Napkollektoros medencefűtés

A napkollektorokról általában

Napkollektorok olyan aktív napenergia hasznosító berendezések, melyek a napsugárzást elnyelik és hővé alakítják. A keletkezett hő aztán valamilyen folyadékot, általában vizet melegít, amelyet használati melegvízként, fűtésre vagy esetünkben valamilyen medence vizének melegítésére használhatunk. A legáltalánosabb napkollektor fajta az ún. síkkollektor, amely nem más, mint egy fémből vagy műanyagból készült csőkígyó, amelyet egy matt fekete elnyelő (abszorber) lemezhez rögzítenek.
Természetesen ennél azért valamivel bonyolultabb a helyzet, hiszen minden esetben az a célunk, hogy berendezésünk minél kisebb veszteséggel és nagyobb hatásfokkal üzemeljen. E célból a síkkollektorokat edzett üveglappal szokták lefedni, amely az üvegházhatás elvén az abszorber lemez felületéről visszaverődő hősugárzást a kollektor házán belül tartja. Ennek legfőképpen alacsony külső hőmérsékletnél van jelentősége. Az abszorber lemez felülete is jelentősen befolyásolja a kollektor hatásfokát, épp ezért a lemezt ún. szelektív bevonattal látják el, ami alacsony visszaverődést eredményez. Szintén fontos a kollektor hátfalának szigetelése, ami általában kőzetgyapottal történik. Végül, de nem utolsósorban, a kollektorban kialakuló légáramlást (konvekciót) és az ebből adódó veszteségeket a berendezésben található levegő kiszivattyúzásával, vákuum létrehozásával csökkenthetjük minimális szintre.

A medencefűtés kollektorai

A kollektor kiválasztásánál az első szempont, hogy az év milyen szakában kívánjuk igénybe venni szolgálatát. Kültéri medencék vizének melegítése általában nyári feladat, ez esetben a legegyszerűbb, lefedés nélküli, műanyag vagy gumiból készült kollektor használata célszerű. Ennek magyarázata az, hogy nyáron a levegő hőmérséklete 25-32 °C, a kollektoré pedig 35-40 °C, tehát a kettő között nincs jelentős különbség, a lefedéssel ez esetben inkább az optikai veszteségeket növelnénk. A napsugárzás teljesítménye, tiszta nyári időben átlagosan ~800 W/m2. A grafikonból is látszik, hogy ilyen körülmények között a fenti kollektor típus rendelkezik a legnagyobb hatásfokkal (>90%). Amennyiben beltéri medence fűtését kívánjuk megoldani a napsugárzás segítségével, vagy a medencefűtő rendszer egy nagyobb, esetleg a teljes épületet ellátó rendszer része, szelektív bevonatos, fedett kollektor választása célszerű.

Mennyi napkollektor szükséges?

A szabadtéri medencék hőveszteségét legnagyobb részben a párolgás okozza, ami a vízfelülettel arányos. Ezért a szükséges napkollektor felületet a vízfelület nagyságához viszonyítva célszerű megadni.
Megfelelő vízhőmérséklet akkor érhető el, ha a napkollektorok felülete legalább a medence vízfelület felével, vagy még inkább a teljes vízfelülettel egyezik meg. További hőmérsékletnövekedés érhető el, ha a medencéket a használati időn kívül a víz felszínén úszó fóliával letakarjuk. Az elérhető vízhőmérséklet-növekedést a diagram mutatja. A kollektor felületének méretezésére rendelkezésre állnak szimulációs programok, ám ezeknek csak 50 m2-nél jelentősen nagyobb felületű medencéknél van jelentősége. Kisebb rendszerek esetén, Magyarországi viszonyokra jól használható a következő összefüggés:
kollektormező felülete = 0,75 x C x medence felülete
A C szorzótényező a szél, az árnyék, a medencetakarás, a tájolás stb. hatását veszi figyelembe. C=1-nél a normál gyakorlat szerint a minimálisan szükséges felület adódik (KF= 75%MF)

A rendszer működés közben

Kültéri medencék esetén – nyári használat során – az egykörös rendszer a legegyszerűbb megoldás. Ebben az esetben közvetlenül a medence vizét keringtetjük a napkollektor csőkígyójában. Megfelelő elhelyezés esetén ez a folyamat külső energia befektetés nélkül, a hideg és meleg víz fajsúlykülönbségéből adódóan, gravitációs úton is megtörténik. Általánosságban azonban a kollektorok a medence szintjénél magasabb helyen helyezkednek el, ez esetben keringtetőszivattyú használata szükséges.
Amennyiben beltéri medence vizét szeretnénk melegíteni, illetve borús időben kazán segítségével kívánjuk ellátni ezt a feladatot, hőcserélős rendszert kell választanunk. Ez esetben már kétkörös rendszerről van szó, a kollektor vízkörében valamilyen fagyálló anyag kering, amely a hőcserélőben adja át hőjét a medence vizének. Ezt a megoldást mutatja az ábra is. Itt a napkollektorok a medencét a vízforgató körrel párhuzamosan kiépített, külön szivattyúval ellátott hőcserélőn keresztül fűtik.
Érdemes még pár szót szólni a kollektorok tájolásáról is. Akár tetőre akár külön állványzatra kerülnek síkkollektoraink, napsütéses időben a maximális teljesítményt akkor fogják nyújtani, ha a nap sugarai merőlegesen esnek rájuk. A Nap, a földi szemlélő számára keletről nyugatra mozog és délben éri el a legnagyobb magasságot, ami függ az adott évszaktól is. Nyári üzemű berendezésekről lévén szó, a kollektorok dőlésszöge ~30° körül ideális, tájolásuk pedig déli, annyi kiegészítéssel, hogy kissé DK felé célszerű irányítani őket, a nyáron jellemző délutáni felhősödések miatt.

Támogatások?

2000-2004-ig valamilyen formában folyamatosan létezett támogatási rendszer az energiatakarékos beruházások ösztönzésére. Az idei, 2005-ös esztendő az első amikor a GKM bejelentette, hogy nem ír ki energiatakarékossági pályázatokat. A 2004-től már Magyarországon is elérhető EU-s pénzekre magánszemélyek nem, csak központi költségvetési szervek, alapítványok, szövetségek, egyházak stb. pályázhatnak, várhatóan 125 Mft-os beruházási költség felett. Így ez a pályázati forma önálló napkollektoros projekteket nem fog érinteni, esetleg néhány komplex, napenergiát is hasznosító program támogatása várható. A vállalkozási kedvet az is ronthatja, hogy 2004. január 1-től a napkollektorok ÁFÁ-ja 12%-ról 25%-ra emelkedett.