ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΧΡΗΣΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΣΕΡΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΧΡΗΣΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ ΣΕΡΡΕΣ 2011 ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΚΩΝ/ΝΟΣ ΔΑΥΪΔ ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΑ: ΤΣΙΓΑΡΑ ΕΛΕΝΗ

2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Περιεχόμενα i Εισαγωγή ii Α ΜΕΡΟΣ 1 ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1 1.1 Γενικά 1 1.2 Παράγοντες που επηρεάζουν την ηλιακή ενέργεια 2 1.3 Μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία 5 1.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας 6 2 ΘΕΡΜΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 7 2.1 Ταξινόμηση θερμικών ηλιακών συστημάτων 7 2.2 Θέρμανση χώρων 8 2.3 Τα κύρια μέρη του ενεργού συστήματος 8 2.3.1 Συλλέκτης 9 2.3.1.1 Λειτουργία επίπεδου συλλέκτη 9 2.3.1.2 Διαφανής επιφάνεια συλλέκτη 10 2.3.1.3 Η επιφάνεια απορρόφησης 12 2.3.1.3.1 Επιλεκτική επιφάνεια απορρόφησης (Selective) 14 2.3.1.4 Μόνωση συλλέκτη 16 2.3.1.5 Περίβλημα του συλλέκτη 16 2.3.2 Δεξαμενή αποθήκευσης θερμότητας 17 2.3.2.1 Δεξαμενή ανοιχτού κυκλώματος 17 2.3.2.2 Δεξαμενή κλειστού κυκλώματος 17 3 ΘΕΩΡΊΑ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΣΥΛΛΕΚΤΗ 18 3.1 Το θερμικό ισοζύγιο του συλλέκτη 18 3.2 Απορροφούμενη ενέργεια από τον συλλέκτη Q α 18 3.3 Θερμικές απώλειες ενέργειας Q l 19 3.4 Βαθμός απόδοσης συλλέκτη 20 3.5 Διαφορές στην απόδοση της λειτουργίας των συλλεκτών 22 3.6 Διάταξη συλλεκτών 23 3.7 Προσανατολισμός συλλέκτη 25 Β ΜΕΡΟΣ 1 Υπολογισμός θερμικών απωλειών 28 2 Απαιτούμενης θερμότητας για την παραγωγής ζεστού νερού 42 3 Μέθοδοι υπολογισμού ωφέλιμης ενέργειας 49 3.1 Η μέθοδος των καμπυλών f 49 3.2 Υπολογισμός ποσοστού κάλυψης 53 4 Αξιολόγηση της επένδυσης με κριτήριο την Καθαρή Παρούσα Αξία 102 5 Συμπεράσματα 105 Παράρτημα 107 Βιβλιογραφία 112 i

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο ήλιος είναι μια τεράστια πηγή ενέργειας. Σε μία ώρα η ενέργεια που φτάνει από τον ήλιο στη γη θα μπορούσε να καλύψει τις παγκόσμιες ενεργειακές απαιτήσεις για ένα χρόνο, αν βέβαια μπορούσε να αξιοποιηθεί. Έτσι έχουν αναπτυχτεί τεχνολογίες με σκοπό την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας σε ευρύ φάσμα εφαρμογών όπως για παράδειγμα η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η ξήρανση διαφόρων προϊόντων, η θέρμανση πισίνας, η παραγωγή ζεστού νερού καθώς και η θέρμανση χώρου. Στην συγκεκριμένη εργασία παρουσιάστηκε η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ζεστού νερού καθώς και για την θέρμανση χώρου χρησιμοποιώντας επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες (Flat Plate Collectors) για μία μονοκατοικία η οποία με τα ίδια κατασκευαστικά χαρακτηριστικά, προσανατολισμού, «τοποθετήθηκε» στις έξι ηλιακές ζώνες και υπολογίστηκε το ποσοστό κάλυψης των αναγκών της. Στο πρώτο μέρος της εργασίας έγινε η θεωρητική προσέγγιση του θέματος. Ξεκινώντας από τον ήλιο η ηλιακή ακτινοβολία φτάνει έξω από τη γήινη ατμόσφαιρα και στη συνέχεια μετά από «φιλτραρίσματα» ένα μέρος της καταλήγει στην επιφάνεια της γης. Αυτό το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας καλείται να συλλέξει όσο το δυνατό αποτελεσματικότερα ο επίπεδος συλλέκτης. Στη συνέχεια περιγράφονται τα κατασκευαστικά στοιχεία του συλλέκτη και πως επηρεάζουν των βαθμό απόδοσης του. Στο δεύτερο μέρος έγινε το υπολογιστικό κομμάτι της εργασίας. Αρχικά υπολογίστηκαν οι θερμικές απώλειες για όλες τις ηλιακές ζώνες καθώς και η απαιτούμενη θερμότητα για την παραγωγή ζεστού νερού. Το ποσοστό κάλυψης των θερμικών φορτίων υπολογίστηκε με τη μέθοδο f. Οι υπολογισμοί έγιναν για διαφορετικές κλίσεις του συλλέκτη για κάθε ζώνη έτσι ώστε να επιλεγεί η κλίση του συλλέκτη με την μεγαλύτερη κάλυψη. Τέλος έγινε αναφορά στην αξιολόγηση της επένδυσης για κάθε πόλη με κριτήριο την Καθαρή Παρούσα Αξία. ii

Ηλιακή Ενέργεια Α ΜΕΡΟΣ 1 ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.1 Γενικά Ο ήλιος είναι ένας γιγάντιος αντιδραστήρας τήξεως ο οποίος αδιάλειπτα μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο οπότε εκλύονται τεράστια ποσά ενέργειας. Η ενέργεια αυτή ανεβάζει την θερμοκρασία της επιφάνειας του ηλίου στους 5762 K περίπου εκπέμποντας στο διάστημα ακτινοβολία. Ή γη βρίσκεται σε μέση απόσταση από τον ήλιο 1,5x10 6 Km δέχεται στην εξωτερική της ατμόσφαιρα μέρος από αυτήν την ακτινοβολία. Η γη περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο πραγματοποιώντας μία ελλειπτική τροχιά. Έτσι η απόσταση μεταξύ ήλιου και γης μεταβάλλεται συνεχώς. Το ίδιο συμβαίνει και με την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει έξω από τη γήινη ατμόσφαιρα και μεταβάλλεται μεταξύ 1310 W/m 2 και 1399 W/m 2 Η ηλιακή ακτινοβολία είναι η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια η οποία εκπέμπεται σε μορφή κυμάτων και διαδίδεται στον χώρο με την ταχύτητα του φωτός. Εκτός από το ποσό της συνολικής ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη, παρουσιάζει ενδιαφέρων και η κατανομή της ανά μήκος κύματος. Από το σχήμα προκύπτει ότι το 7% της ακτινοβολίας εκπέμπεται στη υπεριώδη περιοχή (λ<0,4μm) το 47% στην ορατή περιοχή (0,4μm<λ<0,7μm) και το υπόλοιπο 46% στην υπέρυθρη (λ>0,7μm). 1

Ηλιακή Ενέργεια Η ηλιακή ακτινοβολία που είναι κατάλληλη για θερμικές εφαρμογές βρίσκεται στην περιοχή μεταξύ 0,38μm και 3μm. Ηλιακό φάσμα ακτινοβολίας w/m 2 μm Μήκος Κύματος [μm] Παραπάνω έγινε αναφορά στην ηλιακή ακτινοβολία εκτός της γήινης ατμόσφαιρας. Η ηλιακή ενέργεια που φθάνει στο επίπεδο της θάλασσας δε μεταβάλλεται μόνο λόγω της μεταβολής της ενέργειας έξω από την ατμόσφαιρα δηλαδή λόγω της μεταβαλλόμενης απόστασης ήλιου γης, αλλά και από μια σειρά παραγόντων που επιδρούν και καθορίζουν την ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που τελικά φθάνει στην επιφάνεια της γης και ειδικότερα στον ηλιακό συλλέκτη. 1.2 Παράγοντες που επηρεάζουν την ηλιακή ενέργεια Παρακάτω αναφέρονται οι παράγοντες που επηρεάζουν το πόσο της ηλιακής ενέργειας που καταλήγει στην επιφάνεια της γης. Εποχική μεταβολή Ανάλογα με την εποχή του χρόνου (άρα και τον μήνα) καθώς και το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής, η προσπίπτουσα ηλιακή ενέργεια μεταβάλλεται όπως απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα. 2

Ηλιακή Ενέργεια Ολική Ημερήσια ηλιακή ενέργεια KJ/m 2 Μήνες Επίσης η μεταβολή της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας εξαρτάται και από την απόκλιση σε μοίρες του επιπέδου πρόσπτωσης από το οριζόντιο. Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται ενδεικτικά για γεωγραφικό πλάτος 45 η μεταβολή της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας σε επίπεδο με διαφορετικές κλίσεις (β) από το οριζόντιο (0, 30, 45, 60, 90 ). Μέση Μηνιαία Ηλιακή Ενέργεια [MJ/m 2 ] Ημερήσια μεταβολή Μήνες Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε ένα τόπο κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου της ημέρας μεταβάλλεται λόγω της περιστροφής της γης γύρω από τον άξονα της. 3

