Horizontalna vs. vertikalna montaža kolektora – kada upotrijebiti koju orijentaciju nosača

Horizontalna vs. vertikalna montaža kolektora – kada koristiti koji smjer nosača

Kada odlučujete kako postaviti solarni kolektor na krov ili zid, većina ljudi prvo misli na nagib, stranu svijeta i zasjenjenje. Pitanje da li je bolje montirati kolektore horizontalno ili vertikalno ostaje iznenadno dugo bez pažnje – sve do trenutka kada montažer stigne na lokaciju i uoči da prostora jednostavno nije dovoljno. Ili kada se nakon godinu dana rada ispostavi da orijentacija nosača uzrokuje probleme s odvzdušavanjem, stagnacijom ili neravnomjernim raspoređivanjem protoka. Ovaj članak se upravo bavi ovom temom u dubini: što tačno znači horizontalna i vertikalna orijentacija nosača, kako ta odluka utječe na hidrauliku, performanse i montažu, i u kojim situacijama se koja varijanta isplati.

Što podrazumijevamo izrazom „orijentacija kolektora“ – terminološko jasnoća

Prije nego što se upustimo u tehničku suštinu, potrebno je jasno definirati pojmove, jer u praksi susrećemo dvije različite stvari koje ljudi često zovu istim imenom.

Orijentacija kolektora prema horizontu (nagib) – to je kut pod kojim je ravnina kolektora nagnuta u odnosu na horizontalnu ravninu. Idealni nagib za srednju Hrvatsku kreće se oko 35–45°, što je uz pomoć čega kolektori na kosim krovovima s običnim nagibom toliko dobro funkcioniraju.

Orijentacija duže strane kolektora – o tome je cijeli ovaj članak. Standardni pločasti kolektor ima pravokutni oblik i može se montirati tako da mu je duža strana paralelna s rubom krova (horizontalno, „na ležeći način“) ili okomita na njega (vertikalno, „na uspravni način“). Ova odluka značajno utječe ne samo na izgled instalacije, već i na hidrauliku, hidraulički otpor, odvzdušavanje i konstrukciju nosača.

Struktura pločastog kolektora i kako se to povezuje s orijentacijom

Većina pločastih kolektora koji se koriste u stambenim i komercijalnim solarnim sistemima ima harfastu ili meandrovu strukturu apsorbenta. U harfastom apsorbentu riječ je o paralelnim kapilarnim cijevima (riseri) povezanim između dvije prikupne cijevi (header) smještenih na gornjem i donjem rubu apsorbenta. Upotreba headera i smjer protoka tekućine u apsorbentu ključan su faktor za razumijevanje zašto orijentacija ima značaj.

Pri horizontalnoj montaži headeri su smješteni lijevo i desno (po kraćim stranama), tekućina prolazi cijelom širinom kolektora kroz kratke riser cijevi. Pri vertikalnoj montaži headeri su gore i dole (po dužim stranama), tekućina mora proći cijelom visinom kolektora. Ova zamišljeno sitnija promjena ima značajne posljedice za odvzdušavanje, hidraulički otpor i ponašanje kolektora pri stagnaciji.

Hidraulika: zašto orijentacija ima više značaja nego što se čini

Ovo je tehnički najvažniji dio cijele teme. Iskusni projektanti solarnih sistema će vam reći da je hidraulika kolektora jedna od najčešće zanemarenih oblasti kod domaćih instalacija.

Odvzdušavanje – ključni faktor

Solarni sistem mora biti dobro odvzdušen. Zrak u kolektoru uzrokuje lokalno pregrijavanje, smanjuje učinkovitost i može dovesti do oštećenja apsorbenta. Za ispravno odvzdušavanje, tekućina i zrak moraju teći istim smjerom – prema gore, prema ventilu za odvzdušavanje smještenom na najvišoj točki sistema.

Pri vertikalnoj orijentaciji kolektora (duža strana okomita) riser cijevi su stvarno vertikalno orijentirane, tekućina teče s donja prema gore (pri ispravnom povezivanju), zrak prirodno stupa prema gornjem headeru i od tamo u distributivne cijevi prema ventilu za odvzdušavanje. Ovo je hidraulički idealna situacija.

