Horizontalna vs. vertikalna montaža kolektorjev – kdaj uporabiti katero orientacijo nosilca

Izdelke še vedno pripravljamo.

Lahko pa si ogledate tudi druge kategorije.

Horizontalna vs. vertikalna montaža kolektorjev – kdaj uporabiti katero orientacijo nosilca

Ko se odločate, kako namestiti sončne kolektorje na streho ali steno, večina ljudi razmišlja predvsem o naklonu, svetovni strani in senčenju. Vprašanje, ali kolektorje namestiti vodoravno ali navpično, pa ostane presenetljivo dolgo neopaženo – vse do trenutka, ko monter pride na mesto in ugotovi, da prostor preprosto ne ustreza. Ali ko se po letu obratovanja izkaže, da usmeritev nosilca povzroča težave z odzračevanjem, stagnacijo ali neenakomerno porazdelitvijo pretoka. Ta članek se natančno ukvarja s to temo: kaj natančno pomeni vodoravna in navpična usmeritev nosilca, kako ta izbira vpliva na hidravliko, učinkovitost in montažo ter v katerih situacijah se katera možnost izplača.

Kaj mislimo s pojmom „orientacija kolektorja“ – terminološko pojasnilo

Preden se potopimo v tehnično jedro, je treba razjasniti pojme, ker se v praksi srečujemo z dvema različnima stvarema, ki ju ljudje imenujejo enako.

Obrnitev kolektorja proti horizontu (nagib) – to je kot, pod katerim je ravnina kolektorja nagnjena glede na vodoravno ravnino. Idealen naklon za srednjo Slovenijo se giblje okoli 35–45°, kar je mimogrede razlog, zakaj kolektorji na poševnih strehah z običajnim naklonom delujejo tako dobro.

Usmerjenost daljše strani kolektorja – in o tem je celoten ta članek. Standardni ploski kolektor ima pravokotni oblik in ga lahko namestite tako, da je njegova daljša stran vzporedna s strešno robom (vodoravno, "ležeče"), ali navpično nanjo (navpično, "stoječe"). Ta izbira bistveno vpliva ne le na videz namestitve, temveč tudi na hidravliko, hidravlični upor, odzračevanje in konstrukcijo nosilca.

Struktura ravnega kolektorja in kako je povezana z orientacijo

Večina ploščatih kolektorjev, ki se uporabljajo v stanovanjski in komercialni solarni tehniki, ima harfni ali meandri sistem absorberja. Pri harfnem absorberju gre za sistem vzporednih kapilarnih cevi (risers), ki so priključene med dvema zbiralnima cevema (header), nameščenima na zgornjem in spodnjem robu absorberja. Prav postavitev headerjev in smer pretoka tekočine v absorberju je ključna za razumevanje, zakaj je orientacija pomembna.

Pri vodoravni montaži so headerji nameščeni levo in desno (na krajših straneh), pretok tekočine poteka čez celotno širino kolektorja skozi kratke dvižne cevi. Pri navpični montaži so headerji zgoraj in spodaj (na daljših straneh), pretok mora preiti skozi celotno višino kolektorja. Ta na videz drobna sprememba ima bistvene posledice za odzračevanje, hidravlični upor in obnašanje kolektorja pri stagnaciji.

Hydraulika: zakaj je orientacija pomembnejša, kot se zdi

To je tehnično najpomembnejši del celotne teme. Izkušeni projektanti sončnih sistemov vam bodo povedali, da je hidravlika kolektorja ena izmed najpogosteje podcenjenih področij domačih inštalacij.

Odzračevanje – ključni dejavnik

Sončni sistem mora biti popolnoma odzračen. Zrak v kolektorju povzroča lokalno pregrevanje, zmanjšuje izkoristek in lahko povzroči poškodbo absorberja. Za pravilno odzračevanje mora tekočina in zrak teči v isti smeri – navzgor, proti odzračevalnemu ventilu, nameščenemu na najvišji točki sistema.

