Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί την πιο ασφαλή, βιώσιμη και ταυτόχρονα οικονομική πηγή ενέργειας: είναι ανεξάντλητη και δωρεάν.
Τα συστήματα ηλιοθερμίας μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χρήσιμη θερμότητα: οικονομικά, αποδοτικά και με ασφάλεια. Πλέον, με το κόστος της ενέργειας και τις τιμές των καυσίμων να έχουν εκτοξευθεί, η χρήση της ηλιοθερμίας είναι πιο επίκαιρη από ποτέ. Ήδη τα ηλιοθερμικά συστήματα στη πιο απλή τους μορφή (ηλιακός θερμοσίφωνας) βρίσκονται σχεδόν σε κάθε σπίτι, με εφαρμογή την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης (ΖΝΧ). Ταυτόχρονα, είναι και η συνήθης επιλογή για ξενοδοχειακές εγκαταστάσεις που οι απαιτήσεις σε ΖΝΧ είναι μεγάλες. Ωστόσο, τα ηλιοθερμικά συστήματα έχουν τη δυνατότητα να καλύψουν και σημαντικό μέρος των αναγκών θέρμανσης (υποβοήθηση θέρμανσης), κάτι το οποίο τα καθιστά απαραίτητα για όλα τα νέα σπίτια στο μέλλον.
Οι αυστηροί στόχοι για την Ενεργειακή Απόδοση των κτηρίων
Εικόνα: Κατηγορίες ενεργειακής κατάταξης σε απόλυτο σύστημα (αριστερά) και σχετικό (δεξιά). Σήμερα χρησιμοποιείται το σχετικό σύστημα ενεργειακής κατάταξης.
Πλέον, τόσο η Ευρωπαϊκή όσο και η Εθνική νομοθεσία (ΚΕΝΑΚ 2017) θέτουν αυστηρούς όρους για την ενεργειακή απόδοση των νέων κτηρίων. Συγκεκριμένα, όλα τα νεόδμητα κτήρια, μετά την 1/1/2022, πρέπει υποχρεωτικά να κατατάσσονται τουλάχιστον στην Ενεργειακή Κλάση Α, δηλαδή η ενεργειακή τους κατανάλωση να μην υπερβαίνει το 50% της κατανάλωσης του κτηρίου αναφοράς (προσεγγιστικά κάτω από 60 KWh/τ.μ./έτος).
Στο άμεσο μέλλον, τα νεόδμητα κτήρια στην Ευρωπαϊκή Ένωση και την Ελλάδα από 1/1/2025 και μετά θα πρέπει να επιτυγχάνουν επίπεδα κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας στην περιοχή θεώρησης του κτηρίου ως nZEB (Nearly Zero-Energy Buildings - κτήρια σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας, με κατανάλωση ενέργειας < 25 KWh/τ.μ./έτος).
Ενώ από 1/1/2030 και έπειτα τα νεόδμητα κτήρια θα πρέπει να είναι μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας (ZEB).
Για να επιτευχθεί μια τέτοια ενεργειακή απόδοση, είναι απαραίτητος ένας συνδυασμός συγκεκριμένων παρεμβάσεων, τόσο στο κτηριακό κέλυφος (θερμομόνωση), όσο και στα συστήματα θέρμανσης, ψύξης, αερισμού και παραγωγής ζεστού νερού χρήσης, με τα Ηλιοθερμικά Συστήματα να αποτελούν πλέον ένα σημαντικό κομμάτι στο «παζλ» της ενεργειακής κατάταξης.
Το σπίτι του μέλλοντος: Η αναβάθμιση του ρόλου της Ηλιοθερμίας
Με τις παραπάνω ενεργειακές απαιτήσεις να είναι πλέον γεγονός, την κλιματική αλλαγή στο ζενίθ της και την ενεργειακή κρίση να μαστίζει όλο τον πλανήτη, στο σύντομο μέλλον κάθε σπίτι θα επιβάλλεται, μεταξύ άλλων, να έχει Ηλιοθερμικό Σύστημα, τόσο για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης (ΖΝΧ), όσο και για την υποβοήθηση της θέρμανσης.