Pri horizontalnoj orijentaciji kolektora (duža strana vodoravno) riser cijevi su kratke, ali headeri su vertikalno orijentirani (pri kosom krovu). Odvzdušavanje je i dalje moguće, ali ovisi o ispravnom povezivanju – ulaz tekućine mora uvijek biti u donjem headeru, a izlaz u gornjem headeru. Zamjena uzrokuje da zrak zastane u riserima.

Hidraulički otpor i jednolikost protoka

Pri uključivanju više kolektora u seriju ili paralelno, orijentacija ima važnu ulogu i s obzirom na usklađivanje protoka. Horizontalno orijentirani kolektori u seriji imaju tendenciju da pokazuju veći hidraulički otpor jer tekućina mora preći dužu stazu kroz riznice. S druge strane, paralelno povezivanje horizontalnih kolektora jednostavnije je uskladiti s hidrauličkog aspekta jer svaki kolektor ima iste geometrijske uvjete.

Vertikalni kolektori u paralelnom povezivanju kritično je pridržavati princip reverznog povezivanja (Tichelmanova povezba), gdje ulazni i izlazni cijevi vode na suprotnim stranama polja kolektora. Na taj način se osigurava jednak hidraulički otpor za svaki kolektor u polju, što je uvjet jednolikog protoka, a time i jednolikog učinka.

Praktične dimenzije i prostorni ograničenja

Ovdje dolazimo do onoga što u praksi najčešće odlučuje o orijentaciji – jednostavno to što se stane. Standardni ravnokraki kolektor ima dimenzije obično oko 2 000 × 1 000 mm (pri površini 2 m²) ili npr. 2 033 × 913 mm. Ova brojka treba pažljivo razmotriti još prije narudžbe nosača.

Kosi krov – nagib i širina krovne trake

Na kosi krov ključna je dostupna visina krovne trake između kapijere i vrha (ili između dvije vikere, krovne prozora, dimnjaka itd.). Običan kućni krov ima visinu od kapijere do vrha od 4 do 7 metara – pri 35° nagibu to odgovara horizontalnoj udaljenosti od 3,5 do 6 metara.

Ako imate raspoloživu visinu krovne trake (mjerenu uz nagib krova) npr. 2,5 m, jedan kolektor dimenzija 2,0 × 1,0 m možete postaviti vertikalno (duža strana = 2 m uz nagib), ali ne i horizontalno (duža strana bi išla popreko, odnosno u širinu krova, što bi zahtijevalo minimalno 2 m širine za jedan kolektor i nepravilno ukupnu širinu za više komada). S druge strane, u uskoj zoni krova pored dimnjaka, gdje je horizontalni prostor samo 1,2 m, možete smjestiti jedan kolektor samo horizontalno.

S obzirom na nosač: za ugradnju u krovni pločnik (in-roof sustav) obično je povoljnija horizontalna orijentacija jer nosač zauzima manje visine na krovu i lakše se uklopi u krovnu latu. Za montažu na krov (on-roof) je pak vertikalna orijentacija mehanički stabilnija jer se pričvršćivači mogu širše rasporediti uz veću visinu.

Ravni krov – druga logika, druga ograničenja

Na ravnim krovovima situacija je drugačija. Budući da kolektor mora biti podignut na okvir (da bi imao dovoljan nagib, obično 30–45°), orijentacija kolektora u odnosu na nosač okvira direktno određuje kako će izgledati okvir, kolika će biti njegova širina i dubina temelja, te kako će opterećivati krovnu konstrukciju.

Za instalacije na ravnim krovovima postoje specijalizirani nosači, npr. nosač za 2 kolektora na ravan krov, odnosno KS2100 – osnovni nosač za prva 2 kolektora na ravan krov/nagib do 15°. Ovi sustavi su obično optimizirani za određenu orijentaciju kolektora (obično vertikalnu, s dužom stranom usmjerenu prema gore), a tu orijentaciju jednostavno nije potrebno mijenjati – sustav okvira je dizajniran tako da opterećenje prenosi na temelj optimalnim načinom.

