Napkollektoros rendszerek primer körének kialakítása

A napkollektoros rendszerek alapvető működési elve, hogy a napkollektorokkal előállított hőenergiát el kell vezetni a napkollektorokból többnyire egy tárolóba. Ehhez különféle működtető, biztonsági, és egyéb szerelvényekkel ellátott csővezeték rendszert kell kiépíteni a napkollektorok és a tároló tartály között. Ezt a zárt kört nevezzük a napkollektoros rendszerekben primer, vagy napkollektor körnek.

A napkollektor kör konkrét kialakítása természetesen függ a megvalósítani szándékozott rendszer típusától. Magyarországon a leggyakrabban alkalmazott napkollektoros rendszer jellemzője, hogy szivattyús keringetésű, zárt, nyomás alatti, kétkörös, és fagyálló folyadékkal kerül feltöltésre. Egy ilyen rendszer kialakítása látható az 1. ábrán. Az ábra szerinti kapcsolás legfontosabb alkotóelemei:

• Napkollektorok
• Hőszigetelt csővezeték rendszer
• Szivattyú
• Biztonsági szerelvények (biztonsági szelep, nyomásmérő, tágulási tartály)
• Mérő, szabályozó és elzáró szerelvények (hőmérők, visszacsapó szelep, térfogatáram mérő, töltő-ürítő csapok stb.)
• Légtelenítő elemek
• Váltószelepek
• Hőcserélő
• Fagyálló hőátadó közeg

1. ábra

Követelmények a primer körben alkalmazható szerelvényekkel szemben

Magas hőmérséklet. A legfontosabb követelmény a primer köri szerelvényekkel szemben a hőmérséklet állóság. A napkollektorokban ugyanis derült időjárás és üresjárat esetén (ha nincs keringés a kollektor körben) nagyon magas hőmérséklet alakulhat ki. Síkkollektoroknál ez megközelítheti a 200°C-ot, míg vákuumcsöves napkollektoroknál előfordulhat akár 250-300°C is. Ez a magas hőmérséklet csak a napkollektorokon belül alakulhat ki, de üresjárat utáni indulásnál rövid ideig a teljes napkollektor kör hőmérséklete rendkívül magas lehet. Az előremenő ág ilyenkor jellemzően 140-160°C-os, míg a hőcserélő utáni visszatérő ág hőmérséklete 100-120°C. A primer körben alkalmazott anyagokkal, szerelvényekkel szemben támasztott követelmény tehát az, hogy károsodás nélkül elviseljék ezeket a magas hőmérsékleteket. A legfontosabb szabály, ami ebből következik, hogy a napkollektor körben nem szabad műanyag anyagú (vagy ún. ötrétegű) csővezetéket használni, valamint a hőszigetelésnek is fokozottan hőállónak kell lennie. A másik fontos következmény, hogy lehetőleg minden berendezést és szerelvényt a hideg ágba építsünk be.

Magas nyomás. A napkollektoros rendszerekben nem csak a hőmérséklet, de a nyomás is többnyire magasabb, mint pl. a hagyományos fűtési rendszerekben. Az alkalmazott biztonsági szelep többnyire 6, vagy 10 bar nyitónyomású. Ügyeljünk tehát arra, hogy minden beépíteni szándékozott berendezés megengedett maximális nyomása magasabb legyen, mint a biztonsági szelep nyitónyomása. Különösen figyeljünk a tágulási tartály kiválasztására, mert a szokásos fűtési tágulási tartályok megengedett nyomása általában nem éri el a 6 bar értéket.

Fagyálló folyadék. Napkollektoros rendszerekben általában monopropilén-glikol fagyálló folyadékot alkalmaznak. Ez környezetbarát, nem mérgező, és nem agresszív folyadék. Ezért rendszerint nem károsítja a beépített anyagokat, sőt, mivel korróziógátló adalékokat is tartalmaz, még védi is a csővezetéket és az egyéb fém anyagokat a korróziótól. A tömítéseknél, egyéb gumi, vagy műanyag elemeknél (pl. tágulási tartály gumimembránja, golyóscsapok tömítése… stb.) azonban ellenőrizzük, hogy gyártó szerint alkalmazható-e az adott termék fagyállóval töltött rendszerben.

Mit hová építsünk be?