Pri navpični orientaciji kolektorja (daljša stran navpično) so dvižne cevi resnično navpično orientirane, tekočina teče od spodaj navzgor (pri pravilnem priključku), zrak naravno dviga k zgornjemu headerju in od tam do distribucijskega cevovoda proti odzračevalnemu ventilu. To je hidravlično idealen položaj.

Pri horizontalni orientaciji kolektorja (daljša stran vodoravno) so dvižne cevi kratke, vendar so glave usmerjene navpično (pri poševni strehi). Odzračevanje je še vedno mogoče, vendar je odvisno od pravilne povezave – vhod tekočine mora biti vedno v spodnji glavi in izhod v zgornji glavi. Zamenjava povzroči, da zrak ostane ujet v dvižnih ceveh.

Hidravlični upor in enakomerno pretok

Pri povezovanju več kolektorjev v serijo ali vzporedno igra usmeritev pomembno vlogo tudi z vidika uravnavanja pretoka. Horizontalno usmerjeni kolektorji, povezani v serijo, imajo tendenco, da kažejo večji hidravlični upor, saj mora tekočina premagati daljšo pot skozi risere. Po drugi strani pa je vzporedno povezovanje horizontalnih kolektorjev z hidravličnega vidika lažje uravnotežiti, saj ima vsak kolektor enake geometrijske pogoje.

V vertikalnih kolektorjih v vzporednem vezju je ključno upoštevati princip reverznega vezja (Tichelmanovo vezje), kjer vstopna in izstopna cev vodita do nasprotnih strani polja kolektorjev. S tem se zagotovi enak hidravlični upor za vsak kolektor v polju, kar je pogoj za enakomerni pretok in s tem enakomerno zmogljivost.

Praktične dimenzije in prostorske omejitve

Pri tem, kar v praksi najpogosteje odloča o usmeritvi – preprosto tisto, kar se prilega. Standardni ploski kolektor ima dimenzije tipično okoli 2 000 × 1 000 mm (pri površini 2 m²) ali na primer 2 033 × 913 mm. Ta števila je treba skrbno premisliti še pred naročilom nosilca.

Šotorska streha – naklon in širina strešnega območja

Na poševni strehi je ključna razpoložljiva višina strešnega prostora med žlebom in grebenom (ali med dvema frčadam, strešnimi okni, dimniki in podobno). Običajna družinska streha ima od žleba do grebena 4 do 7 metrov – pri naklonu 35° to ustreza vodoravni razdalji 3,5 do 6 metrov.

Če imate na voljo višino strešnega pasu (merjeno po naklonu strehe) na primer 2,5 m, lahko en kolektor z merami 2,0 × 1,0 m namestite navpično (daljša stran = 2 m po naklonu), vendar ne vodoravno (daljša stran bi šla čez, torej v širino strehe, kar bi zahtevalo najmanj 2 m širine za en kolektor in nesorazmerno skupno širino za več kosov). Po drugi strani pa lahko v ozkem delu strehe poleg dimnika, kjer je vodoravni prostor le 1,2 m, namestite en kolektor samo vodoravno.

Z vidika nosilca: za vgradnjo v strešni plašč (in-roof sistem) je običajno boljša vodoravna orientacija, ker nosilec zavzame manj višine na strehi in se lažje prilega strešnemu zaboju. Za strešno montažo (on-roof) je po drugi strani navpična orientacija mehansko stabilnejša, saj se pritrdilni kljuki lahko razporedijo po večji višini.

Ploščati streha – drugačna logika, drugačna omejitev

Na ravni strehi je situacija drugačna. Ker mora biti kolektor dvignjen na okvir (da ima zadostno naklonino, običajno 30–45°), orientacija kolektorja glede na nosilec okvirja neposredno določa, kako bo okvir videti, kakšna bo njegova širina in globina podnožja ter kako bo obremenjeval strešno konstrukcijo.

Za namestitve na ravno streho obstajajo specializirani nosilci, na primer nosilec za 2 kolektorje na ravno streho, ali KS2100 – osnovni nosilec za prve 2 kolektorje na ravno streho/nagib do 15°. Ti sistemi so praviloma optimizirani za specifično orientacijo kolektorja (običajno navpično, z daljšo stranjo usmerjeno navzgor), in te orientacije preprosto ni treba spreminjati – sistem okvirja je zasnovan tako, da obremenitev prenese na podlago na optimalen način.