Na ravnim krovovima s nagibom do 15° primjenjuje se još jedno važno pravilo: kod horizontalne orijentacije kolektora rizik od stajanja vode i nečistoća u donjem headeru je veći jer nagib okvira možda nije dovoljan za samopokret kondenzata. Vertikalna orijentacija ovaj problem eliminira.

Učinak i godišnja proizvodnja – ima li orijentacija nosača utjecaja?

S obzirom na čistu energetsku učinkovitost (količinu prikupljene solarnije energije) orijentacija kolektora prema Suncu – odnosno nagib i azimut – je puno važniji faktor nego to da li je duža strana gore ili uzbočno. Dva identična kolektora na istom mjestu, pod istim nagibom i azimutom, imat će isti učinak bez obzira na to da li su horizontalni ili vertikalni. To je važno shvatiti da ne bismo pripisivali učinkovitost orijentaciji koja to uopće nije.

Kdje se orijentacija pokazuje indirektno:

• Senka: Kod horizontalne instaliranih više kolektora jedan do drugog (polje) kolektori u redu mogu senkovati kolektore iza njih u manjoj mjeri jer su niži. Vertikalna orijentacija s kolektorima jedan do drugog u redu ima manju ukupnu visinu, što smanjuje senkanje kod niskog sunca.
• Akumulacija snijega: Horizontalno orijentirani kolektori imaju veću horizontalnu duljinu donjeg okvira, gdje se može akumulirati snijeg. Vertikalna orijentacija ima manji donji rub, snijeg brže sklizne.
• Kondenzacija i odvod vode: Kao što smo spomenuli, vertikalna orijentacija bolje odvodi kondenzat i spriječava stajalicu vode u donjem headeru.

Podrška i njezina konstrukcija kod različitih orijentacija

Izbor orijentacije kolektora direktno određuje koju podršku ćete trebati. Sustavi za podršku su većinom dizajnirani za određenu orijentaciju, a u nekim slučajevima su modulni i omogućavaju obje.

Za instalacije „u krovu“ (integracija u krovni pločnik) dostupna je npr. podrška za ugradnju dvaju kolektora, koja je konstrukcijski pripremljena za horizontalnu orijentaciju kolektora u krovnoj ravnini. Ako kasnije planirate proširiti sustav, možete dodati podršku za ugradnju dodatnog kolektora – ovaj modulni pristup je upravo zbog toga povoljno, jer ne mijenjate osnovnu veznu konstrukciju, već samo dodajete dodatni modul.

Kod instalacija na ravnim krovovima primijetit ćete da je npr. sklop za pričvršćivanje kolektora na ravan krov do nagiba 15° za kolektor KS 2100F 1,82 m² dimenzioniran za određeni tip kolektora. To znači da je orijentacija u takvom sustavu fiksno zadana – mijenjate je samo ako ste dali pažnju i odabrali podršku koja to izričito omogućuje.

Nosivost i pričvršćivanje – ovisnost o orijentaciji

Mehanička opterećenja podrške ovisi o tome kako su pričvršćeni pričvrsni točke. Horizontalna orijentacija kolektora obično zahtijeva više pričvrsnih točaka duž duže strane (gornja i donja stranica okvira), jer je kolektor „zategnut“ preko krova. Te pričvrsne točke moraju prihvatiti vjetar koji djeluje na cijelu površinu. Vertikalna orijentacija usredotočuje opterećenje na manji broj točaka, ali s većom silom (manji moment), pa pričvršćivanje mora biti otpornije u točkama pričvršćivanja.

Više o ispravnom pričvršćivanju podrške bez oštećenja hidroizolacije možete pronaći u članku Kako ispravno pričvrstiti podršku kolektora na krov bez oštećenja hidroizolacije u našem Informacijskom centru.

