. Podobnie jest wtedy, gdy instalacja solarna będzie wykorzystywana do podgrzewania wody w basenie.
Rodzaje kolektorów
Najważniejszym elementem instalacji solarnych są kolektory. To one absorbują energię promieniowania słonecznego i przetwarzają ją na energię cieplną za pomocą pośredniczącego w tym procesie tzw. czynnika roboczego.
W domowych instalacjach solarnych stosuje się zwykle dwa rodzaje kolektorów:
Płaskie, w których absorberem jest płyta ze stali, miedzi, aluminium bądź tworzywa sztucznego, pokryta powłoką o specjalnych właściwościach optycznych. Na powierzchni tej płyty pochłaniane jest promieniowanie słoneczne (). Z absorberem scalone są rurki miedziane, przez które przepływa czynnik roboczy odbierający od absorbera ciepło. Od spodu płyta absorbera jest zabezpieczona warstwą izolacji cieplnej ograniczającej straty ciepła do otoczenia. Od góry zaś przykrywa ją specjalna szyba, która ma za zadanie zatrzymywać promieniowanie w kolektorze i w ten sposób zmniejszać straty na skutek odbicia promieni.
Próżniowe - zbudowane z rur szklanych tzw. wysokiej próżni (). W każdą rurę próżniową wbudowany jest absorber z zamontowaną rurką, w której nagrzewa się czynnik roboczy. Próżnia znacznie zmniejsza straty ciepła do otoczenia, charakterystyczne dla kolektorów płaskich. Kolektory próżniowe mają dwie odmiany:
- przepływową - w której czynnik roboczy przepływa bezpośrednio przez rury kolektorowe i odbiera ciepło z absorbera;
- "heatpipe" - w której czynnik roboczy nie przepływa bezpośrednio przez rury, lecz paruje pod wpływem promieniowania i oddaje ciepło w specjalnym wymienniku czynnikowi grzewczemu. Dzięki temu wymiana ciepła odbywa się "na sucho", a straty ciepła są ograniczone do minimum.
Jak dobierać kolektor?
Spośród opisanych dwóch rodzajów najtańsze są kolektory płaskie. Wyboru nie powinno się jednak opierać tylko na tym kryterium. Należy też uwzględnić przeznaczenie kolektorów, ich przyszłą lokalizację oraz ilość miejsca, jaką mogą zająć.
Przeznaczenie. Jeśli poszukujemy kolektorów, które mają podgrzewać wodę latem, wtedy w zupełności wystarczą kolektory płaskie. Jeżeli jednak chcemy wykorzystywać energię promieniowania słonecznego możliwie najpełniej, trzeba wybierać spośród kolektorów próżniowych. W przeciwieństwie do kolektorów płaskich są one bowiem w stanie wychwycić nawet tzw. promieniowanie rozproszone, które przebija się przez cienką warstwę chmur. Będziemy z nich mieli pożytek także w takie dni z zachmurzeniem, kiedy tylko będzie choć trochę słońca.
Lokalizacja. Największą sprawność kolektory uzyskują wtedy, gdy promienie słoneczne padają prostopadle do powierzchni absorbera. Latem warunek ten spełnią kolektory ustawione na południe, pod kątem 25 stopni do powierzchni ziemi. Jeśli jednak nastawiamy się na pracę kolektorów w ciągu całego roku, najlepiej ustawić je pod kątem z zakresu 30-45 stopni - również w kierunku południowym.
Przestrzeganie tych wytycznych jest bardzo ważne. W przeciwnym razie sprawność kolektorów spada - tym bardziej, im większe są odchyłki od podanego optimum. Można temu oczywiście zapobiec przez odpowiednie zwiększanie powierzchni kolektorów, ale to zawsze podnosi koszty. Chyba, że zdecydujemy się na takie kolektory próżniowe, których rury można obracać. Pozwala to na ustawienie ich w takiej pozycji, aby promienie słoneczne docierały prostopadle do powierzchni płyty kolektora.
Rożne możliwe lokalizacji kolektorów pokazano na rysunku oraz zdjęciach.
Ilość miejsca na kolektory. Kolektory powinno się dobierać z uwzględnieniem ilości miejsca, jakie można na nie przeznaczyć. Może się zdarzyć, że tam, gdzie nie zmieści się odpowiednia liczba kolektorów płaskich, starczy miejsca na próżniowe, których potrzeba średnio o połowę mniej. Takie problemy dotyczą zwłaszcza domów, w których kolektory mają podgrzewać wodę w domowym basenie. Do tego potrzeba bowiem znacznie więcej kolektorów niż do przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Akumulatory energii
Pozyskaną energię słoneczną, dostępną tylko w ciągu dnia, i to z losową zmiennością, trzeba gdzieś zakumulować, aby mogła być efektywnie zagospodarowana. Do tego celu służą zasobniki ciepłej wody nazywane również zbiornikami buforowymi. Ich pojemność dobiera się według jednej z poniższych zasad:
| Pojemność zasobnika | powierzchnia kolektorów w m2×50 litrów |
| Pojemność zasobnika | 1,5-2×całkowite dzienne zużycie wody |
Zbiorniki buforowe mogą być jedno- lub dwuwężownicowe. Te pierwsze mogą współpracować tylko z jednym źródłem ciepła - a więc albo z kotłem, albo z kolektorami. Do tych drugich można podłączyć jednocześnie dwa źródła ciepła - a więc i kolektory, i kocioł. O doborze zbiornika buforowego decyduje najczęściej rodzaj systemu przygotowania ciepłej wody.
Dobór systemu przygotowania ciepłej wody
w Instalacja grawitacyjna. Najprostsza, a zarazem najtańsza, z zasobnikami jednowężownicowymi. Działa samoczynnie, bo nagrzany od słońca czynnik grzewczy sam unosi się do góry, do zasobnika. Nie potrzeba więc ani pompy obiegowej, ani układu automatycznego sterowania - bo układ sam dopasowuje się do zmian nasłonecznienia. Ale aby taki układ mógł funkcjonować, zasobnik należy umieścić powyżej kolektorów (dolna krawędź zasobnika musi się znajdować około 30 cm ponad kolektorami). Najczęściej oznacza to konieczność umieszczenia kolektorów na stelażach w ogrodzie, a zasobnika - w pomieszczeniu na piętrze.
w Instalacja z obiegiem wymuszonym. Nie ma wad instalacji grawitacyjnej. Obieg czynnika grzewczego jest w niej wymuszany pracą pompy. W tych instalacjach stosuje się zwykle zasobniki dwuwężownicowe, które umożliwiają współpracę systemu solarnego z tradycyjnym źródłem ciepła. Układ taki działa następująco. Podczas słonecznej pogody woda w zasobniku jest podgrzewana przez kolektory. Specjalny regulator włącza pompę w obwodzie solarnym - wtedy, gdy temperatura "na kolektorze" jest wyższa o nastawioną wartość od temperatury w dolnej części zasobnika. W dzień pochmurny, gdy kolektor nie osiąga nastawionej temperatury, następuje włączenie kotła, który działa aż do chwili, gdy woda w górnej części zasobnika osiągnie zadaną w regulatorze temperaturę. Kocioł ma własny regulator sterujący pracą pompy i działa zgodnie z zasadą tzw. priorytetu ciepłej wody (czyli najpierw podgrzewana jest woda użytkowa, a dopiero potem woda do instalacji c.o.)
Zapisz się na NEWSLETTER. Co tydzień najnowsze wiadomości o budowie, remoncie i wykańczaniu wnętrz w Twojej poczcie e-mail: Zobacz przykład
>
Skomentuj:
Ciepła woda za pół darmo