Jak w praktyce zastosować kolektor powietrzny do ogrzewania?

Na ciekawe pytania w komentarzach staram się odpowiadać w formie osobnych artykułów, żeby na blogu był większy porządek. Z tego względu na poniższe pytania Czytelnika o pseudonimie juma (zostawione w komentarzu do wpisu dotyczącego obliczeń uzysku ciepła z powietrznego kolektora słonecznego) odpisuję tutaj.

Jeśli przyjąć warunki pośrednie tj. 1m2 daje 250W co ogrzeje ok.12-15 m2 co dla domu ok.200m2 daje kolektor 15m2 -gdzie go umieścić.
Do jakiej temperatury ogrzeje się powietrze w kolektorze i jak je przetransportować?

Trudno ocenić, do jakiej temperatury ogrzeje się powietrze w kolektorze słonecznym. bo to będzie zależeć od wielu czynników. Wydaje mi się jednak, że nie ma to większego znaczenia.

Temperatura powietrza wychodzącego z kolektora będzie tym wyższa, im… wolniej będzie ono przepływać przez kolektor. To jest zupełnie oczywiste, gdy powietrze będzie przepływać szybko, nie zdąży się nagrzać. Gdy będzie przez kolektor przepływać bardzo powoli, będzie mogło się nagrzać do wysokich temperatur.

Oczywiście będzie niższa, jeśli mamy mróz, bo im niższa temperatura powietrza na zewnątrz, tym większe straty ciepła z kolektora. Gdy kolektor będzie lepiej zaizolowany, straty będą niższe (a więc temperatura podgrzanego powietrza wyższa), ale na przykład strat ciepła przez szybę nie sposób ograniczyć do zera.

Jednocześnie istotne jest, by temperatura powietrza była jak najniższa. Bo im chłodniejsze powietrze w kolektorze, tym mniejsze straty ciepła, a więc moc kolektora wyższa.

Błędem jest utożsamianie mocy kolektora powietrznego z temperaturą powietrza na wyjściu. Jego moc jest bowiem iloczynem dwóch czynników: przepływu powietrza przez kolektor oraz przyrostu jego temperatury. Postaram się to omówić na przykładzie.

Wyobraźmy sobie konkretny kolektor słoneczny podłączony do wentylatora, który może pracować przy dwóch prędkościach. Przy pierwszej przez kolektor przepływa określona ilość powietrza, które ogrzewa się o 20C. Przy drugiej, przez kolektor przepływa dwa razy więcej powietrza, a przyrost temperatury to tylko 12°C. Łatwo wykazać, że w tym drugim przypadku, pomimo mniejszego przyrostu temperatury, moc grzewcza kolektora jest większa o 20%.

Przy użyciu kolektora do dogrzewania pomieszczeń nie ma sensu osiągać wysokich temperatur powietrza. Bo efekt grzewczy uzyskamy już wtedy, gdy do pokoju o temperaturze 20°C doprowadzimy powietrze o temperaturze 30C. Oczywiście w skali całego domu jest to kłopotliwe, bo żeby przetransportować to ciepło dalej trzeba przetłoczyć przez dom duże ilości powietrza. Dlatego w systemach ogrzewania nadmuchowego temperatura powietrza jest znacznie wyższa.

Przykładowo, książka „Complete Handbook of Solar Air Heating Systems” (S. Kornher, A. Zaugg) poleca, by temperatura na wyjściu z kolektora mieściła się w zakresie 100-140°F, a więc 38-60°C. Z kolei różnicę temperatur na wlocie i wylocie z kolektora rzędu 30-40°F (9-13°C) określa jako optymalną pod względem sprawności wytwarzania ciepła w kolektorze.

Oczywiście dla kolektora wspomaganego wentylatorem, zmniejszanie temperatury na wylocie oznacza zwiększanie zużycia prądu napędzającego wentylator. No i zbyt duża ilość przepływającego przez pokój powietrza może powodować odczuwanie przeciągu, co negatywnie wpływa na komfort cieplny.

Gdzie zamontować kolektor powietrzny i jak go podłączyć?

