Ενεργητικά ηλιακά συστήματα με την εμπειρία της ALTEREN Α.Ε. Οδηγός εφαρμογής ενεργητικών ηλιακών συστημάτων

Ενεργητικά ηλιακά συστήματα με την εμπειρία της ALTEREN Α.Ε. Οδηγός εφαρμογής ενεργητικών ηλιακών συστημάτων 1 ΓΕΝΙΚΑ Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους. Οι πλέον γνωστοί είναι η μετατροπή σε θερμότητα (φωτοθερμική μέθοδος) και η μετατροπή της σε ηλεκτρισμό (φωτοηλεκτρική μέθοδος). Πριν αναφερθούμε σε εφαρμογές που σχετίζονται με την παραγωγή θερμότητας δίνουμε ορισμένα χαρακτηριστικά των εφαρμογών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. 1.1 Φωτοηλεκτρική μέθοδος Με τις φωτοηλεκτρικές μεθόδους έχουμε άμεση παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς την μεσολάβηση ενδιάμεσων σταδίων και θερμοδυναμικών κύκλων ή κινούμενων μερών. Οι μέθοδοι αυτές είναι: Θερμοηλεκτρικό φαινόμενο (βαθμός απόδοσης μετατροπής - Ν c 5%) Θέρμανση από ηλιακή ακτινοβολία μεταλλικής πλάκας συγκολλημένης σε δύο ηλεκτρόδια από διαφορετικά θερμοηλεκτρικά υλικά. Στα ψυχρά άκρα των ηλεκτροδίων αναπτύσσεται τάση, το μέγεθος της οποίας εξαρτάται από το υλικό των ηλεκτροδίων και από τη διαφορά της θερμοκρασίας τους ως προς την μεταλλική πλάκα. Θερμιονικό φαινόμενο (Ν c 5%) Θέρμανση από ηλιακή ακτινοβολία μεταλλικής πλάκας υπό κενό, ώστε να εκπέμπονται ηλεκτρόνια από την επιφάνειά της. Απαιτείται θέρμανση σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (2.000-2.700 C σε πλάκες από καθαρά μέταλλα, ή μέχρι 1.200 C αν στη διάταξη προστεθούν ατμοί ευκολοϊονιζόμενου στοιχείου). Φωτοβολταϊκό φαινόμενο(ν c > 5%) Σε στοιχεία (ηλιακά στοιχεία ή κύτταρα ή κυψέλες) αποτελούμενα από ένα ημιαγωγό, με προσαρμοσμένα ηλεκτρόδια στην εμπρός και πίσω όψη, προσπίπτουν φωτόνια, η ενέργεια των οποίων διαταράσσει την ηλεκτρονική ισορροπία, με αποτέλεσμα να προκαλείται διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Η ένταση του ρεύματος εξαρτάται από το εμβαδόν της επιφάνειας του στοιχείου και την περιεκτικότητα της ηλιακής ακτινοβολίας σε ενεργά φωτόνια. Τα μόνα είδη ηλιακών κυψελών, που κατασκευάζονται σήμερα βιομηχανικά και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές είναι από πυρίτιο (μονοκρυσταλλικό ή πολυκρυσταλλικό). Η θεωρητική τους απόδοση δεν μπορεί να υπερβεί το 20% και κυμαίνεται στο 10-14%. Με συνδυασμό υλικών και κατάλληλα συστήματα διάταξής τους έχουν επιτευχθεί εργαστηριακά βαθμοί απόδοσης Φ/Β μετατροπής μέχρι και 65%. 1.2 Φωτοθερμική μέθοδος Για την παραγωγή θερμότητας από τον ήλιο απαντώνται διάφορες τεχνικές και τεχνολογίες που εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις απαιτήσεις της τελικής χρήσης. Έτσι είναι σωστό να δώσουμε αρχικά μία σύντομη περιγραφή των τεχνολογικών χαρακτηριστικών των ηλιακών τεχνολογιών, για κάθε ένα από τους παρακάτω τομείς: (i) θέρμανση νερού χρήσης (ii) θέρμανση χώρων Γενικά είναι τεχνικά δυνατό να εγκαταστήσουμε ένα ηλιακό σύστημα, το οποίο να καλύπτει το 100% των ετήσιων αναγκών θερμότητας και το οποίο στην περίπτωση αυτή δεν θα απαιτεί μία βοηθητική πηγή θέρμανσης. Έτσι π.χ. ένα ηλιακό σύστημα θέρμανσης χώρου που σχεδιάσθηκε για να καλύπτει όλες τις ενεργειακές απαιτήσεις κατά την διάρκεια των ψυχρότερων μηνών του χρόνου, θα είναι τότε υπερδιαστασιολογημένο κατά την διάρκεια των υπολοίπων μηνών. Η υπερδιαστασιολόγηση ενός ηλιακού συστήματος είναι μη αποδεκτή οικονομική επένδυση. Γι αυτό, είναι πιο εφικτό να σχεδιάζουμε ένα ηλιακό σύστημα θέρμανσης για να καλύπτει ένα μέρος του ετήσιου φορτίου, ενώ χρησιμοποιώντας μία βοηθητική πηγή θέρμανσης (π.