Ηλιακή Ενέργεια Η ημερήσια ποσότητα αλλάζει και κατά τη διάρκεια του έτους. Έτσι από το χειμώνα προς το καλοκαίρι το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας αυξάνει. Παγκόσμια κατανομή Αν και γενικά υπάρχει η τάση σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη να μειώνεται η ηλιακή ακτινοβολία, υπάρχει ακόμη ένας παράγοντας που επηρεάζει την κατανομή της. Αυτός είναι η κατανομή ξηράς και θάλασσας η οποία επηρεάζει τη νεφοκάλυψη και κατά συνέπεια τη διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία. Επίδραση της ατμόσφαιρας Η ηλιακή ακτινοβολία τροποποιείται όταν διέρχεται από τη γήινη ατμόσφαιρα. Υπάρχουν τρεις κύριοι μηχανισμοί οι οποίοι τροποποιούν την ηλιακή ακτινοβολία και είναι η απορρόφηση, η σκέδαση και η ανάκλαση. Η απορρόφηση περιλαμβάνει μετατροπή της ενέργειας της ακτινοβολίας σε θερμότητα και κατά συνέπεια σε επανεκπομπή της με τη μορφή ακτινοβολίας μεγαλύτερου μήκους κύματος. Η υπεριώδης ακτινοβολία απορροφάται από στρώμα του όζοντος (Ο 3 ) στην ατμόσφαιρα ενώ η υπέρυθρη ακτινοβολία από τους υδρατμούς (Η 2 Ο) και το διοξείδιο του άνθρακα (CΟ 2 ). Η σκέδαση αφορά τη μεταβολή της κατεύθυνσης της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα λόγω των μορίων του αέρα, των υδρατμών και της σκόνης. Η ανάκλαση αφορά τη μη εξαρτώμενη από το μήκος κύματος αλλαγή διεύθυνσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Το αποτέλεσμα όλων αυτών των διεργασιών είναι να μεταβάλλεται η κατανομή του φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας που τελικά φθάνει στην επιφάνεια της γης. Έτσι η ακτινοβολία που μένει διαθέσιμή για τις εφαρμογές στη γη βρίσκετε μεταξύ 0,29μm και 2,5μm. Συνιστώσες της ηλιακής ακτινοβολίας Λόγω των ατμοσφαιρικών φαινομένων που αναπτύχθηκαν παραπάνω η συνολική ηλιακή ακτινοβολία που φθάνει στην επιφάνεια της γης διακρίνεται σε α) Άμεση ακτινοβολία β) Διάχυτη ακτινοβολία 4

Ηλιακή Ενέργεια Η άμεση ακτινοβολία φθάνει στην επιφάνεια της γης χωρίς αλλαγή κατεύθυνσης χωρίς δηλαδή να έχει υποστεί σκέδαση. Η διάχυτη ακτινοβολία φθάνει στη γη αφού έχει προηγουμένως υποστεί σκέδαση στα διάφορα σωματίδια της ατμόσφαιρας και τα σύννεφα. Η διάχυτη ακτινοβολία έχει συνεισφορά και από το έδαφος, τα δέντρα, τα κτίρια. Μια καθαρή μέρα υπάρχει συνεισφορά της διάχυτης ακτινοβολίας ενώ μια νεφοσκεπή μέρα η άμεση ακτινοβολία μπορεί να μηδενιστεί. Έτσι όταν επιλέγουμε τον προσανατολισμό ενός συλλέκτη τότε λαμβάνουμε υπόψη μόνο την άμεση ακτινοβολία. Επίσης το ποσό της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται μια συγκεκριμένη επιφάνεια μεταβάλλεται σε συνάρτηση με τη γωνία κλίσεως της επιφάνειας ως προς την οριζόντια θέση (βασικά μεταβάλλεται το τμήμα της άμεσης ακτινοβολίας γιατί η διάχυτη είναι η ίδια ανεξάρτητα από γωνία κλίσης) 1.3 Μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία Ο μηχανισμός μετάδοσης της θερμότητας με ακτινοβολία έχει τρεις φάσεις 1η φάση μετατρέπεται η θερμική ενέργεια της πηγής σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα 2η φάση πορεία των κυμάτων μέσα από τον ενδιάμεσο χώρο μεταξύ πηγής και δέκτη 3η φάση την επαναμετατροπή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε ενέργεια κατά την απορρόφηση από τον ψυχρό δέκτη. Προσπίπτουσα Ηλιακή ακτινοβολία Ανάκλαση ρ Απορρόφηση α Διαπερατότητα τ 5

Ηλιακή Ενέργεια Η θερμική ακτινοβολία διέπεται από τους σχετικούς νόμους της ακτινοβολίας (μετάδοση σε ευθείες γραμμές, υπακούει στους νόμους της ανάκλασης, υφίσταται διάθλαση). Γενικά ένα μέρος της ακτινοβολίας που προσπίπτει σε ένα σώμα απορροφάται από αυτό ένα μέρος ανακλάται και το υπόλοιπο το διαπερνά. Έτσι ισχύει η παρακάτω σχέση. ρ + α + τ =1 Όπου ρ Ανακλαστικότητα (συντελεστής ανάκλασης) δηλαδή το ποσοστό της ακτινοβολίας που ανακλάται από το σώμα. α Απορροφητικότητα (συντελεστής απορρόφησης) δηλαδή το ποσοστό της ακτινοβολίας που απορροφάται από το σώμα τ Συντελεστής διαπερατότητας δηλαδή το ποσοστό της ακτινοβολίας από το σώμα επιτρέπει να μεταδοθεί από μέσα του. Τα σώματα που δεν επιτρέπουν την διάβαση της ακτινοβολίας από μέσα τους ονομάζονται αδιαφανή τ=0. Μια περίπτωση ανταλλαγής θερμικής ενέργειας με ακτινοβολία που ενδιαφέρει την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας είναι η ανταλλαγή ακτινοβολίας μεταξύ μιας επιφάνειας και του ουρανού. 1.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας Η ενεργειακή κρίση του 1973, ιδιαίτερα στον τομέα του πετρελαίου δημιούργησε επιτακτικά την ανάγκη για χρήση νέων πηγών ενέργειας. Ανάμεσα σε αυτές είναι και οι λεγόμενες ήπιες μορφές ενέργειας στις οποίες ανήκει και η ηλιακή ενέργεια. Βασικά πλεονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας είναι Η ποσότητα της είναι πρακτικά απεριόριστη. Το λειτουργικό κόστος από την εκμετάλλευση και τη χρήση της είναι ασήμαντο. Η εκμετάλλευση της δεν δημιουργεί προβλήματα και ρύπανση του περιβάλλοντος. Υπάρχει παντού άρα δεν υπάρχουν εξαρτώμενες ενεργειακά και κατά συνέπεια οικονομικά κοινωνικές ομάδες. 6

Θερμικά ηλιακά συστήματα Τα βασικά μειονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας είναι ότι η συγκέντρωση σημαντικών ποσοτήτων ηλιακής ενέργειας είναι πολύ δαπανηρή γιατί απαιτούνται γι αυτήν μεγάλες επιφάνειες γης, δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι η ηλιακή ενέργεια σκορπίζεται διάχυτα πάνω στη γη και δεν είναι πάντα διαθέσιμη. 2 ΘΕΡΜΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 2.1 Ταξινόμηση Θερμικών Ηλιακών Συστημάτων Τα θερμικά ηλιακά συστήματα μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε θερμότητα. Παρακάτω αναφέρονται οι ταξινομήσεις των θερμικών ηλιακών συστημάτων α) Ανάλογα με το είδος της μονάδας αποθήκευσης i. Ανοιχτά θερμικά ηλιακά συστήματα (Το φέρον ρευστό είναι αυτό που χρησιμοποιείται για όποια εφαρμογή) ii. Κλειστά θερμικά ηλιακά συστήματα (Το φέρον ρευστό ανταλλάσει θερμότητα σε εναλλάκτη θερμότητας με το ρευστό που τελικά χρησιμοποιείται) β) Ανάλογα με τον τρόπο κυκλοφορίας του φέροντος ρευστού i. Θερμοσιφωνικά συστήματα (Φυσική κυκλοφορία) Ανοιχτού τύπου Κλειστού τύπου ii. Συστήματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας (Είναι σύστημα κλειστού τύπου που το φέρον ρευστό κινείται από κυκλοφορητή ενώ η λειτουργία όλου του συστήματος ελέγχεται από κύκλωμα αυτοματισμού. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιείται σε εφαρμογές θέρμανσης χώρου) γ) Ανάλογα με το είδος του θερμικού φορτίου i. Για ξήρανση γεωργικών προϊόντων θερμοκήπια ii. Για αφαλάτωση νερού iii. Για βιολογικό καθαρισμό iv. Για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας v. Για παραγωγή ψύξης και κλιματισμού 7

Θερμικά ηλιακά συστήματα vi. Για παραγωγή θερμότητας βιομηχανικής χρήσης vii. Για παραγωγή ζεστού νερού χρήσης viii. Για θέρμανση χώρων Στη συγκεκριμένη εργασία θα γίνει αναφορά στην εφαρμογή της ηλιακής ενέργειας για τη θέρμανση χώρου και την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης. 2.2 Θέρμανση χώρων Η επιστημονική έρευνα και τεχνολογία έχει προχωρήσει τα τελευταία χρόνια ιδιαίτερα μετά την ενεργειακή κρίση στην επινόηση μεγάλης ποικιλίας μεθόδων και συστημάτων ως προς τον τομέα της ηλιακής θέρμανσης κτιρίων. Σε όλα ανεξάρτητα τα συστήματα αντιμετωπίζονται τα προβλήματα της συλλογής της ηλιακής ενέργειας, της αποθήκευσης, της μετατροπής της σε θερμότητα και τη μεταφορά και διανομής της στους προς θέρμανση χώρους. Ακόμη διερευνάται η σωστή οργανωτική ένταξή του οποιουδήποτε συστήματος ηλιακής θέρμανσης στο κτίριο, ώστε να εξασφαλισθεί η καλύτερη λειτουργικότητα της εγκατάστασης και να επιτευχθεί ουσιαστικό και αισθητικό αποτέλεσμα. Δύο είναι οι κατηγορίες συστημάτων ηλιακής θέρμανσης Τα παθητικά συστήματα Στα παθητικά συστήματα δεν απαιτείται η ύπαρξη οποιουδήποτε μηχανικού μέσου για την συλλογή, αποθήκευση και διανομή της ηλιακής ενέργειας στους προς θέρμανση χώρους, αλλά ως συλλέκτης και δεξαμενή αποθήκευσης χρησιμοποιείται το ίδιο το κτίριο, ολόκληρο ή διάφορα τμήματα του περιβάλλοντος (τοίχοι, υαλοστάσια, δάπεδα, οροφές). Τα ενεργά συστήματα Στα ενεργά ή έμμεσα συστήματα γίνεται συλλογή της ηλιακής ενέργειας, μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε θερμότητα, εξαναγκασμένη μεταφορά της θερμότητας με κυκλοφορητές ή αντλίες σε αποθηκευτικούς χώρους κοντά ή μακριά από το σημείο συλλογής και τελικά διανομή της θερμικής ενέργειας στους προς θέρμανση χώρους. 2.3 Τα μέρη του ενεργού συστήματος Τα κύρια μέρη του ενεργού συστήματος είναι 8

