Melegvíz-előállítás napkollektorral

A Kárpát-medencére jellemző, hogy évente 200-210 napsütéses órát kapunk ajándékba. A szelektív bevonattal ellátott kollektorok minden egyes négyzetmétere ezeken a napokon kb. 50 liter 50 °C-os melegvizet képes szolgáltatni, függetlenül attól, hogy milyen évszakot írunk. Gyakorlatilag ezek a berendezések csak a besugárzás erősségére érzékenyek, a környezeti hőmérséklet csak kis mértékben befolyásolja teljesítményüket. További 100 napon át a felhőzeten keresztül átszűrődő több-kevesebb fényből annyi energiát képesek hasznosítani, ami az előbbi vízmennyiség 30-35 °C előmelegítésére elegendő.
Gyakorlatilag kimondhatjuk, hogy az év 365 napjából 300 napon keresztül a napkollektorok rendkívül jelentős mennyiségű energiát képesek gyűjteni, így tervezhető olyan berendezés, amely egy család melegvíz igényének 66-75%-át biztosítani tudja. A meteorológiai adottságokat figyelembe véve hazánkban olyan berendezések telepítése célszerű, melyek a napsütésmentes időszakokra el vannak látva kiegészítő fűtéssel, így nemcsak a zökkenőmentes melegvízellátást képesek biztosítani, hanem a felhős napokon is működő kollektorokkal ilyenkor is jelentős mennyiségű energiát takaríthatunk meg. Lássuk, hogyan néz kis egy jól működő berendezés.
Legszerencsésebb az, ha épülő házhoz kell elkészíteni a melegvíz-előállító berendezést, vagy a telepítés egy komplett felújításhoz csatlakozik. Ilyenkor nem kell alkalmazkodnunk a már meglévő berendezéshez, hanem alkalmazhatjuk a rajzon látható, jól bevált rendszersémát. A napenergia gyűjtése, tárolása, illetve - felhős időben - a víz utánfűtése egy tárolóban történik. A tapasztalatok szerint ez a legszerencsésebb megoldás. A tároló aljába kerül a vezetékes hálózatból a hideg víz. A napenergia minden esetben a lehető leghidegebb ponton fejti ki a hatását, így biztosítható, hogy szűrt napfény estén is maximálisan kihasználhassuk a kollektorok teljesítőképességét.
Amint a napsugárzás intenzitása elegendő ahhoz, hogy a napkollektorok néhány fokkal túlmelegedjenek a tároló aljában lévő hőérzékelő ponthoz képest, az elektronika parancsot ad a szivattyúnak az üzemre. A fagyálló folyadék megmozdul, és a hőenergiát a tárolóba épített hőcserélő készüléken keresztül az édesvíznek adja át. Maga a hőcserélő lehet a tárolóba fixen behegesztett csőkígyó, vagy beépített bordáscsöves típus is. A hőcserélő környeztében felmelegedett víz a gravitáció hatására fölszáll, és a hőmérsékletének megfelelő helyét elfoglalja a tartályban, melyben igen erős rétegződés figyelhető meg. A folyamat egészen addig tart, amíg a fent említett feltétel teljesül, ill. a tároló egészében átmelegedve el nem éri a beállított maximális hőmérsékletet. Az utánfűtésre beépített eszköz, amely elektromos patron, vagy kazán hőcserélője is lehet, fizikailag mindig a solar hőcserélője fölött helyezkedik el. Ez a műszaki megoldás egy részről azt eredményezi, hogy a segédenergia csak egy biztonsági melegvízkészletet fűt, tág teret engedve a napenergiának. Másrésztől kevésbé napsütéses napokon az utánfűtő regiszter már előmelegített vizet melegít, így kevésbé hűti vissza a kazán fűtővizét, ezzel is energiát takarítva meg.

