|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 12/2008
Prosty sposób na gorącą wodę Termosyfon
|
|
|
Unia Europejska postanowiła, że 20% zapotrzebowania na ciepło do roku 2020 będzie zaspokajane przez odnawialne nośniki energii. Dwadzieścia siedem krajów członkowskich zobowiązano do opracowania oraz jak najszybszego wdrożenia stosownych rozporządzeń wykonawczych. W ten sposób wytwórczość ciepła użytkowego z odnawialnych źródeł energii znalazła się w punkcie zwrotnym, otwierającym nowy, wielce przydatny, ogromny – z wieloma kierunkami działania – rynek.
|
W naszym kraju w tej problematyce wciąż jeszcze dzieje się niewiele i dlatego warto się przyjrzeć innym członkom Unii Europejskiej, jak one realizują omawianą dyrektywę.
Zaopatrywanie budynków w ciepłą wodę w Hiszpanii
We wrześniu 2006 roku weszła w Hiszpanii w życie dyrektywa CTE/HE-4, wyznaczająca minimalny udział energii słonecznej w sporządzaniu ciepłej wody użytkowej w budownictwie w granicach 30 – 70% rocznego jej zużycia. Dokładny udział uzależniono od doboru nośnika energii dla ogrzewania wody, od jej rocznego zapotrzebowania oraz od strefy klimatycznej.
Według danych hiszpańskiego Związku Asociacion Solar de la Industria Tremical (ASIT) realizacja tej dyrektywy opóźnia się z powodu niedostatecznego tempa montażu ciepłowniczych kolektorów słonecznych, szczególnie w starym budownictwie.
Wymieniona dyrektywa CTE/HF-4 zaliczana jest w Hiszpanii do bardzo postępowej ustawy. Dotyczy ona wszystkich budynków, bez względu na ich przeznaczenie. Do roku 2020 zainstaluje się w Hiszpanii ciepłowniczych baterii słonecznych o globalnej mocy w granicach 1.050 – 1.750 MWc tj. o ich powierzchni w interwale 1,5 – 2,5 mln m2. Odpowiada to rocznym oszczędnościom około 165.000 ton lekkiego oleju opałowego.
Model Barcelony solarnego ogrzewania wody użytkowej w sektorze komunalnym, wdrażany od sierpnia 2000 roku, stał się wiodącym na terenie tego kraju. W pierwotnej wersji uzależniano moc instalowanych baterii słonecznych od popytu, a w roku 2006 została ona podwyższona do poziomu 60% zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. W latach 2002 – 2007 moc zainstalowanych w tym regionie baterii słonecznych w przeliczeniu na jednego mieszkańca wzrosła aż 20-krotnie. Podobne modele wprowadziły inne regiony Hiszpanii – przykładowo w Madrycie w roku 2003. Jeżeli regionalne przepisy w tym obszarze okazały się ostrzejsze od ogólnokrajowych, to są obowiązujące do dziś w pierwotnej wersji.
Tylko w roku 2005 rząd hiszpański wsparł rynek ciepłowniczych baterii słonecznych kwotą 348 mln €, przy czym rozdział tych środków w regionach należał do władz lokalnych. Od momentu wprowadzenia w życie ustawy CTE/HF-4 w całym kraju w 2006 roku, dofinansowania rządowe kierowane są na wspieranie innowacji technicznych w tym obszarze odnawialnych źródeł energii.
Francja stymuluje rozwój baterii słonecznych ulgami podatkowymi
Francuzi rozpoczęli wdrażanie swojego programu rozwoju grzewczych baterii słonecznych w 1999 roku i dotychczas uzyskali w tej dziedzinie liczącą się pozycję w Europie. Według obowiązującej w tym kraju Ustawy Energetycznej aż 50% kosztów materiałowych inwestorzy odzyskują z ulg podatkowych. Nie ma natomiast w tym kraju takiego obowiązku ich instalowania, jaki ustawowo wprowadzono w Hiszpanii.
Poprzez opracowanie i wprowadzenie programu Soleil rozwinęła się we Francji profesjonalna gałąź gospodarki, którą kieruje Przemysłowy Związek Solarny „Enerplan Bilanz”. Znaczącą rolę w tym kraju odgrywa rynek systemów solarnych dla wielorodzinnych domków (CSTS – collective solar thermal system). Dla sporządzania gorącej wody użytkowej rozwija się on intensywnie od 1999 roku. Stanowi cząstkę ogólnokrajowego Planu Soleil. Koszty instalowania ciepłowniczych baterii słonecznych bywają w granicach 40 – 80% dofinansowywane przez Urząd Ochrony Środowiska oraz Energii (ADEME).