Θερμικά ηλιακά συστήματα Ο ηλιακός συλλέκτης ή το σύστημα συλλεκτών Η δεξαμενή αποθήκευσης Η βοηθητική πηγή ενέργειας Διαφανές κάλυμμα Διαφανές κάλυμμα Απορροφητής Μόνωση Αγωγός Πλαίσιο 2.3.1 Συλλέκτης Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι συσκευές που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε θερμική με τις μικρότερες δυνατές απώλειες. Οι συλλέκτες ανάλογα με την αρχή λειτουργίας τους ταξινομούνται σε: Επίπεδους συλλέκτες Συγκεντρωτικούς συλλέκτες Συλλέκτες με κενό αέρα Στην συγκεκριμένη εργασία θα γίνει αναφορά στους επίπεδους συλλέκτες (Flat Plate Collectors) 2.3.1.1 Λειτουργία επίπεδου συλλέκτη Ειδικά στους επίπεδους συλλέκτες καμία οπτική συγκέντρωση των ηλιακών ακτινών δεν γίνεται και η ηλιακή ενέργεια άμεση, έμμεση και ανακλώμενη απορροφάται κατ ευθείαν και μετατρέπεται σε θερμότητα στην απορροφητική επιφάνεια. Όταν η ηλιακή ακτινοβολία προσβάλει τον συλλέκτη, ένα μεγάλο μέρος της περνά την γυάλινη επικάλυψη, ένα μέρος της ανακλάται πάνω σε αυτήν, ενώ ένα μικρό μέρος απορροφάται από το γυαλί. Στη συνέχεια η ηλιακή ακτινοβολία περνά το στρώμα του αέρα που βρίσκεται μεταξύ της γυάλινης επιφάνειας και της πλάκας απορρόφησης και τέλος προσβάλει την πλάκα απορρόφησης, από την οποία απορροφάται κατά το μεγαλύτερο της ποσοστό και μετατρέπεται σε θερμότητα. Ένα μικρό ποσοστό της 9

Θερμικά ηλιακά συστήματα ακτινοβολίας που προσβάλλει την πλάκα απορρόφησης ανακλάται από αυτή προς τη γυάλινη επικάλυψη, αλλά αυτή ανακλάται πάλι από την εσωτερική επιφάνεια της γυάλινης επικάλυψης και επιστρέφει στην πλάκα απορρόφησης. Η θερμότητα μεταδίδεται με αγωγή στους αγωγούς που είναι ενσωματωμένοι στην πλάκα απορρόφησης, και θερμαίνεται το φέρον ρευστό που κυκλοφορεί μέσα σε αυτούς. Με τον τρόπο αυτό το νερό παραλαμβάνει την ηλιακή ενέργεια από την πλάκα απορρόφησης και την μεταφέρει έξω από τον συλλέκτη για να χρησιμοποιηθεί ή να αποθηκευθεί. Ο επίπεδος ηλιακός συλλέκτης αποτελείται από τα παρακάτω στοιχειά Διαφανής επιφάνεια συλλέκτη Επιφάνεια απορρόφησης (απορροφητής) Μόνωση συλλέκτη Περίβλημα συλλέκτη 2.3.1.2 Διάφανη επιφάνεια συλλέκτη Η πλάκα απορρόφησης που εκτίθεται στον ήλιο καλύπτεται από ένα ή δύο παράλληλα γυάλινα φύλλα ή φύλλα ειδικού πλαστικού, τα οποία τοποθετούνται σε απόσταση μεταξύ τους. Το υλικό που θα χρησιμοποιηθεί σαν διαφανές κάλυμμα συλλέκτη πρέπει να αφήνει να περάσει το μέγιστο δυνατό ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας (μεγάλη διαπερατότητα τ) και παράλληλα να απορροφά και να ανακλά ελάχιστο ποσό ηλιακής ακτινοβολίας. Η ανακλαστικότητα ενός διαφανούς υλικού εξαρτάται από το συντελεστή διάθλασης και από τη γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Υπάρχουν δυο τρόποι μείωσης της ανακλαστικότητας του γυαλιού αλλά και άλλων διαφανών μέσων. Ο πρώτος είναι η βαφή σε πάχος μερικών μικρών του μέτρου (μm) με μια διαφανή μπογιά μικρής ανακλαστικότητας. Ο δεύτερος τρόπος είναι η απόθεση με χημική διαδικασία στην επιφάνεια του διαφανούς μέσου λεπτού φιλμ (ο χαλαζίας είναι μια καλή λύση αλλά με μεγάλο κόστος) με πάχος το ¼ περίπου του μήκους κύματος της διερχόμενης ακτινοβολίας. 10

Θερμικά ηλιακά συστήματα Η απορροφητικότητα ενός διαφανούς μέσου εξαρτάται από το υλικό που χρησιμοποιούμε, το πάχος του υλικού και από τη γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Ενδεικτικά το πάχος του γυάλινου κολλήματος του συλλέκτη είναι 4cm. Ιδιαίτερη σημασία θα πρέπει να δοθεί στην ποιότητα του υλικού (μικρή περιεκτικότητα σε οξείδια του σιδήρου). Το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που δεν αντανακλάται και δεν απορροφάται είναι αυτό που διαπερνά την διαφανή επικάλυψη. Ο συντελεστής διαπερατότητας (τ) εξαρτάται από την γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας στην διάφανη επιφάνεια. Όταν η γωνία πρόσπτωσης αυξάνει, τότε μειώνεται το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην διάφανη επιφάνεια και αυξάνει το ποσό της ακτινοβολίας που ανακλάται. Στην περίπτωση που προστίθεται και δεύτερο γυάλινο φύλλο επικάλυψης για να ελαττώσουμε τις θερμικές απώλειες και να αυξήσουμε το βαθμό απόδοσης του συλλέκτη ελαττώνεται και το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει τελικά στην πλάκα απορρόφησης. Το αποτέλεσμα όμως είναι, ότι η ωφέλεια που προκύπτει από την ελάττωση των θερμικών απωλειών είναι μεγαλύτερη. Σημειώνεται ενδεικτικά, ότι στην κάθετη πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας η διαπερατότητα (τ) του γυάλινου φύλλου είναι : Κοινό Τζάμι Λευκό κρύσταλλό Για ένα φύλλο 80% 91% Για δύο φύλλα 73% 83% Όταν η ηλιακή ακτινοβολία διαπεράσει τη διάφανη επιφάνεια απορροφάται από την απορροφητική πλάκα. Η απορρόφηση όμως μεγάλων ποσοτήτων ηλιακής ενέργειας αυξάνει τη θερμοκρασία της απορροφητικής πλάκας. Η αύξηση αυτή προκαλεί τη εκπομπή υπέρυθρων ακτινοβολιών (ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος). Έτσι το διάφανο κάλυμμα στη συγκεκριμένη περίπτωση θα πρέπει να μην επιτρέπει στις υπέρυθρες ακτινοβολίες (από την απορροφητική πλάκα από όπου εκπέμπονται) τη διέλευση τους προς το περιβάλλον. 11

Θερμικά ηλιακά συστήματα Το γυαλί ως υλικό για το διάφανο κάλυμμα έχει την ιδιότητα να είναι τελείως διαφανές για ακτινοβολίες από 0,2μm έως 2,7μm ενώ για μεγαλύτερα μήκη κύματος γίνεται σχεδόν αδιαφανές. Στις προηγούμενες παραγράφους αναφέρθηκε μόνο το γυαλί σαν υλικό καλυμμάτων, το οποίο έχει εξαιρετική αντοχή στις καιρικές συνθήκες, καλές μηχανικές ιδιότητες είναι σχετικά φθηνό και έχουμε τη δυνατότητα σε υψηλές θερμοκρασίες τοποθέτησης και δύο γυάλινων καλυμμάτων. Μειονέκτημα του είναι ότι είναι βαρύ και εύθραυστο. Στην πράξη υπάρχει μία περιορισμένη λίστα εναλλακτικών υλικών. Σαν διαφανή καλύμματα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και ορισμένα πλαστικά υλικά. Αυτά είναι λιγότερο εύθραυστα, ελαφριά και σχετικά φθηνά αφού χρησιμοποιούνται σε πολύ λεπτά φύλλα. Όμως γενικά τα πλαστικά υλικά έχουν αρκετά μειονεκτήματα. Δεν έχουν την υψηλή αντοχή του γυαλιού στις καιρικές συνθήκες, γηράσκουν και κιτρινίζουν με το χρόνο πράγμα το οποίο μειώνει τη διαπερατότητα στην ηλιακή ακτινοβολία και στη μείωση της μηχανικής τους αντοχής. Ακόμη το πλαστικό αντίθετα από το γυαλί είναι διαφανές για ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος με αποτέλεσμα οι απώλειες να είναι μεγαλύτερες Επίσης ελάχιστα μπορούν να αντέξουν σε θερμοκρασίες της τάξης των 150 ο C. 2.3.1.3 Η επιφάνεια απορρόφησης (απορροφητής) Αποτελεί το πιο σημαντικό στοιχείο του επίπεδου ηλιακού συλλέκτη και αποτελείται από μια μαύρη μεταλλική πλάκα από χαλκό, αλουμίνιο ή χάλυβα. Όταν η ηλιακή ενέργεια προσβάλλει την πλάκα αυτή, τότε απορροφάται και μετατρέπεται σε θερμότητα. Η θερμοκρασία της αυξάνει και η μεταλλική πλάκα θα φτάσει σε μία κατάσταση θερμικής ισορροπίας, οπότε και θα αποβάλλει θερμική ενέργεια προς το περιβάλλον με τον ίδιο ρυθμό με το οποίο την απορροφά. Ο απορροφητής έχει ενσωματωμένους αγωγούς στους οποίους κυκλοφορεί το ρευστό (νερό ή αέρας). Το ρευστό, βρισκόμενο σε επαφή με το θερμό, από την ηλιακή ακτινοβολία, απορροφητή θερμαίνεται και κατόπιν μεταφέρει την ενέργεια αυτή έξω από τον συλλέκτη για χρήση ή αποθήκευση Το παρακάτω σχήμα δείχνει σε τομή μερικούς τύπους απορροφητή με τους αγωγούς κυκλοφορίας του ρευστού. 12

