Kolektor powietrzny - informacje, działanie

Co to jest kolektor powietrzny?

Kolektor powietrzny to urządzenie do przemieszczania ciepła pochodzącego z energii słonecznej i ma postać rur. Rury, jak każdy przedmiot wystawiony na działanie słońca, nagrzewają się. Od nich energię odbiera powietrze będące we wnętrzu rur. Nagrzany gaz trzeba skierować do odbiornika ciepła, a w najprostszym przypadku wprost do ogrzewanego pomieszczenia.

Ile energii spada z nieba?

Pozyskiwanie energii cieplnej z energii słonecznej to zamiana tego, co sprawia nam kłopot (i nagrzewa dach w upalny dzień) w to, za co musimy płacić (ciepło). Skoro nauczyliśmy się zmieniać bieg rzek, może warto przekierować energię słoneczną? Jakie to może dać korzyści?

Aby uzyskać odpowiedź na to pytanie można skorzystać z darmowego narzędzia dostępnego na stronie http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php.

Według tej analizy w Polsce od lutego do listopada na 1 m2 powierzchni dociera w skali miesiąca energia słoneczna o wartości ponad 40 kWh! Przeliczając ją na ceny energii pozyskiwanej z węgla (0,13 zł/kWh) jest to 5 zł miesięcznie z metra kwadratowego kolektora, a w lecie około 20 zł miesięcznie z instalacji o tej samej powierzchni.

Jeżeli energia słoneczna ma być substytutem energii wytwarzanej z gazu płynnego (koszt 0,42 zł/kWh), to kwoty te będą wynosiły odpowiednio 16,8 i 63 zł miesięcznie z metra kwadratowego kolektora.

Czym kolektor powietrzny różni się od kolektorów standardowych?

Najczęściej spotykane są kolektory cieczowe. Instalacja musi składać się z:

• wymiennika ciepła,
• rur rozprowadzających nagrzany czynnik i grzejników lub ogrzewania podłogowego,
• systemu pomp obiegowych,
• sterownika, który wyłączy pompę urządzenia, gdy słońce nie będzie świeciło dostatecznie intensywnie.

Każde z urządzeń (wymiennik, pompy, grzejniki) ma sprawność mniejszą niż 100%. Przepływ energii następuje wówczas, gdy źródło ciepła ma temperaturę wyższą niż odbiornik. Jeżeli urządzeń pośredniczących będzie dużo, to różnica temperatur musi być wysoka.

Kolektor powietrzny ma ograniczoną do minimum liczbę stopni pośrednich. Dzięki temu wystarczy różnica 1oC pomiędzy źródłem ciepła a odbiornikiem, aby nastąpił przepływ energii.

Pole do popisu dla majsterkowiczów

Kolektor powietrzny to rozwiązanie, które może wykonać niemal każdy! Wystarczy:

• zebrać odpowiednią liczbę identycznych puszek po napojach,
• pomalować je czarną matową farbą
• pozbawić denka,
• połączyć w tuby silikonem,
• umieścić tuby w prostokątnej ramie,
• ustawić ramę w kierunku południowym,
• wymusić wentylatorem przepływ powietrza przez tuby.

Fakultatywne można przykryć kolektor powietrzny szybą lub przezroczystym tworzywem, a od podłożą odizlować styropianem lub (kolektor zabezpieczony przed opadami) wełną mineralną.

Kolektor powietrzny „puszkowiec”ma zalety. Jest:

• tani,
• możliwy do wykonania domowymi sposobami,
• niekłopotliwy w serwisowaniu (instalacja nie zawiera fluidu odbierającego ciepło).

Wady? Podstawową jest brak możliwości akumulowania ciepła.

Czy kolektor powietrzny „puszkowiec” działa jesienią i zimą? Tak. Konstrukcje opisywane w Internecie dają przy temperaturze otoczenia +7oC temperaturę nawiewu około +50oC, zaś przy temperaturze otoczenia -12oC pozwalają uzyskać ciepłe powietrze o temperaturze około +30oC.

Kolektor powietrzny za darmo

A co jeśli budynek ma być pokryty czarną blachodachówką? Czy warto wówczas zbudować kolektor powietrzny z puszek? Może lepiej wykorzystać całą powierzchnię dachu?

Rozwiązanie to warto przemyśleć na etapie wykonywania pokrycia. Odpowiednie ułożenie łat i kontrłat pozwoli… czerpać nagrzane powietrze spod blachodachówki. Wtedy cała połać dachu może oddawać ciepło.

Czy kolektor powietrzny ma w Polsce zastosowanie?

Specyfika klimatu Polski jest taka, że większość energii słonecznej dociera do nas latem. W zimie ilość energii słonecznej możliwej do wykorzystania jest mniejsza. Po pierwsze dzień jest krótszy. Po drugie słońce znajduje się niżej nad horyzontem.

Czego jednak potrzeba tyle samo w zimie i w lecie? Ciepłej wody! Kolektory słoneczne w naszym klimacie wykorzystywane są głównie do wytwarzania ciepłej wody użytkowej.

Kolektor powietrzny - zagospodarowanie pozyskanej energii

Zaletą kolektora cieczowego jest stosunkowo łatwe przesyłanie energii z miejsca, w którym jest uzyskana (kolektor cieczowy najczęściej umieszczany jest na dachu), do odbiornika (np. wymiennik ciepła w pomieszczeniu gospodarczym). Jak można zagospodarować energię zgromadzoną w ciepłym powietrzu, którego źródło znajduje się na dachu? Jednym z rozwiązań jest zasilanie tym strumieniem pompy ciepła powietrze-woda. Pompa ciepła zintegrowana z instalacją budynku wykorzystuje ciepło do ogrzewania wody użytkowej.

A jeśli dom już stoi i nie ma w nim pompy ciepła? Można wtedy podłączyć rurę odprowadzającą ciepłe powietrze z kolektora powietrznego np. do systemu rozprowadzającego ciepłe powietrze z kominka, a jeśli takowego nie ma po prostu do czerpni powietrza z dworu. Zamiast zimnego będzie wpadało ciepłe (oczywiście to rozwiązanie nadaje się tylko na zimne miesiące).

Pomysły wykorzystania ciepła można mnożyć w nieskończoność. W samochodzie jest nagrzewnica. Przepływa przez nią ciecz chłodząca silnik, a od nagrzewnicy ogrzewa się powietrze wpadające do wnętrze auta. Aby ogrzać ciepłą wodę użytkową trzeba zrobić nagrzewnicę, w której strumień powietrza płynął będzie przez rurę zanurzoną w wodzie. Empirycznie należy dobrać rozmiary rury i prędkość przepływu powietrza, aby uzyskać maksymalną skuteczność urządzenia.

Podsumowanie

Kolektor powietrzny jest świetnym urządzeniem do wykorzystania energii OZE:

• można, a nawet należy wykonać go samodzielnie, gdyż oferta jest znikoma,
• jest prostszy w konstrukcji i konserwacji niż kolektor cieczowy,
• niewielkie koszty powodują, że amortyzuje się w czasie około roku,
• sprzężenie go z instalacją grzewczą domu nie wymaga ingerencji żaden z układów, gdyż wystarczy skierować strumień ciepłego powietrza do wnętrza budynku.