Dopłaty regionalne dla inwestorów baterii słonecznych ciepłej wody użytkowej w domkach jednorodzinnych (SDHW – solar domestic hot water) stanowią znaczącą pozycję w rozwoju tej gałęzi odnawialnych źródeł energii we Francji. Szacuje się, że z tego źródła finansowania do roku 2020 uzyska się 20–30% rocznego przyrostu instalowanych mocy ciepłowniczych baterii słonecznych, co odpowiada 157,5 MWc.
W dodatku opracowano w maju 2007 roku program pt. „O Solaire” dla domków jednorodzinnych, obejmujący kombinowany system sporządzania ciepłej wody użytkowej wraz z ogrzewaniem obiektu. Obejmuje on lokalne uwarunkowania, zapewniając spełnienie europejskich standardów oraz wymogów certyfikatu „Solar Keymark”.
Dowodem na to, że Francuzi przywiązują ogromną wagę do rozwoju tej branży ciepłowniczej może być również fakt, że po roku 2000 przeszkolono w tym kraju ponad 10.000 instalatorów w zakresie montażu oraz bieżących konserwacji i napraw instalacji solarnych. Dzięki temu architekci, planując budowę nowych osiedli mieszkaniowych korzystają z pomocy tych specjalistów i unikają ewtl. niedoskonałości w projektowanych instalacjach ogrzewania słonecznego.
Włochy stanowią doskonały rynek dla ciepłowniczych baterii słonecznych
W miejscowości Carugate władze komunalne wydały w 2003 roku lokalne rozporządzenie, wg którego 50% domowego zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową pokrywa się energią słoneczną. Dzięki temu korzystanie z baterii słonecznych w tym regionie przekroczyło w krótkim czasie aż o 30% średni poziom w kraju. Ta lokalna inicjatywa rozpowszechniła się na inne prowincje Włoch.
Tymczasem krajowa Ustawa Energetyczna nakazuje wytwarzanie ciepłej wody użytkowej w budownictwie mieszkaniowym przy użyciu odnawialnych nośników energii. Wyjątek stanowią miasta o historycznej wartości.
Problem w realizacji wymienionej ustawy stanowi znaczny brak własnych firm w tej branży, przy czym władze rządowe – w przeciwieństwie przykładowo do Francji, Turcji oraz Niemiec – nie podejmują wciąż jeszcze stosownych działań.
Natomiast dla nowego budownictwa mieszkaniowego wprowadzono zachęty finansowe, związane z instalowaniem baterii słonecznych dla ciepłej wody użytkowej. W istniejącym budownictwie zachęta dla inwestorów w tego typu działaniach obejmuje obniżenie podatku na poziomie 55% poniesionych kosztów.
Ministerstwo Ochrony Środowiska stawia rocznie 10 mln € na 50 – 60%-we współfinansowanie instalacji solarnych. Niezależnie od wsparcia rządowego, można korzystać z lokalnych środków na współfinansowanie inwestycji związanych z wdrażaniem odnawialnych źródeł energii dla wytwarzania ciepłej wody użytkowej w budownictwie mieszkaniowym (K. Ertmer; Sonne, Wind & Wärme, 34, 15, 2008 r.).
W Austrii bateria słoneczne wspomaga się piecami opalanymi peletami
W żadnym innym kraju Unii Europejskiej nie wspomaga się grzewczych baterii słonecznych na tak wielką skalę piecami opalanymi peletami, jak w Austrii. Według analiz Austriackiego Stowarzyszenia Biomasy już w 2005 roku eksploatowano więcej pieców opalanych peletami, niż olejem z ropy. Ta sytuacja stała się możliwą przez to, że osoby prywatne, które zabudowały kotły opalane peletami, zrębkami drewna otrzymały dopłaty w granicach 400 – 800 €.
