Szolár rendszerek melegvíz készítésre, illetve fűtésrásegítésre

Áprilisi lapszámunkban részletesen bemutattuk a napenergiával támogatott használati melegvíz készítés egyik legkedvezőbb ár/érték arányú berendezését, az úgynevezett drainback rendszert. Előnyeit, sajátos működését, valamint jellemző tulajdonságait a legapróbb részletekig ismertettük, de arról sem feledkeztünk meg, hogy felfedjük ennek az egyszerű és innovatív berendezésnek az alkalmazási korlátait is. Ez a nyomás nélküli, visszafolyó elven működő szolár berendezés sajnos bizonyos vezetékhossz felett, illetve magasságkülönbség esetén, valamint fűtésrásegítésre szolgáló rendszerek esetén nem alkalmazható. Ezekre a feladatokra azonban még mindig jó alternatívát jelenthet – megfelelően méretezett kollektor-felület mellett – az úgynevezett nyomás alatti szolár berendezés.

A működés elve

A drainback berendezésekhez hasonlóan a szolár rendszeren belül a kollektormező képezi a „hőtermelő oldalt” azzal a fontos megjegyzéssel, hogy a kollektor a napsugárzás, illetve a napközben begyűjtött energia felhasználható hővé történő átalakításáért felel. Ezt – síkkollektor, illetve a vákuumcsöves kollektor esetén – némileg eltérő módon, de a „végeredményt” tekintve ugyanúgy, az úgynevezett abszorber felületen gyűjti be, amely a hozzá kapcsolódó, a szolárkörben keringtetett hőhordozó folyadékot (víz-glykol keveréket) melegíti fel. A felmelegített közeg – valamilyen hőátadó felületen keresztül – leadja hőmennyiség egy másik közegnek (használati vagy fűtővíz).
A hőtranszport tehát a drainback rendszerekkel alapvetően teljesen analóg, de a nyomás alatti szolár rendszer a belső csővezetékeiben nem tartalmaz levegőt, és meghatározott belső nyomással rendelkezik. A zárt rendszerű központi fűtésekhez hasonlóan az ilyen jellegű szolár berendezéskehez is szükség van tágulási tartályra, mikrobuborék-leválasztóra, légtelenítőre, biztonsági lefúvató szelepre, hogy csak a legfontosabb elemeket említsük. A szolárkör szivattyújának működtetését ebben a rendszerben is a központi szolár szabályozó látja el, de nagyon fontos elem még az úgynevezett szolárállomás, amely magában foglalja a szolárkör szivattyúját, biztonsági szelepét, töltő- és ürítő-csapot, visszacsapó szelepeket, illetve a szükséges térfogatáram beállítására szolgáló rotamétert, karbantartó csapokat, valamint az előremenő/visszatérő szolárkör karbantartó csapjait.

Előnyök a drainback rendszerekhez képest

A nyomás alatti szolár berendezés kollektor-mezője – az alkalmazási feladat függvényében – sík- vagy vákuumcsöves kollektorból állhat. A síkkollektor napsütéses időben képes jó hatásfokkal működni, éppen ezért alapvetően használati melegvíz készítéshez, illetve nyáron, tűző napsütésben úszómedence fűtésére különösen jól alkalmazható, amely tökéletes „hőpazarló” akkor, amikor a kollektormező már nem képes a használati melegvíz-tároló felfűtésére.

Ezzel szemben a fűtésrásegítésre javasolt vákuumcsöves kollektorok még szórt vagy szűrt fényviszonyok mellett is képesek használható hőmennyiség termelésére, ezért hatásfokuk – egész évre vetítve – egyenletesebb. Természetesen a nyomás alatti szolár berendezések esetén is maximált a telepíthető kollektorfelület nagysága, ez az érték azonban jóval magasabb, mint a drainback rendszereknél megadott legnagyobb kollektorfelület.

Különböző gyártói előírások szabályozzák azt, hogy egy adott kollektormező hány darab kollektorból állhat, illetve ezek milyen hidraulikai felépítés szerint helyezhetők el. A drainback rendszerekhez képest a nyomás alatti berendezéseknél a kollektorkör összekötő vezetékének átmérőjét a mező nagysága, valamint hőhordozó közegének szükséges térfogatárama, a szolárkör tágulási tartályának nagyságát pedig a geodetikus magasság, illetve a kollektorkör folyadékmennyiségének űrtartalma határozza meg. Bizonyos vezetékhossz mellett szükség van úgynevezett előtéttartály alkalmazására is, amellyel a stagnálás közben felhevült és elgőzölgött hőhordozó folyadék „kondenzáltatható”, ezzel óvva a szolár tágulási tartály membránját.