χ. λέβητα, τζάκι κλπ.) καλύπτουμε την πρόσθετη ενέργεια όταν απαιτείται. Το μέγεθος του συστήματος καθορίζεται από το μέγεθος του φορτίου που καλύπτει. Έτσι διαχωρίζονται τα συστήματα σε δύο βασικές κατηγορίες: (i) τα θερμοσιφωνικά συστήματα (ii) τα κεντρικά συστήματα 1.2.1 Θερμοσιφωνικά συστήματα Είναι οι απλούστερες ηλιακές εγκαταστάσεις και χρησιμοποιούνται κυρίως σε εφαρμογές με μικρές απαιτήσεις σε θερμότητα όπως είναι κατοικίες και ξενοδοχειακές μονάδες με αυτόνομα μικρά κτιριακά συγκροτήματα. Χαρακτηριστικό θερμοσιφωνικό σύστημα δίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αποτελούνται από συλλέκτη και δεξαμενή χωρίς την ύπαρξη κυκλοφορητή. Ονομάζονται έτσι διότι το νερό κυκλοφορεί στον συλλέκτη και μεταδίδει θερμότητα στην δεξαμενή, με φυσικό τρόπο λόγω θερμοσιφωνισμού. Για να επιτευχθεί αυτό χρειάζεται η δεξαμενή να βρίσκεται υψηλότερα του συλλέκτη. Τα θερμοσιφωνικά συστήματα μπορεί να είναι είτε ανοικτού είτε κλειστού τύπου. Στην πρώτη περίπτωση το νερό στην δεξαμενή θερμαίνεται άμεσα, ενώ στα κλειστά θερμαίνεται έμμεσα μέσω εναλλάκτη. Τα συστήματα ανοικτού τύπου χρησιμοποιούνται συνήθως σε περιπτώσεις όπου δεν απαντώνται

χαμηλές θερμοκρασίες και παγετός, ενώ δεν δημιουργούνται προβλήματα με την πίεση του δικτύου και την ποιότητα του νερού. Για να επιλυθούν αυτά τα προβλήματα αναπτύχθηκαν τα συστήματα κλειστού τύπου, όπου το ρευστό που κυκλοφορεί στον συλλέκτη και θερμαίνει μέσω εναλλάκτη το νερό χρήσης της δεξαμενής, με την χρήση ειδικών πρόσθετων μειώνει τον κίνδυνο διάβρωσης και παγετού. 1 3 4 1 Ηλ. συλλέκτης 3 Εναλλάκτης 2 Δοχ. αποθήκευσης 4 Σωληνώσεις Σχήμα 1.1. Σχηματική παράσταση θερμοσιφωνικού συστήματος Το ρευστό (μίγμα νερού προπυλενογλυκόλης συνήθως) κυκλοφορεί στο συλλέκτη 1 και στο κλειστό θερμοσιφωνικό σύστημα θερμαίνεται μέσω του εναλλάκτη 3 και ζεσταίνει το νερό της δεξαμενής 2. Η κυκλοφορία γίνεται χωρίς κυκλοφορητή. Τυπικό θερμοσιφωνικό σύστημα (όπως υπάρχει στην Ελληνική και Κυπριακή αγορά) παρουσιάζεται στην εικόνα 1.1. 2 Να υπάρχει επαρκής μόνωση των σωληνώσεων Να γίνεται εξαέρωση του κλειστού κυκλώματος του συλλέκτη Να υπάρχει ικανή αναλογία μεταξύ επιφάνειας συλλέκτη και όγκου του δοχείου Να υπάρχει επαρκές δοχείο διαστολής Να γίνεται τακτικός έλεγχος του αντιψυκτικού υγρού Να χρησιμοποιείται εναλλάκτης τύπου μανδύα για μεγιστοποίηση της απόδοσης Αναλυτικά στοιχεία για τα χαρακτηριστικά του συλλέκτη καθώς και του εναλλάκτη και της δεξαμενής, παρατίθενται στις επόμενες παραγράφους. 1.2.2 Κεντρικά ηλιακά συστήματα Τα συστήματα αυτά καλύπτουν κεντρικά τις απαιτήσεις σε θερμότητα ενός χρήστη, για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης νερού χρήσης, αποτελείται δε από τα παρακάτω τμήματα όπως φαίνεται και στο ανάλογο σχήμα. 1 5 2 X 5 6 3 4 7 8 1: Συλλέκτης 5: Κυκλοφορητής 2: Εναλλάκτης 6: Τροφοδοσία 3: Δεξαμενή 7: Βοηθητική πηγή 4: Τρίοδη 8: Κατανάλωση Σχήμα 1.2. Βασικό διάγραμμα ροής ηλιακής διάταξης ζεστού νερού χρήσης. 1 Εσ. προστασία 6 Ηλ. αντίσταση 2 Χαλύβδινο χιτώνιο 7 Απ. επιφάνεια 3 Θερμομόνωση 8 Κάλυμμα 4 Εξ. περίβλημα 9 Θερμομόνωση 5 Εναλλάκτης 10 Πλαίσιο Εικόνα 1.1. Τυπικό θερμοσιφωνικό σύστημα Για την επιλογή, την εγκατάσταση και την λειτουργία ενός κλειστού συστήματος πρέπει να ληφθούν υπ όψιν τα παρακάτω: Η βασική ηλιακή διάταξη περιλαμβάνει τους ηλιακούς συλλέκτες 1, οι οποίοι ζεσταίνουν το ρευστό που κυκλοφορεί σε αυτούς και μέσω του εναλλάκτη 2 προσδίδουν την θερμότητα στην δεξαμενή αποθήκευσης 3. Από την δεξαμενή οδηγείται κατάλληλα στην κατανάλωση 8 π.χ. μέσω τρίοδης βάνας 4 στην οποία συνδέεται η βοηθητική πηγή 7. Τα παραπάνω προσδιορίζουν σε πρώτη φάση και τα βασικά στοιχεία των ηλιακών διατάξεων, όπως παρουσιάζονται στις επόμενες παραγράφους.