Postępujący rozwój ciepłowniczych baterii słonecznych w całej UE
Specjaliści omawianego obszaru odnawialnych źródeł energii są zgodni w opinii, że we wszystkich krajach członkowskich Unii grzewcze baterie słoneczne znajdują coraz szersze zastosowanie. Największy ich rozwój odnotowano w Turcji, Danii, Grecji, Austrii oraz w Niemczech, a w ostatnich latach dołączyły do nich Włochy oraz Hiszpania. A w Austrii rozwój tego systemu grzewczego rozpoczął się już w latach 70-tych minionego wieku. Dziś w tym kraju jest najwyższe zużycie ciepła z baterii słonecznych w przeliczeniu na jednego mieszkańca w porównaniu z innymi członkami Unii Europejskiej. Ten sukces osiągnięto w sytuacji braku jakichkolwiek ustaw, czy dyrektyw rządowych odnośnie stosowania odnawialnych nośników energii. Siłą motoryczną tych innowacji były po prostu analizy ekonomiczne systemów grzewczych oraz rozmiar ich kosztów w budżetach rodzinnych.
Do krajów, które najwięcej ciepłowniczych baterii słonecznych instalują na terenach innych państw zaliczają się Turcja, Niemcy oraz Austria.
Z chwilą, gdy Unia Europejska ustaliła wielkości stosowania odnawialnych nośników energii w wymiarze 20% do roku 2020, to w krajach członkowskich zintensyfikowano określone działania wielokierunkowe, wśród których baterie słoneczne stanowią znaczącą pozycję.
Spośród różnorakich konstrukcji baterii słonecznych dla pozyskiwania gorącej wody użytkowej, w ostatnich latach relatywnie wysoką efektywnością oraz rosnącą wytwórczością wyróżniają się termosyfonowe instalacje, zaprezentowane na rys. 1. Charakteryzuje je sprzężony układ kolektora (absorbera) słonecznego z wodnym, cylindrycznym zasobnikiem gorącej wody. Wersję procesowo-techniczną opracowano – między innymi – w holenderskiej firmie Solion BV Utrecht.
W tej konstrukcji, poniżej cylindrycznego zasobnika gorącej wody, wykonanego najczęściej ze stali szlachetnej lub emaliowanej, znajduje się absorber promieniowania słonecznego. Woda cyrkuluje między nimi w systemie termosyfonowym, a nie jak w innych technologiach przy użyciu pompy obiegowej z kosztownym napędem elektrycznym. Termiczna sprawność tej instalacji termosyfonowej osiąga wielkość 72%. Do niej przynależą: urządzenia kontrolno-sterownicze, zawór mieszalnikowy dla gorącej wody, ciśnieniowy zawór bezpieczeństwa oraz zawór zwrotny. Zapotrzebowanie urządzeń sterowniczych na energię elektryczną oscyluje wokół 4 kWh/r.
Tego typu instalacje termosyfonowe gorącej wody użytkowej są obecnie w świecie wytwarzane oraz montowane na coraz większą skalę, przy czym wiodącą pozycję zajmują Chiny, co dokumentuje rys. 2 („Weltweit wachsende Markte ”, J.-P. Meyer, Sonne Wind & Warme, 42, 3, 2007 r.).
W 2005 roku wytworzono ich 19,6 mln m2 o globalnej mocy aż 13 729 MWc, w której udział Chin stanowi prawie 77%, a Europy jedynie około 10%.
Imponująco kształtuje się dynamika wzrostu obrotów w latach 2005 – 2006 czołowych firm światowych, wytwarzających słoneczne instalacje termosyfonowe, którą ilustruje rys. 3. Większość z nich w tym okresie osiągnęła wzrost sprzedaży swoich wyrobów w granicach 20 – 40%, natomiast czołowe firmy tej branży znajdują się w Turcji, Chinach, Austrii i Niemczech. Globalny wzrost zainstalowanych na świecie instalacji termosyfonowych na przestrzeni lat 2004 – 2005 wyniósł 16,5%, przy czym ten wskaźnik dla Chin osiągnął wielkość prawie 20%.
Natomiast w okresie 2005 – 2006 roku – pomijając przedsiębiorstwo Tsinghua Solar – chińskie firmy wg rys. 3 osiągnęły relatywnie wysokie wskaźniki sprzedaży, co dowodzi o rosnącym eksporcie tego kraju również w tej branży.
Większość wytwórców oferuje tak zwane zamknięte instalacje termosyfonowe z dwoma oddzielnymi systemami przepływu odmiennych cieczy, jak i układy otwarte z cyrkulacją samej wody pitnej.
