Osztrák tapasztalatok többszintes épületek napenergiás hőellátásában II.

Üzembe helyezéskor számos adatot fel kell jegyezni. Ez ahhoz is szükséges, hogy az üzemeltetési tapasztalatok nyomán a rendszert optimalizálni lehessen. Ide soroljuk a hőmérséklet-, nyomás-, nyomáskülönbség-adatokat, továbbá a beszabályozási értékeket. Rögzítendő a munkaközeg fagyálló-koncentrációja, pH-értéke. Átadás-átvétel során a legfontosabb jellemzőket tételesen ellenőrizni kell, de a többiből is néhányat, szúrópróbaszerűen.

Az üzemeltetés első néhány hónapja a rendszer optimalizálásának lehetőségét nyújtja. Különös figyelmet kell szentelni a napkollektorok és kazán(ok) összehangolásának. Ha ez nem megfelelő, a működés évei során a szoláris hozam az elérhetőnél rosszabb lesz. Ez nagy anyagi veszteség, a megtérülés a tervezettnél rosszabbul alakul.
A megvalósított rendszereknél korábban leggyakrabban előfordult hiányosságok:
– a kazánüzem indokolatlanul nagy részaránya,
– túlzott méretű készenléti térfogat a puffertárolón belül,
– túl magas visszatérő ági vízhőmérséklet az épületen belül,
– alulméretezett vagy meghibásodott kollektorköri hőcserélő,
– rosszul beszabályozott kollektorkör,
– meghibásodott szabályzó szerelvények,
– elégtelen hőszigetelés,
– belevegősödés a kollektoroknál,
– helytelenül szerelt hőfokérzékelő a kollektornál.

A szolár-alrendszer esetleges hibájának idejében való felismerését az gátolja, hogy a kieső energiát a kazán-alrendszer automatikusan pótolja. Ennek a szoláris részarány-csökkenés lehet a következménye. Ezért indokolt hibajelző funkció beépítése. Kisebb rendszerekben ez egyszerű vizuális kijelzéssel megoldható, nagyobbakban a kazánüzem eleve rendelkezik egy megfelelő hibajelző funkcióval. A szolár alrendszer ehhez kapcsolódhat. A hibaüzenet SMS-ben vagy e-mailben jut el az illetékes személyhez.
Távfelügyeletnél a nem megfelelő működés érzékelésére és riasztásra két kritérium is használható:
– a kollektorból kilépő víz hőmérséklete 45 oC-kal nagyobb a puffertároló legalsó pontján mért hőmérsékletnél, miközben a puffertároló legfelső pontján a hőmérséklet az előírtnál kisebb,
– a kollektorokban hasznosított energia hőmennyiségmérővel mért értéke nem megfelelő a napsugárzás mérő által mért értékhez viszonyítva.
A hibák felderítését nagyon megkönnyíti, hogy a rendszerben lévő mérőeszközök adatai regisztrálásra kerülnek.

Az évenkénti karbantartás ajánlott műveletei:
– a rendszer szemrevételezéses vizsgálata, beleértve a napkollektorok üvegezését is,
– a munkaközeg fagyáspontjának és pH-értékének megmérése,
– a szabályozás működésének ellenőrzése, különös tekintettel az érzékelők megfelelőségére,
– a mérőeszközök által regisztrált adatok átnézése és értékelése.

Használati meleg víz (HMV)
Vizsgáljuk meg, a használati melegvíz- (HMV) előállításban hogyan hasznosítható a napsütésből nyert energia.
Ki többet, ki kevesebbet használ a meleg vízből, számoljunk ezért két különböző értékkel. Vegyük egy személy napi HMV-fogyasztását 25, illetve 50 liternek. Ha a melegítés hőfoklépcsőjét 40 K-nek vesszük, akkor a vízmelegítés – veszteség nélkül – számított energiaigénye 1,17, illetve 2,34 kWh. (Pontos méretezésnél ezt pótlékoljuk a várható veszteségek okozta többlettel.) Ebből adódik a havi érték kerekítve 35, illetve 70 kWh-ra, az éves értékek pedig 430, illetve 860 kWh.
Átfolyó rendszerben csak akkor tudunk HMV-t előállítani, ha az ehhez szükséges energia a fogyasztás bármilyen időbeli alakulása mellett biztosan rendelkezésre áll. A napsütésre ez egyáltalán nem igaz, ezért csak a tároló rendszerű HMV-ellátás jön számításba. A tároló kiegyenlíti a termelés és a fogyasztás időbeli eltérését.
Az alapkérdés a tárolótartály méretének megválasztása. Különböző megfontolások alapján az optimális méret a napi fogyasztás 80-100%-a. Ez az előzők szerint személyenként 25-50, családonként 200-300 liter.

