Ahhoz, hogy a Nap energiáját a lehetõ legjobban hasznosító, üzembiztos és hosszú élettartamú rendszer valósuljon meg, gondos tervezés és kivitelezés szükséges. Az alábbiakban a napkollektoros és a hagyományos rendszerek közötti legfontosabb különbségek, valamint a napkollektoros rendszerek tervezése és kivitelezése során leggyakrabban elkövetett hibák kerülnek - a teljesség igénye nélkül - ismertetésre.

Magas hõmérséklet

Talán a legfontosabb, amire egy napkollektoros rendszer megvalósítása során ügyelni kell, az a kollektor körben elõforduló igen magas hõmérséklet. A mai korszerû napkollektorok maximális belsõ, üresjárati hõmérséklete elérheti a 180-200°C-ot is. Ha ilyen üresjárat után elindul a kollektor köri keringtetés, akkor rövid ideig ez a magas, 100°C feletti hõmérséklet jelenik meg a teljes rendszerben. Minden beépített elemnek olyannak kell tehát lennie, hogy ezt károsodás nélkül elviselje. A legfontosabbak, amire oda kell figyelni:

• Kollektor köri csõvezetéknek nem szabad mûanyag, vagy ún. többrétegû csöveket alkalmazni. Erre a célra a legjobb megoldás a vörösréz anyagú csõvezeték.
• Csõrögzítésnek nem szabad mûanyag, pattintós csõbilincset használni, mert ez megolvad, és nem tartja megfelelõen a csövet.
• A csõvezeték rendszert természetesen teljes terjedelemben hõszigetelni kell, de erre a célra a hagyományos habosított hõszigetelõ csõhéjak nem alkalmasak. Ezek a kollektor köri csõvezetéken idõvel a magas hõmérséklet hatására összezsugorodnak és leolvadnak. Magyarországon is beszerezhetõk már olyan szintetikus gumi anyagú csõhéjak, melyek rövid ideig akár 175°C-nak is ellenállnak, vagy alkalmazhatók kõzet-, vagy üveggyapot anyagú szigetelések.
• A magas hõmérséklet egyben nagy hõtágulást is jelent. Erre fokozottan oda kell figyelni a csõvezeték nyomvonalának és rögzítésének kialakításánál.
• A napkollektoros rendszert úgy kell kiépíteni, hogy lehetõleg minden hõmérsékletre érzékeny szerelvény (szivattyú, tágulási tartály, visszacsapó szelep, biztonsági szelep… stb.) a hõcserélõ utáni, hideg ágba kerüljön.

Magas üzemi nyomás

Mivel a napkollektorokban nagyon magas hõmérséklet állhat elõ, ezért a hõhordozó közeg forrását csak úgy lehet elkerülni, ha a rendszert viszonylag magas, 4-5 bar üzemi nyomásra töltik fel. A nyomás emelésével ugyanis a forráspont is növekszik. Ezért nem a fûtési rendszerekre jellemzõ 2,5 bar, hanem 6 bar nyitónyomású biztonsági szelepet kell beépíteni. Ez viszont természetesen azt is jelenti, hogy valamennyi rendszerelemnek bírnia kell a 6 bar nyomást. Elsõsorban a tágulási tartály kiválasztására kell ügyelni, hiszen az általánosan alkalmazott fûtési tágulási tartályok többsége csak ennél alacsonyabb nyomással terhelhetõ.

Tágulási tartály méretének megválasztása

A hagyományos fûtési rendszerekben a hõhordozó közeg általában víz, a maximális hõmérséklet pedig nem magasabb 90°C-nál, ezért a zárt tágulási tartály méretének megállapítása viszonylag egyszerû. A kollektoros rendszerek azonban ehhez képest halmozottan hátrányos helyzetben vannak.

