Napkollektor és pelletkazán a modern épületgépészetben
2010/3. lapszám | Hudák József | 5282 |
Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A megújuló energiaforrás olyan közeg, természeti jelenség, melyből energia nyerhető ki, és amely akár naponta többször ismétlődően rendelkezésre áll, vagy jelentősebb emberi beavatkozás nélkül legfeljebb néhány éven belül újratermelődik. A megújuló energiaforrások jelentősége, hogy használatuk összhangban van a fenntartható fejlődés alapelveivel, tehát alkalmazásuk nem rombolja a környezetet, ugyanakkor nem is fogják vissza az emberiség fejlődési lehetőségeit. Szemben a nem megújuló energiaforrások (kőszén, kőolaj, földgáz stb.) használatával, nem okoznak olyan halmozódó káros hatásokat, mint az üvegházhatás, a levegő- vagy a vízszennyezés.
 |
A szél- és napenergia-technológiák alkalmazása lehetőséget ad arra is, hogy az ember saját maga állítsa elő az otthonában használt villamos energiájának, üzemanyagának és vizének egy részét vagy akár az egészét. A fosszilis tüzelőanyagoktól való elhatárolódás különösen fontos, egyrészt a globális felmelegedés megállítása okán, másrészt a közelgő olajhozam-csúcs fenyegetése miatt. A Föld az utóbbi időben, a ’70-es évek nagy olajválsága óta folyamatos energiaválságban van. Az iparilag fejlett országok energiafogyasztása ezen időszakban olyan rohamosan nőtt, az energiatermelő országok kartelltevékenysége pedig olyannyira fokozódott, hogy ma már az energiaforrások kereskedelme a szabadpiaci tevékenység minden formáját elveszítette. Az energiahordozók ára a mai világban már pusztán politika kérdése.
Azt azonban jegyezzük meg: amíg a Nap süt, addig az emberiség számára nem létezik energiaválság. A Földet napsugárzás formájában akkora energiamennyiség éri el naponta, amennyi az emberiség éves energiafelhasználásának 37-szerese.
Napkollektor-technika
Napjainkban egyre inkább elterjedt fűtésrásegítési rendszerek a napkollektorok. A napkollektorok fejlődését a műszaki tartalom és a minőség fejlődése miatt több történeti periódusra oszthatjuk:
- A napkollektorok első megjelenési formája a síkkollektor volt, amelyet elsősorban melegvíz-előállítási céllal használtak.
- A síkkollektorok használatakor a napkollektor-technikával foglalkozó szakemberekben felmerült, hogyan lehetne a kollektorok energiatermelő teljesítményét, hatásfokát növelni, hogyan lehetne ezen berendezéseket téli időszakban, elsősorban szórt fénysugárzás idején is energiatermelésre alkalmazni. Ezen műszaki problémák megoldására jött létre a vákuumcsöves kollektor.
Az első vákuumcsöves kollektorok minősége igencsak kifogásolható volt, mivel a kétfalú üvegcső között létrehozott vákuumot a cső alján általában egy fémkupak rásajtolásával biztosították. A napkollektor működésekor az üvegcsőben és a fémkupakban kialakuló különböző mértékű hőtágulás miatt a vákuum csak időlegesen (1-2 évig) volt garantálható.
A kezdetleges vákuumcsöves kollektoroknak több típusa is kialakult:
- A vákuumcsőben közvetlenül víz-glykol keverék vette át a megtermelt hőt. Ezen műszaki megoldás hátrányos tulajdonságaként az energiatermelő képesség alacsony hatásfokát említhetjük, illetve azon jellegzetességét, hogy a vákuumcső eltörése esetén a víz-glykol keverék a rendszert elhagyta, kifolyt, a javításhoz a rendszert teljesen le kellett üríteni.
- Heatpipe (hőcsöves) rendszerek: a vákuumcsőben alkoholtartalmú folyadék található, amelyet a kisfelületű abszorberlemez által megtermelt hő gázhalmazállapotba hoz, majd a gáz a cső tetején a hőt egy rézregiszteren keresztül átadja az előremenő ágban lévő víz-glykol keveréknek. Ezen rendszer hátránya az, hogy a rézregiszter általában hővezető zsíron keresztül érintkezik az előremenő csővezetékkel, ezen zsír elpárolgása után a hőátadás jelentős hatásfokcsökkenést szenved. Hátránya továbbá, hogy a vákuumcső sérülése esetén az alkoholos folyadék a rendszerből eltávozik (kifolyik). A lemezes abszorberfelület nagysága viszonylag kicsi, emiatt a napkollektor hatásfoka jelentősen kisebb a síkkollektorokénál, ezenkívül pedig szórt fénysugárzás esetén jelentősen csökken a hatékonysága.