Méretezés

Mekkora legyen a kiválasztott berendezés, mekkora legyen a tároló? A berendezést mindig az átlagos melegvízhasználathoz méretezzük. Túlméretezni nem érdemes, hiszen fajlagosan rendkívül drága beruházásról van szó, ráadásul egy nagyobb berendezéssel sem lehet jelentősen több energiát megtakarítani. Első teendő a vízfogyasztási szokások felmérése. Ez egyénenként, illetve családonként rendkívül változó! Lássuk az alábbi példát: A családfő arról számol be, hogy a négytagú családját pontosan kiszolgálja egy 80 literes villanybojler. Tovább faggatózva megtudjuk, hogy éjszakai árammal működő készülékről van szó. Ebből következik, hogy egy nap csak egy felfűtés lehetséges, így már csak a hőfokszabályzót érdemes megnézni. Meglepődve tapasztaljuk, hogy maximumra van állítva, tehát 85 °C a vízhőmérséklet, melyet nyílván hidegvíz hozzákeverésével szelídítenek megfelelő hőfokúvá.
Napenergiás rendszernél sohasem tárolunk vizet magas hőmérsékleten, hiszen ilyenkor jelentősen megnőnek a veszteségek. Elsősorban télen maga a kollektor szenved el hatásfokcsökkenést. Ideális esetben a tárolt víz hőfoka 45-55 °C. Lefordítva, a fenti család 12 °C-os hálózati víz esetén: (85-12) x 80 = (50-12) ´ X.
X=153 liter 50 °C-os melegvizet használ el naponta. Az alkalmazandó tároló méretére álljon itt egy tapasztalati vízfelhasználás szorzó: 1,2-1,5. Tehát jelen esetben egy 200 literes tároló alkalmazása javasolt.
Mekkora legyen a napkollektor? Ahelyett, hogy hosszas fejtegetésekbe kezdenék a különböző évszakokban várható napi összes, és hasznosítható sugárzásról, szintén egy jól bevált mankót ajánlunk: 1 m2 szelektív bevonatú kollektor 50 liter melegvíz-tárolókapacitást kíván. Tehát a fenti négytagú család számára 4 m2 kollektor beépítése javasolt. Ilyen arányokkal felépített rendszer a szerző tapasztalata szerint a következő eredményeket hozza:

Időjárási körülmény

Tároló hőmérséklete a nap végén utánfűtés nélkül

Nyári napsütéses nap	Napsütéses nap átmeneti időben	Borult nyári nap	Borult nap átmeneti időben
65-75 °C	50-65 °C	35-40 °C	25-30 °C

Alkalmazott anyagok, termékek

A tárolóval kapcsolatban kívánalom az erősített hőszigetelés (min. 50 mm). A függőleges elrendezés, a beépített vagy beépíthető solar hőcserélő, az utánfűtés lehetősége, a hőérzékelő kiépített helye, illetve a cirkulációs csonk. Hőérzékelő elhelyezésénél fontos, hogy a hőcserélő közelében, illetve közvetlenül fölötte helyezkedjen el, de semmiképpen nem lehet a hőcserélő alatt. Jó működést biztosít a solar hőcserélő kilépő pontján elhelyezett hőérzékelő is.
Solar berendezéseknél solar vezeték számára kizárólag a rézcső jöhet szóba, mert a berendezésnek rendkívül szélsőséges követelményekkel szemben kell helytállni; fagyálló közeg, szélsőséges működési hőmérsékletek (-15 °C...+125 °C, de üzemszünet esetén a kollektorok környezetében előfordulhat 160-180 °C-os hőmérséklet is). Mindazonáltal ilyen berendezéseknél, melyek felülete nem haladja meg a 30 m2-t, megengedhető a lágyforrasztás is. Az alkalmazandó csőátmérő minimum 18x1 mm, amely kb. 12 m2 kollektorfelületig elegendő, de ha valaha is bővítés jöhet szóba, érdemes 22x1 mm-es átmérőjűt alkalmazni, hiszen egy fűtésrásegítő-berendezés kollektor igénye 16-24 m2. A solar cső hőszigetelésére leginkább a kasírozott szárazanyagok alkalmasak. Hajlékony rézcső esetén olyan műkaucsuk hőszigetelés jöhet szóba, mely tartósan elviseli a 150 °C-os hőmérsékletet. A polifoam csőhéjak erre nem alkalmasak. A hőszigetelés vastagsága minimum az alkalmazott csőátmérővel egyezzen meg. A csővezetékkel ki kell építeni a gépészettől a kollektorig egy kisfeszültségű elektromos vezetéket a hőérzékelő számára.