Τι είναι ο ηλιακός θερμοσίφωνας
Ηλιακό θερμοσίφωνα ονομάζουμε το ενεργητικό ηλιακό σύστημα το οποίο εκμεταλλεύεται την ηλιακή ενέργεια για να θερμάνει νερό χρήσης.
Χρησιμοποιείται για τη θέρμανση νερού χρήσης τόσο σε κατοικίες, όσο και σε δημόσια κτίρια, κτίρια γραφείων, βιομηχανίες κ.λ.π.
1. Είδη ηλιακών θερμοσιφώνων
Ανάλογα με τον τρόπο μεταφοράς ενέργειας από τον ήλιο στο ζεστό νερό χρήσης, οι ηλιακοί θερμοσίφωνες διακρίνονται σε:
α) Ηλιακούς θερμοσίφωνες ανοικτού κυκλώματος, στους οποίους το νερό χρήσης ρέει μέσα από τον συλλέκτη, θερμαίνεται και αποθηκεύεται στο δοχείο ζεστού νερού χρήσης.
Στους θερμοσίφωνες ανοικτού τύπου, το νερό χρήσης περνάει μέσα από τον συλλέκτη, πράγμα που αφ΄ενός δημιουργεί πολύ μεγάλο πρόβλημα όταν το νερό περιέχει άλατα και αφ΄εταίρου θεωρείται ανθυγιεινό και αυτός είναι ο λόγος που ο τύπος αυτός συλλεκτών δεν είναι καθόλου διαδεδομένος στη χώρα μας και στην Ευρώπη γενικότερα.
β) Ηλιακούς θερμοσίφωνες κλειστού κυκλώματος, στους οποίους το νερό χρήσης δεν ρέει, αλλά βρίσκεται αποθηκευμένο στο μπόιλερ, ενώ η μεταφορά ενέργειας απο το συλλέκτη στο μπόιλερ γίνεται με τη βοήθεια του κλειστού κυκλώματος, που περιέχει άλλο νερό, πλήρως διαχωρισμένο από το νερό χρήσης. Αυτός είναι και ο πιο διαδεδομένος τύπος ηλιακού θερμοσίφωνα, τόσο στη χώρα μας, όσο και στην Ευρώπη.
2. Τύποι ηλιακών θερμοσιφώνων κλειστού κυκλώματος
Ανάλογα με τη θέση τοποθέτησης του δοχείου θέρμανσης ΖΝΧ, οι ηλιακοί θερμοσίφωνες, ταξινομούνται σε δύο μεγάλες κατηγορίες:
α) Τους ηλιακούς θερμοσίφωνες φυσικής ροής, στους οποίους το δοχείο θέρμανσης ΖΝΧ (μπόιλερ) είναι συναρμολογημένο επάνω στη βάση του συλλέκτη και βρίσκεται ψηλότερα από αυτόν, με αποτέλεσμα η ροή νερού στο κλειστό κύκλωμα να γίνεται με φυσικό τρόπο (το θερμό ανεβαίνει μόνο του ψηλά και ωθεί το νερό που έχει κρυώσει στο μπόιλερ να επιστρέψει στον συλλέκτη για αναθέρμανση.
β) Τους ηλιακούς θερμοσίφωνες εξαναγκασμένης ροής (ή αλλιώς τους διαιρούμενους ηλιακούς θερμοσίφωνες), στους οποίους το δοχείο θέρμανσης ΖΝΧ βρίσκεται χαμηλότερα από τον συλλέκτη και για τον λόγο αυτόν δεν είναι δυνατή η μεταφορά ενέργειας από το συλλέκτη στο μπόιλερ με φυσικό τρόπο, αλλά γίνεται με εξαναγκασμό, με τη βοήθεια κυκλοφορητή που κυκλοφορεί τα νερά στο κλειστό κύκλωμα και μεταφέρει την ενέργεια από το συλλέκτη στο δοχείο ΖΝΧ.
Τα συστήματα φυσικής κυκλοφορίας είναι πολύ εύκολα στην τοποθέτηση, απαιτούν λιγότερη συντήρηση και είναι σαφώς οικονομικότερα από τα βεβιασμένης κυκλοφορίας.