A folyamatos műszaki problémák miatt a gyártók és a forgalmazók a vákuumcsöves kollektorok alkalmazását egyre inkább elkerülték, ezért például az USA-ban szinte nullára csökkent a vákuumcsöves kollektorok alkalmazása, Európában pedig 10% alá esett.
 |
Modern vákuumcsöves kollektorok
Körülbelül 10 évvel ezelőtt, a ’90-es évek végén egy újfajta vákuumcsöves napkollektortípus jelent meg az épületgépészeti piacon, az ún. Sydney-csöves (U-csöves) kollektor, amely már képes volt a kezdetleges vákuumcsöves napkollektorok minden minőségi és műszaki hibáját kiküszöbölni. Az U-alakú (általában) rozsdamentes acélcső a vákuumcső által termelt hőt átveszi, majd az előremenő csőhöz továbbítja. Az U-csövet az előremenő csővezetékhez hegesztéssel rögzítik.
A vákuumcső esetleges sérülésekor az U-csőben lévő folyadékkal semmi sem történik, a cső cseréje gyors, a rendszer a cső sérülésekor is tovább működik, a cső eltávolításához nincs szükség a rendszer leürítésére. A vákuumcsövek átmérője jelentősen csökkent, az így kialakult hatásfokcsökkenést parabola alakú visszatükröző felületek alkalmazásával megszüntették, sőt a parabolatükrök segítségével elérték azt, hogy a napkollektorok teljesítménye a téli időszakban, szórt fénysugárzás esetén sem csökkent jelentősen. A parabolatükrök gyártása alumíniumlemezből hajlítással történik, a bemattulás és korrodálódás ellen nanotechnológiás kerámia (üveg) bevonat véd.
 |
A víz alkalmazása vákuumcsöves kollektorokban
A vákuumcsöves kollektor-gyártók fejlesztési törekvéseik során igen sokszor gondoltak arra, hogy hővezető folyadékként tiszta vizet kellene alkalmazni a napkollektor-technikában. A víz a normál időszámítás 95%-ában jelentősen jobb tulajdonságokkal rendelkező folyadék, mint az általában használt speciális napkollektoros folyadékok (víz-glykol keverékek). A víznek azonban van egy tulajdonsága, ami a téli időszakokban, 5% időtartamban rosszabb tulajdonságot eredményez, ez pedig az, hogy 0 °C alatt a víz megfagy. A fejlesztőmunka eredményeként azonban a víznek ezt a rossz tulajdonságát is sikerült kompenzálni. A modern napkollektor-szabályozó elektronikák ma már képesek fagyvédelmi funkciót biztosítani a vízzel működő vákuumcsöves napkollektorok számára. A víz alkalmazása a napkollektor-technikában olyan jelentős műszaki lehetőségeket nyit meg, amelyek alkalmazása a következő 10 év során forradalmasítja majd az épületgépészeti iparágat.
Fűtés és hűtés napkollektorokkal
Ha napkollektorokkal és egyéb hőtermelő berendezésekkel (gázkazán, pelletkazán, vegyestüzelésű kazán) folyamatosan 80-85 °C-os meleg vizet tudunk termelni, akkor ezen meleg víz segítségével abszorpciós hűtőgépet tudunk működtetni, amely 18-20 °C-os vizet képes termelni nyári időszakban is. Ezen hideg víz segítségével padlófűtési, falfűtési, illetve mennyezetfűtési rendszeren keresztül, esetleg fan-coilok alkalmazásával nagyméretű épületeket tudunk hűteni.
Az abszorpciós hűtőgépek működésekor sókristály folyékony állapotba hozásával veszik át a fölösleges energiát, ily módon termelik a hűtéshez szükséges hideg vizet. A sókristályok alkalmazása egy olyan új technológiai fejlesztésre is lehetőséget ad, amely már igen közel jár már a megvalósuláshoz:
Épületek (passzívházak) fűtése 100%-ban napkollektorral
Ezen technológiai fejlesztés alapkérdése a napkollektorokkal termelt energia elraktározása. A mai modern technológiai színvonalú energiatároló berendezések, puffertárolók nem alkalmasak e cél megvalósítására. A legújabb fejlesztések eredményeképpen azonban rövidesen megjelennek olyan puffertárolók, amelyek belsejében sókristályok halmazállapot-változása biztosítja majd a napenergia eltárolását és hosszú időn keresztül történő leadását.
 |
A napkollektor-technikáról anyagiasan
A napkollektorokkal megtermelhető energia mennyisége erősen korlátozott, nagymértékben függ a napkollektor-felület nagyságától, kis mértékben a kollektor típusától és hatásfokától. Az európai gyártók magyarországi szimulációi általában 650 kWh/m2 értékkel kalkulálnak, azaz 1 m2 napkollektorral kb. 65 m3 gáz energiatartalmát lehet megtermelni, tehát kb. 65 m3 gázt lehet megtakarítani. 65 m3 gáz értéke kb. 8000 Ft. Ezen összeg, illetve a napkollektor árának ismeretében könnyen kiszámolható a napkollektor-rendszer befektetésének megtérülése. Jó minőségű rendszer esetén ez kb. 10 év. Emiatt a jó minőségű napkollektor-rendszerektől elvárható, hogy gyártójuk legalább a megtérülési időszakra, tehát 10 évre garanciát vállaljon terméke minőségére. A jó minőségű, kiváló alapanyagból készült napkollektorok élettartama azonban ennél jóval hosszabb, elérheti 25 évet is.