Átlátható felépítés, átgondolt telepítés

A kollektormező kollektorai – a drainback rendszerekhez hasonlóan – általában a tetőfedés típusához illeszkedő tetőhorog, valamint speciális profilú sínkészletekkel telepíthetők a tetőre. Természetesen – gyártói adottságok függvényében – lehetőség van a tetősíkban, lapostetőn vagy homlokzaton megvalósított szerelésnek is, melyekhez speciális tartók, valamint kiemelő-keretek szükségesek. A több kollektorból álló mezők esetén hidraulikus bővítő egységek létesítenek kapcsolatot, a kollektorkör csatlakoztatását pedig a kollektormező azonos vagy az ellentétes oldalán kialakított, teljes átáramlást megvalósító bekötések biztosítják. A mező legfelső pontján nagyon fontos szerkezeti elem a szolár légtelenítő egység, amely azonban – a központi fűtési rendszerek automatikus légtelenítőjével szemben – működés közben zárt állapotban van.

Összekötő vezetékként szigorúan tilos műanyag csövet használni, az alkalmazott réz vezetékeket keményforrasztással vagy erre alkalmas préskötéssel kell egymáshoz kapcsolni. Elengedhetetlenül fontos a szolár csővezetékek megfelelő és kellően gondos hőszigetelése, a szükséges szolár hőhordozó folyadék kellő mennyiségének kiszámítása, az előírásoknak megfelelő feltöltés, illetve légtelenítés, valamint a szolár állomáson belül az előre meghatározott térfogatáram beállítása.

Alkalmazási lehetőségek

Szolár rendszerrel támogatott használati melegvíz készítő berendezés esetén két csőkígyóból álló, úgynevezett bivalens melegvíz tárolót alkalmaznak. Ennek alsó csőspirálját a kollektormező, felső részét pedig – elégtelen szolárhozam esetén – a melegvíz tárolóhoz kapcsolódó, alapvetően gázüzemű hőtermelő biztosítja.
Alternatív esetben – ha a tároló belső kialakítása ezt megengedi – lehetőség van külső elektromos fűtőpatron akár utólagos beépítésére is. A bekötés során arra azonban különösen ügyelni kell, hogy a szolárkör a hőátadás során a melegvíztárolón belül megfelelő rétegződést biztosíthasson. Fontos tervezési, kivitelezési tényező még, hogy az adott kollektormező 1 m2-re milyen felületi kialakítással rendelkező, valamint mekkora felületű szolár hőátadó egységgel „működhet” együtt.

Minden szolár berendezés nagyon fontos jellemzője az úgynevezett fedezeti fok, amely megmutatja, hogy a használati melegvíz készítés hőszükségletének hány százaléka biztosítható szolár rendszerrel. Családi, illetve ikerházak esetén hozzávetőlegesen 4-8 m2 kollektor-felületet telepítenek, mellyel nyáron közel 100, éves átlagban pedig kb. 60-70% közötti fedezeti fok érhető el. A szükséges kollektorfelület meghatározásához családi házak, 4-5 fős háztartások esetén „ökölszabályként” alkalmazható, hogy személyenként kb. 1-1,5 m2 síkkollektor felületből kell kiindulni. Ehhez az adathoz kapcsolódik azonban a szükséges tároló űrtartalom meghatározása is, ahol általában a napi melegvíz-szükséglet 1,2-2 szeresét vagy 50 litert rendelnek a teljes kollektor-felület minden egyes négyzetméteréhez.

A használati melegvíz készítés mellett gyakran előforduló igény még a szolár fűtésrásegítés. Sajnos itt általában nagyon sokan téves illúziókat „kergetnek”: régi, magasabb hőfoklépcsőre tervezett/kialakított fűtési rendszerek, illetve nagyobb hőszükségletű lakóingatlanok esetén nem lehet kedvező hatásfokkal működő, fűtésrásegítésre szolgáló szolár berendezést telepíteni. A fűtésrásegítésre szolgáló rendszerek alacsony hőmérsékleti szinten működnek, kb. 30 %-os fedezeti fok mellett, mert minél alacsonyabb a szolár-berendezés rendelkezésére álló hőmérsékletszint, annál hatékonyabban dolgozik. Az optimális munkatartomány a fűtőköri visszatérő bekötéséhez 20 ?C és 40 ?C között van. Például 50/30?C-os hőfoklépcsővel működő fűtési rendszereknél a teljes fűtési időszak alatt optimális feltételek teremthetők függetlenül a besugárzás nagyságától, és attól, hogy egy borús téli napon várható-e egyáltalán energiahozam. Ez persze csak vákuumcsöves kollektorokkal biztosítható, ahol a szükséges kollektorfelület a kifűtendő alapterület tizede, majd a kapott értéket kell egy 0,5-0,8 közötti korrekciós tényezővel megszorozni.

A fűtésrásegítés puffereként 50-70 litert szokás választani kollektorfelület négyzetméterenként, amihez hozzáadódik még a használati melegvíz készítés szükséges tárolókapacitása is. Ennek a két értéknek az összegéből lehet megfelelő űrtartalmú, úgynevezett kombi-puffertárolót választani, amely akár több hőtermelőből (pl. gázkészülék + vegyestüzelésű kazán) álló fűtési rendszerek központi eleme lehet. Az ilyen jellegű kombinált rendszerek működését azonban a következő lapszámban mutatjuk be részletesebben.