Θερμικά ηλιακά συστήματα 1. Δύο φύλλα από το ίδιο υλικό σε πολύ μικρή απόσταση 2.Χαλυβδοέλασμα κυματοειδές γαλβανισμένο και πονταρισμένο πάνω σε όμοιο επίπεδο φύλλο. 3.Φύλλο χαλκού ή αλουμινίου με αγωγό κατασκευασμένο μέσα στο φύλλο 4.Φύλλο χαλκού ή χαλύβδινο φύλλο, με κολλημένους σωλήνες χάλκινους ή χαλύβδινους αντίστοιχα. 5.Φύλλο χαλκού ή αλουμινίου ή χάλυβα με σωλήνες χάλκινους ή χαλύβδινους αντίστοιχα, σε σφικτή επαφή με αυτό. 1 2 3 4 5 Ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την θερμική συμπεριφορά του συλλέκτη είναι η ικανότητα της μαύρης μεταλλικής πλάκας να απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία. Η σχέση της ηλιακής ενέργειας που απορροφάται από την επιφάνεια προς την ενέργεια που προσπίπτει σε αυτήν είναι ο συντελεστής απορρόφησης της επιφάνειας. 13

Θερμικά ηλιακά συστήματα a = Ηλιακήενέργειαπουαπορροφάται Ηλιακήενέργειαπουπροσπίπτει Ο συντελεστής α εξαρτάται από την ποιότητα της επιφάνειας, το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένη την γωνία πρόσπτωσης (Μέγιστη τιμή παίρνει ο συντελεστής όταν η πρόσπτωση είναι κάθετη). Στην περίπτωση του συλλέκτη, ο συντελεστής απορρόφησης εξαρτάται από το υλικό επάλειψης της πλάκας απορρόφησης, το οποίο θα πρέπει να κάνει την πλάκα να συμπεριφέρεται κατά το δυνατόν σαν μελανό σώμα. Τα συνήθη χρώματα που χρησιμοποιούνται είναι, το μαύρο ματ χρώμα ανθεκτικό σε υψηλή θερμοκρασία, ο γραφίτης, η αιθάλη. Ενδεικτικά για πλάκες απορρόφησης το (α) παίρνει τιμές από 0,8 έως 0,97 Τέλος θα πρέπει να αναφερθεί πως όσο μεγαλύτερη είναι η απορροφητικότητα (συντελεστής απορρόφησης) ενός σώματος, τόσο αυτό είναι καλύτερος πομπός θερμικής ενέργειας (συντελεστής εκπομπής ε). Στον παρακάτω πίνακα δίνονται κατά προσέγγιση τιμές των συντελεστών α και ε για τα υλικά επάλειψης της πλάκας απορρόφησης. Συντελεστής απορρόφησης Συντελεστής εκπομπής Υλικό α ε Μαύρο χρώμα Ματ 0,9-0,95 0,9-0,95 Αιθάλη 0,95 0,95 Γραφίτης 0,85 0,65 Nextel 0,96 0,96 Duacron 0,95 0,88 2.3.1.3.1 Επιλεκτική επιφάνεια απορρόφησης (Selective) Ο συντελεστής απορρόφησης (α) εξαρτάται από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Έτσι τα διάφορα υλικά δεν παρουσιάζουν την ίδια απορροφητικότητα για όλα τα μήκη κύματος όπως και η ακτινοβολία που εκπέμπουν (συντελεστής εκπομπής ε) είναι διαφορετική για διαφορετικά μήκη κύματος. 14

Θερμικά ηλιακά συστήματα Αυτό που επιδιώκεται από την απορροφητική πλάκα είναι ο μεγάλος συντελεστής απορροφητικότητας (α) για τα μικρού μήκους κύματα ενώ ταυτόχρονα μικρός συντελεστής εκπομπής (ε) για τα μεγάλου μήκους κύματα. Επιλεκτική λέγεται μια απορροφητική πλάκα όταν απορροφά πολύ μεγάλα ποσοστά της ηλιακής ακτινοβολίας δηλαδή έχει μεγάλο συντελεστή απορροφητικότητας (α) για λ<3μm ενώ ταυτόχρονα εκπέμπει πολύ μικρά ποσοστά θερμικών ακτινοβολιών δηλαδή έχει μικρό συντελεστή εκπομπής (ε) για λ>3μm Στο σχήμα παρουσιάζεται η καμπύλη απορροφητικότητας και εκπομπής σε συνάρτηση με το μήκος κύματος για μια ιδεατή επιλεκτική επιφάνεια με κρίσιμο μήκος κύματος 3μm. α=0,9 Συντ. Απορρόφησης Συντ. εκπομπής λ=3μm α=ε=0,05 Μήκος κύματος λ Στην πράξη η μεταβολή της απορροφητικότητας ή της εκπομπής δεν γίνεται απότομα αλλά βαθμιαία μέσα σε μία ζώνη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Οι επιλεκτικές επιφάνειες είναι απαραίτητο να αντέχουν στο πέρασμα του χρόνου και να παραμένουν τελείως καθαρές γιατί έτσι μόνο διατηρούν τις αρχικές τους ιδιότητες. Η απόλυτη καθαριότητα της απορροφητικής πλάκας επιτυγχάνεται μόνο με τη χρησιμοποίηση κενού. Το πηλίκο α/ε είναι ένα χαρακτηριστικό μέτρο για κάθε βαφή και συνήθως κυμαίνεται γύρω στη μονάδα. Για να γίνει ο λόγος α/ε μεγάλος θα πρέπει το ε να γίνει μικρό 15

Θερμικά ηλιακά συστήματα (πρακτικά το ε μπορεί να κατέβει στη τάξη του 0,09-0,2). Αυτό επιτυγχάνεται με ειδικές επιλεκτικές επιστρώσεις στην επιφάνεια του απορροφητή. Παρακάτω αναφέρονται οι διάφορες τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των επιλεκτικών επιφανειών. Βαφή Ηλεκτρολυτική απόθεση Χημική μέθοδος Μηχανική μέθοδος Στη συνέχεια παρουσιάζεται πίνακας με τις ιδιότητες επιλεκτικών επιφανειών. Επιφάνεια α ε Μαύρο νίκελ πάνω σε γαλβανισμένο σίδηρο 0,81 0,19-0,18 «Μαύρος χαλκός» 0,89 0,17 «Μαύρο χρώμιο» 0,95 0,09 Ebanol Διαδικασία αμαύρωσης του χαλκού 0,90 0,16 Οξείδιο του χαλκού πάνω σε αλουμίνιο 0,93 0,11 Οξείδιο του χαλκού πάνω σε νικέλιο 0,81 0,17 «Μαύρο Νικέλιο» 0,94 0,07 [Ο πίνακας μεταφέρθηκε από το βιβλίο «Ηλιακή ενεργεία συνιστώσες της ηλιακής θερμικής διαδικασίας»] 2.3.1.4 Μόνωση συλλέκτη Απορροφώντας ηλιακή ενέργεια και μετατρέποντας την σε θερμική, ο ηλιακός συλλέκτης αναπτύσσει υψηλές θερμοκρασίες, που έχουν σαν αποτέλεσμα υψηλές θερμικές απώλειες. Η μόνωση λοιπόν του συλλέκτη αποτελεί ανάγκη. Το πάχος της μόνωσης αποτελεί για κάθε συλλέκτη οικονομοτεχνικό πρόβλημα. Ωστόσο μόνωση της πίσω πλευράς του συλλέκτη με πάχος πάνω από 15cm θεωρείται επαρκής. Το υλικό της μόνωσης πρέπει να είναι απαλλαγμένο και να μην μπορεί να αναπτύξει μικροβιακές εστίες, να είναι σταθερό στις υψηλές θερμοκρασίες του συλλέκτη δηλαδή να είναι σταθερό ως του 250 C, και τέλος να μην είναι υγροσκοπικό, που κατά κανόνα μειώνει τη θερμική του μόνωση. 2.3.1.5 Περίβλημα του συλλέκτη 16

Θερμικά ηλιακά συστήματα Τα διάφορα τμήματα του συλλέκτη ενοποιούνται και προστατεύονται από τις εξωτερικές συνθήκες, από το περίβλημα του συλλέκτη. Ως εξωτερικές συνθήκες εννοούνται κυρίως τις κλιματικές δηλαδή τη βροχή, την υγρασία, τις μεταβολές της θερμοκρασίας, τους ανέμους και τη σκόνη. Η προστασία πρέπει να είναι μακροχρόνια και χωρίς συντήρηση. Ενδεικτικά αναφέρετε πως ο ηλιακός συλλέκτης πρέπει να αντέχει στις εξωτερικές συνθήκες από 20 έως 50 χρόνια. Το περίβλημα του συλλέκτη κατασκευάζεται από σίδερο, αλουμίνιο ή πλαστικό. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στις αυξομειώσεις και τις μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των διαφόρων τμημάτων του συλλέκτη, δεδομένου ότι ο συντελεστής διαστολής των υλικών από τα οποία αποτελείται ο συλλέκτης δεν είναι ο ίδιος. Επίσης ειδική μέριμνα θα πρέπει να ληφθεί για τις θερμογέφυρες που μπορούν να παρουσιαστούν και να έχουν ως αποτέλεσμα σημαντικές απώλειες θερμότητας. 2.3.2 Δεξαμενή αποθήκευσης θερμότητας Η δεξαμενές αποθήκευσης θερμότητας αποτελεί το δεύτερο σημαντικότερο κομμάτι σε μία ηλιακή εγκατάσταση μετά τον Ηλιακό συλλέκτη. Στις συνήθεις εφαρμογές ζεστού νερού σαν δεξαμενές χρησιμοποιούνται οι παρασκευαστήρες ζεστού νερού κατά DIN 4801-2-3-4. Απαραίτητη είναι η αποδοτική μόνωση της δεξαμενής. Η δεξαμενή τοποθετείται στο υπόγειο αν πρόκειται για σύστημα βεβιασμένης κυκλοφορίας ή στην οροφή του κτιρίου και σε υψηλότερο επίπεδο από το συλλέκτη αν πρόκειται για σύστημα φυσικής κυκλοφορίας. 2.3.2.1 Δεξαμενή ανοιχτού κυκλώματος Στη περίπτωση αυτή δεν υπάρχει εναλλάκτης και το νερό που κυκλοφορεί στους συλλέκτες είναι και το νερό χρήσης. Τέτοια συστήματα χρησιμοποιούνται σε περιοχές όπου δεν έχουμε πτώση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος μικρότερη από 0 o C γιατί διαφορετικά θα καταστραφούν οι σωληνώσεις του συλλέκτη από τον πάγο. Τα συστήματα αυτά είναι χαμηλότερου κόστους λόγω της μη ύπαρξης εναλλάκτη. 17

