Λύσεις — Κεφάλαιο 10: Εγκατάσταση Παραγωγής Ζεστού Νερού (σελ. 276) – ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 10: Εγκατάσταση Παραγωγής Ζεστού Νερού

Ανοιχτές ερωτήσεις κατανόησης για τα στοιχεία, τη λειτουργία και την απόδοση του ηλιακού θερμοσίφωνα, καθώς και για τους συνδυασμούς παραγωγής ζεστού νερού, με έμφαση στο σύστημα «τριπλής ενέργειας».

Στοιχεία ηλιακού συστήματος θέρμανσης ζεστού νερού

Ερώτηση: Ποια είναι τα στοιχεία που αποτελούν ένα ηλιακό σύστημα θέρμανσης ζεστού νερού;

Απάντηση:

• §10.3.1. Στοιχεία που απαρτίζουν το σύστημα του ηλιακού θερμοσίφωνα: 1. Ηλιακός συλλέκτης. 2. Δεξαμενή (Μπόιλερ). 3. Εναλλάκτης θερμότητας. 4. Δίκτυο σωληνώσεων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα στοιχεία που απαρτίζουν ένα ηλιακό σύστημα θέρμανσης ζεστού νερού είναι τέσσερα: ο ηλιακός συλλέκτης, που απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία και τη μετατρέπει σε θερμότητα· η δεξαμενή (μπόιλερ), όπου αποθηκεύεται το ζεστό νερό και ενσωματώνεται συνήθως ο εναλλάκτης θερμότητας· ο εναλλάκτης θερμότητας, μέσω του οποίου η θερμότητα του ρευστού του συλλέκτη μεταδίδεται στο νερό χρήσης· και το δίκτυο σωληνώσεων, που μεταφέρει το ρευστό μεταξύ συλλέκτη και δεξαμενής και πρέπει να είναι κατάλληλα μονωμένο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ηλιακός συλλέκτης, δεξαμενή (μπόιλερ), εναλλάκτης θερμότητας, δίκτυο σωληνώσεων

Σκοπός του συλλέκτη

Ερώτηση: Ποιος είναι ο σκοπός του συλλέκτη;

Απάντηση:

• §10.3.1 (1. Ηλιακός συλλέκτης). Η ηλιακή ενέργεια περνά από το διαφανές κάλυμμα, απορροφάται από τη μαύρη επιφάνεια του απορροφητή και μετατρέπεται σε θερμότητα. Το ρευστό που κυκλοφορεί μέσα στον απορροφητή δέχεται ένα μέρος της θερμότητας αυτής και τη μεταφέρει στη δεξαμενή αποθήκευσης, όπου μέσω εναλλάκτη ζεσταίνει το νερό χρήσης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο σκοπός του συλλέκτη είναι να απορροφά την ηλιακή ενέργεια που περνά από το διαφανές κάλυμμά του, να τη μετατρέπει σε θερμότητα στη μαύρη επιφάνεια του απορροφητή και να τη μεταδίδει στο ρευστό που κυκλοφορεί μέσα σε αυτόν. Το θερμασμένο ρευστό μεταφέρει στη συνέχεια τη θερμότητα στη δεξαμενή αποθήκευσης, όπου, μέσω του εναλλάκτη, ζεσταίνει τελικά το νερό χρήσης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Απορροφά την ηλιακή ενέργεια, τη μετατρέπει σε θερμότητα και τη μεταφέρει, μέσω του ρευστού, στη δεξαμενή αποθήκευσης

Λόγος μόνωσης συλλέκτη και σωλήνων

Ερώτηση: Γιατί ο συλλέκτης, καθώς επίσης και οι σωλήνες μεταφοράς του ρευστού, πρέπει να είναι μονωμένες;

Απάντηση:

• §10.3.1 (μόνωση συλλέκτη). Το διαφανές κάλυμμα εμποδίζει την απώλεια της θερμότητας από τον απορροφητή προς το περιβάλλον· η μόνωση χρησιμοποιείται στο πίσω μέρος του απορροφητή, ενώ πολύ σημαντική είναι και η πλευρική μόνωση του συλλέκτη.
• §10.3.1 (4. Δίκτυο σωληνώσεων). Οι σωλήνες πρέπει να μονώνονται με κατάλληλο μονωτικό υλικό, που συνήθως είναι υαλοβάμβακας ή μόνωση σωλήνων, τύπου αφρώδους υλικού.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο συλλέκτης και οι σωλήνες μεταφοράς του ρευστού πρέπει να είναι μονωμένοι για να περιορίζονται οι απώλειες θερμότητας προς το περιβάλλον. Στον συλλέκτη, η μόνωση (στο πίσω μέρος και πλευρικά του απορροφητή) εμποδίζει τη θερμότητα που απορροφά ο απορροφητής να διαφύγει προς τα έξω, διατηρώντας υψηλή τη θερμοκρασία λειτουργίας και άρα την απόδοση του συλλέκτη. Στους σωλήνες, η μόνωση αποτρέπει την ψύξη του ζεστού ρευστού κατά τη διαδρομή του από τον συλλέκτη προς τη δεξαμενή (και αντίστροφα), ώστε η θερμότητα που παράχθηκε στον συλλέκτη να φτάνει στο μπόιλερ όσο το δυνατόν πιο αναλλοίωτη, χωρίς σπατάλη ενέργειας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Για να περιορίζονται οι απώλειες θερμότητας προς το περιβάλλον, ώστε η θερμότητα να φτάνει από τον συλλέκτη στη δεξαμενή με τη μικρότερη δυνατή σπατάλη