Τα συστήματα βεβιασμένης κυκλοφορίας από την άλλη, αν και ακριβότερα, μας επιτρέπουν την τοποθέτηση του μπόιλερ στο υπόγειο, πράγμα που είναι καλό τόσο για λόγους αισθητικής (δεν υπάρχει αντί-αισθητικό μπόιλερ στην οροφή του κτιρίου) και αφ΄εταίρου να επιτρέπουν την εύκολη σύνδεση του μπόιλερ με το δίκτυο θέρμανσης και επιτρέπουν απόλυτο έλεγχο της εγκατάστασης στον ελεγκτή θέρμανσης.
Οπως είπαμε, ονομάζουμε ηλιακούς θερμοσίφωνες φυσικής ροής τους θερμοσίφωνες στους οποίους η μεταφορά ενέργειας από τον συλλέκτη στο δοχείο θέρμανσης γίνεται με φυσικό τρόπο χωρίς τη βοήθεια κυκλοφορητή.
Ο τύπος αυτός είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος ηλιακού θερμοσίφωνα.
Αποτελείται από τον ηλιακό συλλέκτη, το μπόιλερ, τη βάση και το σετ σύνδεσης συλλέκτη / μπόιλερ.
Μετά τη συναρμολόγηση, ο ηλιακός αποτελεί ενιαίο σύνολο, αφού το μπόιλερ και ο συλλέκτης στερεώνονται σε ενιαία βάση και συνδέονται υδραυλικά με το σετ εγκατάστασης.
Η βάση μπορεί να είναι είτε δώματος, είτε κεραμοσκεπής όπως θα δούμε παρακάτω.
Μπόιλερ ηλιακού θερμοσίφωνα φυσικής κυκλοφορίας
Τα μπόιλερ των ηλιακών, όπως και τα μπόιλερ λεβητοστασίου, είναι δοχεία θέρμανσης ζεστού νερού χρήσης.
Η θέρμανση του νερού στα δοχεία των ηλιακών, μπορεί να γίνει:
- Με ηλεκτρική ενέργεια (αντίσταση)
- Από τον ήλιο
- Από το σύστημα θέρμανσης του σπιτιού.
Η μεταφορά ενέργειας τόσο από τον ήλιο όσο και από το δίκτυο θέρμανσης, γίνεται με τη βοήθεια εναλλακτών θερμότητας. Ο πιο κατάλληλος τύπος εναλλάκτη για τη θέρμανση ενός τέτοιου δοχείου είναι ο μανδύας, ένα διπλό τοίχωμα από λαμαρίνα εσωτερικά του μπόιλερ, μέσα στο οποίο ρέει το νερό του κλειστού κυκλώματος που μεταφέρει την ενέργεια από το συλλέκτη στο μπόιλερ.
Ο μανδύας προσφέρει μεγάλη επιφάνεια εναλλαγής και είναι απλός στην κατασκευή.
Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες που θερμαίνουν νερό μόνο με τον ήλιο και το ρεύμα, ονομάζονται ηλιακοί θερμοσίφωνες διπλής ενέργειας.
Για να θερμανθεί το μπόιλερ από το δίκτυο θέρμανσης, θα πρέπει αυτό να διαθέτει επιπλέον εναλλάκτη, ο οποίος στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων είναι σωληνωτός, αποτελεί ενιαίο κομμάτι της φλάντζας του μπόιλερ μαζί με την ηλεκτρική αντίσταση και είναι βυθισμένος στη μάζα νερού του μπόιλερ.
Οι ηλιακοί που διαθέτουν δεύτερο εναλλάκτη (σερμπαντίνα) και μπορούν να θερμάνουν νερό με ήλιο, ρεύμα ΚΑΙ θέρμανση, ονομάζονται ηλιακοί θερμοσίφωνες τριπλής ενέργειας.