Mint minden rendszerben, így a napkollektoros rendszerekben is legfontosabb a biztonsági szerelvények helyes beépítése. Ügyeljünk arra, hogy a hőtermelő berendezés itt a napkollektor, ezért a biztonsági szelepet és a tágulási tartályt a napkollektoroktól nem kizárható módon, tehát elzáró szerelvény beépítése nélkül kell beépíteni. Mivel a szivattyút viszont célszerű elzárható módon szerelni (pl. szivattyú golyóscsapokkal), ezért ebből következik, hogy a biztonsági szerelvények a napkollektorok és a szivattyú közé, a szivattyú nyomó ágába kerülnek. A szivattyú elindulásakor ezért a nyomás nem változik a tágulási tartályt tartalmazó nyomó ágban, hanem a szívó ágban csökken a szivattyú munkapontjának megfelelően. Ez azonban nem jelent problémát, hiszen az üzemi nyomás többnyire 3-4 bar, míg a szivattyú munkaponti emelőmagassága jellemzően csak 0,2-0,4 bar.

Másik fontos szabály, amiről már a magas hőmérséklet támasztotta követelmények ismertetésénél szóltunk, hogy a berendezéseket, szerelvényeket lehetőleg a hideg ágba kell beépíteni. Az 1. ábrát megvizsgálva látható, hogy szinte minden a kollektor kör visszatérő ágába került. Itt van a szivattyú, a tágulási tartály, a biztonsági szelep, a váltószelep, a térfogatáram szabályozó, és a töltő-ürítő szelepcsoport is. Ennek nyilvánvaló oka az, hogy itt alacsonyabb a hőmérséklet, mint az előremenő ágban. A szerelvények maximális megengedett hőmérséklete többnyire csak 90-110°C, a tapasztalat azonban az, hogy ezek rövid ideig képesek károsodás nélkül elviselni ennél kis mértékben magasabb hőmérsékletet is. Ha viszont a meleg ágba kerülnek beépítésre, akkor az üresjárati indulás után előforduló 140-160°C-os hőmérséklet nagy valószínűséggel idő előtt tönkreteszi ezeket.

A tágulási tartály beépítésénél ügyeljünk arra is, hogy a tartályt „lógatva”, a vezetéket föntről lefelé vezetve, a 2. ábra szerint kialakítva kössük be. Ez azzal az előnnyel jár, hogy a kollektor köri vezetékben lévő forró folyadék nem fog gravitációsan feláramlani a tartályba, és így nem károsítja a gumimembránt.

2. ábra

Szoláris szerelési egységek

Manapság a napkollektor köri szivattyút és az egyéb szükséges szerelvények többségét előre gyártott, kompakt, hőszigetelt egységben szokás alkalmazni. Ezeket az egységeket nevezik a gyártók németből tükörfordítás alapján „szolár állomásnak”. E cikk írója szerint azonban helyesebb a „szoláris szerelési egység”, esetleg „szolár hidraulikai blokk” megnevezés használata. Ilyen egységre látható példa a 3. ábrán.

A szoláris szerelési egységek minden esetben tartalmazzák a keringető szivattyút, a szivattyú előtt és után egy-egy elzáró szerelvényt, a biztonsági szelepet, a nyomásmérőt, csatlakozó csonkot a tágulási tartály felé, hőmérőt az előremenő és visszatérő ágban, és többnyire visszacsapó szelepet a szivattyús ágban. Gyakran része a szoláris szerelési egységnek egy mechanikus térfogatáram mérő és egy ezzel együtt beépített töltő-ürítő szelepcsoport is. A közvetlenül egy elzáró szerelvény elé és után beépített töltő és ürítő csapok nagyban megkönnyítik a napkollektor kör feltöltését, átmosatását és kilégtelenítését. Megfelelően nagy térfogatáramú és emelőmagasságú töltőszivattyút alkalmazva ugyanis kellő idejű átmosatással (kb. 10-15 perc) a napkollektor kör kilégteleníthető, anélkül, hogy fel kellene mászni a tetőre, és kinyitni a kézi légtelenítő csapot a kollektorok magas pontján.

A légtelenítést segítheti még a szoláris egység meleg ágába beépített légtelenítő edény. Ez egy viszonylag nagy keresztmetszetű, speciális beömlésű edény, ahol az áramlási sebesség lelassul, így a folyadék által magával ragadott apró légbuborékok az edény tetején össze tudnak gyűlni. Onnan pedig a kézi légtelenítő csap kinyitásával eltávolítható az összegyűjtött levegő.

Fontos megfigyelni, hogy a szoláris egységekben a korábban leírtak szerint a szivattyú, és minden biztonsági és szabályozó szerelvény a hideg ágba kerül beépítésre. A biztonsági szelep és a tágulási tartály csatlakozás pedig a kollektoroktól nem kizárható módon, a szivattyú fölötti ágban található.