Montaža na zid – poseban slučaj

Fasadna montaža kolektora je manje uobičajena, ali u praksi se s nje susrećemo npr. kod rekonstrukcija kuća bez prikladnog krova, ili kod opskrbe toplinom za zimske vrtne kuće. Ovdje vrijede drugačiji pravila.

Na zidu je horizontalna orijentacija kolektora povoljnija iz estetskog stajališta (kolektor izgleda kao prirodni dio fasade) i iz stajališta opterećenja zida (jednoliko raspodjela mase). Nedostatak je lošiji nagib – većina zidova je okomita (90°), što je za ljeti prebrdo, a za zimu i dalje nije idealno. Zato se fasadni kolektori koriste upravo tamo gdje je prioritet zimsko proizvodnja (npr. bazen tijekom sezone, ili pomoć OP u prelaznim mjesecima).

Za tehniku fasadne montaže i najčešće greške pri njoj pogledajte članak Montaža pričvrsnih točaka solarnih kolektora na zid – postupak i najčešće greške.

Kombinirana polja kolektora – mješovita orijentacija

U praksi se ponekad susrećemo s situacijom gdje korisnik ima na krovu dvije različite površine – npr. jedno veće polje s običnim nagibom i jedno iznad krova garaže s užim trakom. U takvom slučaju rješenje može biti kombinacija orijentacija: na glavnom krovu vertikalno, na garažnom horizontalno. Hidraulički to nije problem, ako se svaka skupina priključi kao zasebni krug s vlastitim regulatorom protoka, ili ako se pažljivo hidraulički izjednači cijelo polje.

Ako razmatrate proširenje postojećeg sustava dodatnim kolektorom, pročitajte i članak Proširenje solarnog sustava – kako dodati dodatni kolektor postojećoj podršci, gdje se toj temi posvetimo detaljno.

Destetica odlučivanja – postupak korak po korak

Iz prakse znamo da većina instalatera prolazi sljedećim koracima prilikom odabira orijentacije:

1. Izmjeri dostupan prostor – visinu krovne trake (po nagibu) i širinu krovne trake (horizontalno). Ova dva broja su osnova svega.
2. Upoznaj dimenzije kolektora – duža i kraća stranica. Obično 1 980–2 100 mm × 900–1 000 mm.
3. Provjeri koliko je planiranih kolektora – jedan kolektor se smjesti gotovo uvijek, ali kod dva i više počinju se primjenjivati prostorni ograničenja.
4. Provjeri tip podrške – je li dizajniran za određenu orijentaciju, ili je univerzalan?
5. Razmislite o hidraulici – gdje će biti priključni točke kolektora (ulaz/izlaz) i gdje će cijevi prolaziti kroz krov u tehničku prostoriju?
6. Provjeri odzračavanje – je li najviša točka kolektorskog polja dostupna za odzračni ventil?
7. Razmislite o estetici – korisnik obično preferira da kolektori vizualno harmoniziraju s krovnom oblogom. Horizontalna orijentacija djeluje „širije“, vertikalna „tankije“.
8. Provjeri statiku – kod fasadne montaže neka statik provjere nosivost zida, kod strične montaže provjere pričvrsne točke.
9. Uzimaj u obzir snijeg i vjetar – u područjima s visokim snježnim padovima vertikalna orijentacija je povoljnija s obzirom na sklizanje snijega.
10. Konsultiraj se s montažerom ili projektantom – ako je situacija komplicirana (više kolektora, komplicirani krov), ulaganje u konzultaciju se uvijek isplati.

Konkretni primjeri iz prakse

Primjer 1: Kuća, krov pod 35°, ograničena visina pasma

Kupac je želio postaviti 3 kolektora na južni krov s visinom pasma samo 1,8 m (mjereno uz pad krova od okapnice do krovnice). Kolektor KS 2100F ima dimenzije 2 033 × 913 mm. Vertikalna montaža (2 m visine) nije prolazila. Rješenje je bila horizontalna montaža: kraća strana (0,91 m) uz visinu krova, duža strana (2,03 m) horizontalno. Svi tri kolektora su se smjestila jedan pored drugog u širinu 3 × 2,03 = 6,09 m. Hidraulički su spojeni u seriju s Tichelmanovim vodovodima, odzračavanje kroz gornji rub svakog kolektora u zajednički gornji cjevovod.

