Το κυριότερο μέρος ενός ηλιακού θερμοσίφωνα είναι οι ηλιακοί συλλέκτες (ή καθρέπτες), που είναι η επιφάνεια συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας. Αυτή αποτελείται από τέσσερα μέρη:

        Την πλάκα συλλογής της ακτινοβολίας

        Τους σωλήνες ροής του νερού

        Την κάλυψη (κρύσταλλο) της πλάκας απορρόφησης και

        Το θερμικά μονωμένο πλαίσιο πάνω στο οποίο στερεώνονται τα υπόλοιπα εξαρτήματα.

Λειτουργία ηλιακών συλλεκτών

Η λειτουργία των συλλεκτών του ηλιακού θερμοσίφωνα βασίζεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου που αναπτύσσεται στο χώρο ανάμεσα στην πλάκα απορρόφησης και τη γυάλινη επικάλυψη. Καταρχάς, η ηλιακή ακτινοβολία πέφτει στην (συνήθως μαύρη) απορροφητική πλάκα, ανεβάζοντας τη θερμοκρασία της. Η πλάκα με τη σειρά της εκπέμπει μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (θερμική ακτινοβολία) για την οποία το τζάμι που καλύπτει την πλάκα είναι σχεδόν αδιαφανές. Έτσι η μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία (η ζέστη) παγιδεύεται ανάμεσα στην πλάκα και το τζάμι, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η απόδοση όσον αφορά τη θέρμανση του νερού (που κυκλοφορεί σε σωλήνες που είναι σ’ επαφή με την πλάκα στο πίσω μέρος της ή ενσωματωμένοι σ’ αυτή).

Οι κρίσιμοι παράγοντες για την καλή απόδοση του συστήματος είναι η μεγάλη απορροφητικότητα της πλάκας στην ηλιακή ακτινοβολία, ο μικρός συντελεστής εκπομπής της πλάκας στη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία και η μεγάλη αδιαφάνεια του κρυστάλλου για τη δεύτερη. Τα υλικά που προσφέρουν την καλύτερη σχέση απόδοσης-τιμής είναι γυαλί και επιφάνεια από αλουμίνιο ή χαλκό με επίστρωση τιτανίου. (επιλεκτικοί – selective)

Ο ηλιακός θερμοσίφωνας ως οικολογική συσκευή

Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι μια απ’ τις “καθαρότερες” και πιο αποδοτικές συσκευές που χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στη διάρκεια ζωής του ο ηλιακός θερμοσίφωνας, εξοικονομεί συνήθως 2 χιλιάδες ευρώ απ’ τους λογαριασμούς ρεύματος σε τιμές του 2005, ενώ αποφεύγεται και η έκλυση 30 τόνων διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Κάθε ντους με νερό από ηλιακό θερμοσίφωνα ισοδυναμεί με 3 κιλά διοξειδίου του άνθρακα λιγότερα στην ατμόσφαιρα της Γης.

Ιστορία

Ο ηλιακός θερμοσίφωνας άρχισε να χρησιμοποιείται μετά την πετρελαϊκή κρίση του 1973 και ιδιαίτερα τη δεκαετία του 1980 άρχισε να χρησιμοποιείται ευρύτατα στις χώρες με ηλιοφάνεια. Στην Κύπρο αναλογεί ένας ηλιακός θερμοσίφωνας για κάθε πέντε κατοίκους, ενώ στο Ισραήλ η χρήση τους είναι υποχρεωτική στις καινούργιες οικοδομές. Σε πολλές άλλες χώρες η χρήση τους επιδοτείται.

Στην Ελλάδα η διάδοση των ηλιακών συσκευών είναι πολύ εντυπωσιακή: το πρώτο μοντέλο λανσαρίστηκε στην αγορά το 1974, ενώ το 1980 υπήρχαν εγκατεστημένα γύρω στις 150 χιλιάδες τετραγωνικά μέτρα συλλεκτών και το 2004 έφτασαν τα 3 εκατομμύρια τετραγωνικά μέτρα συλλεκτών. Μέρος της επιτυχίας αυτής των ηλιακών θερμοσιφώνων στην Ελλάδα οφείλεται στα φορολογικά κίνητρα που είχε θεσπίσει το Ελληνικό κράτος. Σήμερα οι ηλιακοί θερμοσίφωνες χρησιμοποιούνται από περισσότερους από ένα εκατομμύριο καταναλωτές. Μέχρι και τα τελευταία χρόνια, η Ελλάδα ήταν απ’ τις κύριες κατασκευάστριες χώρες ηλιακών θερμοσιφώνων.

Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι ένα ενεργητικό ηλιοθερμικό σύστημα παραγωγής ζεστού νερού χρήσης χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια.

Χρησιμοποιείται ευρύτατα στις χώρες που έχουν μεγάλη ηλιοφάνεια, όπως για παράδειγμα στις χώρες της Μεσογείου.

Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι η απλούστερη και η γνωστότερη ηλιακή συσκευή. Κατά την λειτουργία του γίνεται εκμετάλλευση δυο φυσικών φαινομένων. Με την αρχή του θερμοσιφώνου επιτυγχάνεται η κυκλοφορία του νερού με φυσικό τρόπο χωρίς μηχανικά μέρη (αντλίες κλπ.) ενώ η θέρμανση του νερού γίνεται με την εκμετάλλευση του φαινομένου του θερμοκηπίου που αναπτύσσεται στους συλλέκτες του.

Είδη

Διακρίνουμε δύο είδη ηλιακών θερμοσιφώνων ανάλογα με το κύκλωμα κυκλοφορίας του θερμαινόμενου μέσου:

        Ανοικτού κυκλώματος: απευθείας θέρμανση του νερού χρήσης (το θερμαινόμενο μέσο είναι το ίδιο το νερό που θα χρησιμοποιήσουμε), αυτή η διάταξη επιτρέπει την γρήγορη θέρμανση, αλλά σε περιοχές με σκληρά νερά βουλώνουν συνέχεια.

        Κλειστού κυκλώματος: έμμεση θέρμανση του νερού χρήσης (το θερμαινόμενο μέσο κυκλοφορεί σε ιδιαίτερο κύκλωμα το οποίο θερμαίνει το νερό που θα χρησιμοποιήσουμε χωρίς να γίνεται ανάμιξή τους, μέσω εναλλάκτη θερμότητας), αυτή η διάταξη καθυστερεί να θερμάνει το νερό αλλά δεν βουλώνει εύκολα ακόμα και με σκληρό νερό.

Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες ανοικτού κυκλώματος είναι απλούστεροι και φθηνότεροι, έχουν όμως προβλήματα σε χαμηλές θερμοκρασίες (παγετούς) γιατί δεν μπορούμε να τους προσθέσουμε αντιψυκτικά μίγματα (το θερμαινόμενο μέσο είναι το ίδιο το νερό χρήσης). Στους ηλιακούς θερμοσίφωνες κλειστού κυκλώματος μπορεί το θερμαινόμενο μέσο να είναι και άλλο ρευστό (π.χ. λάδι). Αν είναι μόνο νερό, έχει αντιψυκτικά και αντιδιαβρωτικά πρόσθετα για προστασία της συσκευής.

Επίσης μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε τους ηλιακούς θερμοσίφωνες ανάλογα με τον αριθμό ενεργειακών πηγών που μπορούν να εκμεταλλευτούν σε:

        Διπλής ενέργειας: Ο θερμοσίφωνας λειτουργεί εκμεταλλευόμενος είτε την ηλιακή ενέργεια είτε το ηλεκτρικό ρεύμα (π.χ. κατά την διάρκεια συννεφιάς οπότε η ηλιακή ενέργεια δεν είναι αρκετή για να ζεστάνει το νερό). Για τον σκοπό αυτό, υπάρχει ηλεκτρική αντίσταση τοποθετημένη εντός του τμήματος αποθήκευσης.

        Τριπλής ενέργειας: Λειτουργεί όπως ο ηλιακός θερμοσίφωνας διπλής ενέργειας αλλά έχει επιπλέον μια είσοδο για να εκμεταλλευτεί ως θερμαντικό μέσο το ζεστό νερό του καλοριφέρ που παράγεται από τον λέβητα κεντρικής θέρμανσης. Προϋπόθεση για την εγκατάσταση ηλιακού θερμοσίφωνα τριπλής ενέργειας είναι να υπάρχει η κατάλληλη υποδομή στο οίκημα υπό την μορφή ξεχωριστών σωληνώσεων (ανά διαμέρισμα εάν πρόκειται για πολυκατοικία) που να συνδέουν το λεβητοστάσιο με τον χώρο εγκατάστασης του ηλιακού θερμοσίφωνα (ταράτσα ή σκεπή).