• a hõhordozó közeg fagyálló folyadék, melynek a hõtágulási együtthatója magasabb a víznél,
• a hõmérséklet maximális értéke magasabb, a kollektorokban elérheti a 180-200°C-ot is, de rövid idõre akár a hideg ágban is meghaladhatja a 120-140°C-ot.
• a magas kollektor hõmérséklet miatt nem zárható ki az, hogy a hõhordozó közeg a kollektorokban felforr, és így gõz keletkezik. A gõz ekkor kinyomja a kollektorokból a folyadékot, ezért a tágulási térfogat kiszámításakor a folyadék hõtágulásához a kollektorok térfogatát is hozzá kell adni.

1. ábra A fagyálló folyadék és a víz relatív térfogatváltozása a hõmérséklet függvényében

Nem csak a kollektoros rendszerekre vonatkozó speciális probléma, de fel kell hívni a figyelmet a tágulási tartály levegõ oldali elõnyomásának helyes beállítására is. Sokszor tapasztalható, hogy a rendszert a tágulási tartály elõnyomásának ellenõrzése és beállítása nélkül töltik fel. Márpedig a tartály csak akkor tudja ellátni a feladatát, ha ezt megtették. A helyes levegõ oldali elõnyomás a rendszer hideg állapotban tervezett üzemi nyomásának kb. 90%-a. Ha például a hideg rendszernyomás 4 bar, akkor a tágulási tartályt feltöltés elõtt 3,6 bar nyomásra kell beállítani.

Fagyálló folyadék

A napkollektoros rendszereket az egész éves használat miatt fagyálló hõátadó folyadékkal kell feltölteni. Fontos, hogy erre a célra csak nem mérgezõ fagyálló alkalmazható. Erre egészségvédelmi szempontból van szükség, hiszen, ha egy használati-melegvíz készítõ rendszerben kilukad a hõcserélõ, akkor a fagyálló az ivóvíz hálózatba kerülhet. A kollektoros rendszerekben általában propilénglikol-víz keveréket alkalmaznak, amely amellett hogy nem mérgezõ, biológiailag teljes mértékben lebomlik, ezért nem terheli a környezetet sem.

Régen gyakori volt a napkollektoros rendszerek vízzel feltöltése, és téli üzemen kívül helyezése, leürítése. Ez azonban ma már semmiképpen sem követendõ megoldás. Egyrészt a korszerû kollektorok a téli félévben is jelentõs mennyiségû napenergiát tudnak hasznosítani, másrészt a fagymentesítést a leürítésre bízni meglehetõsen kockázatos dolog. Egy korai, vagy éppen késõi fagy, esetleg a tökéletlen leürítés miatt bennmaradt víz végzetes tönkremenetelt okozhat. A ciklikusan leürített és feltöltött állapot kedvez a korróziónak és a vízkövesedésnek is.

Csõvezeték mérete

Napkollektoros rendszerek csõvezetékét ugyanúgy kell méretezni, mint a hagyományos rendszerekét. Nem szabad azonban elfeledkezni arról, hogy a szállított közeg nem víz, hanem fagyálló folyadék, aminek a viszkozitása - különösen alacsony hõmérsékleten - lényegesen magasabb mint a víznek. A kézikönyvekben megadott csõvezeték nyomásveszteség diagramok, valamint a szivattyú jelleggörbék is víz közegre vannak megadva, ezek tehát korrekció nélkül nem alkalmazhatók. A magasabb viszkozitás miatt a fagyállóval töltött rendszerek nyomásvesztesége akár 30-40%-al is több lehet. Ennek ellenére inkább tapasztalható az, hogy a kisebb napkollektoros rendszerek csõvezetékeit - talán a túlzott óvatosság miatt - erõsen túlméretezik. Pedig a fölöslegesen nagy csõméret csak drágábbá teszi a rendszert, a csõátmérõvel általában nem növekvõ szigetelés falvastagság miatt megnõ a hõveszteség, nagyobb rendszertérfogat miatt több fagyállóra lesz szükség, valamint nagyobb lesz a rendszer tehetetlensége is.