Primjer 2: Plohi krov stanice, 6 kolektora za pripremu TUV

Na plohom krovu s raspoloživom površinom 8 × 4 m bilo je potrebno postaviti 6 kolektora za pripremu tople vode za stanicu. Korišten je modulni sistem okvira s vertikalnom orijentacijom kolektora: kolektori su stajali u visinu, okvir je bio nagnut pod 38°. Šest kolektora u dvije vrste po tri. Ovo rasporedjivanje minimiziralo je visinu cijele površine (a time i zasjenjivanje od atike i susjednih građevina) i istovremeno omogućilo čistu hidrauliku s reverznim spajanjem.

Primjer 3: Kućica, južna zida, ograničena krovna površina

Vlasnik kućice nije imao prikladan krov (sjeverna orijentacija, ploha bez nagiba, bez statike za montažu). Rješenje je bila fasadna montaža dva kolektora na južnu zidu. Budući da je zida imala širinu 3,5 m i visinu od prozora do prozora 1,5 m, izabrana je horizontalna orijentacija. Kolektori su korišteni za zagrijavanje bojlera od 150 l namijenjenog isključivo za ljetne vikende. Instalacija funkcioniše bez problema – horizontalna orijentacija je ovdje bila jedina pametna opcija.

Najčešće greške prilikom odabira orijentacije kolektora

Iz desetaka narudžbi proizlazi da se greške ponavljaju. Najčešće su:

• Odabir orijentacije prema fotografiji s interneta – svaki krov je drugačiji, fotografija iz nijemčke ili austrijske studije ne mora odgovarati vašim uvjetima.
• Nepoštivanje položaja povezne armature – kolektori imaju priključke na određenoj strani. Ako ih okrenete pogrešno, hidraulika neće raditi ili će cjevovodi biti nepotreblno komplicirani.
• Zanemarivanje uputa proizvođača – većina proizvođača kolektora navodi u tehničkoj dokumentaciji preporučenu orijentaciju za optimalno hidrauličko ponašanje.
• Montaža bez uključivanja budućeg proširenja – ako planirate kasnije povezati dodatni kolektor, mora orijentacija i nosački sistem to omogućiti. O mogućnostima proširenja govorimo i u članku Proširenje solarnog sustava – kako dodati dodatni kolektor postojećem nosaču.
• Grupa kolektora bez hidrauličkog uravnoteženja – kod paralelnog spajanja više kolektora različitih orijentacija protok može biti neravnomjeran, što smanjuje učinkovitost cijelog sustava.

Često postavljana pitanja (FAQ)

Mogu li montirati kolektor horizontalno, iako proizvođač preporučuje vertikalnu orijentaciju?

U većini slučajeva da, ali morate pažljivo provjeriti dvije stvari: položaj povezne armature (ulaz mora uvijek biti u donjem headeru, izlaz u gornjem) i odzračavanje. Neke kolektore imaju armature na strani, ne na krajevima rizera – u tom slučaju horizontalna montaža može uzrokovati zastoj zraka u sustavu. Uvijek pročitajte tehnički list konkretnog kolektora.

Kakav utjecaj ima orijentacija kolektora na jamstvene uvjete?

Većina proizvođača jamstvene uvjete vezuje za poštivanje montažnih uputa, a ne eksplicitno na određenu orijentaciju – sve dok je instalacija u skladu s tehničkim listom. Ako je instalater izabrala orijentaciju koja je izričito označena kao nepogodna (npr. neki vakuumski kolektori smiju biti montirani isključivo vertikalno), jamstva mogu biti u pitanju.

Jel postoji razlika u orijentaciji kolektora kod vakuumskih i pločastih kolektora?