Κριτήρια επιλογής μεγέθους συλλέκτη και μπόιλερ

Ερώτηση: Με ποια κριτήρια πρέπει να επιλέγουμε το μέγεθος του συλλέκτη και του μπόιλερ;

Απάντηση:

• §10.3.1 (1. Ηλιακός συλλέκτης). Το μέγεθος ή η επιφάνεια του συλλέκτη καθορίζονται από την ανάγκη, ώστε η ηλιακή ενέργεια να καλύπτει το 60-80% του ετήσιου μέσου θερμικού φορτίου μιας κατανάλωσης.
• §10.3.1 (2. Δεξαμενή/Μπόιλερ). Η χωρητικότητα της δεξαμενής υπολογίζεται σε συνάρτηση με το μέγεθος του συλλέκτη. Η συνήθης αναλογία είναι 50 Lt ανά m² συλλεκτικής επιφάνειας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το μέγεθος (επιφάνεια) του συλλέκτη επιλέγεται ώστε η ηλιακή ενέργεια που θα συλλέγει να καλύπτει περίπου το 60-80% του ετήσιου μέσου θερμικού φορτίου της κατανάλωσης ζεστού νερού. Η χωρητικότητα του μπόιλερ, με τη σειρά της, υπολογίζεται σε συνάρτηση με το μέγεθος του συλλέκτη, με συνήθη αναλογία 50 λίτρα δεξαμενής ανά m² συλλεκτικής επιφάνειας (π.χ. για 2-4 άτομα, συλλέκτης 2-2,5 m² και δεξαμενή 100-120 Lt· για 5 και άνω άτομα, συλλέκτης 3,5-4,5 m² και δεξαμενή 160-200 Lt), ώστε να εξασφαλίζεται επάρκεια ζεστού νερού χωρίς υπερδιαστασιολόγηση του συστήματος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ο συλλέκτης επιλέγεται ώστε να καλύπτει το 60-80% του ετήσιου θερμικού φορτίου· η δεξαμενή επιλέγεται σε αναλογία περίπου 50 Lt ανά m² συλλεκτικής επιφάνειας

Πλεονεκτήματα του συστήματος τριπλής ενέργειας

Ερώτηση: Γιατί πρέπει να προτιμούμε την εγκατάσταση του συστήματος της “τριπλής ενέργειας” για την παραγωγή θερμού νερού;

Απάντηση:

• §10.4. Από ενεργειακή άποψη, το σύστημα της “τριπλής ενέργειας” προσφέρει: 1. Εναλλακτικούς τρόπους θέρμανσης τον χειμώνα και το καλοκαίρι. 2. Οικονομία τόσο για τον καταναλωτή, όσο και τη χώρα γενικότερα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Πρέπει να προτιμούμε το σύστημα “τριπλής ενέργειας” γιατί συνδυάζει τρεις ανεξάρτητες πηγές θερμότητας (ηλιακό συλλέκτη, ηλεκτρική αντίσταση και εναλλάκτη τροφοδοτούμενο από τον καυστήρα της κεντρικής θέρμανσης), προσφέροντας εναλλακτικούς τρόπους θέρμανσης του νερού τόσο τον χειμώνα όσο και το καλοκαίρι, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα ηλιοφάνειας ή τη λειτουργία του λέβητα. Αυτό εξασφαλίζει αδιάλειπτη παροχή ζεστού νερού, ενώ παράλληλα προσφέρει οικονομία τόσο για τον ίδιο τον καταναλωτή (λιγότερη κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος ή καυσίμου) όσο και για τη χώρα γενικότερα, μέσω της μειωμένης κατανάλωσης εισαγόμενων καυσίμων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Συνδυάζει τρεις πηγές θερμότητας, προσφέροντας εναλλακτικούς τρόπους θέρμανσης χειμώνα-καλοκαίρι και οικονομία για καταναλωτή και χώρα