Το μπόιλερ ενός ηλιακού θερμοσίφωνα θα πρέπει να αντέχει στις υψηλές θερμοκρασίες και να είναι ανθεκτικό στη διάβρωση, κυρίως από τη δυσμενή επίδραση των αλάτων, που είναι πολύ επιθετική στις θερμοκρασίες που λειτουργεί ένας ηλιακός και μπορεί να τον καταστρέψει σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.
Για την προστασία του μπόιλερ από τη διάβρωση, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι:
α) Αντισκωριακή βαφή.
Η μέθοδος είναι εντελώς ακατάλληλη για την προστασία του μπόιλερ και δεν προβλέπεται από κανέναν κανονισμό και καμιά οδηγία, εντούτις χρησιμοποιείται ευρέως στη χώρα μας λόγω του υψηλού κόστους των ορθών λύσεων.
Το πρόβλημα με τους ηλιακούς θερμοσίφωνες (όπως και τα μπόιλερ) είναι ότι είναι αδύνατον να επιβεβαιώσει κανείς αν το μπόιλερ έχει βαφεί ή επισμαλτωθεί αν δεν το ανοίξει, και δεν είναι κακή ιδέα να ζητάτε από τον εγκαταστάτη ή τον έμπορο να δείτε τον ηλιακό ανοικτό πριν τον αγοράσετε.
Μια άλλη καλή ιδέα για να μην χρειάζεται να ανοιχθεί το μπόιλερ, είναι να αγοράσετε έναν ηλιακό πιστοποιημένο και να ζητήσετε αντίγραφο του φακέλου CE του ηλιακού, στο οποίο αναγράφεται υποχρεωτικά το είδος προστασίας, και αν αναγράφεται άλλο είδος προστασίας από αυτό που έχει ο ηλιακός σας, αυτός που σας τον πούλησε θα έχει κακά ξεμπερδέματα.
β) Κατασκευή του μπόιλερ από ανοξείδωτο χάλυβα.
Εδώ θα πρέπει να προσέξουμε ότι δεν μιλάμε για το εξωτερικό κάλυμμα του μπόιλερ (για το οποίο μιλούν πολλοί πονηροί έμποροι, αλλά για το υλικό κατασκευής του ίδιου του μπόιλερ, του μανδύα, των σωλήνων σύνδεσης κ.λ.π.)
Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι υλικό με μεγάλη αντοχή στη διάβρωση, απαιτεί όμως υψηλή ποιότητα κατασκευής, ειδικά όσον αφορά στις συγκολλήσεις των στοιχείων του μπόιλερ, που αν δεν εκτελεσθούν σωστά μπορεί να αποτελέσουν σημείο εκκίνησης για καταστροφή του μπόιλερ παρ΄όλο το ποιοτικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε.
Ενα δεύτερο θέμα με τη χρήση ανοξείδωτου χάλυβα στα μπόιλερ, είναι ότι ο ανοξείδωτος χάλυβας αντιδρά χημικά με το χλώριο που χρησιμοποιείται στην αποστείρωση των δικτύων ύδρευσης.
Στις συνήθεις συγκεντρώσεις του χλωρίου στα δίκτυα πόλης δεν αποτελεί κίνδυνο, σε μέρη όμως που η χλωρίωση δεν γίνεται σωστά, μπορεί να δημιουργηθούν προβλήματα.
γ) Επισμάλτωση
Σμάλτο, ονομάζουμε τη γυάλινη επιφάνεια που δημιουργείται από την τήξη του υγρού σμάλτου πάνω σε μια χαλύβδινη επιφάνεια και έχει γίνει ένα σώμα με αυτήν.
Το σμάλτο είναι μίγμα ανόργανων πυριτικών αλάτων χημικά αδρανές, 100% υγιεινό και οικολογικό, χωρίς επικίνδυνες χημικές ουσίες. Στην υγρή του μορφή είναι υδατοδιαλυτό και αποκτά την τελική του μορφή με ψήσιμο σε υψηλές θερμοκρασίες ( > 850 οC).
Η επισμάλτωση, όταν εφαρμόζεται σωστά, είναι ιδανική μέθοδος προστασίας των μπόιλερ, που παρέχει μέγιστη αντοχή στη διάβρωση, είναι υγιεινή, και βοηθά στη μείωση του κόστους του ηλιακού σε σχέση με τον ανοξείδωτο χάλυβα.