A szoláris egységeknek szintén tartozéka lehet még a tágulási tartály tartó fali konzol, valamint tartály bekötéséhez megfelelő hosszúságú rozsdamentes, hajlítható bordáscső, és egy speciális tágulási tartály csatlakozó szerelvény. Ez utóbbi nem más, mint egy szétcsavarható kettős visszacsapó szelep, ami összecsavart állapotában mindkét irányban nyitott, szétcsavart állapotában viszont lezár mind a rendszer, mind a tartály irányába. Ezzel lehetővé teszi a tágulási tartály ellenőrzését és esetleges cseréjét a rendszer leürítése nélkül. A tágulási tartály vezetékébe ugyanis – amint arról már volt szó - nem szabad elzáró szerelvényt beépíteni, hiszen annak véletlenszerű elzárása a tágulási tartály kizárását, és így felmelegedés esetén a biztonsági szelep lefújását eredményezheti. A speciális tágulási tartály csatlakozót viszont nem lehet véletlenül elzárni, de szükség esetén annak szétcsavarásával a tágulási tartály mégis leszerelhető.

A kollektor köri térfogatáram beállítása

A napkollektor köri térfogatáram beállítását és ellenőrzését megkönnyíti, ha a szoláris szerelési egység részeként, vagy különálló szerelvényként beépítenek egy mechanikus térfogatáram mérőt, ún. rotamétert is. A kívánt térfogatáram a rotaméterrel együtt beépített szabályozó szelep fojtásával állítható be. Bár ez többnyire csak golyóscsap, ami elméletileg nem alkalmas pontosabb szabályozásra, a gyakorlat mégis azt mutatja, hogy ennek a segítségével kellő pontossággal beállítható a kívánt térfogatáram. Természetesen a szivattyú által biztosított térfogatáramot a fojtással csak csökkenteni tudjuk. Erre azonban szinte minden esetben szükség van, mivel a szivattyúk névleges térfogatárama - főleg kisebb rendszereknél – általában lényegesen magasabb, mint a megkívánt érték. Ezért a rendszer hidraulikai ellenállása és a szivattyú jelleggörbéje által meghatározott munkapontot fojtással kell eltolni a kívánt kisebb térfogatáram felé. Ettől nem kell félni, a szivattyúnak ez nem árt, a teljesítményfelvétele és így az áramfogyasztása ettől csak csökkenni fog.

Légtelenítés

A kollektor körből a feltöltéskor bennmaradó levegőt és az első felfűtések során kiváló oxigént el kell távolítani, ezért légtelenítő elemeket kell beépíteni. Az általánosan alkalmazott gyakorlattal szemben fontos szabály, hogy a legmagasabb pontra, a kollektorok kilépő csonkjára tilos automata légtelenítőt beépíteni. Még ún. szolár kivitelt sem. Ez ugyanis nem csak a levegőt, hanem az üresjárat esetén előforduló gőzt is kiengedi, ami tulajdonképpen a fagyálló folyadék elengedését, a kollektor köri nyomás leesését eredményezi. Ezért a legfelső ponton csak fémes zárású kézi légtelenítőt alkalmazzunk, amit csak a feltöltés közbeni légtelenítésre használjunk, és utána zárjunk el. Ha pedig biztosak akarunk lenni a légtelenítés hatékonyságában, akkor még építsünk be a rendszer meleg ágába megfelelően hőálló „solar” kivitelű légtelenítő edényt, vagy ún. abszorpciós légtelenítőt. Ezek alkalmasak a még bennmaradó apró mikrobuborékok kiválasztására is. Azonban fontos, hogy ezek tetején lévő automata légtelenítő szelepet se hagyjuk nyitva, mert akkor itt is el tudnának távozni az üresjárat során keletkező gőzbuborékok. Valamennyi légtelenítő elemet csak az első felfűtések során nyissunk ki, utána stabilan zárjuk el ezeket.

Tágulási tartály és a hőcserélő

A napkollektor kör talán legfontosabb két berendezése (persze a napkollektorokon kívül) a tágulási tartály és a hőcserélő. Ezek kiválasztása, beépítése és helyes beállítása nagy mértékben befolyásolja a hasznosítható napenergia mennyiségét. Ezért erről a két berendezésről a napenergia tudástár következő írásaiban részletesen fogunk szólni.

Varga Pál

Magyar Installateur, 2010