Da, i to značajna. Pločasti kolektori s harfom apsorbera su principijalno fleksibilniji – uz ispravno spajanje možete ih okrenuti. Vakuumski trubasti kolektori (heat pipe) su konstrukcijski dizajnirani isključivo za vertikalnu orijentaciju trubica, jer prenos topline iz heat pipe funkcioniše samo pri određenom nagibu od horizontalne ravnine. Montaža vakuumskog kolektora horizontalno (trubice vodoravno) značila bi katastrofalno smanjenje performansi ili potpunu izgubu funkcije.

Kako utvrdim koju orijentaciju imaju nosači iz e-trgovine?

Obično je to navedeno u nazivu proizvoda ili u opisu proizvoda. Na primjer, nosač dizajniran za ugradnju u krov je tipično dizajniran za horizontalnu orijentaciju kolektora (duža strana preko krova). Ako to nije jasno, preporučujemo da pogledate montažni priručnik ili se obratite trgovcu – potpuni opis i dimenzije pronađete uvijek u tehničkom listu svakog nosača.

Mogu li miješati horizontalnu i vertikalnu orijentaciju u jednom solarnom polju?

Tehnički da, ali hidraulički to komplikira sustav. Kolektori različitih orijentacija imaju različiti hidraulički otpor (različita duljina puta tekućine kroz rizerne cijevi). Kod paralelnog spajanja to vodi do neravnomjernog protoka – kroz neke kolektore teče više tekućine, drugi su „podprotokovni“. Rješenje je izolacija skupina s vlastitim regulacijskim ventilima ili izbor iste orijentacije za cijelo polje.

Utječe li orijentacija kolektora na težinu nosača i opterećenje krova?

Ne direktno – sam kolektor ima istu težinu bez obzira na orijentaciju. Ali oblik nosača i raspored pričvršćivačkih točaka se mijenja. Horizontalna orijentacija zahtijeva više krovnih šarki raspoređenih po većoj širini, čime se opterećenje raspršuje na više točaka. Vertikalna orijentacija koncentrira opterećenje na manje, ali otpornije pričvršćivače. U oba slučaja je statičko opterećenje krova jednako, ali se mjesta prenosa sila razlikuju – što može biti relevantno kod starih ili oslabljenih krovova.

Zaključak – orijentacija kolektora nije sitnica

Odabir između horizontalne i vertikalne montaže kolektora je odluka koja utječe ne samo na estetiku vaše instalacije, već i na hidrauličko ponašanje sustava, jednostavnost odzračavanja, otpornost na snijeg i vjetar, i u konačnici i na dugoročnu pouzdanost cijele solarnog sustava. To nije odluka koja se donosi slučajno ili samo prema tome što izgleda lijepo na fotografiji.

U većini slučajeva vrijedi ovo pojednostavljeno pravilo: vertikalna orijentacija je hidraulički čistija i pogodnija za veće polja kolektora i pločasti krov, horizontalna orijentacija je nužna tamo gdje to prostor na krovu ili zidu jednostavno drugačije ne omogućuje. Pravi nosač za vašu situaciju pronađete u našoj kategoriji pričvršćivanje kolektora, gdje su proizvodi podijeljeni prema vrsti krova i broju kolektora.

Ako ste pri odabiru neizvjesni, preporučujemo da prvo pročitate povezane članke u Vjeđbencu – posebno Kako izabrati pravo pričvršćivanje solarnih kolektora – pločasti krov, kos krov ili zida, Kakav nosač kolektora vam treba – nagib krova, vrsta kolektora i dimenzije površine i Nosač za pločasti krov vs. kos krov vs. zida – usporedba sustava pričvršćivanja kolektora. Ovi članci zajedno čine cjelovit temelj za obrazovano odlučivanje, koje vas uštedi od nepotrebnih komplikacija pri montaži i godina rada.

Imate pitanje o ovoj temi?

Nemate se odlučiti ili rješavate konkretnu situaciju u vašoj kući? Napišite nam - sretni ćemo vam pomoći.

Ime i prezime Ne popunite ovo polje:

Email

Poruka