Solarno grejanje prostorija

Solarna energija je potpuno čista, neiscrpna i ono što je vrlo bitno besplatna. Međutim, retko se upotrebljava kao jedini energent za grejanje prostorija, iz prostog razloga što Sunce ne sija 24h i što nije svaki dan sunčan. Dakle mora postojati rezervni sistem grejanja kojim će se, u danima kada nema sunca ili je intenzitet zračenja mali, grejati ili dogrevati prostor.

Kako to sve funkcioniše?

Svi ste imali priliku da budete u tamnoj majci napolju kada je sunčan dan i mogli da primetite da se majca poprilično zagreva. Da bi se sunčevo zračenje upotrebilo za zagrevanje koristi se činjenica da tamne i mat površine apsorbuju deo sunčevih zraka i konvertuju ih u toplotu.    Sunčevim zračenjem se može direktno zagrevati vazduh, tečnost ili čvrst materijal. U zavisnosti od toga šta koriste kao radni medijum razlikujemo nekoliko vrsta solarnih kolektora, odnosno načina da se iskoristi sunčeva energija.

Vazdušni solarni kolektor

Vazdušnim solarnim kolektorom se direktno zagreva vazduh u nekoj prostoriji. Sastoji se od stakla, metalne ploče koja je prefarbana mat crnom bojom i  toplotne izolacije koja je postavljena sa zadnje strane ploče. Sve je to pričvršćeno na noseću konstrukciju, koja može biti od različitih materijala, najčešće od drveta. Pri vrhu i pri dnu kolektora se nalaze otvori kuda cirkuliše vazduh iz prostorije koju kolektor greje. Jedino kroz ova dva otvora vazduh može da uđe i izađe iz kolektora, sve ostalo mora da bude hermetički zatvoreno, jer se kolektor postavlja sa spoljne strane zida. Sunčevi zraci prolaze kroz staklo i padaju na metalnu ploču koja se zagreva. Vazduh koji se nalazi između stakla i ploče se zagreva pri kontaktu sa zagrejanom pločom. Topao vazduh se podiže i izlazi sa gornje strane vazdušnog kolektora, a na njegovo mesto dolazi hladan vazduh koji je ušao u kolektor kroz otvor sa donje strane. Na narednoj slici je prikazana konstrukcija jednog vazdušnog kolektora.

 

Kako bi poboljšali efikasnost moguće je dodati i horizontalne usoprivače kojima se vazduh usporova i pridužava mu se put kroz kolektor dajući mu više vremena da preuzme toplotu od zagrejane ploče. Bitna stvar je da kada nema sunčevog zračenja otvori moraju biti zatvoreni da se ne gubi toplota iz prostorije kroz staklenu površinu kolektora.

 

Solarni kolektor za zagrevanje tečnosti

Solarni kolektori kojima se zagreva tečnost se najčešće upotrebljavaju za zagrevanje sanitarne vode ili u skolopu centralnog grejanja koje radi na nižim temperaturama (kao što je podno grejanje). Radni medium može biti voda, ali se češće upotrebljava antifriz (Glikol) da ne bi došlo do smrzavanja i oštećenja kolektora u zimskom periodu kada nema sunčevog zračenja. Konstrukcija je gotovo ista kao kod vazdušnog, samo što nema otvora za vazduh a na metalnoj ploči se nalazi bakarna ili aluminijumska cev kroz koju se kreće fluid i preuzima toplotu sa ugrejane ploče. Ugrejanim radnim fluidom se pomoću izmenjivača toplote u većem rezervoaru zagreva sanitarna voda ili voda za grejanje prostorija. Naredna slika prikazuje izgled ove vrste solarnih kolektora.

 

Solarni kolektor za zagrevanje čvrstih materijala

Solarni kolektori kojima se zagreva čvrst materijal (najčešće zid) su sastavni deo objekta. Često se koristi naziv “Trombov zid”, po fransuskom inženjeru koji je prvi primenio ovaj koncept. Materijal koji se zagreva ne mora da bude zid, bitno je da ima veliku termičku masu, najčešće su to beton i cigla… Zid je orijentisan na sunčanu stranu, a čitava površina je sa spoljene strane zaštićena staklom. Staklo ima ulogu izolatora, jer štiti zid od spoljašnjih uticaja (varijacija temperature i tome slično) i ne dozvoljava da se zid brzo hladi. U toku dana dok Sunce sija, zagreva zid.  Kada Sunce zađe, zagrejan zid akumuliranu toplotu polako odzračuje u prostoriju, ublažavajući pad temperature.

Ne treba zaboraviti vrlo bitnu činjenicu a to je da zid sporo akumulira toplotu, te se kao mana ovog koncepta pojavljuju gubitci. Deo zida koji je prekriven staklom nema nikakvu dodatnu termoizolaciju, iz čega se može zaključiti da su gubici prilično veliki, jer staklo pa i dvostruko ima veće toplotne gubitke u odnosu na termoizolacione materijale.  Nedostatak se delimično može ublažiti ako se primeni princip kao kod vazdušnog kolektora. U gornjem i donjem delu zida  je potrebno napraviti otvore kroz koje bi vazduh iz prostorije strujao i zagrevao se i tako direktno prenosio deo toplote u prostoriju. Na ovaj način deo toplote apsorbuje zid a deo odmah zagrevanejm vazduha prenosi u prostoriju.

Neophodno je predvideti mogućnost  zatvaranja ovih otvora, da kad to nije potrebno vazduh ne može da prolazi kroz njih. To su sulčajevi kada je intenzitet sunčevog zračenja nedovoljan ili noću kada ga uopšte nema. Tada bi imali povećane toplotne gubitke jer bi topao vazduh iz prostorije moga da ulazi na gornji otvor u kolektor a da se rashlađen vrati preko donjeg otvora. U letnjem periodu je neophodno senčenje Trombovog zida da bi se sprečilo pregrevanje prostorija.

Po istom principu moguće je zagrevati i druge delove objekta, kao na primer pod u prostoriji ili neki od unutrašnjih zidova. Prednost se ogleda u činjenici da su gubici znatno manji jer se podrazumeva da je pod izolovan, a prozori zauzimaju znatno manju površinu. Sa druge strane i dobici su manji jer ti isti prozori i vrata nemaju istu površinu kao pod, tako da sunčevi zraci pogađaju samo određeni deo podne površine u datom trenutku.