2 ΗΛΙΑΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ 2.1 Γενικά Για τις εγκαταστάσεις θέρμανσης νερού χρήσης σε ξενοδοχεία χρησιμοποιούνται ηλιακοί συλλέκτες υγρού διαφόρων τύπων, όπως συλλέκτες επίπεδοι, κενού και συγκεντρωτικοί. Στην τελευταία κατηγορία δεν θα αναφερθούμε. Στις επόμενες παραγράφους δίνονται αναλυτικά στοιχεία των τύπων των συλλεκτών. 2.2 Επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες 2.2.1 Γενική διαμόρφωση Είναι ο πιο γνωστός και διαδεδομένος τύπος ηλιακού συλλέκτη. Τα βασικά μέρη από τα οποία αποτελείται φαίνονται στο σχήμα 2.1. Η επιφάνεια 2, που ονομάζεται απορροφητής, απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία που σαν θερμική ενέργεια μεταφέρεται μέσω σωλήνωσης σε υγρό που ρέει σε αυτή. Η βασική υδραυλική κατασκευή τοποθετείται σε κατάλληλο πλαίσιο 3, και, μπορεί να καλύπτεται η όλη κατασκευή από γυαλί 1. 1 Σχήμα 2.1. Σχηματική παράσταση επιπέδου συλλέκτη υγρού Οι διαφοροποιήσεις που υπάρχουν είναι στην απορροφητική επιφάνεια του συλλέκτη, στο υλικό του απορροφητή, στην ύπαρξη ή όχι του γυαλιού, κλπ. Για να γίνει κατανοητή η διαφοροποίηση μεταξύ των διαφόρων συλλεκτών θα πρέπει να εξετάσουμε την ενεργειακή συμπεριφορά ενός επίπεδου ηλιακού συλλέκτη. Στο σχήμα 2.2. παρίσταται το ενεργειακό ισοζύγιο συλλεκτικής επιφάνειας. Σύμφωνα με τη σχηματική αυτή παράσταση: Στον συλλέκτη προσπίπτει ηλιακή ενέργεια εκ της οποίας ένα ποσοσό ανακλάται (Q m ) και το υπόλοιπο απορροφάται (Q o ) Από το ποσό αυτό Q o ένα ποσοστό μετατρέπεται σε απώλειες (Q L ) και το υπόλοιπο μεταφέρεται ως χρήσιμη ενέργεια στον χρήστη (Q u ). 3 2 ΟΡΙΑ ΣΥΛΛΕΚΤΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΤΗΣ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ, QL ΑΠΟΔΙΔΩΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, Qu ΔΙΑΘΕΣΙΜΗ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, Q ΑΠΟΡΡΟΦΟΥΜ ΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, Qα ΜΗ ΑΠΟΡΡΟΦΟΥΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, Qm Σχήμα 2.2. Ενεργειακό ισοζύγιο συλλέκτη Όλη η προσπάθεια επομένως των κατασκευαστών είναι να αυξηθεί η απορροφούμενη ενέργεια (Q m ) και να μειωθούν οι απώλειες (Q L ). Οι απώλειες αυτές οφείλονται τόσο στην συναγωγή όσο και στην ακτινοβολία. Η αύξηση της απορροφούμενης ενέργειας Q m επιτυγχάνεται με καλύτερους απορροφητές ενώ η μείωση των απωλειών Q L με καλύτερη κατασκευή του συλλέκτη ή την εφαρμογή ειδικών συνθηκών μεταξύ απορροφητή και γυαλιού. Με την λογική αυτή υπάρχουν επομένως συλλέκτες υγρού μικρού κόστους και χαμηλής απόδοσης ή το αντίθετο, οπότε διακρίνουμε τους παρακάτω βασικούς τύπους ηλιακών συλλεκτών: 1. Επίπεδους πλαστικούς 2. Επίπεδους απλούς 3. Επίπεδους με επιλεκτική επιφάνεια 2.2.2 Επίπεδοι πλαστικοί συλλέκτες Είναι η απλούστερη μορφή ηλιακού επίπεδου συλλέκτη. Διαφέρει ως προς την βασική διαμόρφωση στο ότι υπάρχει μόνο απορροφητής όπως φαίνεται και στις παρακάτω εικόνες: Εικόνα 2.1. Πλαστικός επίπεδος συλλέκτης Οι απλούστερες αυτών των κατασκευών αποτελούνται από πολυπρεπυλένιο κατάλληλα

επεξεργασμένο για αντοχή στην υπεριώδη ακτινοβολία. Σε κάποιες κατασκευές υπάρχουν ειδικές συνδέσεις από EPDM, ή από χάλυβα για την συνδεσμολογία μεταξύ συλλεκτών, προς αποφυγή προβλημάτων στεγάνωσης και προστασία από την UV ακτινοβολία. Εικόνα 2.2. Λεπτομέρεια πλαστικού συλλέκτη Είναι κατάλληλες κατασκευές για θέρμανση κολυμβητικών δεξαμενών χαρακτηριστική δε εφαρμογή δίνεται στην εικόνα 2.3. Εικόνα 2.3. Χαρακτηριστική εφαρμογή πλαστικών συλλεκτών για θέρμανση πισίνας Μπορούν να επιτύχουν θερμοκρασίες 5-18 C πάνω από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στην τοποθέτησή τους καθώς παρουσιάζουν προβλήματα τα οποία σχετίζονται με: Την μειωμένη αντοχή σε πίεση, γεγονός που σημαίνει ιδιαίτερη προσοχή στον σχεδιασμό. Ειδικές κατασκευές πλαστικών συλλεκτών αντέχουν έως 6,5 bar, ενώ οι συνήθεις σε μικρότερες. Την ευκολία με την οποία υπόκεινται σε βανδαλισμούς. Τα πλεονεκτήματα που έχουν είναι: Χαμηλό ειδικό κόστος Ευκολία κατασκευής και τοποθέτησης Δυνατότητα ελέγχου της εγκατάστασης Ευκολία αντικατάστασης Συνήθης εφαρμογή του συλλέκτη αυτού είναι η θέρμανση πισίνας όπου μπορεί να αποτελέσει λύση σε σχέση με το κόστος του. Η απόδοσή τους σχετίζεται με την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία αν συνυπολογίσουμε ότι η χρήση της πισίνας συνήθως ακολουθεί την ηλιακή ακτινοβολία. Μάλιστα υπάρχουν ειδικές κατασκευές για θέρμανση πισίνας, απλές στην κατασκευή με έτοιμες συνδέσεις έτσι ώστε να εξασφαλίζουν: Μικρότερη πτώση πίεσης Αντοχή στην ακτινοβολία και την γήρανση 2.2.3 Επίπεδοι απλοί συλλέκτες Οι απλοί επίπεδοι συλλέκτες έχουν σαν βασική κατασκευαστική διαμόρφωση αυτήν του σχήματος 2.1 με κυρίαρχο χαρακτηριστικό την ύπαρξη απορροφητικής μεταλλικής επιφάνειας και την χρήση ενός ή/και δύο καλυμμάτων. Το κυρίαρχο στοιχείο είναι όπως αναμένεται η απορροφητική επιφάνεια, η οποία διακρίνεται σε δύο βασικές κατηγορίες: Απορροφητική επιφάνεια τύπου σάντουιτς Μεταλλική επιφάνεια σε συνδυασμό με κατάλληλες σωληνώσεις. Απορροφητικές επιφάνειες Η απορροφητική επιφάνεια τύπου σάντουιτς (σχήμα 2.3) αποτελείται από δύο χαλύβδινες επιφάνειες οι οποίες συγκολλούνται γραμμικά ή σημειακά ώστε να σχηματίζονται κανάλια εντός των οποίων ρέει το ρευστό. (α) (β) Κάλυμμα Απορρροφητής Μόνωση Πλαίσιο (γ1) (γ2) Σχήμα 2.3. Σχηματική παράσταση συλλέκτη τύπου σάντουϊτς (α) Τομή συλλέκτη (β) Εποπτική παράσταση απορροφητή (γ1) Γραμμική συγκόλληση (γ2) Σημειακή συγκόλληση Η απορροφητική επιφάνεια όπως αναφέρθηκε αποτελείται από χάλυβα, η διαμόρφωση αυτή