Na ravnih strehah s naklonom do 15° velja še eno pomembno pravilo: pri horizontalni orientaciji kolektorja je večje tveganje za zastajanje vode in nečistoč v spodnjem headerju, ker naklon okvirja morda ne bo zadostoval za samodejno odtekanje kondenza. Vertikalna orientacija ta problem odpravi.

Ali ima usmeritev nosilca vpliv na zmogljivost in letno proizvodnjo?

S stališča čistega energetskega izkoristka (količina zajete sončne energije) je usmeritev kolektorja proti soncu – torej naklon in azimut – veliko pomembnejši dejavnik kot to, ali je daljša stran zgoraj ali ob strani. Dva identična kolektorja na istem mestu, pod enakim naklonom in azimutom, bosta imela enak izkoristek ne glede na to, ali sta vodoravna ali navpična. To je pomembno upoštevati, da ne bi precenili razlike v izkoristku, ki je posledica usmeritve.

Kjer se orientacija kaže posredno:

Senčenje: Pri vodoravni namestitvi več kolektorjev drug ob drugem (polje) lahko kolektorji v vrsti v manjši meri senčijo kolektorje za njimi, ker so nižji. Navpična orientacija s kolektorji drug ob drugem v vrsti ima manjšo skupno višino, kar zmanjšuje senčenje pri nizkem soncu.
Akumulacija snega: Horizontalno orientirani kolektorji imajo večjo vodoravno dolžino spodnjega okvirja, kjer se lahko nabira sneg. Vertikalna orientacija ima manjši spodnji rob, sneg zdrsne hitreje.
Kondenzacija in odvod vode: Kot smo omenili, vertikalna usmeritev bolje odvaja kondenzat in preprečuje stoječo vodo v spodnjem headerju.

Nosilec in njegova konstrukcija pri različnih orientacijah

Izbira usmeritve kolektorja neposredno določa, kakšen nosilec boste potrebovali. Nosilni sistemi so večinoma zasnovani za določeno usmeritev ali pa so modularni in omogočajo oboje.

Za namestitve »v streho« (integracija v strešno oblogo) je na voljo npr. nosilec za vgradnjo dveh kolektorjev, ki je konstrukcijsko pripravljen za vodoravno orientacijo kolektorjev v strešni ravnini. Če kasneje načrtujete razširitev sistema, lahko dodate nosilec za vgradnjo dodatnega kolektorja – ta modularni pristop je koristen ravno zato, ker osnovne vezne konstrukcije ne spreminjate, temveč dodajate le še en modul.

Pri montaži na ravno streho bodite pozorni, da je npr. pritrdilna komplet za kolektorje na ravno streho s naklonom do 15° za kolektor KS 2100F 1,82 m² dimenziran za določen tip kolektorja. To pomeni, da je orientacija v takšnem sistemu fiksna – jo spremenite le, če ste izbrali nosilec, ki to izrecno omogoča.

Nosilnost in sidranje – odvisnost od orientacije

Mehanska obremenitev nosilca je odvisna od tega, kako so pritrjeni pritrdilni elementi. Horizontalna usmeritev kolektorja običajno zahteva več pritrdilnih točk vzdolž daljše strani (zgornji in spodnji rob okvirja), saj je kolektor »raztegnjen« čez streho. Te pritrdilne točke morajo zadržati veter, ki deluje na celotno površino. Vertikalna usmeritev koncentrira obremenitev na manjše število točk, vendar z večjo silo (manjši moment), zato mora biti sidranje v mestu pritrdilnih elementov robustnejše.

Več o pravilnem sidranju nosilca brez motenja hidroizolacije najdete v članku Kako pravilno sidrati nosilec kolektorjev na strehi brez motenja hidroizolacije v našem Znanstvenem centru.

