Powietrzne kolektory słoneczne

Pisałem już w 2006 r. na łamach tego bloga o ogrzewaniu słonecznym, czyli koncepcjach wykorzystania darmowej energii słonecznej do podniesienia temperatur w pomieszczeniach. Wspomniałem wtedy nieco na temat użycia kolektorów słonecznych do ogrzewania. Niektórzy próbują w tym celu zaprząc kolektory cieczowe (zwłaszcza próżniowo-rurowe), co nie jest łatwe i wymaga dużego przewymiarowania instalacji solarnej (a więc podnosi koszt inwestycji). Ja osobiście uważam, że w tym celu lepiej wykorzystać powietrzne kolektory słoneczne.

Kolektory słoneczne w naszym klimacie wykorzystywane są głównie do wytwarzania ciepłej wody użytkowej, bo najwięcej energii słonecznej do dyspozycji mamy latem (gdy nie potrzebujemy ciepła do ogrzewania pomieszczeń). Zimą ilość energii słonecznej możliwej do wykorzystania jest mniejsza, bo dzień jest krótszy, a słońce znajduje się niżej nad horyzotem. Niska temperatura powietrza dodatkowo obniża wydajność kolektora cieczowego, który musi nagrzać czynnik roboczy do temperatury przynajmniej +30-40°C.

Powietrzne kolektory słoneczne radzą sobie w takich warunkach dużo lepiej.

Przez taki kolektor przepływa bezpośrednio powietrze. Ono może być później od razu wykorzystywane do podniesienia temperatury w pokoju, trzeba je tam tylko dostarczyć. Kolektory cieczowe wymagają znacznie bardziej skomplikowanej instalacji grzewczej — wymiennika ciepła do obiegu grzewczego, systemu rur i samych grzejników (albo ogrzewania podłogowego). Kolektor musi być podłączony do pompy obiegowej, pomijając instalacje termosyfonowe, gdy kolektor znajduje się niżej, niż wymiennik, który to ciepło z niego odbiera. Do tego wszystkiego powinien być jeszcze sterownik, który wyłączy pompę obiegową wtedy, gdy nie będzie świecić słońce.

Oprócz skomplikowanej instalacji, taki kolektor słoneczny wcale nie jest bardzo wydajny. Aby to udowodnić, prześledźmy drogę energii z kolektora do wnętrza domu.

Kolektor wodny a kolektor powietrzny

W pierwszym momencie nagrzany musi zostać sam kolektor — a konkretniej, jego absorber. Ciepło z kolektora przekazywane jest do niezamarzającego czynnika roboczego. Aby ten transport ciepła miał miejsce, temperatura czynnika musi być nieco mniejsza, niż temperatura powierzchni absorbera. Później ten czynnik roboczy oddaje ciepło w wymienniku do zasobnika ciepła lub wody w obiegu grzewczym centralnego ogrzewania. I tu znów temperatura wody w obiegu grzewczym musi być nieco niższa, niż temperatura czynnika z kolektora. Efekt tego jest taki, że temperatura czynnika opuszczającego kolektor może być zbyt niska, by w ogóle przekazać ciepło do instalacji centralnego ogrzewania. A wtedy kolektor przestaje ogrzewać nam dom.

Gdy chodzi o powietrzne kolektory słoneczne, sytuacja jest znacznie prostsza. Absorber kolektora nagrzewa się, i nagrzewa powietrze. Wystarczy, by to powietrze miało temperaturę o 1°C wyższą, niż temperatura w pomieszczeniu, aby nastąpiło przekazanie ciepła zebranego w kolektorze do wnętrza domu.

Oznacza to mniej więcej tyle, że kolektory powietrzne mogą efektywnie przy niższych temperaturach absorbera, czyli przy mniejszym natężeniu promieniowania słonecznego. Jest to istotne, bo im niższa temperatura absorbera i czynnika roboczego w kolektorze, tym niższe straty ciepła z tego kolektora. Płaski kolektor powietrzny będzie pracować w niższych temperaturach i przy mniejszym nasłonecznieniu, niż płaski kolektor cieczowy — o ile porównujemy dwa kolektory o tej samej powierzchni, takim samym ociepleniu, szybie, i tak dalej.

Jak działają powietrzne kolektory słoneczne?

Poniższy rysunek mojego autorstwa przedstawia schemat działania powietrznego kolektora słonecznego.

Schemat działania i budowy powietrznego kolektora słonecznego

Schemat działania i budowy powietrznego kolektora słonecznego

Energia słoneczna dociera do kolektora po przejściu przez warstwę szkła (kolor niebieski), i trafia na powierzchnię absorbera (kolor czarny). Absorber z dwóch stron (w tym akurat przypadku) opływany jest przez unoszące się do góry, coraz cieplejsze powietrze. Ostatecznie, nagrzane powietrze, opuszcza kolektor.

Ten konkretny przedstawiony tutaj doskonale nadaje się do amerykańskich domów (i muszę uczciwie powiedzieć, że konstrukcję nieco stamtąd podpatrzyłem), do wstawienia w okno. Jak widać na amerykańskich filmach, tam okna bardzo często mają jedno skrzydło podnoszone, a nie odsuwane. Ten kolektor wystarczy wstawić w takie okno i już można cieszyć się darmowym ciepłem wyprodukowanym przez słońce.

Budowa powietrznego kolektora słonecznego

Powietrzny kolektor słoneczny tak naprawdę nie wymaga żadnej wyrafinowanej technologii, by móc go wykonać. Budowa takiego kolektora słonecznego jest prosta, co chyba widać po powyższym schemacie.