Θερμικά ηλιακά συστήματα 2.3.2.2 Δεξαμενή κλειστού κυκλώματος Χρησιμοποιείται με βάση την αντιπαγοτική προστασία και στη περίπτωση αυτή είναι αναγκαία η ύπαρξη εναλλάκτη. Το θερμοαπαγωγό ρευστό που κυκλοφορεί στο δίκτυο των σωληνώσεων δεν είναι το νερό αλλά κάποιο ειδικό αντιψυκτικό το οποίο θα έχει 18

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη ουσιαστικά αντιπηκτικές ιδιότητες. Προσοχή πρέπει να ληφθεί έτσι ώστε το αντιψυκτικό να μην έχει καμία απολύτως τοξικότητα ώστε σε πιθανή περίπτωση ανάμειξης του με το νερό χρήσης να μην περικλείει κανένα κίνδυνο. Τα υλικά που χρησιμοποιούν οι κατασκευαστές είναι συνήθως ανοξείδωτος χάλυβας ή χάλυβας με επιστρώσεις γυαλιού ή εμαγιέ. Στις δεξαμενές με επιστρώσεις γυαλιού μειονεκτούν στα σημεία συγκόλλησης των σωληνώσεων εισόδου και εξόδου όπου δεν μπορεί να επιτευχθεί τέλεια επίστρωση με αποτέλεσμα την πρόωρη φθορά από αυτά τα σημεία. Ο όγκος της δεξαμενής επιλέγεται σε αναλογία με την ολική συλλεκτική επιφάνεια. Στα συστήματα με κλειστό κύκλωμα ένα σπουδαίο μέγεθος είναι η επιφάνεια συναλλαγής του εναλλάκτη. 3 ΘΕΩΡΙΑ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΣΥΛΛΕΚΤΗ Μέχρι τώρα εξετάστηκαν τα διάφορα μέρη από το οποίο αποτελείται ένας ηλιακός συλλέκτης. Στη συνέχεια εξετάζεται ο συλλέκτης συνολικά, ως μια θερμική συσκευή που έχει την δυνατότητα να συλλέγει ηλιακή ενέργεια. 3.1 Το θερμικό ισοζύγιο του συλλέκτη Το βασικό θερμικό ισοζύγιο ενός συλλέκτη είναι. Όπου: Η συλλεγόμενη (Ωφέλιμη) ενέργεια από τον συλλέκτη. Η απορροφούμενη ενέργεια από τον συλλέκτη. Οι θερμικές απώλειες του συλλέκτη. 3.2 Απορροφούμενη ενέργεια από τον συλλέκτη Αν εξετάσουμε τα μέλη της παραπάνω εξίσωσης χωριστά θα έχουμε, Ενέργεια που απορροφάται από τον συλλέκτη, Q a = I ( τ α) δηλαδή η ενέργεια που απορροφάται από τον συλλέκτη ισούται με την ολική (άμεσηδιάχυτη) ηλιακή ενέργεια I που προσβάλλει την μονάδα επιφάνειας του συλλέκτη στη 18

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη μονάδα του χρόνου, επί τον συντελεστή (τ α) (τ) είναι το ποσοστό της ακτινοβολίας που διαπερνά από την διαφανή επιφάνεια (α) το ποσοστό της ακτινοβολίας που απορροφά η πλάκα απορρόφησης Άρα η ολική ηλιακή ενέργεια είναι ελαττωμένη κατά το ποσό που έχασε η ηλιακή ακτινοβολία κατά την διάδοση της από την γυάλινη επικάλυψη (ανάκλαση επί της επιφάνειας ρ) και η απορρόφηση της από το γυαλί (συντελεστής α). Το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που δεν απορροφήθηκε από την επιφάνεια απορρόφησης, αλλά έπαθε ανάκλαση πάνω σε αυτή. Τα παραπάνω αποτελούν τις απώλειες ακτινοβολίας του συλλέκτη. 3.3 Θερμικές απώλειες ενέργειας Ο συλλέκτης έχει απώλειες θερμότητας από την πίσω μονωμένη πλευρά, από τα άκρα του, και από τη διάφανη πλάκα. Οι απώλειες είναι ανάλογες της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ συλλέκτη και περιβάλλοντος επί τον συντελεστή ολικών απωλειών, ανά επιφάνεια συλλέκτη και εκφράζονται με τη σχέση: Όπου U L Ολικός συντελεστής θερμικών απωλειών ενέργειας του συλλέκτη [W/m 2 C] (Μεθόδους υπολογισμού έχουν προτείνει πολλοί επιστήμονες) t mc t α Μέση θερμοκρασία πλάκας απορρόφησης [ C] Θερμοκρασία του αέρα περιβάλλοντος [ C] Από τα παραπάνω προκύπτει πως η ωφέλιμη συλλεγόμενη ενέργεια του συνόλου της επιφάνειας (Αc) του συλλέκτη είναι: 19

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη Για μεγαλύτερη ακρίβεια ο παράγοντας (τ α) αντικαθίσταται από τον παράγοντα (τ α) e =(τ α) effective που είναι μεγαλύτερος από τον παράγοντα (τ α), γιατί μέρος της ακτινοβολίας που ανακλάται στην πλάκα απορρόφησης επιστρέφει και πάλι σε αυτήν από την ανάκληση της στην εσωτερική επιφάνεια της γυάλινης επικαλύψεις όπως φαίνεται και στο σχήμα. Ηλιακή ακτινοβολία Διαφανές κάλυμμα συλλέκτη Πλάκα απορρόφησης Από τα παραπάνω προκύπτει ότι ο συντελεστής (τ α) και U L χαρακτηρίζουν από κατασκευαστικής άποψης τον συλλέκτη και καθορίζουν την θερμική του συμπεριφορά για τις διάφορες συνθήκες ακτινοβολίας Ι, της μέσης θερμοκρασίας της πλάκας απορρόφησης t mc και της θερμοκρασίας του αέρα περιβάλλοντος t α. 3.4 Βαθμός απόδοσης του συλλέκτη. Ο λόγος της πραγματικής ωφέλιμης ενέργειας που συλλέγεται από τον συλλέκτη (Qc) προς το ολικό ποσό ηλιακής ενέργειας (I) που προσπίπτει στην επιφάνειά του, ονομάζεται βαθμός απόδοσης του συλλέκτη. n = Qc = I Ac [ I ( τ α ) U ( t t )] Ac I ( τ α ) U ( t t ) L I Ac mc α = I L mc α n = ( τ α ) U L t mc t I α 20

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη Όπως αναφέρθηκε παραπάνω τα μεγέθη (τ α) και U L είναι σταθερά για συγκεκριμένους συλλέκτες (κατασκευαστικά χαρακτηριστικά). Άρα ο βαθμός απόδοσης ενός συλλέκτη είναι συνάρτηση Της ηλιακής ακτινοβολίας Ι που προσπίπτει στην επιφάνεια του συλλέκτη και η οποία μεταβάλλεται σε όλη την διάρκεια της ημέρας και του χρόνου Των θερμικών απωλειών του συλλέκτη οι οποίες εξαρτώνται από την μέση θερμοκρασία της πλάκας απορρόφησης και από τη θερμοκρασία του αέρα περιβάλλοντος. Συμπερασματικά αναφέρεται ότι ο βαθμός απόδοσης του συλλέκτη είναι συνάρτηση του λόγου t mc t I α Στο παρακάτω σχήμα δίνεται μία ενδεικτική γραφική απεικόνιση του βαθμό απόδοσης επίπεδου συλλέκτη σε συνάρτηση με τον λόγο t mc t I α. Βαθμός Απόδοσης Συλλέκτη [%] (T i T a )/I [m 2 c/w] Παρατηρούμε πως όσο μικραίνει η διαφορά της εσωτερικής και εξωτερικής 21

