PRILOG ČASOPISA “ABC tehnike” BR. 6 (652), ŠK. GOD. 2021./2022.
AGIJENR
Osnove solarnog grijanja Uvod i astronomski podaci
Sunce je oduvijek najvažniji izvor energije na Zemlji. Fosilna goriva, u koja ubrajamo ugljen, naftu i zemni plin, nastala su djelovanjem Sunčeve energije. Kada se jednom potroše, ova fosilna goriva ne mogu se nadoknaditi. Nasuprot tome, Sunčeva je energija obnovljiva i besplatna. Problem je što ovisi o godišnjem dobu, geografskoj širini i atmosferskim prilikama. Zimi, u slučaju oblačnog i maglovitog dana, opet su važne klasične termoelektrane. U novije doba sve se više koristi energija vjetra, energija vode itd.
Snaga zračenja Sunca (W/m2)
nebo bez oblaka................................800 – 1000 oblačno.................................................600 – 900 maglovito ujesen..............................100 – 300 zimi, oblačno......................................50 godišnji prosjek.................................600
Ovi podaci su informativni, za našu geografsku širinu. Kako bi se stekla predodžba o snazi u kW navedimo da električna grijalica za brzo zagrijavanje kupaonice ima snagu od 2000 W, da radijatori imaju snagu od 1000 do 4000 W. Pogledajmo ovo na sljedeće dvije slike. Direktno ili izravno zračenje i difuzno zračenje zajedno nazivamo globalno zračenje. Difuzno zračenje nastaje raspršivanjem, refleksijom i lomom na oblacima i česticama atmosfere. Ono je također iskoristivo za solarnu tehniku. Na primjer, u oblačnom danu s difuznim udjelom zračenja od 80%, dozračena energija je 300 W/m2. Što se tiče orijentacije kolektora, treba ih postaviti tako da su u podne okrenuti na jug. Odstupanja od ovoga pravila smanjuju učinak kolektora, ali tek za odstupanje iznad 30°. Za cjelogodišnje korištenje preporučeni nagib kolektora je 30° do 60°.
Kolektori se sastoje od cijevi koje se nalaze u kutiji izoliranoj s donje strane, dok je s gornje, sunčane strane staklo otporno na atmosferske utjecaje, na primjer padanje leda. Kako bi naši čitatelji stekli uvid u veličine Sunca i Zemlje, evo nekih osnovnih podataka. Praktično je ovaj dio pročitati nekoliko puta i zapamtiti. udaljenost Zemlje od Sunca.......................150 milijuna km promjer Sunca..................................................1,4 milijuna km površinska temperatura Sunca..................5778 K promjer Zemlje................................................12 734 km Kako bismo lakše predočili ove ogromne dimenzije, zamislimo da promjeru Sunca odgovara lopta promjera 1 m. Tada je udaljenost do Zemlje 100 m, a promjer Zemlje je 1 cm. Naučimo ovo napamet!! Sve ovo vidimo na Slici 4.
Projektiranje solarnih sustava
Prije izrade projekta instalacije sunčanog grijanja potrebno je od investitora pribaviti sljedeće informacije: • adresa, kontaktni podaci • želje investitora • raspoloživi nacrti, izvod iz katastra • položaj zgrade i krovišta, fotografije objekta • potrebe za toplinom • kotao za dodatno zagrijavanje, gorivo, smještaj kotla i spremnika tople potrošne vode (PTV) • shema instalacije, postojeće i nove. Ovdje treba napomenuti da velike tvrtke nude gotova rješenja za dvočlane do osmeročlane obitelji “iz ladice”. Odnosno, sve je već specificirano, sheme i troškovnik su gotovi.
Nakon što su prikupljene navedene informacije, pristupa se projektiranju. Pri tome treba koristiti priručnik neke od velikih tvrtki na našem tržištu. Glavne grupe koje treba proračunati su sljedeće: • određivanje potrebne količine topline potrošne vode (PTV) • određivanje volumena spremnika PTV-a • dimenzioniranje kolektorske površine • odabir hidrauličkog povezivanja • dimenzioniranje cjevovoda • dimenzioniranje ekspanzijske posude. Detaljnije opisivanje postupka rada na svakoj od navedenih grupa prelazi nivo i predznanje čitatelja ovoga časopisa.