Taki kolektor to nic innego jak drewniana skrzynka, z umieszczonym wewnątrz arkuszem styropianu (kolor szary), oddzielającym strumień ciepłego od zimnego powietrza, i drugim arkuszem poczernionej blachy, czyli absorberem. Od góry skrzynia zamknięta jest arkuszem szkła.

Ale równie dobrze można wyobrazić sobie zupełnie inny kolektor, z absorberem zrobionym z aluminiowych puszek po napojach.

powietrzne kolektory słoneczne z puszek

Kolektor z absorberem z puszek po napojach. Autor: whirnot. Źródło: greenoptions.com.

Taki kolektor można wykonać niemal za darmo, bo większość surowców potrzebnych do jego wykonania można pozyskać za darmo. Szybę przy wymianie okien u sąsiada, materiał izolacyjny przy remontu u drugiego sąsiada, a piwo wypić z obydwoma sąsiadami przy grillu. 😉

Jak zastosować powietrzne kolektory słoneczne?

Tu i teraz napiszę o tym w dużym skrócie, bo napisałem też w kilku osobnych tekstach:

Na pewno zaznaczyć trzeba, że kolektor powietrzny ani żaden inny model ogrzewania słonecznego (a więc także m.in. Ściany Trombe’a) nie jest w naszym klimacie dostatecznie wydajny, by być jedynym źródłem ciepła dla ogrzewania. Nawet akumulacja ciepła pozyskanego latem (gdy energii słonecznej jest dużo) nie jest rozwiązaniem. Bo technicznie można sobie wyobrazić odpowiednio duży zasobnik ciepła, by ogrzać przez całą zimę cały dom, ale koszt takiej inwestycji jest olbrzymi.

Dlatego rozsądniej jest po prostu wykorzystywać powietrzne kolektory słoneczne do dogrzewania pomieszczeń. Niech one dostarczają tyle ciepła ile tylko jest możliwe, a resztę zapotrzebowania na ciepło niech pokrywa tradycyjny system grzewczy. Czy będzie to kominek, centralne ogrzewanie gazowe, czy elektryczne ogrzewanie podłogowe, to już nie ma znaczenia.

Ze względu na to, raczej nie ma sensu kupowanie takiego kolektora (inna rzecz, że ich oferta na rynku jest bardzo, bardzo uboga), a lepiej jest sobie taki kolektor po prostu wykonać własnymi rękami i po prostu zainstalować go na nasłonecznionej ścianie, albo zaraz przed ścianą, w ogrodzie.

 

Powyższy tekst po raz pierwszy został tu opublikowany w listopadzie 2009 r.

Opublikował 06.11.2015 mgr inż. Krzysztof Lis i oznaczył hasłami , , ,

4 komentarze(y) i opinii do artykułu “Powietrzne kolektory słoneczne”

  1. Jedyne zdjęcie gotowego kolektora powietrznego, jakie udało mi się znaleźć

    Panie inżynieże czy naprawdę nikt w kraju nie ma kolektora słonecznego?
    Proszę dać znać bo to jest prawdziwie ciekawy temat

  2. @Juma oczywiście, że mają. Kolektory powietrzne to coraz powszechniejsza forma pasywnego dogrzewania budynków. :)

  3. Od dawna miałem podejrzenia, że koncepcja maksymalnych przeszkleń domów pasywnych jest błędna. Nie potrzeba ich, gdy południowa, wschodnia i zachodnia strona budynku będzie jednym takim kolektorem, umieszczonym na wielocentymetrowym ociepleniu, a dopływ ciepłego powietrza z kolektora może odbywać się do pomieszczenia/ i lub do pompy ciepła w chłodne dni lub na zewnatrz w lecie.

  4. Trudno znaleźć okna pasywne o wsp. przenikania ciepła poniżej 0,8 W/m2/K. W takim wypadku ich izolacyjność jest zbliżona do izolacyjności ścian nieizolowanych w starych domach z cegły.
    W okresie grzewczym energia słoneczna dociera do nas tylko przez kilka godzin. Kiedy jest pochmurno tej energii jest bardzo mało. Gdy robi się ciemno nie ma jej w ogóle. W tym czasie przez okno w domu pasywnym ucieka nam 8-10 razy więcej ciepła niż przez ścianę. Ten, kto głosi, że okna w domu pasywnym mają być jak największe, albo nie umie liczyć, albo umie liczyć … wpływy od producentów pasywnych okien.
    Najważniejsze, aby okna były jak najbardziej szczelne. Kiedy się tylko da, należy montować okna nieotwierane, bo przez szparę między oknem a ramą ucieka nam mnóstwo ciepła. A wielu sprzedawców okien podaje tylko izolacyjność szyby, pomijając utraty ciepła przez szpary.
    Wg przepisów stosunek powierzchni okien do pow. pomieszczenia nie powinien być mniejszy niż 1:8. Aby dobrze wykorzystać wpadające światło, warto mieć jasne ściany i do tego jeszcze dużo luster.
    Aby wykorzystać energię słoneczną, należy stworzyć jak najwięcej kolektorów powietrznych i przemieszczać nagrzane powietrze do domu przy pomocy wentylatora. Ponadto wskazane są gruntowe, żwirowe wymienniki ciepła. One podgrzeją nam surowe powietrze z dworu o kilka(naście) stopni.

Pozostaw komentarz

Subscribe without commenting