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη θερμοκρασίας τόσο η απόδοση του συλλέκτη μεγαλώνει. Προφανώς ο μέγιστος βαθμός απόδοση του συλλέκτης δίνεται για t mc t I α =0, δηλαδή όταν η θερμοκρασία του αέρα είναι ίση με την θερμοκρασία του συλλέκτη (πρακτικά μπορεί να συμβεί μόνο ορισμένες στιγμές το πρωί). Αντίθετα η απόδοση του συλλέκτη μηδενίζεται για ( τ α ) tmc tα = U L δηλαδή όταν οι I απώλειες του συλλέκτη εξισωθούν με την συλλεγόμενη ενέργειά. Είναι προφανές ότι αν δεν απομακρυνθεί η συλλεγόμενη ενέργεια τότε η θερμοκρασία του συλλέκτη θα αυξάνεται και οι θερμικές του απώλειες θα εξισωθούν με τη συλλεγόμενη ηλιακή ενέργεια. Έτσι μέσω ενός ρευστού (νερού, αέρα) η θερμότητα απομακρύνεται από το συλλέκτη. Για να παρακαμφθεί η δυσκολία προσδιορισμού της μέσης θερμοκρασίας της πλάκας απορρόφησης χρησιμοποιείται ο συντελεστής αποκόμισης θερμότητας F R ο oποίος ισούται με την πραγματική ωφέλιμη ενέργεια που συλλέγεται προς την ωφέλιμη ενέργεια που θα συλλεγόταν, εάν ολόκληρη η επιφάνεια του απορροφητή βρίσκονταν στη θερμοκρασία του νερού εισαγωγής. Η μέση θερμοκρασία συλλέκτη (t mc )αντικαθίσταται από τη θερμοκρασία εισόδου του ρευστού στο συλλέκτη (t εισοδου ) Έτσι ο βαθμός απόδοσης δίνεται από την σχέση tεισόδου tα n = FR ( τ α ) FR U L I Ο F R εξαρτάται από τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του συλλέκτη και τα φυσικά χαρακτηριστικά του ρευστού που τον διατρέχει. Όσον αφορά στην θερμοκρασία εισόδου του ρευστού, είναι πολύ εύκολο να μετρηθεί. Στην Ελλάδα ο προσδιορισμός του βαθμού απόδοσης επίπεδου συλλέκτη καθορίζεται από τα Ελληνικά Πρότυπα ΕΛΟΤ 388.1 και ΕΛΟΤ 388.2. 3.5 Διαφορές στην απόδοση της λειτουργίας των συλλεκτών Διαφορές στην απόδοση της λειτουργίας των συλλεκτών στην πράξη σε σχέση με τις δοκιμές μπορεί να οφείλονται σε λόγους όπως: 22

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη Η ροή του ρευστού μπορεί να μην είναι στρωτή σε όλα τα μέρη της διάταξης των συλλέκτη. Αν κάποια μέρη από τη διάταξη έχουν μειωμένη παροχή τότε θα έχουν και μικρό συντελεστή F R και χαμηλότερη απόδοση, με αποτέλεσμα την μείωση της απόδοσης της διάταξης. Η παροχή του ρευστού μπορεί να είναι η ίδια με αυτή των δοκιμών. Ο συντελεστής F R είναι συνάρτηση της παροχής του ρευστού άρα μεταβολή της παροχής μπορεί να διαφοροποιήσει σημαντικά την απόδοση του συλλέκτη. Οι θερμικές απώλειες στις πλευρές και στο πίσω μέρος («πλάτη») του συλλέκτη μπορεί να διαφέρουν μεταξύ της δοκιμής και της πράξης. Οι θερμικές απώλειες από τις πλευρές του συλλέκτη μπορεί να μειώνονται σε μεγάλες διατάξεις με αποτέλεσμα μικρό συντελεστή ένα μόνο συλλέκτη. U L από αυτόν που προκύπτει από τις δοκιμές για Οι απώλειες των αγωγών μπορεί να είναι πιο μεγάλες στην πράξη παρά στις δοκιμές γιατί τα μήκη των αγωγών στην πράξη μπορεί να είναι μεγαλύτερα. Επίσης οι αγωγοί μπορεί να μην είναι καλά μονωμένοι. 3.6 Διάταξη συλλεκτών Σε πολλές εγκαταστάσεις έχουμε σύνδεση σε συστοιχίες πολλών ηλιακών συλλεκτών. Η διάταξη των σωληνώσεων διασύνδεσης μιας συστοιχίας συλλεκτών πρέπει να εξασφαλίζει την κατά το δυνατόν καλύτερη απόδοση του συνόλου των συλλεκτών με το μικρότερο δυνατό κόστος. Οι συλλέκτες τοποθετούνται στην οροφή συνήθως κάποιου κτιρίου σε παράλληλες σειρές. Οι συλλέκτες κάθε σειράς συνδέονται μεταξύ τους είτε παράλληλα είτε εν σειρά, είτε σε συνδυασμό και των δύο (μικτή συνδεσμολογία). Όταν οι συλλέκτες συνδέονται εν σειρά, η απόδοση τους διαφέρει από τον ένα συλλέκτη στον άλλο, καθώς η θερμοκρασία εισόδου του θερμικού μέσου σε κάθε συλλέκτη είναι αυτή που αντιστοιχεί στην έξοδο του προηγούμενου. Για Ν όμοιους συλλέκτες συνδεμένους σε σειρά ο Oonk et al (1979) απέδειξε πως ισχύουν οι σχέσεις 23

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη Το Κ δίνεται από τη σχέση: Ν Αριθμός όμοιων συλλεκτών συνδεμένων σε σειρά. [-] Συντελεστής πρώτου στη σειρά συλλέκτη [-] Συντελεστής Συντελεστής πρώτου στη σειρά συλλέκτη [W/m 2 C] δεύτερου στη σειρά συλλέκτη [W/m 2 C] Επιφάνεια δεύτερου στη σειρά συλλέκτη [m 2 ] Παροχή μάζας φέροντος ρευστού [Kg/sec] Ειδική θερμότητα σε σταθερή πίεση του ρευστού. [J/Kg C] Στη μικτή σύνδεση συνεπάγεται πιο ομοιόμορφη κατανομή της ροής και θερμοκρασίας στους συλλέκτες. Οι διαδοχικές σειρές συνδέονται μεταξύ τους παράλληλα κατά το τρισωλήνιο σύστημα Tichelman. Μικρές ανομοιομορφίες στη ροή μεταξύ των σειρών των συλλεκτών ελάχιστα επηρεάζουν τη συνολική απόδοση του συστήματος. Παράλληλη Σειρά Μικτή 24

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη 3.7 Προσανατολισμός συλλέκτη Μικτή Ένα από τα σημαντικότερα στοιχεία κάθε συστήματος που εκμεταλλεύεται την ηλιακή ενέργεια είναι ο προσανατολισμός του ηλιακού συλλέκτη σε σχέση με την κατεύθυνση της ηλιακής ακτινοβολίας. Ο προσανατολισμός ενός επιπέδου στην επιφάνεια της γης περιγράφεται από δύο γωνίες, την κλίση και την αζιμούθια γωνία. Ν Αζιμούθια γωνία Κλίση του συλλέκτη Η κλίση του συλλέκτη (β) είναι η γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στο επίπεδο του συλλέκτη και στον ορίζοντα. Μπορεί να πάρει τιμές από 0º έως 180 º. Η αζιμούθια γωνία του συλλέκτη (γ) είναι η γωνία που σχηματίζεται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο ανάμεσα στην προβολή της καθέτου στον συλλέκτη και τον γεωγραφικό Νότο (γ=0º για απόλυτα Νότιο προσανατολισμό του συλλέκτη, 90º για Δυτικό προσανατολισμό και -90º Ανατολικό προσανατολισμό). Οι επίπεδοι συλλέκτες χρησιμοποιούν την άμεση και τη διάχυτη ακτινοβολία και συνήθως τοποθετούνται υπό σταθερή κλίση και προσανατολισμό, η επιλογή τους γίνεται ώστε η γωνία της πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας να είναι όσο το δυνατό μικρότερη, κατά τη διάρκεια του έτους. 25

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη Στο Βόρειο ημισφαίριο, η βέλτιστη κλίση του συλλέκτη για τη διάρκεια του έτους, είναι ίση με τον γεωγραφικό παράλληλο του τόπου, και αζιμούθια γωνία γ=0º (Νότιο προσανατολισμό). Αλλά λόγω της μεταβολής της απόκλισης του ήλιου στη διάρκεια του έτους, η βέλτιστη κλίση είναι διαφορετική για κάθε εποχή. Γενικά όσο η κλίση απέχει περισσότερο από το οριζόντιο, τόσο μεγαλύτερο ποσό ανακλώμενης ακτινοβολίας από το έδαφος δέχεται ο συλλέκτης, αλλά και τόσο μικρότερο ποσό διάχυτης ακτινοβολίας από τον ουρανό. Στον πίνακα δίνονται τα γεωγραφικά πλάτη διαφόρων Ελληνικών πόλεων. Πόλη Γεωγραφικό πλάτος Σιδηρόκαστρο, Διδυμότειχο, Ορεστιάδα, Φλώρινα,, Έδεσσα, Γιαννιτσά, Κιλκίς, 41 ο 30 Σέρρες, Δράμα, Καβάλα Ξάνθη, Κομοτηνή, Αλεξανδρούπολη 41 ο Καστοριά, Πτολεμαΐδα, Κοζάνη, Νάουσα, Βέροια, Κατερίνη, 40 ο 30 Θεσσαλονίκη, Πολύγυρος, Σαμοθράκη Κόνιτσα, Γρεβενά, Λιτόχωρο, 40 ο Κασσάνδρα, Λήμνος Κέρκυρα, Ηγουμενίτσα, Ιωάννινα, Μέτσοβο, Τρίκαλα, Καρδίτσα, Λάρισα, 39 ο 30 Βόλος - Λευκάδα, Πρέβεζα, Άρτα, Καρπενήσι, 39 ο Λαμία, Σκύρος, Μυτιλήνη Κεφαλληνία, Ιθάκη, Αγρίνιο, Μεσολόγγι, Πάτρα, Αμφιλοχία, Λιβαδειά, Θήβα, 38 ο 30 Χαλκίδα, Χίος Ζάκυνθος, Αμαλιάδα, Καλάβρυτα, Κόρινθος, Μέγαρα, Ελευσίνα, Αθήνα, 38 ο Ραφήνα, Κάρυστος, Άνδρος, Ικαρία, Σάμος Πύργος, Μεγαλόπολη, Τρίπολη, Άργος, 37 ο 30 Ναύπλιο, Πόρος, Σύρος, Πάτμος Πύλος, Καλαμάτα, Σπάρτη, Πάρος, 37 ο Νάξος, Κάλυμνος, Κως Γύθειο, Μήλος, Σαντορίνη, Ρόδος 36 ο 30 Κύθηρα, Καστελόριζο 36 ο Χανιά, Ρέθυμνο, Ηράκλειο, Κάσσος, 35 ο 30 Κάρπαθος Χώρα Σφακιών, Ιεράπετρα, Αγ.Νικόλαος 35 ο Κρήτης, Κύπρος 26

