В категории: 2013, Актуални статии, Брой 5-6/2013, Градина, Отопление, Покриви

Евтина топла вода от слънцето с лесно достъпни средства

Безвъзвратно отминаха десетилетията на безвремие, когато със спуснати отгоре масови инициативи хората бяха убеждавани на теория в необходимостта от пестене на енергия. В същото това време в съседна Гърция преди 30 и повече години покривите на къщите бяха окичени със слънчеви колектори за затопляне на вода и това се приемаше за съвсем нормална практика.

Междувременно лудешкото и необратимо покачване на цените на енергоизточниците, както и открилият се за българина достъп до технологиите и техниката на световния пазар, конкретизира въпроса не дали, а как по най-подходящ и икономически ефективен начин да посегнем и вземем поне частица от неизчерпаемата и безплатна слънчева енергия, която дарява живота на планетата.

И докато по света на дневен ред вече излизат системите, които превръщат покривите на сградите в малки слънчеви електроцентрали, ние ще обърнем поглед към нещо значително по-достъпно към днешна дата за приложение в бита, многократно по-лесно изпълнимо и на многократно по-ниска цена – затоплянето на водата, която се използва за битови цели. По принцип нищо ново, но с тази съществена разлика, че вместо първобитните някога варели, покачени на дву-, триметрова височина на двора или модерните, но тежки, скъпи и трудни за монтиране метално-стъклени слънчеви колектори на покрива, вече има и друго силно опростено, значително по-евтино и лесно приложимо решение, подходящо едва ли не за всеки покрив с подходящо географско изложение. Такива системи произвежда немската фирма OKU Obermaier. Този вид колектори представляват особено голям интерес за гордите собственици на басейн в дворното си място, чието щастие обаче помръква всеки път щом получат месечната сметка за електричество. Затова пред тях особено остро стои проблемът как по-евтино да им излезе затоплянето на водата в луксозната си придобивка, за да може да я използват по продължително през годината.

Фирма OKU Obermaier се намира в баварския град Геретсрийд, в близост до Мюнхен. Тя е създадена през 1963 г. Първоначално натрупва опит в производството по метода на центробежното леене на пластмасови детайли със сложна форма за промишлеността. Първата по-сериозна световна ценова криза в доставката на нефтопродукти през 1975 г. подтиква фирмата да пренасочи дейността си към производството на слънчеви колектори (абсорбери) за затопляне на вода. От 1977 г. насам бързо се специализира и успешно развива това перспективно направление. В резултат нейните продукти от години вече намират добър пазар в останалите европейски държави, както и в различни краища на земното кълбо.

Заслужава да се отбележи още, че фирмата има много силно присъствие на немския пазар, а като се има пред вид, че условията за използване на слънчевата енергия – интензивността и продължителността на слънчевото греене, в нашата страна са значително по-благоприятни от територията на Германия, това е още една гаранция за икономическия ефект от замяната на скъпите електрически водонагреватели със слънчева система за нагряване на водата в басейна или за битови нужди в дома.

В България продуктите на OKU Obermaier се предлагат от фирма „Логос-Ботевград“ ЕООД.

Основният елемент на всяка слънчева водонагревателна система са слънчевите колектори (абсорбери). Тяхна задача е да поглъщат възможно най-голяма част от достигащата до тях слънчева енергия и да я отдадат във вид на топлинна енергия на циркулиращата във вътрешността им вода или на друг течен топлоносител, който впоследствие отдава топлината си в топлообменник на течащата във водопроводната мрежа вода. Конструкторите на OKU Obermaier са създали слънчеви колектори от високомолекулярен полиетилен с добри топлотехнически характеристики, забележителна здравина и висока устойчивост на ултравиолетовите лъчи. По фабрични данни имат коефициент на полезно действие около 85%. Те са леки, поради което минимално натоварват покривната конструкция. Най-често се поставят директно върху покривното покритие, като се закрепват срещу плъзгане по наклона с произведени за целта скоби. Липсата на специална носеща конструкция силно улеснява монтирането на тези колектори. Те са здрави и издържат безпроблемно дори и на стъпване върху тях. Същевременно притежават еластичност, което ги предпазва зимно време от спукване при замръзване на водата в тях. Всеки колектор представлява едно единно цяло и не подлежи на разглобяване. Свързването им в батерия, както и към тръбите на инсталацията става, изключително лесно, да не кажем и елементарно – връзката е „мека“ и се прави с маркуч, пристегнат в краищата с метални скоби.