Ενα πιστοποιημένο μπόιλερ, θα πρέπει εκτός πολλών άλλων, να αναγράφει τον κανονισμό που τηρήθηκε για την αντι-διαβρωτική του προστασία (π.χ. Αντιδιαβρωτική προστασία υγρού σμάλτου κατά DIN4753/3)
Η επισμάλτωση είναι μια βιομηχανική διαδικασία που απαιτεί σημαντικές επενδύσεις σε κεφάλαια και υψηλό επίπεδο τεχνογνωσίας και γίνεται σε φούρνους όπου ψήνονται τα προς επισμάλτωση υλικά.
Για τη μείωση του κόστους, χρησιμοποιούνται και άλλες μέθοδοι όπως το ηλεκτροστατικό εμαγιέ, που εφαρμόζεται ηλεκτροστατικά με τη μορφή πούδρας.
Η σωστή επισμάλτωση απαιτεί θέρμανση σε υψηλές θερμοκρασίες.
Ηλιακός συλλέκτης
Το πιο κρίσιμο ίσως σημείο για την καλή λειτουργία του ηλιακού θερμοσίφωνα, είναι ο ηλιακός συλλέκτης και αυτό γιατί σε όλων των ειδών τους ηλιακούς συλλέκτες, κυριαρχούν δύο αντίθετα φαινόμενα:
- από τη μία η συλλεκτική επιφάνεια συλλέγει θερμότητα που προσπαθεί να αποθηκεύσει στο δοχείο αποθήκευσης,
- και από την άλλη, υπάρχουν οι απώλειες θερμότητας του συλλέκτη προς το περιβάλλον.
Η ωφέλιμη ενέργεια, ισούται με τη διαφορά της συλλεγόμενης ενέργειας, μείον τις απώλειες.
Οπως φαίνεται και στο σχήμα, μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που πέφτει επάνω στο συλλέκτη αντανακλάται από το τζάμι του ηλιακού (και δεν θερμαίνει τον συλλέκτη) και μέρος της απορροφάται από τη συλλεκτική επιφάνεια και γίνεται ωφέλιμη ενέργεια. Αρα ένας ποιοτικός συλλέκτης είναι έτσι κατασκευασμένος ώστε να αντανακλά το ελάχιστο δυνατό ποσοστό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας.
Οι απώλειες από την άλλη πλευρά, ισούνται με τις απώλειες από την εμπρόσθια επιφάνεια (τζάμι) και τις θερμικές απώλειες της οπίσθιας επιφάνειας του συλλέκτη. Ενας ποιοτικός συλλέκτης, διαθέτει καλή μόνωση στο πίσω μέρος (αφρός πολυουραθάνης) και πολύ καλής ποιότητας υλικά στεγάνωσης του τζαμιού στην μπροστινή πλευρά, ώστε να ελαχιστοποιεί τις απώλειες θερμότητας.
Είδη ηλιακών συλλεκτών
α) Επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες
Είναι η πιο διαδεδομένη μορφή ηλιακού συλλέκτη, κυρίως λόγω του χαμηλού κόστους σε σχέση με τις λυχνίες κενού.
Η τυπική δομή ενός επίπεδου συλλέκτη, είναι όπως στο παρακάτω σκαρίφημα:
Τα επιμέρους στοιχεία από τα οποία αποτελείται ο επίπεδος συλλέκτης, φαίνονται και στο ακόλουθο σκαρίφημα:
Ο επίπεδος συλλέκτης είναι στην ουσία μια στεγανή και μονωμένη σκάφη (πλαίσιο) που περιέχει την συλλεκτική μεταλλική επιφάνεια και κλείνει στεγανά στο πάνω μέρος της με το κρύσταλλο.
