Le kell-e takarni nyáron a napkollektorokat, vagy azok e részét ponyvával, esetleg motoros redőnnyel? Meg kell-e kérni a szomszédot, hogy nyári szabadságunk alatt minden nap jöjjön át és engedje ki a tárolóból a napkollektorokkal felmelegített vizet? Igen, ha rosszul megtervezett és kivitelezett napkollektoros rendszerünk van. Gondosan megvalósított rendszerek viszont a nyári üresjárati, pangási állapotot is képesek károsodás nélkül elviselni, a biztonságos üzemeltetéshez nem szükséges extrém intézkedéseket megtenni.
Előző írásunkban - Napkollektoros rendszerek üresjárati, pangási állapota (1) - részletesen ismertettük a napkollektoros rendszerek üresjárati, pangási állapotában előálló gőzképződési folyamatot. Megállapítottuk, hogy a gőzképződést jelentősen befolyásolja a napkollektorok leürülési képessége. Ha a képződő gőz akadálytalanul és így gyorsan ki tudja nyomni a folyadékot a napkollektorokból a tágulási tartályba, akkor viszonylag kevés gőz képződik, és a hőmérséklet csak a napkollektorok környezetében emelkedik meg kritikus mértékben. Ha viszont a gyors leürülést a napkollektorok belső csövezése, bekötése, vagy a rendszer leürülés szempontjából előnytelen kialakítása meggátolja, akkor nagyobb mennyiségű folyadék alakul át gőzzé. Ez pedig azt eredményezheti, hogy a kritikus hőmérsékletű zóna kiterjedtebb lesz, elérheti a tágulási tartályt és az egyéb szerelvényeket is, és ezek meghibásodását okozhatja.
A gőzképződés teljesítménye
A napkollektorokban a gőzképződés hőenergia termeléssel jár. A jó leürülési képességű napkollektoroknál a gőztermelés rövid ideig tart, és a napkollektorok teljesítménye ennek során kb. 20 W/m2. A rossz leürülési képességű napkollektoroknál viszont a gőzképződés tovább tart, és a napkollektorok hőteljesítménye is magasabb, kb. 120 W/m2. A napkollektorokban képződő gőz a csővezeték rendszerbe tágul, ahol lehűl, kondenzálódik, és így visszaalakul folyadékká. Egy átlagosan hőszigetelt csővezeték méterenkénti hőleadása a gőzképződés hőmérsékletén kb. 25-35 W/m. A teljesítmény értékekből kiszámítható, hogy a gőz milyen hosszú csővezeték szakaszon jelenik meg. Rossz leürülési képességű napkollektoroknál a gőzzel telített csővezeték szakasz nagyon hosszú lehet. Például egy átlagos használati-melegvíz készítő rendszer 6 négyzetméter felületű napkollektor mezőjének a gőzteljesítménye rossz leürülési képesség esetén 6x120=720 W. Ez pedig 25 W/m csővezeték hőleadás mellett 25-30 méter gőzzel telített csővezeték hosszt jelent. Még rosszabb a helyzet, ha egy fűtésre is rásegítő kombi rendszer nagy felületű napkollektor mezőjét vizsgáljuk. Ilyen esetben majdnem biztos, hogy a gőz eléri a gépészeti helyiséget, a tágulási tartályt, a szivattyús egységet, és a hőcserélőt is.
1. ábra.