Έτσι, μια εγκατάσταση σε ένα νέο ή ενεργειακά ανακαινιζόμενο σπίτι, θα περιλαμβάνει συνήθως ένα υβριδικό σύστημα που αποτελείται από Ηλιοθερμικό Σύστημα και Αντλία Θερμότητας, καθώς και Φωτοβολταϊκό Σύστημα, ώστε:
- Η παραγωγή Ζεστού Νερού Χρήσης να γίνεται αποκλειστικά από το Ηλιοθερμικό Σύστημα.
- Το Ηλιοθερμικό Σύστημα να υποβοηθά και στην Θέρμανση Χώρων σε ποσοστό έως 50%.
- Η Αντλία Θερμότητας να καλύπτει τις λοιπές ανάγκες θέρμανσης και ψύξης σε ποσοστό από 50% έως και 100% (τις ημέρες που δεν έχει ηλιοφάνεια).
- Το Φωτοβολταϊκό Σύστημα, να παράγει την απαιτούμενη ενέργεια για τη λειτουργία της Αντλίας Θερμότητας, του φωτισμού και των λοιπών συσκευών του κτηρίου.
Για παράδειγμα:
Για την επίτευξη των ανωτέρω επιδόσεων σε μια κατοικία 100 τ.μ. απαιτείται ένα Ηλιοθερμικό Σύστημα με δοχείο 500lt και 8 τ.μ. ηλιακών συλλεκτών, μια Αντλία Θερμότητας 5KW (που καταναλώνει κατά μέσο όρο 10KWh/μέρα και ένα Φωτοβολταϊκό Σύστημα ισχύος 2,5KW με 12 τ.μ. συλλεκτικής επιφάνειας, ώστε να παράγει την ενέργεια που καταναλώνει η Αντλία Θερμότητας.
Ένα σύστημα όπως το παραπάνω, είναι δεδομένο ότι θα έχει πολύ καλή απόσβεση (ROI – Return of Investment), δηλαδή θα εξοικονομήσει τα χρήματα της αρχικής του αγοράς σε λιγότερο από 5 έτη, σε σχέση με το κόστος εξοικονομούμενης ενέργειας σε τιμές Οκτωβρίου 2022. Με τα επιδοτούμενα προγράμματα όπως το «Εξοικονομώ», ο χρόνος απόσβεσης μπορεί να μειωθεί στα 2,5 έτη.
Τα μέρη του ηλιοθερμικού συστήματος
Ένα ηλιοθερμικό σύστημα αποτελείται από τους ηλιακούς συλλέκτες, το ηλιακό δοχείο, τον ηλιακό σταθμό και τον ηλιακό ελεγκτή, τις σωληνώσεις, καθώς και παρελκόμενα όπως ρυθμιστικές βαλβίδες, διαχωριστές μικροφυσσαλίδων, τρίοδες αναμικτικές και θερμοστατικές βαλβίδες.
Τυπικό διάγραμμα ηλιοθερμικού συστήματος για παραγωγή ΖΝΧ και υποβοήθηση της θέρμανσης.
Ηλιακοί Συλλέκτες
Ο κυρίαρχος ρόλος στη διαδικασία της συλλογής ηλιακής ενέργειας ανήκει στους ηλιακούς συλλέκτες. Δεσμεύουν την ηλιακή ακτινοβολία (ηλιακή ενέργεια) και τη μετατρέπουν σε χρήσιμη θερμότητα (θερμική ενέργεια). O συλλέκτης διαθέτει απορροφητικό υλικό από αλουμίνιο, το οποίο δεσμεύει την ηλιακή ενέργεια, θερμαίνεται και μεταφέρει τη θερμότητα στο νερό που διέρχεται μέσα από χάλκινους σωλήνες, οι οποίοι είναι σε επαφή με τον απορροφητή.
Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στον βαθμό απόδοσης των ηλιακών συλλεκτών, καθώς στην αγορά κυκλοφορούν πολλοί συλλέκτες χαμηλής απόδοσης που εντέλει μειώνουν τη συνολική απόδοση του ηλιοθερμικού συστήματος. Ιδανικά, ο ηλιακός συλλέκτης πρέπει να έχει βαθμό απόδοσης ηcol > 60%, ώστε με ελάχιστη επιφάνεια, να επιτυγχάνει την μέγιστη απόδοση. Κατασκευαστικές λεπτομέρειες του συλλέκτη όπως η ειδική επίστρωση, η μόνωση και η ποιότητα συγκόλλησης σωλήνων και απορροφητή επηρεάζουν σημαντικά τον βαθμό απόδοσής του.
Ηλιακό δοχείο (θερμοδοχείο)
Ο ηλιακός συσσωρευτής (θερμοδοχείο) αποτελεί την «αποθήκη» του ηλιοθερμικού συστήματος. Το ζεστό νερό που παράγεται στους συλλέκτες κυκλοφορεί στο θερμοδοχείο (μέσω σπειροειδή εναλλάκτη) αποθηκεύοντας τη θερμική ενέργεια. Στην αγορά κυκλοφορούν πολλοί τύποι θερμοδοχείων.
Το θερμοδοχείο συνίσταται να είναι τουλάχιστον ενεργειακής κλάσης C, και το ιδανικό είναι να είναι κλάσης Β ή Α. Σχετικά με τους τύπους δοχείων, αξίζει να αναφέρουμε τους 2 παρακάτω τύπους:
Δοχεία θερμοκρασιακής διαστρωμάτωσης:
Χάρη στο σφαιρικό εναλλάκτη που διαθέτουν στρωματοποιούν το νερό σύμφωνα με τα διαφορετικά επίπεδα θερμότητας και έτσι καθιστούν δυνατή την ιδιαίτερα γρήγορη χρήση της αποθηκευμένης θερμικής ενέργειας.
Αυτοί οι τύποι δοχείων είναι ιδανική επιλογή για ξενοδοχειακές εγκαταστάσεις που απαιτείται συχνή άμεση χρήση του ζεστού νερού χρήσης
Δοχείο φρέσκου νερού διέλευσης:
Η πιο συνηθισμένη επιλογή για νερό χρήσης και υποβοήθηση θέρμανσης. Είναι ιδανική επιλογή για χρήση σε συνδυασμό με αντλία θερμότητας, αλλά και λέβητες, κάθε μορφής. Διαθέτουν απλό σύστημα συσσωρευτή πολλαπλών λειτουργιών για νερό χρήσης και θέρμανση με ένα ηλιακό εναλλάκτη για φόρτωση ηλιακού κυκλώματος και ενσωματωμένο σύστημα υγιεινής προετοιμασίας ζεστού νερού σε διεργασία διέλευσης-θέρμανσης με ανοξείδωτο σπιράλ αγωγό.
Ηλιακός Σταθμός
Ο ηλιακός σταθμός είναι υπεύθυνος για τη σωστή λειτουργία και το συγχρονισμό όλων των επιμέρους τμημάτων. Ένας ηλιακός σταθμός αποτελείται από τον ηλιακό ελεγκτή, τον ηλιακό κυκλοφορητή inverter, μία βαλβίδα ασφαλείας, ένα μανόμετρο και τα θερμόμετρα, καθώς επίσης και από βάνες και αντεπίστροφα.
Ο ηλιακός ελεγκτής προτείνεται να έχει και δυνατότητες απομακρυσμένου ελέγχου και παραμετροποίησης του ηλιοθερμικού συστήματος, μέσω διαδικτύου.
Σωληνώσεις
Για την απροβλημάτιστη και αποδοτική λειτουργία του ηλιοθερμικού συστήματος είναι απαραίτητη η χρήση κατάλληλου δικτύου σωληνώσεων. Οι σωληνώσεις θα πρέπει να είναι επαρκώς μονωμένες και να έχουν αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις λειτουργίας του συστήματος. Ακόμη θα πρέπει να παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή στη διάβρωση. Για τους λόγους αυτούς προτείνεται η χρήση σπιράλ ανοξείδωτου μονωμένουσωλήνα, πιστοποιημένου για ηλιακά συστήματα που ικανοποίει απόλυτα τις ιδιαίτερες απαιτήσεις ενός ηλιοθερμικού συστήματος.