2. ábra A fagyálló folyadék és víz dinamikus viszkozitása

3. ábra Egyenes csõvezeték nyomásvesztesége fagyálló és víz közeg esetén

Hõcserélõ méretezése

Mivel a kollektorokban fagyálló folyadék kering, a fûteni kívánt közeg pedig általában víz, ezért szükség van hõcserélõ alkalmazására. Ez kisebb rendszereknél általában belsõ, tartályba beépített hõcserélõ. Fontos azonban, hogy a hõcserélõ felülete megfelelõen nagy legyen. Ha kicsi a hõcserélõ, akkor a kollektorok csak magasabb hõmérséklet-különbség mellett tudják átadni teljesítményüket a fûtött tároló vizének. A magasabb kollektor hõmérséklet pedig rosszabb kollektor hatásfokot, így kevesebb hasznosított napenergiát eredményez. A rosszul megválasztott hõcserélõ akár 30-40%-ban is csökkentheti a kollektoros rendszer teljesítményét. Ennek elkerülése érdekében olyan hõcserélõt kell választani, hogy a belsõ hõcserélõ/napkollektor felület viszonya legalább 0,2 legyen simacsöves hõcserélõnél és 0,3-0,4 legyen ún. bordáscsöves hõcserélõnél.

Nagyobb kollektor felület esetén ez a viszonyszám már belsõ hõcserélõvel nem teljesíthetõ, ezért ilyenkor külsõ, általában lemezes hõcserélõt kell alkalmazni. Ezt azonban szintén gondosan, számítógépes méretezés alapján kell kiválasztani. Soha nem szabad csak a hõcserélõre megadott névleges teljesítmény alapján dönteni, ezt ugyanis nem a napkollektoros rendszerekre érvényes hõmérsékletek és térfogatáramok figyelembevételével adják meg. A hagyományos fûtéstechnikában a primer és a szekunder közeg közötti 50-60°C körüli hõmérséklet-különbség normálisnak számít, kollektoros rendszerekben azonban az 5°C körüli érték a kívánatos.
Különösen igazak fentebb elmondottak a medencék fûtésére alkalmazott csõköteges hõcserélõkre. Ezeknek a hõcserélõknek egy elõnyük van: kicsi a köpenytér köri ellenállásuk, ezért a viszonylag nagy térfogatáramú vízforgató körbe is közvetlenül beépíthetõk. Hõtechnikai tulajdonságaik viszont katasztrófálisan rosszak. Fõleg a rövid, tömzsi kialakítású hõcserélõk csak nagyon magas hõmérséklet-különbség mellett képesek a névleges teljesítményük átadására. Ilyen hõcserélõ alkalmazásakor - még a viszonylag hideg medence fûtésekor is - a kollektorok hõmérséklete eléri, vagy akár meg is haladja a 80-90°C-ot. Ez pedig csak a laikusok számára lehet kívánatos. Sajnos sokan gondolják úgy, hogy a kollektoros rendszer akkor mûködik jól, ha kollektorok hõmérséklete minél magasabb. Ez nem így van! A jól megvalósított rendszernél a kollektorok hõmérséklete csak 10-20°C-al lehet magasabb annak a közegnek a hõmérsékletnél amit fûtenek, és megfelelõ napsütés esetén a kollektor hõmérséklet együtt emelkedik a felfûtött közeg hõmérsékletével.

A napkollektorok felszerelése

A napkollektorokat általában az épületek tetõfelületére szerelik fel. Természetesen fontos, hogy a felszerelés a tetõ beázásának veszélyeztetése nélkül történjen, az alkalmazott tartószerkezetek karbantartást, festést ne igényeljenek, élettartamuk legyen azonos, vagy hosszabb, mint a kollektorok élettartama. A helyszínen, acélból hegesztett, és úgy-ahogy lefestett tartószerkezet néhány év - a rozsdásodás megindulása - után nem válik a ház díszére.