Важно е да се знае също, че OKU Obermaier предлага своите продукти не само като отделни елементи, но и във вид на готови за сглобяване комплектни решения, чийто избор, основно броят на колекторите, се прави според площта на басейна. Така на практика монтажът на системата се свежда основно до работа с отвертка за пристягане на металните скоби на съединенията и закрепващите колекторите скоби. За разполагане на колекторите под оптимален спрямо слънчевите лъчи ъгъл, фирмата предлага и регулируеми стойки за монтирането им, било на плоски покриви, било на поляната до басейна, например.

При всяка инсталация, използваща възобновяеми енергийни източници, се разчита на нулевата цена от техния източник. Разходът е единствено за изграждане на системата, нулев или съвсем минимален за нейната експлоатация и поддръжка. Следователно ключовият въпрос е след колко време първоначално направената инвестиция ще се изплати от замяната на скъпия традиционен източник на енергия, примерно електричество, газ или нафта. След изплащане на тази инвестиция, потребяваната слънчева енергия вече може да се смята за безплатна.

OKU Obermaier произвежда няколко вида колектори – всички с широчина 820 mm и дължини между 1280 и 1360 mm. Съответно площта им е между 1,05 и 1,12 m². Разликата между тях е в разположението на щуцерите за входящата и изходящата вода, което е направено с оглед по-удобното свързване на колекторите при създаване на по-голяма водонагревна площ. Максималната абсорбирана от слънцето топлинна мощност при тези колектори е 0,85 kWh/m², а среднодневната – около 0,60 kWh/m².

Направената от вносителя „Логос-Ботевград“ ЕООД технико-икономическа обосновка показва, че при цена на един соларен панел около 160 лв. и средна дневна продължителност на огряване от слънцето 10 часа, той се изплаща за около 5 месеца. След това затоплянето на водата на практика ще бъде безплатно.

На фиг. 1 e показана принципна схема на инсталация за загряване на вода за санитарно-битови цели. В резервоара за вода (бойлера) е поставен и електрически нагревател, който може да се включва при липса или недостатъчно слънчево греене.

Системите за затопляне на вода за санитарно-битови нужди може да използват електрическа циркулационна помпа с малка мощност, но може да работят и без нея. При достатъчна денивелация между нагревателните колекторите и топлообменния съд (бойлер), циркулацията на водата между тях може да се осъществява на термосифонен принцип, т.е. в резултат на гравитационните сили, породени от разликата на обемните маси на водата при различни температури. Термосифонните системи са много подходящи за малки вилни сгради, бунгала и други постройки далеч от електропреносната мрежа, защото работят без потребност от електрическо захранване. В случая естествената циркулация е улеснена поради малкото хидравлично съпротивление, което абсорберът оказа на циркулиращата през него вода (пад на налягането 0,003 bar при дебит 200 l/h).

Основното приложение на колекторите на OKU Obermaier, където ефектът от тяхното приложение е най-осезаем, е затоплянето на водата в басейни. В този случай изпълнението на системата е силно улеснено, защото най-често те се свързват така, че водата, която се изпомпва за почистване и обеззаразяване, да преминава и през тях. Тук ще отбележим още едно съществено предимство на произведените от пластмаса абсорбери – те не корозират, устойчиви са на влиянието на химическите вещества, използвани за обеззаразяване и поддържане на водата в басейните чиста.

Необходимата нагревателна мощност се получава чрез увеличаване на броя на включените в системата колектори. Общата им площ се пресмята грубо като процент от площта на басейна. В таблицата са дадени препоръчителните стойности на това съотношение в зависимост от ориентацията на колекторите спрямо географските посоки и наклона, под който са монтирани. Данните се отнасят за покрит басейн, чиято вода се подгрява с 4–7 °С повече, отколкото при неотопляем. Това на практика позволява пълноценното му използване от началото на май до края на септември–октомври. В зависимост от местните климатични условия тези данни може да варират в границите на около 20%. Когато басейнът е без покритие, стойността им се увеличава с около 50%. И нещо много съществено – данните се отнасят за Германия, докато условията в България за ползване на слънчевата енергия са значително по-благоприятни. По усреднени данни за оценка на слънчевата радиация на територията на нашата страна при ъгъл на наклона на приемната повърхност (колектора) 30° сумарно тя е от 1200 до 1500 kWh/m². В периода 31 март – 31 октомври при ъгъл на наклона 30° нейната стойност се намира в границите 900–1200 kWh/ m², докато през периода 31 октомври – 31 март тя спада между 300 и 390 kWh/m² (при наклон на приемната повърхност 55°).