Μέρη

Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες, ανεξάρτητα από το είδος τους, αποτελούνται από δύο βασικά μέρη:

        Το τμήμα συλλογής (οι ηλιακοί συλλέκτες, η επιφάνεια απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας)

        Το τμήμα αποθήκευσης (η δεξαμενή αποθήκευσης του νερού)

Τα δύο αυτά μέρη είναι συναρμολογημένα μαζί και συνδέονται με σωληνώσεις, αλλά σε μεγαλύτερα συστήματα μπορούν να είναι και χωριστά και να χρησιμοποιούνται αντλίες για την κυκλοφορία του θερμαινόμενου μέσου, ειδικά όταν το τμήμα αποθήκευσης δεν βρίσκεται στον ίδιο χώρο με το τμήμα συλλογής. Το τμήμα αποθήκευσης διαθέτει και ηλεκτρική αντίσταση με θερμοστάτη, για να μπορεί να παράγεται ζεστό νερό και σε άσχημες καιρικές συνθήκες. Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες διαθέτουν και κάποια εξαρτήματα ελέγχου όπως βαλβίδα υπερπίεσης και αυτόματα εξαεριστικά.

Ανόδιο

Το ανόδιο είναι μια ράβδος μαγνησίου [συνήθως Φ22Χ30mm] και στην πραγματικότητα αποτελεί την καθοδική προστασία του συστήματος από ηλεκτρόλυση . Είναι μία μέθοδος προστασίας για την διάβρωση των μετάλλων τα οποία έρχονται σε επαφή με διαβρωτικά υλικά (νερό). Η καθοδική προστασία επιτυγχάνεται με την προσθήκη κατάλληλου υλικού, του ΑΝΟΔΙΟΥ, το οποίο διαβρώνεται στην θέση των προστατευομένων μετάλλων. Η χρησιμοποίηση του ανοδίου ΜΑΓΝΗΣΙΟΥ γερμανικών προδιαγραφών είναι η πιο ενδεδειγμένη μέθοδος προστασίας των εγκαταστάσεων ύδρευσης-θέρμανσης και ηλιακών τόσο από άποψη τεχνολογίας όσο και από άποψη υγιεινής.

Θέρμανση

Λειτουργία

Στύλοι & βαλβίδα εξαέρωσης

Στο μηχανοστάσιο, με καυστήρα & λέβητα θερμαίνεται νερό ερχόμενο από δεξαμενή & μετά διοχετεύεται με σωλήνωση στα σώματα καλοριφέρ. Το καυτό νερό παρέχεται στο σώμα από τον ένα σωλήνα & διώχνει από τον άλλο το κρύο, το οποίο καταλήγει στην δεξαμενή. Επειδή όλα τα μέταλλα είναι πολύ φιλικά με την θερμότητα, σχεδόν αμέσως θερμαίνεται το σώμα & μεταδίδει την θερμότητα στον χώρο. Όμως, με τον καιρό εξατμίζεται έστω & ελάχιστα το νερό, πράγμα που μειώνει την απόδοση. Γι΄αυτό, πριν αρχίσει η τακτική λειτουργία όταν αρχίσει ο κρύος καιρός του χειμώνα, πρέπει να εξαερίζονται τα σώματα με ειδικό κλειδί που ανοίγει την βαλβίδα & επιτρέπει στον αέρα να φύγει έξω, συμπληρώνοντας ταυτοχρόνως τον χώρο του με νερό από την δεξαμενή.