Παρελκόμενα
Οι ρυθμιστικές βαλβίδες, οι διαχωριστές μικροφυσσαλίδων, οι τρίοδες αναμικτικές, οι θερμοστατικές βαλβίδες και το δοχείο διαστολής είναι βασικά παρελκόμενα μιας εγκατάστασης ηλιοθερμικού συστήματος. Απαιτούνται για την υδραυλική εξισορρόπηση, την ρύθμιση και την εξαέρωση του ηλιακού κυκλώματος. Προτείνεται η χρήση προϊόντων πιστοποιημένων για χρήση σε ηλιακά συστήματα.
Από αριστερά: Αναμικτική Βαλβίδα, Ρυθμιστική Βαλβίδα, Ηλιακός Ελεγκτής
Το πιο σημαντικό: Η διαστασιολόγηση του Ηλιοθερμικού Συστήματος
Εκτός από την επιλογή των κατάλληλων υλικών και προϊόντων, όπως αναφέρονται παραπάνω, ο πλέον σημαντικός παράγοντας στις εγκαταστάσεις ηλιοθερμικών συστημάτων είναι η ορθή διαστασιολόγηση, δηλαδή ο βέλτιστος σχεδιασμός ώστε να προκύψει ένα ενιαίο, οικονομικό, αποδοτικό και αξιόπιστο σύστημα, το οποίο να καλύπτει πλήρως τις ανάγκες του κτηρίου (σε θέρμανση και παραγωγή ζεστού νερού χρήσης), αλλά ταυτόχρονα να μειώσει το ετήσιο κόστος λειτουργίας του συστήματος σε τέτοιο βαθμό, ώστε η απόσβεσή του να πραγματοποιηθεί στο μικρότερο δυνατό χρόνο.
Οι υπεύθυνοι μηχανικοί οφείλουν να κάνουν προσεκτική καταγραφή και μελέτη όλων των παραμέτρων και αναγκών κάθε εγκατάστασης και να επιλέγεται ο βέλτιστος σχεδιασμός και τα κατάλληλα υλικά για την κάθε περίπτωση. Αυτό φυσικά προϋποθέτει άριστη τεχνογνωσία και γνώση των διαθέσιμών προϊόντων στην αγορά, από την πλευρά των μηχανικών.
Τέλος, μια ακόμα σημαντική παράμετρος για την σωστή και αποδοτική λειτουργία των Ηλιοθερμικών Συστημάτων είναι η Τακτική Συντήρηση, που πρέπει οπωσδήποτε να εκτελείται από εξειδικευμένους τεχνικούς.
Ηλιοθερμική Τεχνολογία - Ένα σημαντικό «όπλο» για την αντιμετώπιση της ενεργειακή κρίσης
Όλα τα παραπάνω μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι απέναντι σε μία σοβαρότατη διεθνή ενεργειακή κρίση και με την καθημερινή πλέον εκτίναξη του κόστους ενέργειας, η ηλιοθερμική τεχνολογία δεν παραμένει μόνο μια από τις πιο επίκαιρες και αξιόπιστες λύσεις για αύξηση της αποδοτικότητας σε οικιακές, επαγγελματικές και βιομηχανικές εφαρμογές θέρμανσης και παραγωγής ζεστού νερού χρήσης. Αποτελεί την πλέον Ανανεώσιμη Πηγή Ενέργειας, που σε συνδυασμό με τις τεχνολογίες των Αντλιών Θερμότητας και των Φωτοβολταϊκών Συστημάτων, θα είναι το βασικό συστατικό όλων των ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων παραγωγής θερμικής ενέργειας στο μέλλον.
Άρθρο του Γεώργιου Χαρ. Ανδριανού, Διπλωματούχου Ηλεκτρολόγου Μηχανικού & Μηχανικού Η/Υ, ιδιοκτήτη και διευθύνοντα συμβούλου της ANDRIANOS, όπως δημοσιεύθηκε στo κλαδικό περιοδικό "Ο Υδραυλικός και ο εγκαταστάτης - συντηρητής καυστήρων", Νοέμβριος - Δεκέμβριος 2022.