Tu akurat sprawa jest bardzo prosta — zamontować trzeba go tam, gdzie może być nasłoneczniony przez jak najdłuższy czas. Czyli w grę wchodzi w zasadzie tylko południowa elewacja albo południowa połać dachu. Jeśli mamy dach płaski, to nawet lepiej, na takim dachu łatwo można postawić kolektor.

gdzie-zamontowac-powietrzny-kolektor-sloneczny

Miejsca, w których można zamontować kolektor powietrzny — na dachu, na ścianie, pod oknem, albo na gruncie pod ścianą. Źródło: Complete Handbook of Solar Air Heating Systems.

Można go ewentualnie umieścić także na ziemi, przed domem, ale to już jest większy problem. Bo to nie bateria słoneczna, którą podłącza się kablem. Tu musi być doprowadzony kanał o średnicy co najmniej kilku centymetrów dla małego, lub 20-30 cm dla dużego kolektora.

Gdy kolektor jest na ścianie lub na dachu, sprawa jest bardzo prosta. Do dolnej części doprowadzamy zimne powietrze znad podłogi, a ciepłe odbieramy z górnej części kolektora. W najprostszym układzie ogrzewamy wyłącznie pomieszczenie znajdujące się po drugiej stronie ściany/dachu.

A co, gdy kolektor daje ciepła więcej, niż to pomieszczenie potrzebuje? Wtedy tłoczymy ciepłe powietrze dalej, przez kolejną ścianę.

rozprowadzenie-ciepla-z-kolektora-powietrznego

Do rozprowadzenia ciepłego powietrza z kolektora powietrznego w głąb domu potrzebujemy dodatkowego wentylatora, sterowanego termostatem. Źródło: Complete Handbook of Solar Air Heating Systems.

Żeby to działało będziemy potrzebować wentylatora, gniazdka, oraz termostatu, który porówna temperaturę pod sufitem pierwszego pomieszczenia z tą przy podłodze drugiego pomieszczenia. A także kanału wykutego w ścianie. W przypadku ścianek działowych o konstrukcji szkieletowej jest to wyjątkowo proste.

W amerykańskich domach często stosowane jest ogrzewanie powietrzne, w którym nośnikiem ciepła jest ciepłe powietrze, rozprowadzane kanałami znajdującymi się pod podłogą (w pustej przestrzeni między gruntem, a podłogą). U nas króluje wodne centralne ogrzewanie, dlatego dołączenie do takiego układu kolektora powietrznego jest niemal niewykonalne. I to właśnie dlatego w Polsce pojawiają się raczej pomysły, by ogrzewać dom kolektorami wodnymi.

Tak czy siak musimy pamiętać o jednym — w naszych warunkach kolektory powietrzne nie są w stanie ogrzać domów, a jedynie mogą dostarczyć ciepło wspomagające systemy grzewcze. Jest go zbyt mało, bo nawet w pogodne zimowe dni słońce dostarcza ciepło tylko przez kilka godzin (a straty ciepła z domu są przecież przez całą dobę).

Mnie się jednak zdaje, że warto sobie zbudować choćby najprostszy kolektor powietrzno-wodny, który latem dostarczy ciepłej wody, a zimą wspomoże ogrzewanie, choć trochę zmniejszając jego koszty.

Opublikował 24.02.2014 mgr inż. Krzysztof Lis i oznaczył hasłami ,

3 komentarze do artykułu “Jak w praktyce zastosować kolektor powietrzny do ogrzewania?”

  1. Zaciekawiło mnie wykorzystanie kolektora powietrznego do podgrzewania pomieszczeń przy pomocy centrali wentylacyjnej. Co mam na myśli? Otóż, jak późnią jesienią czy tez zimą mamy słońce to z takiego kolektora robimy czerpnię i przez bypass wrzucamy do domu ciepłe powietrze. Czy to rozwiązanie warte uwagi?

  2. @Adam: można spróbować. Ale technicznie to wcale niełatwe rozwiązanie, bo zazwyczaj czerpnia jest po północnej stronie domu (by go latem bez potrzeby nie przegrzewać).

    No i pytanie, czy zwiększone opory przepływu i większe zużycie prądu będzie zrekompensowane przez nieco wyższą temperaturę powietrza?

  3. Z czerpnią nie jest to żaden problem skoro rekuperator mamy dajmy na to na poddaszu to robimy sobie 2 czerpnie. Jedną zimową a drugą letnią wystarczy przepiąć raz do roku. Opory no racja ale powiedzmy, że robimy odpowiednio duży kolektor? Powiedzmy minimum 5m2?

Pozostaw komentarz

Subscribe without commenting