Η συλλεκτική επιφάνεια (συνήθως βαμμένο φύλλο από χαλκό) συνδέεται με τις σωληνώσεις κυκλοφορίας του νερού είτε με συγκόλληση είτε με μηχανική σύσφιξη (όπως στο ακόλουθο σκαρίφημα):
Για να είναι αποδοτικός ο συλλέκτης, είναι πολύ σημαντικό, να διαθέτει επαρκή μόνωση στο πίσω μέρος του, υψηλής ποιότητας κρύσταλλο και μελετημένο πλαίσιο στερέωσης και στεγάνωσης του κρυστάλλου ώστε να μην υπάρχουν διαρροές.
Επιλεκτικοί επίπεδοι συλλέκτες
Για τη βελτιστοποίηση του ποσοστού της ακτινοβολίας που απορροφά ο συλλέκτης, η συλλεκτική επιφάνεια βάφεται μαύρη, αφού τα σκούρα χρώματα απορροφούν περισσότερη ενέργεια.
Τα τελευταία χρόνια, αναπτύχθηκε ειδική τεχνολογία βαφής των συλλεκτικών επιφανειών με ειδικές βαφές που απορροφούν πολύ μεγάλο ποσοστό από την εκπίπτουσα ακτινοβολία. Οι βαφές αυτές ονομάζονται επιλεκτικές και οι συλλέκτες που φέρουν συλλεκτική επιφάνεια βαμμένη με επιλεκτική βαφή, ονομάζονται επιλεκτικοί συλλέκτες. Η επιλεκτική βαφή προσφέρει πολύ υψηλό συντελεστή απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας (~95%) μειώνοντας αντίστοιχα την ανακλώμενη ενέργεια.
Το χρώμα περιέχει τιτάνιο και εφαρμόζεται στη μεταλλική επιφάνεια με μοριακό βομβαρδισμό. Δεν υπάρχει στη χώρα μας εργοστάσιο επιλεκτικής βαφής.
Η επιλεκτική βαφή, προσδίδει στον συλλέκτη ένα χαρακτηριστικό γαλαζο-μπλέ χρώμα.
Ακόμα και στους συλλέκτες με επιλεκτική βαφή, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην ποιότητα της υπόλοιπης κατασκευής, καθώς ο επιλεκτικός συλλέκτης μεγιστοποιεί μεν το ποσοστό της ενέργειας που απορροφά, αλλά δεν βοηθά καθόλου στη μείωση των απωλειών, συνεπώς δεν αρκεί να δηλώσουμε ότι ένας συλλέκτης είναι επιλεκτικός για να καθορίσουμε το επίπεδο ποιότητας του.
Διαστασιολόγηση
Για την Ελλάδα απαιτούνται περίπου 0.5m2 συλλεκτικής επιφάνειας για κάθε 50lt νερό ΖΝΧ που θέλουμε να θερμάνουμε. (Για να ζεστάνουμε π.χ. 100lt νερό απαιτούνται περίπου 2m2 συλλεκτικής επιφάνειας).
Τοποθέτηση
Είναι πολύ σημαντικό, οι επίπεδοι συλλέκτες να τοποθετούνται σωστά. Σωστή τοποθέτηση σημαίνει ότι ο συλλέκτης είναι προσανατολισμένος προς τον ΝΟΤΟ και ότι η επιφάνεια του έχει τη σωστή κλίση σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο.
Η γωνία τοποθέτησης εξαρτάται από την εφαρμογή:
και για την θέρμανση ΖΝΧ κυμαίνεται από 30~45o
β) Ηλιακοί συλλέκτες κενού
Οι συλλέκτες αυτού του τύπου αποτελούνται από λυχνίες με διπλό τοίχωμα, που περιέχουν εσωτερικά τους σωλήνα με ειδικό θερμικό υγρό.
Ανάμεσα στις δύο γυάλινες επιφάνειες, υπάρχει ένα στρώμα από θερμοαπορροφητικό υλικό, το οποίο απορροφά την ηλιακή ενέργεια, θερμαίνοντας με αυτόν τον τρόπο το εσωτερικό της λυχνίας και κατ' επέκταση την εσωτερική σωλήνα που φέρει το εργαζόμενο μέσο (θερμικό υγρό).