δημιουργεί καλή διαβροχή της απορροφητικής επιφάνειας με αποτέλεσμα μετάδοση θερμότητας κατά το δυνατόν καλύτερη προς το ρευστό, ενώ απαιτούν σειρά μηχανών συγκόλλησης υψηλού κόστους και προδιαγραφών. Στα μειονεκτήματα της κατασκευής ότι δεν αντέχει σε υψηλές πιέσεις και ότι δημιουργεί μεγαλύτερη πτώση πίεσης. Ουσιαστικά αποτελούν τους συλλέκτες που υπήρχαν στην αγορά την δεκαετία 80-90. Οι συλλέκτες με την απορροφητική επιφάνεια από σωλήνες σε συνδυασμό με μεταλλικές πλάκες αποτελεί τον κυρίαρχο τύπου συλλέκτη στην σημερινή αγορά, χαρακτηριστική δε τομή παρουσιάζεται στο σχήμα 2.4. Κάλυμμα Απορρροφητής Μόνωση Πλαίσιο Σχήμα 2.4. Σχηματική παράσταση συλλέκτη με απορροφητική επιφάνεια με σωλήνες Στον συλλέκτη αυτού του τύπου κυρίαρχο χαρακτηριστικό είναι η διαμόρφωση της απορροφητικής επιφάνειας όπως αναφέραμε. Οι κύριοι τύποι της διαμόρφωσης των σημερινών ηλιακών συλλεκτών παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Πίνακας 2.1. Χαρακτηριστικοί τύποι απορροφητών Σωλήνας χαλκού σε λαμαρίνα αλουμινίου με σύσφιξη ή εκτόνωση Σωλήνας χαλκού με γραμμική συγκόλληση σε λαμαρίνα αλουμινίου Σωλήνας χαλκού με σημειακή συγκόλληση σε λαμαρίνα αλουμινίου Σωλήνας χαλκού με γραμμική συγκόλληση σε λαμαρίνα χαλκού Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την επίπεδη πλάκα είναι χαλκός, αλουμίνιο, χάλυβας, με πιο συνηθισμένα σήμερα τον χαλκό και το αλουμίνιο. Ο χαλκός χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά στις σωληνώσεις του συλλέκτη λόγω της υψηλής του θερμικής αγωγιμότητας και της αντίστασης του στη διάβρωση. Συνήθως συνδυάζεται ο χαλκός σαν υλικό των σωλήνων με το αλουμίνιο ή χαλκό σαν υλικό της πλάκας. Η όσο το δυνατό καλύτερη σύνδεση πλάκαςσωλήνων είναι βασική επιδίωξη στον σχεδιασμόκατασκευή ενός συλλέκτη. Οι διαφορές στους τύπους συλλεκτών που έχουν παρουσιαστεί οφείλονται κυρίως στη σχέση-σύνδεση πλάκας και σωλήνα. Το δίκτυο των σωλήνων μέσα στο συλλέκτη, μπορεί να έχει πολλές μορφές με επικρατέστερη αυτή των παράλληλων σωλήνων με σύνδεση πάνω και κάτω και είσοδο-έξοδο διαγώνια και υπό ελαφρά κλίση ώστε να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη ροή σε όλους τους σωλήνες, να διευκολύνεται το άδειασμα και να αποφεύγεται η δημιουργία φυσαλίδων αέρα στο εσωτερικό των σωλήνων. Το τελευταίο είναι βασικό χαρακτηριστικό που πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν ιδίως κατά την διαδικασία πλήρωσης των συλλεκτών. 2.2.4 Τύποι επιπέδων συλλεκτών Με την μορφή του επιπέδου ηλιακού συλλέκτη έχουν παρουσιασθεί στην αγορά διάφορες παραλλαγές, των οποίων η διαφορά έγκειται: Στον αριθμό των καλυμμάτων Στη απορροφητική επιφάνεια Για τους τύπους αυτούς χαρακτηριστικά δίνονται στην συνέχεια, όπου για να γίνεται εύκολα κατανοητή η διαμόρφωση του συλλέκτη θα χαρακτηρίζεται από το είδος του απορροφητή και από τον αριθμό των καλυμμάτων. Απλός απορροφητής ένα κάλυμμα Είναι η πλέον διαδεδομένη μορφή ηλιακού συλλέκτη. Έχει ικανοποιητική απόδοση σε σχέση με το κόστος του, η οποία απόδοση κυμαίνεται μεταξύ 30 και 60% για θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ ρευστού που κυκλοφορεί στο συλλέκτη και θερμοκρασίας περιβάλλοντος ίση με 20-40 C. Η απόδοση αυτή προφανώς αναφέρεται σε ικανοποιητικές συνθήκες ηλιαφάνειας. Συνήθως το κάλυμμα είναι από απλό γυαλί πάχους 3-4 mm ενώ υπάρχουν και αρκετοί κατασκευαστές που χρησιμοποιούν γυαλί χωρίς οξείδια του σιδήρου ή ειδικές κατασκευές γυαλιού (π.χ. heat mirror). Οι ειδικές αυτές κατασκευές σκοπεύουν στο να μειώσουν την ανακλαστικότητα της ηλιακής ακτινοβολίας αλλά παράλληλα να βελτιώσουν την αντοχή του καλύμματος. Συνήθως παρουσιάζονται με όλους του τύπους των απορροφητών του πίνακα 2.1. αν και τελευταία επικρατέστερη είναι η τέταρτη. Η απόσταση μεταξύ απορροφητή και καλύμματος είναι της τάξης των 10 mm. Απλός απορροφητής δύο καλύμματα Η μορφή αυτή του συλλέκτη χρησιμοποιεί δύο καλύμματα για να μειώσει τις θερμικές απώλειες (συναγωγής και ακτινοβολίας) και ταυτόχρονα να αυξήσει τον βαθμό απόδοσης. Η μεγαλύτερη δε αυτή απόδοση εμφανίζεται σε ιδιαίτερα δύσκολες συνθήκες όπως αυτές της μικρής έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας.