A gőzzel telített csővezeték hossza jó, és rossz leürülési képességű napkollektoros rendszereknél
A tágulási tartályba menő ág visszahűtése
A napkollektor körbe beépített berendezések, szerelvények többsége maximum 110°C fokos hőmérsékletet tud károsodás nélkül elviselni. A gőzképződés során a csővezetékbe kitáguló gőz-folyadék keverék hőmérséklete ennél lényegesen magasabb, ezért meg kell akadályozni, hogy a gőz szintje elérje a szerelvényeket. Ezt a tágulási tartály megfelelő elhelyezésével és az abba vezető ág helyes kialakításával többnyire el lehet elérni. A tágulási tartályt mindig lefelé tartó csővezeték szakasszal kell bekötni, és ezt az ágat nem szabad hőszigetelni. Sőt, kritikus esetben – rossz leürülési képességű kollektoros rendszerek esetében – a tágulási tartályba menő ágba hűtőcsövet, hűtőtestet, vagy előtét tartályt kell beépíteni (2/a. ábra). Hűtőcsőnek például bordás fűtőcsővet, hőtőtestnek pedig lapradiátort lehet alkalmazni, az előtét tartály pedig egy hőszigetelés nélküli üres tartály. Ezek alkalmazása üzemszerűen nem okoz érzékelhető hőveszteséget, hiszen a tágulási tartályhoz menő vezetékben nincs áramlás. Gőzképződés esetén viszont hatékonyan visszahűtik a tágulási tartályba bemenő forró közeget, ezáltal védik a tágulási tartályt, és a gőz-folyadék fázishatárt a biztonsággal a védendő szerelvények szintje fölött tartják. A 2/b. ábrán egy hűtőhurok kialakítása látható, melyben szintén csak gőzképződés esetén van áramlás.
2. ábra
Hűtőcső alkalmazása a gőz visszahűtésére
További védelmi megoldások a gőzképződés okozta túlmelegedés ellen
Jó leürülési képességű és nem túlméretezett napkollektoros rendszerek esetén a megfelelő méretű, jól beállított és a fentiek figyelembevételével bekötött és elhelyezett tágulási tartály általában elegendő védelmet ad az üresjárati gőzképződés esetére is. Kedvezőtlen körülmények esetén azonban - ilyenek elsősorban a túlméretezett napkollektor felület, és a rossz leürülési képességű rendszer - további védelmi és visszahűtési megoldások alkalmazására is szükség lehet. A legnagyobb problémát általában a téli fűtésrásegítés miatt túlméretezett vákuumcsöves napkollektorokból álló rendszerek nyári üzeme jelenti.
A leggyakrabban alkalmazott túlmelegedés elleni védelmi megoldások:
- Tároló éjszakai visszahűtése a napkollektorokon keresztül, a napkollektor köri szivattyú járatásával. Ehhez olyan napkollektoros szabályozót kell alkalmazni, amelyikbe ez a funkció be van építve.
- Tároló visszahűtése hidegvízzel, a melegvíz automatikus, szabályozott kiengedésével.
- Napkollektor kör visszahűtése termoventillátorral, vagy egyéb hűtőfelülettel, a napkollektor köri szivattyú járatásával.
- Szabadtéri medence fűtése (ha van ilyen). Ebben az esetben természetesen ügyelni kell arra, hogy a medencét csak a megengedett maximális vízhőmérsékletig szabad felfűteni. Különösen ügyelni kell annak a biztosítására is, hogy a forró napkollektor köri fűtőközeg a medence hőcserélőn keresztül kárt ne tudjon tenni a medence műanyagcsőből készült vízforgató körében.
- A napkollektorok letakarása. A takarás lehet fixen felszerelhető ponyva, de néhány árnyékolástechnikai cég kínálatában ma már fellelhető a napkollektorokra szerelhető motoros redőny is. Ezeket elsősorban a vákuumcsöves napkollektorokhoz javasolják felszerelni.
A feni védelmi megoldások általában további plusz beruházási és üzemeltetési költségeket jelentenek. Figyelembe kell venni azt is, hogy ezek csak akkor tudnak működésbe lépni, ha az áramellátás biztosított. Áramkimaradás esetén, vagy a visszahűtő berendezés egy elemének meghibásodása esetén a túlmelegedés elleni kiépített rendszer nem tudja megvédeni a napkollektoros rendszert.
Felhasznált irodalom: Robert Hausner, Christian Fink: Stagnation behaviour of solar thermal system
Megjelent az Épületgépész 2014/1. számában
Az Épületgépész a Magyar Épületgépészek Szövetségének lapja