Οταν η λυχνία αρχίσει να θερμαίνεται, το θερμικό υγρό στη σωλήνα εξαερώνεται και ανεβαίνει στο υψηλότερο σημείο της σωλήνας μεταφέροντας έτσι ενέργεια από το κάτω μέρος της σωλήνας στο επάνω.
Το επάνω μέρος της σωλήνας, βρίσκεται βυθισμένο είτε στη μάζα του νερού χρήσης όπως στον ακόλουθο τύπο.
Με τον τρόπο αυτόν, η ενέργεια που απορροφά ο συλλέκτης μεταφέρεται από τη λυχνία στο νερό που θέλουμε να θερμάνουμε συνεχώς.
Οι ηλιακοί συλλέκτες κενού παρέχουν επαρκή μόνωση (το κενό ανάμεσα στα δύο γυαλιά είναι μονωτικό), και λειτουργούν άσχετα με την κλίση της ηλιακής ακτινοβολίας, σε αντίθεση με τους επίπεδους συλλέκτες στους οποίους η κλίση της ακτινοβολίας παίζει πρωτεύοντα ρόλο.
Είναι ιδανικοί όταν θέλουμε να εγκαταστήσουμε ηλιακό συλλέκτη με γωνία που είναι ακατάλληλη για τους επίπεδους συλλέκτες (π.χ. εφαπτόμενοι σε στέγη με πολύ μικρή κλίση) καθώς επίσης και στις εφαρμογές ηλιοθερμίας, (που λειτουργούν το χειμώνα που ο ήλιος είναι πολύ χαμηλά).
Στις συνήθεις εφαρμογές στις οποίες μπορεί να τοποθετηθεί συλλέκτης στη σωστή γωνία, το μόνο που προσφέρουν είναι μερικές ακόμη μέρες ζεστό νερό κάθε χρόνο και αναρωτιέται κανείς γιατί να πληρώσει τα επι πλέον χρήματα που κοστίζει ο ηλιακός με λυχνίες κενού, αφού δεν υπάρχει αντίστοιχο οικονομικό όφελος.
Βάση ηλιακού θερμοσίφωνα.
Ενα ακόμη στοιχείο του θερμοσίφωνα, είναι η βάση του.
Αυτή θα πρέπει να πληρεί τις ακόλουθες προϋποθέσεις:
1. Να είναι υπολογισμένη να αντέχει το φορτίο του ηλιακού έναντι ανέμων και σεισμού σύμφωνα με τους διεθνείς κανονισμούς.
2. Να απαρτίζεται από σωστά γαλβανισμένα μεταλλικά εξαρτήματα ώστε να αντέχει στη διάβρωση.
3. Να είναι εύκολη στη συναρμολόγηση και αν είναι δυνατόν να είναι "αυτοφερόμενη", να μπορεί δηλαδή να μετακινηθεί συναρμολογημένη.
4. Να μην έχει συγκολληθεί σε κανένα σημείο της.
5. Να έχει αγκυρωθεί σωστά σε οπλισμένο σκυρόδεμα ή άλλο φέρον στοιχείο του κτιρίου με τρόπο που να αποκλείει την υφαρπαγή από τον αέρα.
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι βάσεων:
οι βάσεις για επίπεδες επιφάνειες (δώματος)
και οι βάσεις κεραμοσκεπής
που επιτρέπουν την τοποθέτηση του ηλιακού σε οροφή με κεραμίδια, με στηρίγματα σαν και το παρακάτω:
Σέτ σύνδεσης ηλιακού θερμοσίφωνα.
Σαν σετ σύνδεσης, ονομάζουμε τις (εύκαμπτες συνήθως) σωληνώσεις που συνδέουν το συλλέκτη με το μπόιλερ.
Αυτές θα πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες προϋποθέσεις:
1. Να αντέχουν σε υψηλές πιέσεις.
2. Να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες
3. Να απομονώνουν γαλβανικά το συλλέκτη με το μπόιλερ για την αποφυγή γαλβανικής διάβρωσης.
4. Να μην καταστρέφουν την αισθητική του συνόλου που ήδη δεν είναι εκ των πραγμάτων πολύ καλή.
Login