Πλεονέκτημα ηλιακών συστημάτων έναντι κλασικών

Ερώτηση: Γιατί τα ηλιακά συστήματα θέρμανσης νερού είναι προτιμότερα από τα κλασσικά συστήματα;

Απάντηση:

• §10.2. Πολλά νοικοκυριά έχουν εγκαταστήσει ηλιακούς συλλέκτες για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης, με πολύ καλή απόδοση, με αποτέλεσμα να εξοικονομούν χρήματα λόγω μείωσης του ηλεκτρικού ρεύματος που κατανάλωναν για τη θέρμανση του νερού, και να συμβάλλουν γενικότερα στην εθνική οικονομία, με τη μείωση της κατανάλωσης πετρελαίου, που είναι εισαγόμενο και άρα ασύμφορο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα ηλιακά συστήματα θέρμανσης νερού είναι προτιμότερα από τα κλασικά, γιατί χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια, μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που βρίσκεται σε άφθονη ποσότητα στο περιβάλλον, ανανεώνεται συνεχώς και δεν ρυπαίνει την ατμόσφαιρα, σε αντίθεση με τα κλασικά καύσιμα (πετρέλαιο, ρεύμα από καύση) που είναι ρυπογόνα και μη ανεξάντλητα. Επιπλέον, η χρήση τους εξοικονομεί χρήματα στον καταναλωτή, λόγω μειωμένης κατανάλωσης ηλεκτρικού ρεύματος για τη θέρμανση του νερού, και συμβάλλει στην εθνική οικονομία, μειώνοντας την κατανάλωση εισαγόμενου (και άρα ασύμφορου) πετρελαίου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χρησιμοποιούν ανανεώσιμη, μη ρυπογόνο πηγή ενέργειας και εξοικονομούν χρήματα στον καταναλωτή και στην εθνική οικονομία

Μεμονωμένη λειτουργία συστήματος τριπλής ενέργειας

Ερώτηση: Μπορούν τα συστήματα θέρμανσης “τριπλής ενέργειας” να εργαστούν και μεμονωμένα;

Απάντηση:

• §10.4. Η παραγωγή ζεστού νερού χρήσης μπορεί να γίνει με πέντε τρόπους: 1. Με τη χρήση ηλιακού συλλέκτη. 2. Με τη χρήση ηλιακού συλλέκτη και ηλεκτρικής αντίστασης (διπλής ενεργείας). 3. Με τη χρήση ηλιακού συλλέκτη, ηλεκτρικής αντίστασης και εναλλάκτη που τροφοδοτείται από καυστήρα κεντρικής θέρμανσης (τριπλής ενέργειας). 4. Με τον συνδυασμό ζεστού νερού από καυστήρα και ηλεκτρικής αντίστασης. 5. Με χρήση μόνο ηλεκτρικής αντίστασης.
• §10.3. Στους ηλιακούς συλλέκτες τοποθετείται και ηλεκτρική αντίσταση, για να έχουμε εναλλακτική πηγή θερμότητας του νερού. Μπορεί, επίσης, να τοποθετηθεί εναλλάκτης, ο οποίος θα τροφοδοτείται με ζεστό νερό από τον λέβητα της κεντρικής θέρμανσης, και που θα ζεσταίνει το νερό χρήσεως, όταν πάλι δεν θα υπάρχει επαρκής ηλιοφάνεια.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ναι, οι τρεις πηγές θερμότητας που απαρτίζουν το σύστημα “τριπλής ενέργειας” (ηλιακός συλλέκτης, ηλεκτρική αντίσταση και εναλλάκτης τροφοδοτούμενος από τον καυστήρα της κεντρικής θέρμανσης) μπορούν να λειτουργήσουν και μεμονωμένα. Αυτό αποδεικνύεται και από το γεγονός ότι το βιβλίο περιγράφει και τους πιο απλούς συνδυασμούς ως αυτοτελείς τρόπους παραγωγής ζεστού νερού (π.χ. μόνο ηλιακός συλλέκτης, ή μόνο ηλεκτρική αντίσταση). Στην πράξη, η ηλεκτρική αντίσταση ενεργοποιείται μεμονωμένα όταν δεν υπάρχει επαρκής ηλιοφάνεια, ενώ ο εναλλάκτης του λέβητα λειτουργεί μεμονωμένα όταν χρειάζεται εναλλακτική πηγή θέρμανσης του νερού χρήσεως, ανεξάρτητα από τις άλλες δύο πηγές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ναι· καθεμία από τις τρεις πηγές (ηλιακός συλλέκτης, ηλεκτρική αντίσταση, εναλλάκτης λέβητα) μπορεί να λειτουργήσει και μόνη της, όπως δείχνουν και οι απλούστεροι συνδυασμοί του βιβλίου