Montaža na steno – poseben primer

Montaža kolektorjev na fasado je manj pogosta, vendar se v praksi srečujemo z njo na primer pri prenovah družinskih hiš brez primerne strehe ali pri oskrbi s toploto za zimske vrtove. Tukaj veljajo drugačna pravila.

Za stene je horizontalna orientacija kolektorja ugodnejša z estetskega vidika (kolektor izgleda kot naraven del fasade) in z vidika obremenitve stene (enakomernejša porazdelitev teže). Slabost je slabši naklon – večina sten je navpičnih (90°), kar je poleti pre strmo in pozimi še vedno ne idealno. Zato se fasadni kolektorji uporabljajo predvsem tam, kjer je prednost zimska proizvodnja (npr. bazen skozi sezono ali podpora ogrevanja prostorov v prehodnih mesecih).

Pre tehniko fasadnega vgradnje in najpogostejše napake pri njej si oglejte članek Montaža pritrditve sončnih kolektorjev na steno – postopek in najpogostejše napake.

Kombinirana polja kolektorjev – mešana orientacija

V praksi se včasih srečujemo s situacijo, ko ima kupec na strehi dve različni površini – na primer eno večje polje z običajnim naklonom in eno nad streho garaže s ožjim pasom. V takem primeru je lahko rešitev kombiniranje orientacij: na glavni strehi kolektorji vertikalno, na garažni horizontalno. Hidravlično to ni problem, če se vsaka skupina priključi kot samostojni krog z lastnim regulatorjem pretoka ali če se celotno polje temeljito hidravlično uravnovesi.

Če razmišljate o razširitvi obstoječega sistema z dodatnim kolektorjem, preberite tudi članek Razširitev solarnega sistema – kako dodati še en kolektor k obstoječemu nosilcu, kjer se tej temi podrobno posvetimo.

Deset korakov k rozhodování – postup krok za krokem

Iz prakse vemo, da večina inštalaterjev pri izbiri usmeritve sledi naslednjim korakom:

Vedno na voljo prostor – višina strešnega prostora (po naklonu) in širina strešnega prostora (vodoravno). Ti dve številki sta temelj vsega.
Spoznajte dimenzije kolektorja – daljša in krajša stran. Običajno 1 980–2 100 mm × 900–1 000 mm.
Preverite, koliko kolektorjev je načrtovanih – en kolektor se skoraj vedno prilega, vendar se pri dveh ali več začnejo pojavljati prostorske omejitve.
Preverite vrsto nosilca – je zasnovan za določeno usmeritev ali je univerzalen?
Upoštevajte hidravliko – kje bodo priključki kolektorja (vhod/izhod) in kje bo cevovod speljan skozi streho v tehniško sobo?
Preveriti odzračevanje – bo najvišja točka kolektorskega polja dostopna za odzračevalni ventil?
Upoštevajte estetiko – kupec običajno raje, da kolektorji vizualno usklajujejo s strešno kritino. Horizontalna orientacija deluje "širše", vertikalna "vitkejše".
Preveriti statično – pri montaži fasade preverite nosilnost stene s statičnim pregledom, pri montaži strehe preverite pritrdilne točke.
Upoštevajte sneg in veter – v območjih z veliko snega je navpična usmeritev boljša z vidika zdrsa snega.
Svetovanje s monterjem ali projektantom – če je situacija zapletena (več kolektorjev, zapletena streha), se bo investicija v posvet vedno izplačala.

Konkretni primeri iz naročniške prakse

Družinski dom, poševna streha 35°, omejite višino pasu

Kupec je želel namestiti 3 kolektorje na južno streho z višino pasu le 1,8 m (merjeno po naklonu strehe od okapa do slemena). Kolektor KS 2100F ima mere 2 033 × 913 mm. Vertikalna montaža (2 m višine) ne bi šla skozi. Rešitev je bila horizontalna montaža: krajša stran (0,91 m) po višini strehe, daljša stran (2,03 m) horizontalno. Vsi trije kolektorji so se prilegali drug ob drugega v širino 3 × 2,03 = 6,09 m. Hidravlično so bili priključeni v serijo s Tichelmanovim cevovodom, prezračevanje skozi zgornji rob vsakega kolektorja v skupni zgornji cevi.