Η χρήση του σε κάποια εφαρμογή δικαιολογείται μόνο αν η αύξηση της απόδοσης σε σχέση με το πρόσθετο κόστος αποσβένυται. Στην πράξη πάντως σπάνια χρησιμοποιούνται αυτοί οι συλλέκτες διότι εκτός του πρόσθετου κόστους σημαντικό πρόβλημα δημιουργεί το μεγαλύτερο βάρος και επομένως μεγαλύτερου κόστος εγκατάστασης (στα στηρίγματα) αλλά και του κόστους συντήρησης. Επιλεκτικός απορροφητής ένα κάλυμμα Για να μειωθούν οι απώλειες του συλλέκτη απαιτείται να μειωθεί η εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας από τον απορροφητή. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την χρήση ειδικών οξειδίων στη βαφή της μεταλλικής απορροφητικής επιφάνειας του συλλέκτη. Η ειδική αυτή κατασκευή αναφέρεται σαν επιλεκτικός απορροφητής και έχει σαν άμεσο αποτέλεσμα μειωμένες θερμικές απώλειες από την πλάκα προς το τζάμι. Ο συλλέκτης αυτός παρουσιάζει μεγαλύτερους βαθμούς απόδοσης από τον συλλέκτη με απλό απορροφητή. Η χρήση του οδηγεί σε μικρότερες ηλιακές εγκαταστάσεις (μικρότερη επιφάνεια) και καλύτερη θερμική συμπεριφορά σε περιπτώσεις χαμηλής θερμοκρασίας περιβάλλοντος και χαμηλής ηλιακής ακτινοβολίας. Η χρήση τους όμως σημαίνει και υψηλότερο κόστος. Το κόστος αυτό δικαιολογείται σε περιπτώσεις λειτουργίας καθ όλο το έτος και σε Βορειότερα κλίματα, ή σε περιπτώσεις μικρής διαθέσιμης επιφάνειας εγκατάστασης των συλλεκτών. 2.3 Συλλέκτες κενού Οι συλλέκτες κενού επιφέρουν δραστική μείωση των θερμικών απωλειών άρα αυξάνουν το βαθμό απόδοσης του συλλέκτη, με αποτέλεσμα να εργάζονται σε υψηλές θερμοκρασίες οι οποίες μπορούν να φτάσουν τους 150 C. Αυτό για να γίνει απαιτείται επιλεκτική επιφάνεια στον απορροφητή αλλά και ύπαρξη κενού μεταξύ απορροφητή και τζαμιού (ώστε να μειωθούν οι απώλειες συναγωγής και ακτινοβολίας). Το κενό αυτό για υλοποιηθεί απαιτείται κυλινδρική (ή σφαιρική) μορφή του συλλέκτη για λόγους αντοχής του καλύμματος στην επιβαλόμενη διαφορά πίεσης (δες και σχήμα 2.5.). Πρακτικά χρησιμοποιείται τζάμι λίγων χιλιοστών σαν κάλυμμα. Η κυλινδρική γεωμετρία των συλλεκτών αυτού του τύπου είναι απαραίτητη για την επίτευξη αντοχών στην ατμοσφαιρική πίεση αφού το κενό είναι της τάξης των 10-4 mmhg. Ο βαθμός απόδοσης επηρεάζεται πολύ λιγότερο από τις συνθήκες περιβάλλοντος από ότι στους άλλους συλλέκτες, παραμένοντας περίπου σταθερός για ευρύ φάσμα μεταβολής της ακτινοβολίας και εξωτερικής θερμοκρασίας. Ετσι παρουσιάζεται σταθερός βαθμός απόδοσης καθ όλη την διάρκεια του έτους. Χαρακτηριστικό των συλλεκτών κενού είναι η μικρότερη οπτική απόδοση (λόγω του κυλινδρικού σχήματος του καλλύματος) αλλά η διατήρηση υψηλού βαθμού απόδοσης σε υψηλές θερμοκρασίες. Σχήμα 2.5. Συλλέκτης κενού Το κόστος κατασκευής των συλλεκτών κενού είναι όπως αναμένεται μεγαλύτερο από αυτό των επιπέδων, μπορεί δε να φτάνει και το διπλάσιό του. Το υψηλό κόστος βέβαια οφείλεται και στο ότι δεν υπάρχει μαζική παραγωγή στο αντικείμενο αυτό. Μπορεί όμως να εξετασθεί η χρήση του και σε ορισμένες δε περιπτώσεις να συμφέρει έναντι των απλών συλλεκτών. 2.4 Βαθμός απόδοσης συλλεκτών Ο βαθμός απόδοσης συλλέκτη ορίζεται σαν το λόγο του ποσού της ενέργειας που αποδίδεται στο ρευστό μέσο μεταφοράς θερμότητας σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα προς την ολική ακτινοβολία που προσπίπτει στον ηλιακό συλλέκτη στο ίδιο χρονικό διάστημα κάτω από συνθήκες μόνιμης κατάστασης. Ο βαθμός απόδοσης μπορεί να εκφραστεί από τρεις διαφορετικές εξισώσεις οι οποίες παρέχουν μια συγκεκριμένη κατάσταση λειτουργίας του συλλέκτη. Αυτό που ενδιαφέρει είναι προφανώς ο καταναλωτής οπότε η απόδοση ορίζεται σαν: FRU L ( Ti Tα ) n = FR ( τα) Ι όπου: τ διαπερατότητα α απορροφητικότητα U L ολικός συντελεστής απωλειών θερμότητας Ι μέση ολική ηλιακή ακτινοβολία συντελεστής αποκόμισης θερμότητας F R Τ i Τ α θερμοκρασία εισόδου του εργαζόμενου μέσου θερμοκρασία περιβάλλοντος