Ως σύστημα, το καλοριφέρ υποδιαιρείται σε 2 κατηγορίες, την “κεντρική θέρμανση” & την “αυτόνομη θέρμανση”. Στην κεντρική θέρμανση η θέρμανση παρέχεται από σώμα σε σώμα, από δωμάτιο σε δωμάτιο, από διαμέρισμα σε διαμέρισμα & από όροφο σε όροφο, δημιουργώντας έτσι μειονεκτήματα (καθυστέρηση & μείωση διάρκειας της θέρμανσης) στα διαμερίσματα υψηλών ορόφων. Γι΄αυτό στις σύγχρονες πολυκατοικίες, έχει αντικατασταθεί από την αυτόνομη, όπου κάθε διαμέρισμα έχει τον δικό του λέβητα & τίθεται σε λειτουργία από τον κάτοικο & για όση ώρα θέλει αυτός.

Τα καλοριφέρ λαδιού θερμαίνονται με ρεύμα & περιέχουν λάδι, λόγω της ιδιότητάς του να διατηρεί την θερμότητα για σημαντικά περισσότερο χρόνο.

Γιατί αυτόνομη θέρμανση.

“Μη-αυτόνομη” θα μπορούσε να χαρακτηριστεί μια εγκατάσταση θέρμανσης (συνήθως παλιάς πολυκατοικίας) που αποτελείται από έναν κεντρικό λέβητα που τροφοδοτεί με ζεστό νερό τα θερμαντικά σώματα όλων των διαμερισμάτων ταυτόχρονα, μέσω σωλήνων που διατρέχουν κατακόρυφα την οικοδομή, όπως στο ακόλουθο σχήμα:

Στις παλαιότερες εγκαταστάσεις, οι σωληνώσεις της θέρμανσης είναι κοινές για όλα τα διαμερίσματα της οικοδομής και συνήθως διατρέχουν την οικοδομή με περισσότερες από μία κεντρικές κατακόρυφες στήλες που διέρχονται από όλες τις ιδιοκτησίες. Έτσι, στις οικοδομές αυτές, δεν είναι δυνατή η ανεξάρτητη ρύθμιση της θερμοκρασίας σε κάθε διαμέρισμα, αλλά τα διαμερίσματα θερμαίνονται όλα μαζί τις ώρες που λειτουργεί η εγκατάσταση.

Το γεγονός αυτό έχει αρνητικές επιπτώσεις τόσο στην ποιότητα της θέρμανσης όσο και στο κόστος λειτουργίας της εγκατάστασης. Στις οικοδομές αυτές η ομοιομορφία στην θερμοκρασία κάθε διαμερίσματος εξαρτάται από την ακρίβεια και την επιτυχία της μελέτης θέρμανσης και την συνολική ποιότητα κατασκευής (κυρίως όσον αφορά στη μόνωση) της οικοδομής. Δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις στις οποίες πολλά διαμερίσματα σε τέτοιες οικοδομές υπερθερμαίνονται κατά τις ώρες θέρμανσης και οι ένοικοι αναγκάζονται να ανοίξουν τα παράθυρα και τις μπαλκονόπορτες (πράγμα που συνεπάγεται μεγάλη σπατάλη ενέργειας), όπως επίσης δεν είναι και λίγες οι περιπτώσεις διαμερισμάτων που δεν θερμαίνονται επαρκώς (κυρίως στον τελευταίο όροφο της οικοδομής).

Τρόποι μέτρησης της κατανάλωσης σε εγκαταστάσεις κεντρικής θέρμανσης

Η ανεξαρτητοποίηση των διαμερισμάτων σε μια οικοδομή, μπορεί να γίνει με τρεις τρόπους:

    Με την ωρομέτρηση.

   Με θερμιδομέτρηση

    Με ασύρματο σύστημα αυτονόμησης με θερμοστατικές κεφαλές

διατηρώντας την εξάρτηση των διαμερισμάτων από την κεντρική θέρμανση

Τρόποι αυτονόμησης σε εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης.png

Τρόποι αυτονόμησης με ατομικό σύστημα θέρμανσης.

Τα συστήματα που ενδείκνυνται για την κατασκευή ατομικής εγκατάστασης, είναι:

    Αυτόνομη θέρμανση με ατομική μονάδα φυσικού αερίου.

    Αυτόνομη θέρμανση με ατομικό λέβητα πετρελαίου

    Αυτόνομη θέρμανση με αντλία θερμότητας.

    Αυτόνομη θέρμανση με ηλεκτρικό λέβητα

    Αυτόνομη θέρμανση με ηλεκτρικά θερμαντικά σώματα