Изборът на циркулационната помпа се определя с оглед на необходимостта да осигурява дебит 150–250 l/час на квадратен метър нагревателна площ на колекторите. Напорното й налягане се подбира според разликата във височината между басейна и колекторите плюс допълнителни 5 m за подсигуряване.

Има три варианта за изпълнение на инсталацията.

1. Включване на колекторите към помпата на басейна чрез трипътен моторен вентил с температурно-диференциално управление (фиг. 2). Този вариант се изпълнява по правило, когато колекторите са монтирани не по-високо от 6 m над повърхността на басейна. В нагнетателния тръбопровод на съществуващата инсталация се поставя трипътен моторно задвижван вентил. Той се управлява от диференциалния терморегулатор. Когато температурата на водата в колекторите е по-висока от температурата на водата в басейна, вентилът отваря и потокът вода протича през колекторите, нагрява се и се връща обратно в циркулационния кръг на филтриращата система.

2. Включване на колекторите в циркулационния кръг на филтриращата система чрез отделна циркулационна помпа, която работи независимо от помпата на филтриращата система (фиг. 3). В някои случай и по правило при разлика във височините на нивото на басейна и местоположението на колекторите над 6 m се предпочита монтиране на отделна циркулационна помпа, която изпомпва водата от басейна и я подава директно към тях. Тази помпа също има температурно-диференциално управление, поради което се включва и съответно разходва електроенергия само, когато има слънчево греене и водата в колекторите се затопля. На подаващия водата към колекторите тръбопровод се монтират още възвратен клапан и вентил за изпразването им.

3. Свързване на колекторите чрез самостоятелен циркулационен кръг със собствена помпа и температурно-диференциално управление (фиг. 4). Този метод се прилага, когато достъпът до тръбопровода на филтриращата система, е прекалено труден за осъществяване. Чрез потопена в басейна тръба водата се изпомпва и подава към колекторите. Температурно-диференциално управление на помпата осигурява включването й само при наличие на директно слънчево греене и работещи колектори. Когато помпата се намира по-високо от нивото на басейна, на подаващия тръбопровод се монтира възвратен клапан.

Понеже всяко инвестиционно решение в крайна сметка започва с пресмятане на неговата рентабилност, което пък се основава на разходите за електроенергия, поместваме два примера, подготвени от специалистите на „Логос-Ботевград“ ЕООД. Това би улеснило всеки, когато започне да пресмята рентабилността на своята инвестиция.

Слънчеви колектори за загряване на вода за санитарно-битови нужди

За повишаване на температурата на водата от 10 °С до 60 °С в един средно голям водосъдържател (бойлер) с вместимост от 100 l са необходими около

5,8 kWh ефективно получена енергия, без значение какъв е източникът. Ако се приеме идеалният случай – т.е. че неговият к.п.д. е 100%, т.е.без никакви загуби, при днешните цени на електроенергията например ще платим 1,16 лв. по дневната тарифа.

За 4-членно семейство при средно потребление на топла вода 50–80 l на ден разходът възлиза на около 3,16 лв. дневно.

Слънчеви колектори за промишлени нужди и басейни

За загряване на 1 m³ вода с 1 °С са необходими 1,163 kWh енергия. За загряването на същото количество вода от 10 °С до 30 °С са потребни 23,26 kWh. Ако се използва електроенергия и приемем теоретично к.п.д. 100%, това ще струва 4,65 лв. по дневната тарифа. За малък басейн с вместимост 20 m³ сумата набъбва до около 93 лв.

В действителност енергийните разходи, съответно цената за подгряване на водата, ще бъдат по-високи, защото трябва да се отчетат също енергийните загуби за подгряване на бетонната чаша на басейна, топлинните загуби през стените и от водната повърхност, загубите от нагревателния бойлер.

Посоченият разход на топлинна енергия, респективно на електроенергия, е за периода на покачване на температурата на водопроводната или кладенчова вода до желаните комфортни 30 °С. Разходите за поддържане на тази температура също не са никак малки, защото през нощта водата в басейна се охлажда с около 6–7 °С, чието компенсиране изисква по около 32–33 лв. на денонощие. С две думи удоволствието да ползваме малък басейн с приятна за къпане вода през 7 месеца от годината ще струва около 7000 лв.

И още нещо, само след година разходите за електроенергия със сигурност няма да са същите, може да станат и двойни. Ами по-догодина, а и след това?

Целта на тази статия е да представи най-общо едно лесно за изпълнение и експлоатация, ценово ефективно решение на слънчева инсталация за подгряване на вода. За повече подробности се обръщате към специалистите на фирмата-вносител за „Логос-България“ ЕООД.