Ügyelni kell az esztétikus és praktikus elhelyezésre is. A kollektoroknál a jó tájolás és dõlésszög fontos, de nem annyira, hogy e cél érdekében megérné a kollektorokat a tetõ síkjától jelentõsen eltérõ síkba kiemelõ, robosztus és ronda tartószerkezetre felszerelni. Nem szerencsés az sem, ha több, eltérõ tájolású kollektormezõt alakítanak ki. Az ilyen rendszer csak akkor mûködhet helyesen, ha az egyes mezõket hidraulikailag és szabályozás tekintetében is külön választják. Vagyis minden eltérõ kollektormezõhöz külön szivattyút és elõremenõ csõvezetéket, valamint külön kollektor érzékelõt kell beépíteni.

Gondosan kell eljárni a külsõ térben vezetett kollektor köri csõvezetékek hõszigetelésénél is. A legjobb megoldás, ha minél kevesebb csövet vezetnek a szabadban. Ha ez mégis szükséges, akkor az alkalmazott hõszigetelésnek UV-állónak kell lennie. Ilyen pedig habosított szigetelõanyagban nincs, legfeljebb csak olyan, ami egy kicsivel késõbb megy tönkre. Ezért az ilyen szigetelést le kell festeni speciális védõfestékkel, de még jobb, ha alumínium keményhéjalást alkalmaznak. Ez utóbbi véd a madarak és a rágcsálók ellen is.

Feltöltés, légtelenítés

A napkollektoros rendszert a kiépítés után fagyálló folyadékkal kell feltölteni, mégpedig úgy, hogy utána többet ne kelljen újra utánatölteni. Ez azért fontos, mert a fagyálló folyadékkal való feltöltés külön töltõszivattyút, és szakértelmet is igényel. Ezt nem lehet rábízni a rendszer laikus tulajdonosára. Mindenképpen el kell kerülni azt is, hogy az esetleges nyomásesést a vízhálózatról való rendszeres feltöltéssel pótolják, mert ez a fagyálló folyadék ellenõrizhetetlen hígulását, végsõ soron a kollektorok szétfagyását okozhatja.

A stabil üzemi nyomás feltétele a tömör és megfelelõen kilégtelenített rendszer. Tömörtelenség elsõsorban az oldható kötéseknél, hollandis csatlakozások tömítéseinél szokott elõfordulni. Kollektoros rendszerekben a magas hõmérséklet miatt csak megbízható, fémes, vagy hõálló gumi (viton) anyagú tömítéseket szabad alkalmazni, illetve törekedni kell arra, hogy a meghibásodási helyek száma minél kevesebb legyen.

Szintén nagyon fontos a feltöltés során a tökéletes légtelenítés. A kollektoros rendszerek legmagasabb pontja többnyire a kollektorok kilépõ csonkja, ahová a magas hõmérséklet és az esetleges gõzképzõdés miatt nem szabad automata légtelenítõt beépíteni. Ha mégis ezt teszik, akkor garantált, hogy ez rövid idõn belül tönkremegy. A felsõ ponton tehát csak kézi légtelenítõ alkalmazható. A feltöltés során a légtelenítést csak átöblítéssel lehet elvégezni, ennek pedig feltétele, hogy a csõvezetékbe legyen beépítve egy elzáró szerelvénnyel elválasztott töltõ- ürítõcsap kombináció. Átöblítéssel a levegõ nagy része kiválaszható. A maradék kis mennyiségû levegõ, illetve oxigén kiválasztására pedig célszerû beépíteni légtelenítõ edényt, vagy abszorpciós légtelenítõt.

4. ábra Napkollektoros rendszer feltöltése és légtelenítése

Szabályozás

A napkollektoros rendszerek szabályozásánál az alapvetõ feladat az, hogy a kollektor köri szivattyút a kollektorok és a fûtött közeg közötti hõmérséklet különbség függvényében kell vezérelni. A szivattyú csak akkor járhat, ha a kollektorok hõmérséklete megfelelõ értékkel magasabb a fûtött tároló hõmérsékleténél. Csak a kollektorok abszolút hõmérsékletének mérése (pl. egy termosztáttal) tehát nem elegendõ. A legegyszerûbb, egy tároló fûtésére alkalmas szivattyús napkollektoros rendszert is hõmérséklet-különbségre kapcsoló szabályozással kell ellátni. Az ilyen szabályozáshoz minimum két érzékelõ tartozik. Egyikkel a kollektorok, másikkal a fûtött tároló hõmérsékletét kell mérni. Nagyon fontos, hogy az érzékelõk megfelelõ módon, és megfelelõ helyen legyenek.