Primer 2: Ravna streha stanovanjske hiše, 6 kolektorjev za pripravo tople sanitarne vode

Na ravni strehi s dostopno površino 8 × 4 m je bilo treba namestiti 6 kolektorjev za pripravo tople sanitarne vode za stanovanjski blok. Uporabil se je modularni sistem okvirja z vertikalno orientacijo kolektorjev: kolektorji so stali navpično, okvir je bil naklonjen pod 38°. Šest kolektorjev v dveh vrstah po tri. Ta razporeditev je zmanjšala višino celotnega polja (in s tem senčenje s strani atike in sosednjih zgradb) in hkrati omogočila čisto hidravliko z reverznim priključkom.

Primer 3: Koča, južna stena, omejen prostor strehe

Lastnik koče ni imel primerne strehe (severna orientacija, ravna brez naklona, brez statike za montažo). Rešitev je bila fasadna montaža dveh kolektorjev na južno steno. Ker je stena široka 3,5 m in visoka od okna do okna 1,5 m, je bila izbrana vodoravna orientacija. Kolektorji so bili uporabljeni za ogrevanje bojlerja 150 l, namenjenega izključno poletnim vikendom. Inštalacija deluje brez težav – vodoravna orientacija je bila tu edina razumna izbira.

Najpogostejše napake pri izbiri usmeritve kolektorja

Iz desetih naročil je razvidno, da se napake ponavljajo. Najpogostejše so:

Izberite usmeritev glede na fotografijo iz interneta – vsaka streha je drugačna, fotografija iz nemškega ali avstrijskega projekta morda ne ustreza vašim pogojem.
Neupoštevanje položaja priključne armature – kolektorji imajo priključke na določeni strani. Če jih obrnete napačno, hidravlika ne deluje ali je cevovod napačno napeljan.
Neupoštevanje navodil proizvajalca – večina proizvajalcev kolektorjev v tehnični dokumentaciji navaja priporočeno usmeritev za optimalno hidravlično delovanje.
Montaža brez upoštevanja prihodnjega razširjanja – če nameravate kasneje priključiti še en kolektor, mora usmeritev in nosilni sistem to omogočati. O možnostih razširjanja govorimo tudi v članku Razširitev sončnega sistema – kako dodati še en kolektor k obstoječemu nosilcu.
Vrt kolektorjev brez hidravličnega uravnoteženja – pri vzporednem priključitvi več kolektorjev različnih orientacij lahko pretok ni enakomerno porazdeljen, kar zmanjša izkoristek celotnega sistema.

Pogosta vprašanja (FAQ)

Ali lahko kolektor namestim vodoravno, čeprav proizvajalec priporoča navpično usmeritev?

V večini primerov da, vendar morate dosledno preveriti dve stvari: položaj priključne armature (vhod mora biti vedno v spodnjem delu, izhod v zgornjem delu) in odzračevanje. Nekateri kolektorji imajo armature na strani, ne na koncu dvižnih cevi – v takem primeru lahko vodoravna montaža povzroči ujetje zraka v sistemu. Vedno preberite tehnični list določenega kolektorja.

Vpliv orientacije kolektorja na garancijske pogoje je odvisen od proizvajalčevih specifikacij. Običajno je garancija veljavna le, če je kolektor pravilno nameščen in orientiran v skladu z navodili proizvajalca. Nepravilna orientacija lahko vpliva na učinkovitost sistema in s tem na garancijske pogoje. Za natančne informacije preverite garancijski list ali se posvetujte s proizvajalcem.

Večina proizvajalcev garancijske pogoje veže na upoštevanje navodil za namestitev, ne pa izrecno na določeno usmerjenost – če je namestitev v skladu s tehnično dokumentacijo. Če pa monter izbere usmeritev, ki je izrecno označena kot neprimerna (npr. nekatere vakuumske kolektorje je treba montirati izključno navpično), lahko garancije postanejo vprašljive.

Da, obstaja razlika v orientaciji kolektorjev pri vakuumskih in ploskih kolektorjih.