Način rada solarnog sustava
Za prijenos topline od kolektora do spremnika PTV-a koristi se solarna tekućina koja je mješavina vode i sredstva za zaštitu od smrzavanja (glikol). Ova tekućina cirkulira po čitavom sustavu, odnosno kroz kolektore i izmjenjivač topline u spremniku PTV-a. U slučaju pregrijavanja sustava kada nema potrošnje tople vode, solarna tekućina dostiže točku vrenja i prelazi u parnu fazu. U svrhu zaštite sustava ugrađuje se ekspanzijska posuda koja preuzima dilataciju tekućine. Pojednostavljenu shemu instalacije vidimo na sljedećoj slici. Voda iz vodovoda ima temperaturu od 10°C. Zagrijavamo ju na 45° do 55°C; za slučaj da je dan oblačan zagrijavanje preuzima konvencionalni kotao. Što se tiče korištenja sunčane energije za zagrijavanje stambenog prostora, za tu svrhu energija Sunca može se koristiti samo za dogrijavanje vode proizvedene u nekom kotlu. Zimi su dani kratki, Sunce je nisko na obzoru, česti su dani sa snijegom i maglom. Tko želi takvo grijanje mora imati jako dobro izoliranu kuću, kvalitetne prozore i vrata. Potrebno je da iskusan projektant napravi projekt instalacije.
Zagrijavanje bazenske vode je direktno, u jednostavnom slučaju koji je prikazan na Slici 6. Ispred cirkulacijske pumpe ugrađuju se dupli filteri (F), od kojih je jedan radni, a drugi je na čišćenju. Iskoristivost kolektora ovisi o kvaliteti njegove izrade. Informativno prema (1) to izgleda kao na Slici 7.. .................................................................................................................. W/m2 globalno zračenje na 1 m2 površine kolektora........................ 800 gubici zbog refleksije i apsorpcije na staklu, kao i zbog refleksije na apsorberu..................................................................... 152 gubici topline na okoliš.................................................................... 70 korisni dobitak topline...................................................................... 578 Pojavile su se nove izvedbe kolektora koje imaju i bolje parametre od navedenog.
Solarne elektrane za kućanstvo
Solarna elektrana za kućanstvo sastoji se od solarnih panela i pretvarača, koji energiju Sunca pretvaraju u oblik koji mogu koristiti kućanski aparati. Misli se na napon i frekvenciju struje. Sve zajedno čini solarnu elektranu. Potrebna snaga za prosječno četveročlano kućanstvo u kontinentalnoj Hrvatskoj je 4 do 6 kW, a u Dalmaciji i na otocima je 3 do 5 kW. Za 1 kW snage potrebno je otprilike 15 metara kvadratnih solarnih panela. Prosječna investicija za jedno kućanstvo je 70 000 do 90 000 kn. Uzevši u obzir potencijalni prihod od prodaje viška proizvedene električne energije, ta se ulaganja isplate za 6 do 10 godina (4).
Literatura:
F. Spaete, Solaranlagen, Oekobuch, 2008 Projektantske podloge – solarni sustavi, Vaillant, 2021 Recknagel, Taschenbuch fuer Heizung und Klimatechnik, Oldenburg, 2020 Jutarnji list, 18.12.2021
Sl. 1. Nagib Zemljine osi zimi i ljeti
Sl. 3. Presjek kroz pločasti kolektor 1. Ravnina krova 2. Izolacija 3. Reflektirajući sloj 4. Cijevi 5. Staklo
Sl. 4. Relativni odnosi veličina Zemlje i Sunca
Sl. 7. Iskoristivost kolektora (informativno)
Sl. 6. Zagrijavanje bazenske vode
Sl. 2. Direktno i difuzno zračenje
Sl. 5. Shema instalacije za pripremu PTV-a
mr. Bojan Zvonarević, dipl. ing. Aeroklub Slavonski Brod
Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (45)
Slika 3.
Slika 4.
PRILOG ČASOPISA “ABC tehnike” BR. 6 (652), ŠK. GOD. 2021./2022.
Slika 1.
Slika 5.
Slika 7.
Slika 8.
Slika 10.
Slika 11.
Slika 6.
Slika 13.
Slika 12.
Slika 14.
Slika 18. Slika 17.
Slika 22.
Slika 21.
Slika 20.
Slika 30.
Slika 29. Slika 27.
Slika 9.
Slika 28.
Slika 31.
Slika 23.
Slika 34.
Slika 33.
Slika 16.
Slika 15.
Slika 24.
Slika 35.
Slika 36.
Slika 32.
Slika 26.
Slika 38.
Slika 39.
Slika 2. Slika 37.
Slika 40. Slika 19.
Slika 25.