Fűtésrásegítés
Elvileg nincs akadálya, hogy egy épület fűtési hőenergia-igényét napenergiával fedezzük. Azonban a forrás és az igény időben éppen ellentétesen alakul. Télen a legkisebb a Napból származó energia: az éves érték ötöde a leghidegebb hat hónapban. Rövid gazdasági számítással belátható, hogy a napkollektoros hasznosítás költsége és egy hagyományos lakóépület fűtési hőigénye mellette csak egy szerény mértékű, fűtésrásegítésnek nevezhető megoldás tűzhető ki célul. Ennek létjogosultságát is az adja, hogy a teljes fűtési időszakon belül vannak enyhébb hónapok. Ilyenkor elérhető, hogy a napkollektorok fedezzék a hőigényt.
Kísérleti céllal készültek olyan rendszerek, melyek hatalmas tárolóval teszik hasznosíthatóvá a nyári napsütés energiáját a téli évszakban. Ezek költsége azonban nem térül meg.

Támogatás, megtérülés
Ausztriában mind az új épületek esetében, mind az épületek felújításánál támogatják a napkollektorok alkalmazását. A támogatás módja és mértéke az egyes tartományokban eltérő, és egymással nehezen összehasonlítható. A szokásos támogatási formák: közvetlen támogatás, kamattámogatás, kedvezményes hitel, kezesség.
A támogatás feltételei is különbözők. A Salzburger Institut für Raumordnung & Wohnen (Területrendezési és Lakásügyi Intézet, Salzburg) által a támogatás előfeltételéül megszabott követelmények például a következők:
– kollektorfelületre vonatkoztatott puffertároló-méret 75-100 liter,
– a kollektorfelület és az épület fűtött helyiségeinek aránya 1:30,
– a méréssel igazolt, fajlagos napenergia-hozam legalább 350 kWh/m2/év.

Napkollektor telepítése előtt szokásos kérdés a beruházás megtérülése. Erre egészen eltérő adatokat kaphatunk, aszerint, hogy milyen peremfeltételekkel számolunk. A megtérülés függ többek között a kiváltott, hagyományos energiahordozó beszerzési árától is. Egy adott beruházás megtérülésére példa, meghatározott peremfeltételek mellett:
– Beruházási költség 16 200 euró
– Támogatás 5000 euró
– Tervezett élettartam 25 év
– Kamat 4%
– Fűtőolaj ára 0,06 euró/kWh
– Fűtőolaj árindex 4%
– Kazánhatásfok 80%

A fenti alapadatokkal a megtérülés 11 évre adódik. A szoláris részarány a használati meleg víznél 50 százalékkal, a teljes (HMV + fűtés) hőigénynél 15 százalékkal lett számolva.

Ábra: cash-flow diagram

Az eredményesség figyelemmel kísérése
Ha egy épület hőellátására napkollektorokat szereltetünk fel, akkor az eredményesség a hagyományos energiahordozó felhasználásának csökkenésében mutatkozik meg. A csökkenésben szerepet játszhat a hőigény alakulása, tehát például a kedvező időjárás is. Az elfogyasztott földgáz vagy fűtőolaj mennyisége ezért önmagában még nem elég az elért eredmény megítéléséhez. Jobb megoldás, ha a hasznosított napenergiát mérjük, és ezen keresztül értékeljük az új rendszer eredményességét.
A használt mérőeszköz egy hőmennyiségmérő, amit a kollektorok szekunder körébe, a hőcserélő és a puffertartály közé építünk be. Méri a keringtetett víz mennyiségét és a hőcserélőn elért hőfokkülönbséget. Ebből határozható meg a puffertartályba betáplált, napenergiából származó hőmennyiség.
Ausztriában Salzburg tartomány a támogatás feltételéül megszabja, hogy a napkollektoros rendszer éves fajlagos, 1 m2 kollektorfelületre vonatkoztatott energiahozama legalább 350 kWh legyen. Ebből ered az a kötelezettség, hogy a napenergiás hozamot mérni és igazolni kell. Ennek gyakorlati megvalósítására egy internet alapú projektet indítottak. Az egyes épületek adataiból központi adatbázist képeznek. Az adattovábbítás történhet zárt automatikus rendszerben vagy kézi adatbevitellel, internetre csatlakozó számítógéppel. Az épületek hőmennyiségmérőitől beérkező adatokat feldolgozzák, és egy honlapon táblázatos formában és diagramokban megjelenítik. Az egyik kimutatás épületenként tartalmazza a tárgyév január elseje óta hasznosított szoláris hőmennyiséget [kWh], illetve a kollektorfelületből számított fajlagos értéket [kW/m2].