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη Οι περισσότεροι σταθμοί μετεωρολογικών μετρήσεων συνήθως καταγράφουν την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στο οριζόντιο ή το ποσό ηλιοφάνειας. Η μονάδα μέτρησης της ακτινοβολίας είναι Joule/m 2. Έχουν διατυπωθεί προσεγγιστικές μέθοδοι, με τις οποίες μπορούμε να υπολογίσουμε την ηλιακή ακτινοβολία σε οριζόντιο επίπεδο συναρτήσει της ακτινοβολίας στο όριο της ατμόσφαιρας και της ηλιοφάνειας. Μελέτες έχουν δημοσιευτεί κατά καιρούς σχετικά με την κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην Ελλάδα. Τα δεδομένα τα οποία είναι απαραίτητα για τους υπολογισμούς όταν η ακρίβεια δεν είναι πρωτεύων μέγεθος δίνονται σε πίνακες. Προκειμένου να περιορίσουμε τον αριθμό των πινάκων, η χώρα έχει χωριστεί σε έξι ζώνες ανάλογα με ποιες πόλεις έχουν παρόμοια μετεωρολογικά δεδομένα. 27

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη ΧΑΡΤΗΣ ΤΗΣ ΧΩΡΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΕΝΟΣ ΣΕ ΖΩΝΕΣ 28

Θεωρία επίπεδου συλλέκτη 29

Υπολογισμός θερμικών απωλειών Β ΜΕΡΟΣ 1.Υπολογισμός θερμικών απωλειών Για να υπάρχει η δυνατότητα σύγκρισης χρησιμοποιήθηκε μονοκατοικία με τα ίδια χαρακτηριστικά για όλες τις ηλιακές ζώνες. Παρακάτω αναφέρονται οι παραδοχές με βάση των οποίων έγιναν οι υπολογισμοί. Παραδοχές Κατοικίας Η κατασκευή έγινε σύμφωνα με τον Κανονισμό Θερμομόνωσης Κτηρίων Τοίχος εξωτερικός : Δρομική ορθοδρομική τουβλοδομή με μονωτικό υλικό ενδιάμεσα πάχους 5cm (k=0,5 kcal/m 2 h C) Δάπεδο σε φυσικό έδαφος: Πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος και δάπεδο με μόνωση ενδιάμεσα πάχους 5 cm (k=0,56 kcal/m 2 h C) Οροφή : Πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος με μόνωση πάχους 7cm πάνω από μπετό κλίσεως. (k=0,359 kcal/m 2 h C) Ανοίγματα είναι κατασκευασμένα από ξύλο και διπλό τζάμι. Λειτουργία εγκατάστασης από 8 έως 12 ώρες το 24ωρό Ανεμόπτωση κανονική Θέση κτιρίου απροστάτευτη σε ελεύθερο οικοδομικό σύστημα. Ο υπολογισμός των θερμικών απωλειών, έγινε σύμφωνα με όσα διδάσκονται στο μάθημα μηχανολογικες εγκαταστασεις του ΤΕΙ Μηχανολογίας (DIN 4701). Στη συνέχεια έγινε υπολογισμός των μηνιαίων φορτίων θέρμανσης σε Joule για κάθε μήνα σε και σε κάθε πόλη με την παραδοχή πως οι χώροι θερμαίνονται τους μήνες Ιανουάριο, Φεβρουάριο, Μάρτιο, Οκτώβριο, Νοέμβριο, Δεκέμβριο. Η σχέση που χρησιμοποιήθηκε είναι L= Q 4,1869 h N 1000 [Joule] Όπου Q Φορτίο Θέρμανσης [kcal/h] 4,1869 Συντελεστής μετατροπής μονάδων από kcal/h σε Joule h Ώρες λειτουργίας εγκατάστασης 12ώρες N Αριθμός ημερών του μήνα 28

Υπολογισμός θερμικών απωλειών Στους πίνακές που ακολουθούν παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του υπολογισμού των θερμικών απωλειών για τις πόλεις των έξι ηλιακών ζωνών. 29

Υπολογισμός θερμικών απωλειών ΕΝΤΥΠΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΠΟΛΗ: ΗΡΑΚΛΕΙΟ ΑΡΙΘΜ. ΦΥΛΛΟΥ 1/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Είδος τοιχώματος Προσανατολισμός Πάχος τοιχώματος Μήκος Υπολογισμός επιφανειών Ύψος ή Πλάτος Επιφάνεια Αρ. τοιχωμάτων Αφαιρετέα επιφάνεια Επιφάνεια υπολογισμού Συντελεστής θερμοπερατότητας Διαφορά θερμοκρασίας Θερμικές απώλειες χωρίς προσαυξήσεις Διακοπτόμενη λειτουργία Z D - - cm m m m 2 - m 2 m 2 k C Kcal/h % % 1+% Kcal/h ΔΩΜΑΤΙΟ 1 Υπολογισμός Θερμ. απωλειων Προσαυξήσεις Τεξ Β 3,82 3 11,5-11,5 0,5 17 97,41 Τεξ Δ 3,64 3 10,9 3,08 7,84 0,5 17 66,64 Μεξ Δ 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 17 130,9 Ο - - - 13,9-13,9 0,36 17 84,832 Δ - - - 13,9-13,9 0,56 8,5 66,164 445,95 0,25 0,05 1,3 579,72941 Προσανατολισμός Z H Συντελεστής προσαυξ. Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ1= ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ 194,6364 774,36581 ΔΩΜΑΤΙΟ 2 Τεξ Β 3,56 3 10,7-10,7 0,5 17 90,78 Τεξ Α 3,64 3 10,9 3,08 7,84 0,5 17 66,64 Μεξ Α 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 17 130,9 Ο - - - 13-13 0,36 17 79,095 Δ - - - 13-13 0,56 8,5 61,69 429,1 0,25 0,05 1,3 557,83582 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ2= 194,6364 752,47222 ΑΠΟΘΗΚΗ Τεξ Δ 1,4 3 4,2 0,25 3,95 0,5 12 23,7 Πεξ Δ 0,5 0,5 0,25-0,25 2,5 12 7,5 Ο - - - 5,18-5,18 0,36 12 22,315 Δ - - - 5,18-5,18 0,56 6 17,405 70,92 0,3 0 1,3 92,196312 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ2= 29,232 121,42831 30

Υπολογισμός θερμικών απωλειών ΠΟΛΗ: ΗΡΑΚΛΕΙΟ ΑΡΙΘΜ. ΦΥΛΛΟΥ 2/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Υπολογισμός επιφανειών Υπολογισμός Θερμ. Προσαυξήσεις Είδος τοιχώματος Προσανατολισμός ΕΝΤΥΠΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΠΩΛΕΙΩΝ Πάχος τοιχώματος Μήκος Ύψος ή Πλάτος Επιφάνεια Αρ. τοιχωμάτων Αφαιρετέα επιφάνεια Επιφάνεια υπολογισμού Συντελεστής θερμοπερατότητας Διαφορά θερμοκρασίας Θερμικές απώλειες χωρίς προσαυξήσεις - - cm m m m 2 - m 2 m 2 k C Kcal/h % % 1+% Kcal/h ΚΑΘΙΣΤΙΚΟ-ΚΟΥΖΙΝΑ Τεξ Α 7,61 3 22,8 4,92 17,9 0,5 17 152,27 Θεξ Α 1,08 2,2 2,38-2,38 3 17 121,18 Πεξ Α 1 1 1-1 2,8 17 47,6 Πεξ Α 1,4 1,1 1,54-1,54 2,8 17 73,304 Τεξ Ν 7,65 3 23 5,68 17,3 0,5 17 146,8 Μεξ Ν 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 17 130,9 Πεξ Ν 2 1,3 2,6-2,6 2,8 17 123,76 Τεξ Δ 3,65 3 11-11 0,5 17 93,075 Τεσ - 3,7 3 11,1-11,1 1,1 5 61,05 Τεσ - 1,4 3 4,2-4,2 1,1 5 23,1 Τεσ - 1,38 3 4,14 1,65 2,49 1,1 5 13,695 Θεσ - 0,75 2,2 1,65-1,65 2 5 16,5 Ο - - - 44,1-44,1 0,36 17 269,14 Δ - - - 44,1-44,1 0,56 8,5 209,92 1482,3 0,2 0 1,2 1778,7388 Διακοπτόμενη λειτουργία Z D Προσανατολισμός Z H Συντελεστής προσαυξ. Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΚΑΘΙΣΤΙΚΟΥ - ΚΟΥΖΙΝΑΣ= ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ 815,8164 2594,5552 ΛΟΥΤΡΟ - WC Τεξ Δ 2,15 3 6,45 0,36 6,09 0,5 19 57,855 Πεξ Δ 0,6 0,6 0,36-0,36 2,8 19 19,152 Τεσ - 1,3 3 3,9-3,9 1,1 7 30,03 Τεσ - 1,3 3 3,9-3,9 1,1 2 8,58 Τεσ - 2,18 3 6,54 1,72 4,82 1,1 2 10,613 Θεσ - 0,78 2,2 1,72-1,72 2 2 6,864 Ο - - - 4,95-4,95 0,36 19 33,764 Δ - - - 4,95-4,95 0,56 9,5 26,334 193,19 0,3 0 1,3 251,14928 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΛΟΥΤΡΟ-WC= 71,4096 322,55888 31

