Ochrona instalacji solarnej przed przegrzaniem

Rozważając montaż instalacji solarnej do podgrzewu ciepłej wody użytkowej, czyli kolektorów słonecznych, często nurtującym pytaniem jest: jak zabezpieczyć instalację przed przegrzaniem czy wzrostem ciśnienia w czasie kiedy nie korzystamy z ciepłej wody? Rozwój technologii oraz myśl inżynierska wyszły naprzeciw tym problemom. Nie należy obawiać się, że tego typu instalacja zrujnuje nam plany urlopowe.

Instalacja solarna wystawiona jest na bezpośrednie działanie promieniowania słonecznego, jeśli nie zapewnimy jej odpowiedniego odbioru zgromadzonego ciepła istnieje ryzyko nie tylko przegrzania czynnika grzewczego, ale również wzrostu ciśnienia w instalacji. Istnieje jednak kilka sposobów na zapewnienie ochrony takiego układu przed obydwiema sytuacjami. W ciągu normalnego trybu pracy woda w zasobniku c.w.u. ulega podgrzewaniu, natomiast w godzinach nocnych kolektory odbierają z zasobnika energię cieplną i przekazuje ją do otoczenia. Dzieje się tak dlatego, że pompy obiegowe pracują również nocą. Krążący w obiegu czynnik ogrzewa się w zasobniku i ochładza płynąc dalej, rozpraszając nadmiar zgromadzonej energii. Dzięki temu proces ogrzewania następnego dnia rozpoczyna się od niższej temperatury, nie następuje gromadzenie ciepła.

Mówiąc o ochronie przed przegrzewaniem mamy na myśli nie tylko sam czynnik (którym może być chociażby mieszanina glikol-woda), ale również elementy instalacji. Elementy konstrukcji kolektorów, których jakość poparta jest certyfikatem Keymark, poddawane są badaniom przewidującym różne skrajnie niekorzystne warunki pracy, przez co odporne są również na długotrwałe występowanie tzw. stanów stagnacji.

W celu zapewnienia ochrony przed przegrzaniem rozwiązań jest jednak sporo więcej. Krokiem najważniejszym już na etapie projektowania jest odpowiednie dobranie wielkości instalacji solarnej. Pozwoli to ograniczyć długość przerw w odbiorze ciepła, co równocześnie zapewnia wysoki efekt ekonomiczny. O prawidłowym wyliczeniu potrzebnej powierzchni grzewczej (absorbera) kolektora oraz pojemności zasobnika ciepła pisaliśmy w osobnym artykule. Z przegrzewem instalacji solarnej mamy do czynienia, kiedy temperatura w kolektorach jest wyższa niż przewidywana temperatura wyłączenia pompy obiegowej. Wyznacza się ją w celu zabezpieczenia elementów instalacji, wynosi zwykle między 110 a 150°C i zależy od ustawień regulatora. Kiedy pompa obiegowa przestaje działać, nie występuje odbiór ciepła, w wyniku tego zachodzi dalszy wzrost temperatury w kolektorze, czynnik może zacząć wrzeć i mamy do czynienia z tzw. stanem stagnacji.

Glikol przy długotrwałym przegrzewaniu może tracić swoje właściwości. Bardzo wysokii wzrost temperatury czynnika powoduje, że rozdziela się on na składniki. Woda z roztworu glikolu paruje, wypełnia instalację i wypiera glikol. Mimo iż nie stanowi to bezpośredniego zagrożenia dla kolektorów, to naraża inwestora na dodatkowe koszty związane z wymianą czynnika obiegowego.

Jednak odpowiednia konstrukcja absorbera, którą stanowi układ przewodów wewnętrznych, jest w stanie zapewniać szybkie usuwanie glikolu z absorbera, podczas wyłączenia pompy obiegowej. Powoduje to ochronę czynnika roboczego, a tym samym również elementów instalacji solarnej, szczególnie pompie obiegowej i naczyniu wzbiorczemu.

Pozostałe rozwiązania pozwalające uniknąć przegrzania instalacji to np. urządzenie (Uninterruptible Power Supply). Jest to zasilacz bezprzewodowy, dzięki któremu nawet w przerwie dostaw prądu pompa obiegowa będzie pracować bez przerwy. Idealnym rozwiązaniem na czas urlopu jest zastosowanie dedykowanych rolet solarnych. Opuszczając je (automatycznie lub manualnie) powodujemy zablokowanie dostępu promieni UV do kolektorów. Kolejne rozwiązanie to układ bezciśnieniowy (tzw. Drainback), w którym glikol wypełnia kolektory słoneczne jedynie w sprzyjających warunkach pracy instalacji solarnej. Gdy pompa obiegowa pozostaje wyłączona, także ze względu na osiągnięcie wymaganej temperatury wody użytkowej w podgrzewaczu, glikol grawitacyjnie spływa do wężownicy podgrzewacza.

Dla zapewnienia ochrony przed stanami wysokiego ciśnienia w układzie, każda instalacja solarna posiada w wyposażeniu naczynie wzbiorcze typu zamkniętego (przeponowe) oraz zawór bezpieczeństwa. Naczynie przeponowe odpowiedzialne jest za przejmowanie pojawiających się wzrostów ciśnienia, które mogą być wywołane między innymi w wyniku wzrostu objętości cieczy. Sytuacja taka spowodowana jest z kolei wzrostem temperatury. Aby zapewnić bezawaryjne i w pełni bezpieczne działanie całego układu należy zwrócić uwagę na odpowiedni dobór wielkości naczynia wzbiorczego. Obowiązują przy tym trochę inne zasady niż przy dobieraniu typowych naczyń tego typu w instalacjach kotłowych – ważne jest tutaj to, że płyn solarny może zacząć wrzeć. Biorąc pod uwagę specyficzny współczynnik ciśnieniowy na pewno nie popełnimy błędu, a wzrost objętości płynu solarnego, który wyniknie podczas wrzenia nie spowoduje otwarcia się zaworu bezpieczeństwa. Jednak, jak wspominaliśmy wcześniej, samo zagotowanie się czynnika roboczego instalacji też niesie za sobą ryzyko, dlatego nie należy doprowadzać do aż tak znacznego wzrostu temperatury. Ważne w tym przypadku jest zatem zapewnienie odpowiednich warunków pracy. Z tego względu sterowniki instalacji solarnych posiadają również funkcję chłodzenia.

Previous Article

Columbus Energy S.A. pozyskuje ponad 4,3 mln zł z publicznej emisji obligacji serii B

Next Article

Hybrydowy system grzewczy: kolektory słoneczne z pompą ciepła

Dodaj komentarz