Ο βαθμός αυτός απόδοσης μπορεί να μετρηθεί σε ειδικά διαμορφωμένες εγκαταστάσεις. Στις διατάξεις αυτές υπολογίζεται ο στιγμιαίος βαθμός απόδοσης από την σχέση: η = Q / Ι όπου: Q = m c p ΔΤ m η παροχή στον συλλέκτη c p η ειδική θερμοχωρητικότητα ΔΤ θερμοκρασιακή διαφορά Η τιμή του c p αντιστοιχεί στη μέση θερμοκρασία του υγρού. Τα μεγέθη Ι, ΔΤ και m, μετρούνται έτσι ώστε να μπορεί να υπολογιστεί άμεσα ο βαθμός απόδοσης. Η στιγμιαία απόδοση παριστάνεται γραφικά σαν συνάρτηση της ανηγμένης θερμοκρασιακής διαφοράς (T m -T a )/Ι όπου: T m =T i + ΔΤ/2 ΔΤ= T ο - T i Τ m Μέση θερμοκρασία T i Θερμοκρασία εισόδου στον συλλέκτη T i Θερμοκρασία εξόδου από τον συλλέκτη Από την γραφική παράσταση μπορούν να υπολογιστούν τα χαρακτηριστικά μεγέθη του κάθε συλλέκτη: F R (τα) και F R U L Τα χαρακτηριστικά αυτά μεγέθη υποχρεούται να παρέχει ο κατασκευαστής διότι αφενός μεν μπορεί να υπολογισθεί έτσι η απόδοση ενός συλλέκτη αφετέρου μπορεί να συγκριθούν δύο συλλέκτες. Τα μεγέθη αυτά προσδιορίζουν την οπτική απόδοση του συλλέκτη - F R (τα) και την θερμική του - F R U L. Τα μεγέθη αυτά αποτυπώνονται σε χαρακτηριστικές καμπύλες, των οποίων η τεταγμένη καθορίζει το F R (τ α) και η κλίση της το F R U L. Οι καμπύλες αυτές προσδιορίζονται πειραματικά σε διάφορα επίπεδα ηλιακής ακτινοβολίας και σε ειδικά εργαστήρια. Χαρακτηριστικές καμπύλες για τους συλλέκτες της παραγράφου 2.2 και 2.3 δίνονται παρακάτω. Από τις καμπύλες αυτές ουσιαστικά μπορούμε να αναλύσουμε την θερμική συμπεριφορά ενός συλλέκτη και την εξέλιξη των διαφόρων τύπων συλλεκτών. Γενικά το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφάται από ένα συγκεκριμένο ηλιακό συλλέκτη είναι πρακτικά σταθερό για διάφορα επίπεδα έντασης. Εντούτοις, η θερμική του απόδοση μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας. Στην πραγματικότητα, οι διάφορες τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα της φωτοθερμικής μετατροπής εστιάζονται στην μείωση του συνολικού συντελεστή θερμικών απωλειών U L. Σε σχέση με την τιμή U L και την θερμοκρασιακή αύξηση που επιτυγχάνουν οι διάφορες τεχνολογίες συλλεκτών, ταξινομούνται όπως στον πίνακα 2.1. 1 Πλαστικός συλλέκτης 2 Επίπεδος απλός απορροφητής Ένα κάλυμμα 3 Επίπεδος Απλός απορροφητής Δύο καλύμματα 4 Επιλεκτικός Ένα κάλυμμα 5 Συλλέκτης κενού Βαθμός Απόδοσης n (%) 80 60 40 20 1 2 0.1 0.2 (Ti-Tα)/Ι Σχήμα 2.6. Καμπύλες βαθμούς απόδοσης συλλεκτών Σε σύγκριση με μία απροστάτευτη μαύρη απορροφητική επιφάνεια με U L = 25 W/m²K ο συνολικός συντελεστής θερμικών απωλειών έχει μειωθεί περισσότερο από δέκα φορές, χρησιμοποιώντας απορροφητικές επιφάνειες ειδικών επιστρώσεων, π.χ. επιλεκτικές επιφάνειες, σε συνδυασμό με την δημιουργία κενού στον χώρο ανάμεσα στην απορροφητική πλάκα και το διαφανές κάλυμμα. Για να επιτύχουμε υψηλότερη αύξηση θερμοκρασίας πρέπει να καταφύγουμε στους συγκεντρωτικούς ηλιακούς συλλέκτες, όπου η μείωση των θερμικών απωλειών επιτυγχάνεται με μείωση της απορροφητικής επιφάνειας. Αυτό απαιτεί την χρησιμοποίηση διαφόρων τύπων συγκεντρωτικών επιφανειών, που επίσης χρειάζεται να μετακινούνται για να παρακολουθούν την τροχιά του ήλιου. Το κόστος όλων αυτών συστημάτων προς το παρόν είναι απαγορευτικό για μία εκτεταμένη εφαρμογή. Πίνακας 2.1. Χαρακτηριστικά μεγέθη διαφόρων τύπων ηλιακών συλλεκτών. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΥΞΗΣΗ TIMH U L ΘΕΡΜ/ΣΙΑΣ ( C) (W/m²K) Πλαστικός 5-17 25 συλλέκτης Επίπεδος απλός 12-36 10 ένα κάλυμμα Επίπεδος απλός 15-53 6 δύο καλύμματα Επιλεκτικός 20-72 5 ένα κάλυμμα Συλλέκτης κενού 30-150 2 3 4 5

2.5 Πιστοποίηση συλλεκτών Για την πιστοποίηση των συλλεκτών υγρού, σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή και Ελληνική νομοθεσία, προτείνεται σειρά ελέγχων οι οποίοι μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο κατηγορίες: έλεγχοι θερμικής συμπεριφοράς έλεγχοι αντοχής και αξιοπιστίας Οι συγκεκριμένοι έλεγχοι σε κάθε κατηγορία δίνονται εν συντομία στη συνέχεια έτσι ώστε να διαμορφωθεί ολοκληρωμένη εικόνα των απαιτήσεων πιστοποίησης. Τεστ θερμικής συμπεριφοράς Μέτρηση βαθμού απόδοσης σε εξωτερικές συνθήκες (όπως αναφέρθηκε στην προηγούμενη παράγραφο) Τεστ θερμικών απωλειών συλλέκτη Μέτρηση της ειδικής θερμοχωρητικότητας και της χρονικής σταθεράς του συλλέκτη Μέτρηση της πτώσης πίεσης κατά μήκος του συλλέκτη Τεστ αντοχής και αξιοπιστίας Τεστ εσωτερικής πίεσης των διαδρομών του ρευστού στον απορροφητή Τεστ υψηλής θερμοκρασίας για περιπτώσεις στασιμότητας του συλλέκτη Τεστ εσωτερικού και εξωτερικού θερμικού σοκ Τεστ σύντομης και φυσικής γήρανσης Τεστ διείσδυσης βροχής Μηχανικά τεστ αντοχής Τεστ παγώματος Τεστ κρούσης Από τα παραπάνω προφανώς άλλες δοκιμές πρέπει να γίνονται σε ειδικά εργαστήρια βάσει συγκεκριμένων προδιαγραφών και απαιτήσεων (π.