Ochrona przed przegrzewaniem z zapewnieniem wysokiej efektywności energetycznej

Podstawowa zasada doboru instalacji solarnej zakłada, że jej rozmiary powinny odpowiadać potrzebom w taki sposób, aby zapewnić jak najwyższe uzyski ciepła (rocznie kWh/m2rok). Zasadniczo im praca instalacji odbywa się na niższym poziomie temperatury roboczej, tym osiągana jest wyższa sprawność i uzyski ciepła. Tak więc sytuacje przegrzewania instalacji solarnych powinny mieć charakter incydentalny, a ochrona przed nimi nie powinna wpływać na trwałe obniżanie efektywności pracy w normalnym trybie pracy. 

Priorytetem musi pozostawać efektywność energetyczna instalacji solarnej, od czego zależy kluczowa kwestia opłacalności inwestycji (rys.1). Jest to o tyle istotne, że niektóre z rozwiązań technicznych przedkładają kwestię ochrony przed przegrzewaniem nad efektywność pracy i koszty inwestycji.

Pobierz porównanie podstawowych parametrów sprawnościowych dla kolektorów płaskich z powłoką absorbera PVD (95/5%) oraz z powłoką ochronną  link do pdfa

Po pierwsze… optymalny dobór

Dobór instalacji solarnej zgodnie z zaleceniami projektowymi zakłada nie tylko określoną wydajność instalacji solarnej w stosunku do potrzeb ciepła, ale również odpowiednie dopasowanie do siebie komponentów (np. powierzchnia kolektorów – pojemność podgrzewacza). Dla optymalnego doboru instalacji, pomocą służą programy komputerowe prognozujące efekty ich pracy (rys. 1).

Po drugie… konstrukcja absorbera

Podejmowane przez szereg ośrodków badawczo-naukowych prace nad przyczynami, skutkami i eliminacją stanów stagnacji zawierały generalny wniosek i zarazem zalecenie dla producentów, a także projektantów. Dla eliminacji negatywnych skutków stagnacji niezbędne jest odpowiednie ukształtowanie orurowania absorbera (rys. 2), jak również odpowiedni sposób łączenia kolektorów w bateriach. Należy unikać zasyfonowań, z których glikol nie może samodzielnie być usuwany.

W przypadku braku odbioru ciepła, w początkowej fazie stagnacji, glikol powinien szybko opuścić absorber. Nie jest on wówczas narażony na działanie wysokiej temperatury i nie przenosi ciepła na elementy instalacji solarnej. W instalacji nie dochodzi do nadmiernego wzrostu ciśnienia, kończącego się czasem otwieraniem zaworu bezpieczeństwa i ubytkiem glikolu z układu (rys. 3).


Po trzecie… funkcje sterownika dla ochrony przed przegrzewaniem

Sterowniki firmy Hewalex mają w standardzie 2 funkcje ochronne, które od strony użytkownika można określić w uproszczeniu jako „dzienna” i „nocna”. Ich uruchomienia lub korekty nastaw można dokonywać bądź bezpośrednio na panelu obsługowym sterownika bądź zdalnie za pomocą systemu Hewalex EKONTROL (rys. 4).

W większości sytuacji funkcja „dzienna” jest wystarczająca dla ochrony przed ewentualnym brakiem odbioru ciepła. Gdy temperatura w kolektorach słonecznych osiągnie 110 oC (nastawa fabryczna), to praca pompy obiegu solarnego będzie albo uruchamiana, albo kontynuowana do momentu aż nie obniży się ona do 99oC. Woda użytkowa ma wówczas temperaturę rzędu 60˜70oC (nastawa fabryczna 65oC) i będzie dodatkowo podgrzewana w wyniku pracy pompy obiegu solarnego. Maksymalna temperatura wody użytkowej w trybie chłodzenia kolektorów może wynosić wówczas 80oC (zakres nastawy 60˜90oC). Odbiór ciepła z kolektorów chroni je przed przegrzewaniem (jeśli już to zwykle pod koniec dnia w okresie letnim).

Jeżeli mieszkańcy przewidują dłuższą nieobecność w domu, to do wykorzystania pozostaje dodatkowo funkcja urlopowa („nocna”). Można w niej zdefiniować daty wyjazdu i przyjazdu mieszkańców, pomiędzy którymi funkcja urlopowa będzie mogła uruchamiać pompę obiegu solarnego w nocy (rys. 5). Glikol odbiera wówczas ciepło poprzez wężownicę podgrzewacza z wody użytkowej, oddając je w kolektorach słonecznych (płaskich) do otoczenia. W ten sposób woda w podgrzewaczu zostaje schładzana, co pozwoli na odbiór ciepła z kolektorów słonecznych w następnym dniu nieobecności mieszkańców w domu. Funkcja urlopowa może także blokować pracę konwencjonalnych źródeł ciepła (kotła czy grzałki elektrycznej), aby uniemożliwić ewentualne dodatkowe podgrzewanie wody w okresie urlopu.

Po czwarte… rozwiązania specjalne

Problem występowania negatywnych skutków stagnacji dotyczył w znacznej mierze wysokoefektywnych kolektorów próżniowych z bezpośrednim przepływem glikolu. W związki z tym większość producentów na rynku oferuje obecnie kolektory próżniowe typu heat-pipe, które z uwagi na pośrednie przekazywanie ciepła ograniczają temperatury pracy. W połączeniu z wysokiej sprawności 1-ściennymi rurami próżniowymi, może być to jednak niewystarczająca ochrona. Stąd też w rurach próżniowych produkowanych przez Kingspan Enviromental Ltd. (UK) znajdują zastosowanie sprawdzone w wieloletniej praktyce ograniczniki temperatury (rys. 6).

Po piąte… wydłużone okresy gwarancji

Kolektory produkowane przez firmę Hewalex od lat 90. były oferowane z długim okresem 10-letniej gwarancji bez specjalnych wymagań eksploatacyjnych dla użytkownika. Wiele pracujących instalacji solarnych ma staż 15-20-letni, pozostając cały czas w bardzo dobrej kondycji technicznej.

 

 

 

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 4/2017 6/2016 2/2016