System zamknięty ma tą zaletę, że jego obieg cieczy przez kolektor słoneczny (absorber) bywa zabezpieczony nie tylko przed wytrącaniem się soli wapniowych, ale w dodatku przed skutkami mrozów poprzez dodawanie do cyrkulującej wody komponentu przeciwzamarzającego, jakim jest glikol etylenowy.
W tym systemie słoneczne ogrzewanie kolektora (absorbera) jest wydzielone, co technicznie rozwiązano w następujący sposób: Kolektor słoneczny zostaje wypełniony wodnym roztworem glikolu i termosyfonowo ten po słonecznym nagrzaniu przepływa do spiralno-rurowego wymiennika ciepła, znajdującego się w górnym, cylindrycznym zasobniku gorącej wody użytkowej. W miarę jej poboru, bywa automatycznie uzupełniana z miejscowej sieci rurociągowej wody pitnej.
Natomiast stąd oziębiony wodny roztwór glikolu systemem termosyfonowym spływa do dołu słonecznego kolektora dla wtórnego (kolejnego) nagrzania.
Natomiast w otwartym systemie termosyfonowym tak kolektor słoneczny, jak i górny zasobnik gorącej wody użytkowej są uzupełniane wyłącznie wodą pitną. Gdy z tego układu – via zasobnik gorącej wody użytkowej – odprowadza się tą ostatnią dla potrzeb gospodarczych, to automatycznie do układu kolektora słonecznego dopływa świeża, zimna woda pitna. Wadą tego systemu bywa możliwość wytrącania się w rurach kolektora słonecznego soli wapniowych wówczas, gdy z braku odbioru gorącej wody użytkowej część z niej wyparowuje z zasobnika poprzez zawór bezpieczeństwa.
Chociaż otwarte systemy termosyfonowe – o relatywnie prostej konstrukcji – są cenowo korzystniejsze, to z w/w względów większość nabywców zaopatruje się w wersje zamknięte.
Cylindryczne zasobniki gorącej wody użytkowej znajdują się zawsze w bezpośrednim sprzężeniu z kolektorami słonecznymi, przy czym można je montować zarówno w pozycji poziomej, jak i pionowej, co dokumentują rys. 4 – 5.
Nabywcy tego typu instalacji termosyfonowych przywiązują w większości wagę do wykonywanych nawarstwień kolektorów słonecznych, maksymalizujących absorpcję promieniowania słonecznego. Wysokoselektywne nawarstwienie wykonuje się pod próżnią i dzięki temu takowe osiąga absorpcję promieni słonecznych w wysokości około 95%, przy jego emisji jedynie 5%. Również chińskie rury próżniowe są nawarstwiane wysokoselektywnie.
Jedynie bogate w nasłonecznienie kraje mogą wciąż jeszcze stosować mniej efektywny w działaniu i tańszy czarny lakier solarny.
Jeżeli przez dłuższy czas pracy instalacji termosyfonowej nie odbiera się gorącej wody z omawianego układu, wówczas cały system ulega silnemu nagrzaniu promieniowaniem słonecznym. Z chwilą, gdy dochodzi do odparowania wody z cylindrycznego zasobnika gorącej wody użytkowej, to wzrasta w nim bardzo szybko ciśnienie.
Aby w takiej sytuacji zapewnić pełne bezpieczeństwo eksploatacyjne całej instalacji, stosuje się powszechnie automatycznie działające zawory upustowe, lub instaluje się zbiorniki ekspansyjne.
Jeżeli zasobnik gorącej wody użytkowej został wyposażony w spiralny wymiennik ciepła (co jest typowe dla systemu zamkniętego), to w takiej sytuacji stosuje się najczęściej zbiornik ekspansyjny.
Tego typu systemy termosyfonowe są nieustannie uefektywniane, co zapewnia rosnące ich montowanie we wszystkich możliwych miejscach, jak przykładowo na utwardzonej ziemi osiedla mieszkaniowego w pobliżu kąpieliska, co ilustruje rys. 5.
Autor – zaintrygowany prostotą konstrukcji tego systemu pozyskiwania gorącej wody użytkowej przy relatywnie niskich kosztach – podjął inicjatywę jego rozpropagowania w naszym kraju, w którym nasłonecznienie jest podobne do Niemiec, a na terenie których montuje się coraz więcej instalacji termosyfonowych.
|
|
|
|
|