Pelletkazán-technika
A pellet XIX. századi találmány, eredetileg lóistállókban aljként használták. A pellet hulladékfából készül sajtolási technológiával, semmiféle adalék- vagy ragasztóanyagot nem tartalmaz. Általában puhafából készül, de gyártják keményfából is. Legfontosabb tulajdonsága az elégetése során keletkező hamu mennyisége, ami jó minőségű puhafa-pellet esetén 0,5 és 1% közötti érték. A pellet égetésekor fontos az is, hogy a pellet gyantában és különféle növényi olajokban szegény legyen, mivel ezen anyagok az égés során hajlamosak salakot képezni, ami meggátolja a pellet-égőtányér öntisztulását.
A pelletkazánok olyan fatüzelésű kazánok, amelyek képesek a szabályozott, automata vagy félautomata működésre. A fatüzelésű, vegyes tüzelésű kazánok löket-, impulzusszerűen egyszerre nagy energiamennyiséget termelnek, teljesítményük nem szabályozható, így épületek beállított hőmérsékleti érték alapján való fűtésére csak puffertárolók közbeiktatásával képesek.
 |
Kezdetleges pelletkazánok
A kezdetleges pelletkazánok napjainkban többféle típusban fordulnak elő: általában vegyes tüzelésű kazánok kerülnek pelletkazán-gyártás céljára átalakításra, oly módon, hogy első ajtajukba vagy oldalfalukba pelletégő kerül beépítésre. A pelletégőt a vegyes tüzeléses üzemmódtól egy a hőcserélőt elválasztó, kettéosztó fémlappal védik meg. Ebben az esetben lehetséges a pelletkazán szénnel, fával, fanyesedékkel való működtetése is. Ezen kazánok a műszaki konstrukció egyszerű volta miatt alacsony, 50-70%-os hatásfokúak.
Működésük néhány fokozatban szabályozható, illetve némelyikük ki- és bekapcsolható. Ezek a kazánok már rendelkeznek elsődleges égési levegő-ventilátorral. A kezdetleges pelletkazánok pelletellátása elsősorban csigás rendszerű. A pellet begyújtása és a kialvás automatikusan történik.
Modern pelletkazánok
A modern pelletkazánok hőcserélője hegesztett acéllemez, speciális füstterelő járatok biztosítják az égéstermékek legoptimálisabb hőátadását. A kazánok rendelkeznek elsődleges égési levegő-ventilátorral, illetve másodlagos levegőfúvókákkal. A másodlagos levegőfúvókák alkalmazása a pellet teljes fokú elégetését, elgázosítását eredményezi.
 |
A kazánok pelletellátása csigás vagy vákuumos rendszerű, működése teljesen automatikus. A pellet egy visszaégésgátló szelepen keresztül jut el a betoló csigáig, amelyet mikroprocesszor által vezérelt elektromos motor hajt meg. A csiga néhány másodpercig betolja a pelletet az égőtányérra, majd ismét néhány másodpercig várakozik, hogy a pellet tökéletes égése megvalósuljon. Ezen betolási és állási idő arányának változtatásával a pelletkazán képes teljesítményét fokozatmentesen 100%-ról 30%-ig csökkenteni.
A pelletkazán a másodlagos fúvókák segítségével teljes mértékben elgázosítja a pelletet, ily módon kb. 90% körüli tüzeléstechnikai hatásfokot ér el. A pellet begyújtását a gyújtópatron által 600 °C-ra hevített levegő végzi, tehát a begyújtás nem elektromos szikra segítségével vagy fémalkatrész hevítésével történik. A forró levegő kb. 4-10 perc alatt beizzítja, majd meggyújtja az égőtányéron lévő pelletet. Az égőtányéron parázságy keletkezik. Az elégett pelletet az elsődleges levegő, illetve az utánnyomott friss pellet lelöki az égőtányérról a hamurekeszbe.
A hamu tömörítése automatikusan történik. A hamu mennyisége a pelletminőségtől függően általában 0,5% körüli, ami azt jelenti, hogy egy átlagos családi ház 5000 kg-os éves pelletfogyasztásából 25 kg hamu keletkezik. Ajánlott a hamurekesz havonta egyszeri ürítése.
 |
A pelletkazánok professzionálisan szabályozható fűtési rendszerekben való működésre is képesek, csak fűtés esetén nem szükséges puffertárolók beépítése.
Ha azonban a pelletkazánokat használati melegvíz-termelésre is alkalmazzuk, akkor kombinált tárolók, illetve puffertárolók közbeiktatása ajánlatos.
A begyújtási és a kialvási fázis hosszúsága miatt a pelletkazánok átfolyós rendszerű vízmelegítésre nem alkalmasak.