Da, in to je ključno. Ploščati kolektor s harfnim absorberjem je načeloma bolj prilagodljiv – pri pravilni povezavi ga lahko obrnete. Vendar pa so vakuumski cevni kolektorji (heat pipe) konstrukcijsko zasnovani izključno za navpično usmeritev cevi, saj prenos toplote iz heat pipe deluje le pri določenem naklonu glede na horizont. Horizontalna montaža vakuumskega kolektorja (cevi vodoravno) bi pomenila katastrofalno zmanjšanje zmogljivosti ali popolno izgubo funkcije.

Kako ugotovim, v kakšni orientaciji so zasnovani nosilci iz spletne trgovine?

Običajno je to navedeno v imenu izdelka ali v opisu izdelka. Na primer, nosilec, namenjen vgradnji v streho, je običajno zasnovan za vodoravno orientacijo kolektorja (daljša stran čez streho). Če to ni jasno, priporočam, da si ogledate priročnik za montažo ali stopite v stik s prodajalcem – popoln opis in mere najdete vedno v tehnični dokumentaciji za vsak nosilec.

Ali lahko mešam vodoravno in navpično usmeritev v enem sončnem polju?

Tehnično da, vendar to hidravlično zaplete sistem. Kolektorji z različnimi usmeritvami imajo različno hidravlično upornost (različna dolžina poti tekočine skozi dvižne cevi). Pri vzporedni povezavi to vodi do neenakomernega pretoka – skozi nekatere kolektorje teče več tekočine, drugi pa so "podprietokovni". Rešitev je bodisi izolacija skupin z lastnimi regulacijskimi ventili bodisi izbira enake usmeritve za celotno polje.

Ali orientacija kolektorja vpliva na maso nosilca in obremenitev strehe?

Ne neposredno – kolektor ima enako težo ne glede na orientacijo. Toda oblika nosilca in razporeditev pritrdilnih točk se spreminja. Horizontalna orientacija zahteva več strešnih kavljev, razporejenih po širši površini, s čimer se obremenitev razprši na več točk. Vertikalna orientacija koncentrira obremenitev na manj, vendar robustnejših držal. V obeh primerih je statična obremenitev strehe enaka, vendar se mesta prenosa sil razlikujejo – kar je lahko pomembno pri starih ali oslabljenih strehah.

Zaključek – usmeritev kolektorja ni nepomembna stvar

Izbira med vodoravno in navpično montažo kolektorjev je odločitev, ki vpliva ne le na estetiko vaše inštalacije, ampak tudi na hidravlično vedenje sistema, enostavnost odzračevanja, odpornost proti snegu in vetru ter končno tudi na dolgoročno zanesljivost celotnega solarnega sistema. To ni odločitev, ki bi se sprejemala naključno ali samo na podlagi tega, kaj izgleda lepo na fotografiji.

V večini primerov velja to poenostavljeno pravilo: vertikalna orientacija je hidravlično čistejša in primernejša za večja polja kolektorjev in ravno streho, horizontalna orientacija je nujna tam, kjer to prostor na strehi ali steni enostavno drugače ne omogoča. Pravilen nosilec za vašo situacijo najdete v naši kategoriji pritrditev kolektorjev, kjer so produkti razdeljeni glede na tip strehe in število kolektorjev.

Če niste prepričani pri izbiri, priporočamo, da najprej preberete povezane članke v Znanstvenem centru – predvsem Kako izbrati pravilno pritrditev sončnih kolektorjev – ravna streha, poševna streha ali stena, Kakšen nosilec kolektorjev potrebujem – naklon strehe, tip kolektorja in velikost površine ter Nosilec na ravno streho vs. poševno streho vs. steno – primerjava sistemov pritrditve kolektorjev. Ti članki skupaj tvorijo celovit temelj za informirano odločitev, ki vas bo obvarovala pred nepotrebnimi zapleti pri montaži in tudi v letih delovanja.

Imate vprašanje o tej temi?

Ne morete se odločiti ali rešujete konkretno situacijo v vašem gospodinjstvu? Pišite nam – z veseljem vam bomo svetovali.