A kollektorok hõmérsékletét ott kell mérni, ahol a hõmérséklet közel megegyezik a kollektorból kilépõ hõmérséklettel. A legtöbb gyártó erre a célra érzékelõ hüvelyt helyez el a kollektorban, vagy a csatlakozó készletben. Gyakori hiba, hogy a kollektor érzékelõt egyszerûen a csõvezetékre bilincselik, ráadásul a kollektortól viszonylag messze és a kilépõ csonktól lejjebb. Az ide helyezett érzékelõ csak jelentõs késéssel, vagy egyáltalán nem reprezentálja a kollektorok hõmérsékletét.

Fontos a tároló érzékelõ elhelyezése is. A tárolókban a víz hõmérséklet szerint rétegzõdik, ezért nem mindegy, hogy milyen magasságban helyezik el az érzékelõt. Belsõ hõcserélõ esetén a hõcserélõ magasságában, külsõ hõcserélõ esetén pedig a szívócsonk közelében kell mérni a tároló hõmérsékletét.
Szintén gyakori hiba, hogy elkészül a kollektor köri csõvezeték, de elfelejtenek vezetéket kiépíteni a kollektor érzékelõ számára. Fontos, hogy erre a célra egy legalább 0,75mm2 keresztmetszetû, kéteres, az épület erõsáramú vezetékeitõl független, kábelt kell kiépíteni.

A mai napkollektoros rendszerek szabályozása természetesen a fentebb leírt egyszerû hõmérséklet-különbség kapcsolásnál lényegesen összetettebb is lehet. A korszerû mikroprocesszoros szabályozók számtalan funkcióval rendelkeznek, pl. több tároló és kollektormezõ szabályozására alkalmasak, változtatják a normál szivattyúk fordulatszámát, hõmennyiséget mérnek, rétegtöltést és bonyolult elõnykapcsolási sorrendeket tesznek lehetõvé… stb. Célszerû azonban törekedni a minél egyszerûbb, a felhasználó számára is áttekinthetõ rendszer kialakítására.

Szerelési sorrend

Általános tapasztalat, hogy a napkollektoros rendszerek megvalósítását a kollektorok felszerelésével kezdik. A kollektorok már a szerkezetkész házra felkerülnek, a gépészeti szerelés pedig csak ezután kezdõdik. A kollektorok sokszor hónapokig, esetleg az építkezés és a beköltözés elhúzódása miatt évekig várakoznak a tetõn - kitéve a tûzõ napsugárzásnak - amíg minden elkészül, és használatba veszik õket. A tartós üresjárati magas hõmérséklet pedig egy kollektornak sem használ. A helyes sorrend tehát az lenne, ha a kollektorokat utoljára, az építkezés befejezésekor szerelnék fel. Ha ettõl a sorrendtõl mégis el kell valami miatt térni, akkor célszerû a kollektorokat a használatbavétel idejéig letakarni.

Természetesen a fent leírtakon kívül még számtalan fontos dolog van, amire a kollektoros rendszerek megvalósításakor ügyelni kell. Ezek egyike sem olyan azonban, amit kellõ odafigyeléssel és körültekintéssel ne lehetne betartani. Aki jó épületgépész szakember, az jó napkollektoros rendszert is tud készíteni. Az a beruházó, építtetõ pedig, aki hajlandó a környezet védelme érdekében a napkollektoros rendszerrel járó többletköltségeket fedezni, megérdemli, hogy cserébe egy jól mûködõ, hosszú élettartamú berendezést kapjon.