Υπολογισμός θερμικών απωλειών ΕΝΤΥΠΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΠΟΛΗ: ΑΘΗΝΑ ΑΡΙΘΜ. ΦΥΛΛΟΥ 1/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Είδος τοιχώματος Προσανατολισμός Πάχος τοιχώματος Μήκος Υπολογισμός επιφανειών Ύψος ή Πλάτος Επιφάνεια Αρ. τοιχωμάτων Αφαιρετέα επιφάνεια Επιφάνεια υπολογισμού Συντελεστής θερμοπερατότητας Διαφορά θερμοκρασίας Θερμικές απώλειες χωρίς προσαυξήσεις Διακοπτόμενη λειτουργία Z D - - cm m m m 2 - m 2 m 2 k C Kcal/h % % 1+% Kcal/h ΔΩΜΑΤΙΟ 1 Υπολογισμός Θερμ. απωλειων Προσαυξήσεις Τεξ Β 3,82 3 11,5-11,5 0,5 19 108,87 Τεξ Δ 3,64 3 10,9 3,08 7,84 0,5 19 74,48 Μεξ Δ 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 19 146,3 Ο - - - 13,9-13,9 0,36 19 94,812 Δ - - - 13,9-13,9 0,56 9,5 73,948 498,41 0,25 0,05 1,3 647,93287 Προσανατολισμός Z H Συντελεστής προσαυξ. Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ1= ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ 217,5348 865,46767 ΔΩΜΑΤΙΟ 2 Τεξ Β 3,56 3 10,7-10,7 0,5 19 101,46 Τεξ Α 3,64 3 10,9 3,08 7,84 0,5 19 74,48 Μεξ Α 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 19 146,3 Ο - - - 13-13 0,36 19 88,4 Δ - - - 13-13 0,56 19 137,89 548,53 0 0,05 1,05 575,96129 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ2= 217,5348 793,49609 ΑΠΟΘΗΚΗ Τεξ Δ 1,4 3 4,2 0,25 3,95 0,5 14 27,65 Πεξ Δ 0,5 0,5 0,25-0,25 2,5 14 8,75 Ο - - - 5,18-5,18 0,36 14 26,035 Δ - - - 5,18-5,18 0,56 7 20,306 82,74 0,3 0 1,3 107,56236 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ2= 34,104 141,66636 32

Υπολογισμός θερμικών απωλειών ΠΟΛΗ: ΑΘΗΝΑ ΑΡΙΘΜ. ΦΥΛΛΟΥ 2/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Υπολογισμός επιφανειών Υπολογισμός Θερμ. Προσαυξήσεις Είδος τοιχώματος Προσανατολισμός ΕΝΤΥΠΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΠΩΛΕΙΩΝ Πάχος τοιχώματος Μήκος Ύψος ή Πλάτος Επιφάνεια Αρ. τοιχωμάτων Αφαιρετέα επιφάνεια Επιφάνεια υπολογισμού Συντελεστής θερμοπερατότητας Διαφορά θερμοκρασίας Θερμικές απώλειες χωρίς προσαυξήσεις - - cm m m m 2 - m 2 m 2 k C Kcal/h % % 1+% Kcal/h ΚΑΘΙΣΤΙΚΟ-ΚΟΥΖΙΝΑ Τεξ Α 7,61 3 22,8 4,92 17,9 0,5 19 170,18 Θεξ Α 1,08 2,2 2,38-2,38 3 19 135,43 Πεξ Α 1 1 1-1 2,8 19 53,2 Πεξ Α 1,4 1,1 1,54-1,54 2,8 19 81,928 Τεξ Ν 7,65 3 23 5,68 17,3 0,5 19 164,07 Μεξ Ν 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 19 146,3 Πεξ Ν 2 1,3 2,6-2,6 2,8 19 138,32 Τεξ Δ 3,65 3 11-11 0,5 19 104,03 Τεσ - 3,7 3 11,1-11,1 1,1 5 61,05 Τεσ - 1,4 3 4,2-4,2 1,1 5 23,1 Τεσ - 1,38 3 4,14 1,65 2,49 1,1 5 13,695 Θεσ - 0,75 2,2 1,65-1,65 2 5 16,5 Ο - - - 44,1-44,1 0,36 19 300,81 Δ - - - 44,1-44,1 0,56 9,5 234,61 1643,2 0,2 0 1,2 1971,8593 Διακοπτόμενη λειτουργία Z D Προσανατολισμός Z H Συντελεστής προσαυξ. Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΚΑΘΙΣΤΙΚΟΥ - ΚΟΥΖΙΝΑΣ= ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ 911,7948 2883,6541 ΛΟΥΤΡΟ - WC Τεξ Δ 2,15 3 6,45 0,36 6,09 0,5 21 63,945 Πεξ Δ 0,6 0,6 0,36-0,36 2,8 21 21,168 Τεσ - 1,3 3 3,9-3,9 1,1 7 30,03 Τεσ - 1,3 3 3,9-3,9 1,1 2 8,58 Τεσ - 2,18 3 6,54 1,72 4,82 1,1 2 10,613 Θεσ - 0,78 2,2 1,72-1,72 2 2 6,864 Ο - - - 4,95-4,95 0,36 21 37,318 Δ - - - 4,95-4,95 0,56 10,5 29,106 207,62 0,3 0 1,3 269,91101 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΛΟΥΤΡΟ-WC= 78,9264 348,83741 33

Υπολογισμός θερμικών απωλειών ΕΝΤΥΠΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΠΟΛΗ: ΠΑΤΡΑ ΑΡΙΘΜ. ΦΥΛΛΟΥ 1/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Είδος τοιχώματος Προσανατολισμός Πάχος τοιχώματος Μήκος Υπολογισμός επιφανειών Ύψος ή Πλάτος Επιφάνεια Αρ. τοιχωμάτων Αφαιρετέα επιφάνεια Επιφάνεια υπολογισμού Συντελεστής θερμοπερατότητας Διαφορά θερμοκρασίας Θερμικές απώλειες χωρίς προσαυξήσεις Διακοπτόμενη λειτουργία Z D - - cm m m m 2 - m 2 m 2 k C Kcal/h % % 1+% Kcal/h ΔΩΜΑΤΙΟ 1 Υπολογισμός Θερμ. απωλειων Προσαυξήσεις Τεξ Β 3,82 3 11,5-11,5 0,5 21 120,33 Τεξ Δ 3,64 3 10,9 3,08 7,84 0,5 21 82,32 Μεξ Δ 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 21 161,7 Ο - - - 13,9-13,9 0,36 21 104,79 Δ - - - 13,9-13,9 0,56 10,5 81,732 550,87 0,25 0,05 1,3 716,13633 Προσανατολισμός Z H Συντελεστής προσαυξ. Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ1= ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ 240,4332 956,56953 ΔΩΜΑΤΙΟ 2 Τεξ Β 3,56 3 10,7-10,7 0,5 21 112,14 Τεξ Α 3,64 3 10,9 3,08 7,84 0,5 21 82,32 Μεξ Α 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 21 161,7 Ο - - - 13-13 0,36 21 97,705 Δ - - - 13-13 0,56 21 152,41 606,28 0 0,05 1,05 636,58879 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ2= 240,4332 877,02199 ΑΠΟΘΗΚΗ Τεξ Δ 1,4 3 4,2 0,25 3,95 0,5 16 31,6 Πεξ Δ 0,5 0,5 0,25-0,25 2,5 16 10 Ο - - - 5,18-5,18 0,36 16 29,754 Δ - - - 5,18-5,18 0,56 8 23,206 94,56 0,3 0 1,3 122,92842 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΔΩΜΑΤΙΟ2= 38,976 161,90442 34

Υπολογισμός θερμικών απωλειών ΠΟΛΗ: ΠΑΤΡΑ ΑΡΙΘΜ. ΦΥΛΛΟΥ 2/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Υπολογισμός επιφανειών Υπολογισμός Θερμ. Προσαυξήσεις Είδος τοιχώματος Προσανατολισμός ΕΝΤΥΠΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΠΩΛΕΙΩΝ Πάχος τοιχώματος Μήκος Ύψος ή Πλάτος Επιφάνεια Αρ. τοιχωμάτων Αφαιρετέα επιφάνεια Επιφάνεια υπολογισμού Συντελεστής θερμοπερατότητας Διαφορά θερμοκρασίας Θερμικές απώλειες χωρίς προσαυξήσεις - - cm m m m 2 - m 2 m 2 k C Kcal/h % % 1+% Kcal/h ΚΑΘΙΣΤΙΚΟ-ΚΟΥΖΙΝΑ Τεξ Α 7,61 3 22,8 4,92 17,9 0,5 21 188,1 Θεξ Α 1,08 2,2 2,38-2,38 3 21 149,69 Πεξ Α 1 1 1-1 2,8 21 58,8 Πεξ Α 1,4 1,1 1,54-1,54 2,8 21 90,552 Τεξ Ν 7,65 3 23 5,68 17,3 0,5 21 181,34 Μεξ Ν 1,4 2,2 3,08-3,08 2,5 21 161,7 Πεξ Ν 2 1,3 2,6-2,6 2,8 21 152,88 Τεξ Δ 3,65 3 11-11 0,5 21 114,98 Τεσ - 3,7 3 11,1-11,1 1,1 5 61,05 Τεσ - 1,4 3 4,2-4,2 1,1 5 23,1 Τεσ - 1,38 3 4,14 1,65 2,49 1,1 5 13,695 Θεσ - 0,75 2,2 1,65-1,65 2 5 16,5 Ο - - - 44,1-44,1 0,36 21 332,47 Δ - - - 44,1-44,1 0,56 10,5 259,31 1804,1 0,2 0 1,2 2164,9799 Διακοπτόμενη λειτουργία Z D Προσανατολισμός Z H Συντελεστής προσαυξ. Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΚΑΘΙΣΤΙΚΟΥ - ΚΟΥΖΙΝΑΣ= ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ 1007,7732 3172,7531 ΛΟΥΤΡΟ - WC Τεξ Δ 2,15 3 6,45 0,36 6,09 0,5 23 70,035 Πεξ Δ 0,6 0,6 0,36-0,36 2,8 23 23,184 Τεσ - 1,3 3 3,9-3,9 1,1 7 30,03 Τεσ - 1,3 3 3,9-3,9 1,1 2 8,58 Τεσ - 2,18 3 6,54 1,72 4,82 1,1 2 10,613 Θεσ - 0,78 2,2 1,72-1,72 2 2 6,864 Ο - - - 4,95-4,95 0,36 23 40,872 Δ - - - 4,95-4,95 0,56 12,5 34,65 224,83 0,3 0 1,3 292,27634 Qα=Σ(α*l)*R*H*Δt*Z E = Q ΛΟΥΤΡΟ-WC= 86,4432 378,71954 35