Ábra: havi fajlagos szoláris hozam diagram

Ennek a központi adatgyűjtésnek és adatfeldolgozásnak számos előnye van:
– igazolható a napenergia-felhasználás, más szóval a hagyományos tüzelőanyaggal előállított hőenergia-megtakarítás,
– teljesíthető a támogatás előfeltételéül szabott objektív utóértékelés,
– az esetleges rendellenességek idejében felismerhetők és a szükséges intézkedések megtehetők,
– a hasonló rendszerek adatai összevethetők (benchmarking),
– az egy ügyfélre eső költség kedvező,
– az adatok elszámolási (számlázási) célra is felhasználhatók,
– az érintett költségviselők (pl. lakók, bérlők) számára meggyőző erejű kimutatások készíthetők.

Gneis-Moos lakónegyed
A 61 lakásos Gneis-Moos lakónegyed Salzburg közelében található, a Salzburg-i Lakásépítő Kht. beruházásában épült 1999-ben. A cél a napenergia-hasznosítás megvalósítása volt egy fűtési szempontból igen kis hőveszteségű épületegyüttesben. Az épületek számított fűtési hőigénye 45 kWh/m2. A közelhő-ellátás a lakóépületekkel együtt létesített hőközpontból történik. Itt van a kondenzációs gázkazán és a hőellátó rendszer puffertartálya. A napkollektorok teljes felülete 430 m2, lakásonként 6,7 m2. A puffertartály 100 m3-es, ami lakásonként 1600 liternek felel meg, ezáltal több napos hőigényre van méretezve.
A lakások kétvezetékes rendszerre csatlakoznak. A csővezetékpár túlnyomó részben az épületekben halad, földbe fektetett szakasz alig van. A hálózati veszteség kb. 5%. A rendszer változó tömegáramú, téli, illetve nyári, fordulatszám-szabályozású keringtető szivattyúval. Az előremenő hőmérséklet az évszakoktól, időjárástól függetlenül, egész évben 65 oC. A HMV-előállításhoz lakásonként 35 kW-os hőcserélőket telepítettek. A radiátoros fűtés közvetlenül kapja a gerincvezetékről a vizet.
A lakáskészülékek része még a hőmennyiségmérő. A leolvasáshoz nem kell a lakásokat végigjárni, mert a mérőállás-adatok buszrendszeren a hőközpontba jutnak. A lakáskészülékekben nyomáskülönbség-szabályzók vannak. Az egész csőrendszert, annak minden egyes ágát hidraulikailag gondosan beszabályozták. A radiátorokra termosztatikus szelepeket szereltek.
Különleges a szellőzés megoldása. A friss levegő a déli tájolású télikerteken át jut a lakásokba. Az így előmelegített levegő, valamint a nagyon jó hőszigetelés következtében a radiátoroknak csak viszonylag kevés hőt kell leadniuk. Az elszívott levegő hőtartalmát a közös helyiségek temperálására hasznosítják.
A kazán a puffertartály legmelegebb, készenléti térfogatához csatlakozik, és gondoskodik arról, hogy éjszaka vagy gyengébb napsütés esetén a vízhőfok ne csökkenjen 65 oC alá.

A szoláris alrendszer mért adatait a Kht. honlapján (www.gswb.at) közzéteszik. Eszerint 2008-ban október végéig kereken 150 000 kWh napenergiát hasznosítottak; a fajlagos érték 353 kWh/m2. A szoláris részarány, azaz a kollektorok és a gázkazán hőtermelésének aránya a beruházási célnak megfelelően alakult. A hasznosított napenergia a teljes hőigénynek mintegy harmada, a földgázból származó energiának pedig hozzávetőlegesen a fele volt. A kedvező eredményekhez hozzájárul, hogy a fogyasztóktól visszatérő víz hőmérséklete nyáron 30-40, télen 25-35 oC között változik.

Ábra: szoláris és hagyományos hőmennyiség alakulása

Emellett a rendszer működése a honlapon on-line is követhető. A sémákon megjelennek a hőmérséklet-, nyomás-, térfogatáram- stb. adatok. Leolvasható a napsugárzás intenzitása [W/m2] és a kollektormező teljesítménye [kW] is.

Ábra: sémák

Kessel

Netz

Solar

Puffer

A Kht. az 1970-es években létesített napkollektoros rendszerek csalódást okozó eredményei miatt hosszú ideig nem élt a napenergia hasznosításának lehetőségével. A Gneis-Moos lakónegyed kedvező tapasztalatai alapján viszont az új, többszintes épületeken már mindig felszereltet napkollektorokat is.

Chiovini György