χ. μέτρηση του βαθμού απόδοσης), ενώ κάποια άλλα μπορούν να εντάσσονται στο σύστημα ποιοτικού ελέγχου που εφαρμόζει κάθε βιομηχανία (π.χ. τεστ εσωτερικής πίεσης του συλλέκτη). 3 ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ Οι δεξαμενές απαιτούνται σε ηλιακές εγκαταστάσεις διότι αποθηκεύεται η θερμότητα, καθώς δεν ταυτοχρονίζεται η κατανάλωση με την παραγωγή θερμότητας από τις ηλιακές εγκαταστάσεις. Οι δεξαμενές αυτές μπορεί να είναι μεταλλικού ή/και πλαστικού τύπου (π.χ. πολυαιθυλένιο) καταλλήλων διαστάσεων ώστε να επαρκεί η χωρητικότητά τους για την συγκεκριμένη εγκατάσταση. Το μέγεθός τους επιδρά στην απόδοση του συστήματος και στο συνολικό βαθμό απόδοσης. Τα αναφερόμενα στην συνέχεια αφορούν μεταλλικές κατασκευές. Τα συνήθη υλικά είναι χάλυβες, ανοιξείδωτοι χάλυβες, ενώ για προστασία χρησιμοποιείται επιψευδαργύρωση ή σε μικρότερες διαστάσεις εφυάλωση. Η δεξαμενή καλό είναι να είναι τύπου «δοχείου πίεσης», ικανής χωρητικότητας, με την κατάλληλη μόνωση και στήριξη. Η δεξαμενή συνήθως τοποθετείται στο μηχανοστάσιο όπου υπάρχουν και οι υπόλοιπες διατάξεις των ηλιακών ή σε άλλο χώρο (π.χ. οροφή κτιρίου). Η κατασκευή πάντως των δεξαμενών θα πρέπει να εξασφαλίζει: Εφαρμογή των κανόνων ασφαλείας Αντιδιαβρωτική προστασία του όλου κυκλώματος Σταθερή και ασφαλής στήριξη Επαρκής θερμική μόνωση με τρόπο ώστε ο συντελεστής θερμικών απωλειών να ικανοποιεί την ακόλουθη σχέση: UA S 0.16 VS [W/K] όπου: Vs: ο όγκος της δεξαμενής (lit) U: συνολικός συντελεστής απωλειών (W/m²/K) As: η παράπλευρη επιφάνεια της δεξαμενής (m²) Οι δεξαμενές συνήθως είναι κυλινδρικού τύπου κατακόρυφες ή οριζόντιες. Σε μεγάλες εγκαταστάσεις προτιμώνται οι κατακόρυφου τύπου ώστε να δημιουργείται θερμοκρασιακή στρωμάτωση. Στην περίπτωση αυτή ο λόγος ύψους προς διάμετρο πρέπει να είναι ο μεγαλύτερος δυνατός, με σκοπό την ενίσχυση του φαινομένου της θερμοκρασιακής διαστρωμάτωσης και την αποδοτικότερη λειτουργία των συλλεκτών. Η έξοδος του ζεστού νερού χρήσης από τις δεξαμενές πρέπει να γίνεται από το επάνω μέρος ενώ η τροφοδοσία σε κρύο νερό από το κάτω μέρος τους, ώστε το θερμότερο νερό να κατευθύνεται προς το φορτίο και το ψυχρό προς τους συλλέκτες. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά των δεξαμενών που θα πρέπει να αναφέρονται είναι: Πίνακας 3.1. Χαρακτηριστικά δεξαμενών Μέγεθος Ελάχιστο περιεχόμενο m 3 Εξωτερική Διάμετρος D α Μήκος κυλινδρικού μέρους Ολικό μήκος (χωρίς μόνωση) l max Ελάχιστο πάχος ελάσματος s min Διάμετρος ανθρωποθυρίδας Βάρος (περίπου) Μονάδα m m m mm mm kg Υλικό ελάσματος [--] Τύπος καλυμμάτων [--]

Η χωρητικότητα κυλινδρικής δεξαμενής με καλύμματα υπολογίζεται από τη σχέση: π ( D V όπου: α D α l 2s) 4 2 l + 0,2( D α 2s) η εξωτερική διάμετρος [m] μήκος κυλίνδρου [m] s πάχος λαμαρίνας [m] Οι δεξαμενές αν είναι οριζόντιου τύπου θα πρέπει να στηρίζονται σε κατάλληλα στηρίγματα τύπου σέλλας, τα οποία μπορεί να είναι συγκολλημένα με το δοχείο ή απλώς το δοχείο θα κάθεται πάνω στις σέλλες. 3 Εικόνα 4.1. Χαρακτηριστική εικόνα εναλλάκτη πλακών 4 ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ Συνήθως χρησιμοποιούνται δύο τύποι εναλλακτών στις ηλιακές εφαρμογές: οι εναλλάκτες τύπου πλακών και σωληνωτοί. 4.1 Εναλλάκτες τύπου πλακών Ο εναλλάκτης πλακών χρησιμοποιείται για θέρμανση, ψύξη και ανάκτηση θερμότητας. Αποτελείται από ένα σύνολο αυλακωτών μεταλλικών πλακών με διόδους για το πέρασμα των δύο υγρών μεταξύ των οποίων γίνεται η μεταφορά θερμότητας. Η ομάδα των πλακών είναι εγκατεστημένη σε κατάλληλη βάση και άξονες στήριξης συνδεδεμένων με κοχλίες σύσφιξης. Οι πλάκες εφαρμόζουν με μία φλάντζα η οποία σφραγίζει το κανάλι και κατευθύνει τα υγρά μέσα σε εναλλακτικά κανάλια (δες ανάλογα σχήματα). Ο αριθμός και το μέγεθος των πλακών προσδιορίζεται από τις παροχές, τα φυσικά χαρακτηριστικά των υγρών, την πτώση πίεσης και τις θερμοκρασίες. Οι πλάκες και οι φλάντζες των συμβατικών εναλλακτών πλακών μπορούν να κατασκευαστούν με όλα τα υλικά που δέχονται πίεση. Τα πιο συνηθισμένα υλικά είναι: Ανοξείδωτους χάλυβες Τιτάνιο Τιτάνιο - παλλάδιο Εικόνα 4.2. Χαρακτηριστική εικόνα διαμόρφωσης καναλιών των ρευστών σε εναλλάκτη πλάκας Οι φλάντζες για τους συμβατικούς εναλλάκτες πλακών είναι κατασκευασμένες από διάφορα ελαστικά και εύπλαστα υλικά, όπως το καουτσούκ. Το κυριότερο συστατικό του καουτσούκ είναι ελαστικά πολυμερή που υπάρχουν σε διάφορες μορφές. Τα δύο πιο κοινά υλικά που χρησιμοποιούνται για φλάντζες είναι το EPDM και το νιτρικό καουτσούκ. Υπάρχουν επίσης και εναλλάκτες πλακών χωρίς φλάντζες αλλά συγκολλητοί. Αυτοί προτιμώνται σε ηλιακές εφαρμογές λόγω χαμηλού κόστους. Το μειονέκτημά τους είναι ότι δεν ανοίγονται, αλλά αν φροντίσουμε το ζεστό νερό που κυκλοφορεί στο δευτερεύον κύκλωμα του εναλλάκτη να είναι απαλλαγμένο αλάτων, τότε η διάρκεια ζωής τους δεν επηρεάζεται. Σε κάθε περίπτωση πάντως καλό είναι να ελέγχεται η πτώση πίεσης στον εναλλάκτη μέσω μέτρησης της πίεσης πριν και μετά από αυτόν. Με τον τρόπο αυτό ελέγχεται η καλή τους λειτουργία και σε περίπτωση εναλλάκτη με φλάντζες το σύστημα ανοίγεται και καθαρίζεται.

Τα όρια λειτουργίας των εναλλακτών πλακών είναι όπως δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας 4.1. Χαρακτηριστικά εναλλακτών πλακών Μέγεθος Τιμή Μέγιστη πίεση λειτουργίας (bar) 25 με ειδική κατασκευή (bar) 30 Μέγιστη θερμοκρασία ( o C) 160 με ειδικές φλάντζες ( o C) 200 Μέγιστη παροχή (m 3 /h) 3600 Συντελεστής μετάδοσης θερμότητας (W/m 2 Κ) 3.500-7.500 Η διαστασιολόγηση των εναλλακτών γίνονται μα βάση τα παρακάτω στοιχεία: Θερμοκρασίες Παροχές Πτώση πίεσης Ρευστά που κυκλοφορούν στον εναλλάκτη Σε κάθε περίπτωση στην συσκευή θα πρέπει να αναγράφονται: Τύπος, ισχύς και επιφάνεια του εναλλάκτη Θερμοκρασίες λειτουργίας και παροχές των κυκλωμάτων του εναλλάκτη Πίεση δοκιμής και λειτουργίας Γενικά πάντως οι εναλλάκτες αυτοί έχουν τα παρακάτω πλεονεκτήματα έναντι των σωληνωτών εναλλακτών: έχουν μεγαλύτερο συντελεστή θερμοπερατότητας σε σχέση με τους αντίστοιχους των εναλλακτών σωλήνων διαθέτουν την δυνατότητα αύξησης της επιφάνειας σε περίπτωση επέκτασης της εγκατάστασης είναι σχετικά εύκολοι στον καθαρισμό και την εν γένει αποσυναρμολόγηση καταλαμβάνουν μικρότερη επιφάνεια στο χώρο δεν κινδυνεύουν από διαβρώσεις λόγω των χρησιμοποιούμενων υλικών μπορούν με την κατάλληλη διάταξη να αντιστρέφουν τις ροές (καθαρό - ακάθαρτο), έτσι ώστε να καθαρίζονται τα κανάλια του από τυχόν επικαθίσεις Τα μειονεκτήματά τους είναι: το υψηλό κόστος αγοράς, που όμως αποσβένεται σε σχέση με το ενεργειακό όφελος ο μεγαλύτερος κίνδυνος από επικαθίσεις λόγω διαμόρφωσης των καναλιών, επικαθίσεις που μειώνονται με την τακτή αντιστροφή των ροών 4.2 Εναλλάκτες σωληνωτοί Οι εναλλάκτες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται σε ηλιακές εφαρμογές, αναφέρονται και σαν αυλώνκελύφους, υπάγονται δε σε τυποποίηση όσον αφορά στην κατασκευή τους. Η βασική τους διάταξη αποτελείται από σειρά σωλήνων όπου ρευστά διέρχονται τόσο εσωτερικά όσο και εξωτερικά των σωληνώσεων. Εσωτερικά κυκλοφορεί το ζεστό νερό χρήσης και εξωτερικά το ρευστό των σωληνώσεων. Η διαδρομές του ρευστού εξωτερικά των σωληνώσεων καθορίζονται από δίσκους αλλαγής πορείας. Οι εναλλάκτες αυτοί μπορούν να κατασκευασθούν με βάση συγκεκριμένα σχέδια, έχουν όμως περιορισμούς που αναφέρονται: στους αριθμούς των σωλήνων, άρα και στις ταχύτητες των ρευστών του εναλλάκτη στις διαστάσεις σύμφωνα με τις τυποποιήσεις κατά DIN στην μη δυνατότητα μελλοντικής αύξησης της επιφάνειας Η διαστασιολόγηση των εναλλακτών γίνονται μα βάση τα παρακάτω στοιχεία: Θερμοκρασίες Παροχές Πτώση πίεσης Ρευστά που κυκλοφορούν στον εναλλάκτη Τα υλικά του κελύφους είναι χάλυβες (π.χ. St 37) ή ανοξείδωτοι χάλυβες (π.χ. AISI 304L ή 316).