Érvek a drainback rendszerek mellett

2010/11. lapszám | VGF&HKL online |  7568 |

Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A napenergiával támogatott használati melegvízkészítő berendezések számára Magyarország földrajzi elhelyezkedése és a Nap egész évre vetített átlagos besugárzása kiváló lehetőségeket nyújt. Ezt a tényt évről-évre több szakember és végfelhasználó ismeri fel, illetve használja ki, amit az egyre több tetőn megjelenő, az összképet hátrányosan nem befolyásoló kollektormezők megjelenése igazol. Ha pedig kedvező a bekerülési költség, a fedezeti fok magas, akkor rövidebb idő alatt megtérülő beruházásról beszélhetünk.

A Nap 5 milliárd éve látja el energiával a Földet, és ez még hosszú évszázadokon át így lesz. Mi is lehet kézenfekvőbb, mint ezt az energiát hasznosítani. A Föld teljes felületét érő 8 perces napsugárzás már képes a világ jelenlegi, egész éves energiaigényét lefedni. Ezzel szemben könnyen összehasonlítható az is, mennyire csekély mértékű a rendelkezésre álló atom- és fosszilis energiamennyiség. A napenergiával támogatott melegvízkészítő berendezés – működése közben – nem termel közvetlenül káros anyagot, takarékosan bánik a rendelkezésre álló fosszilis energiahordozókkal, és ennek köszönhetően óvja a környezetet. Többen felismerték már, hogy a folyamatosan növekvő energiaköltségek mellett viszonylag egyszerűen lehet a környezet védelméhez aktívan hozzájárulni, és ezzel egyidőben az anyagi kiadásokat is csökkenteni. Tagadhatatlan tény, hogy a mai, modern szolárrendszerek tökéletesen illeszkednek egy épület külső megjelenéséhez, az energiatakarékos melegvízkészítés pedig minden nap forintosítható megtakarítást ad. Ehhez jön még, hogy a napenergiával támogatott melegvízkészítés csekély karbantartást igénylő, a gazdasági válságtól független, illetve könnyen tervezhető olyan jellegű beruházás, amely a jövőre épít, de már ma is használható.

1. ábra A drainback működése. Lekapcsolt szivattyú esetén minden csővezeték a tárolóegység fölött levegővel van töltve.

Napenergiával támogatott melegvízkészítő berendezések

A napenergiával támogatott melegvízkészítő berendezések alapvetően háromféle módon működhetnek:

■ gravitációs rendszerek (termoszifon-elv),

■ nyomás alatti szivattyús (hagyományos szolár rendszerek) és

■ drainback rendszerek.

A gravitációs rendszerek nem rendelkeznek saját szabályozással, és túlnyomórészt csak olyan területeken alkalmazhatók, ahol nagyon magas a besugárzás mértéke. A termoszifon-elven működő berendezések így csak Európa egyes területein működnek hatékonyan. A nyomás alatti és szivattyúval ellátott szolár rendszerek Európa összes országában használhatók. Az ilyen jellegű berendezések a gyakorlatban kollektorból, szabályozóból és tárolóból állnak. Ezeken a területeken a szolár rendszerek kialakítása egy olyan kompromisszum következménye, ahol a magas teljesítmény és az évközben – főleg a nyári hónapokban – fellépő túlhevülés mértéke összhangban van egymással. A nyomás alatti szolár berendezésekhez képest azonban a drainback rendszerek kibővítik a napenergiával támogatott szolár rendszerek teljesítménykorlátait. Ennek köszönhetően nyáron nem lép fel túlhevülés, mert a szolár kör automatikusan magától leürül.

2. ábra << Globális besugárzási teljesítmény éves összege, optimálisan déli tájolású napkollektorok esetén.

A drainback rendszer működése

 

Lekapcsolt szivattyú esetén minden csővezeték a tárolóegység fölött levegővel van töltve. Amint a nap a kollektort felmelegíti, a szabályozó a szolárköri szivattyút bekapcsolja, amely a tároló csőkígyójában található szolár folyadékot a visszatérő vezetéken keresztül a kollektormezőbe juttatja. Ott ez a szolár folyadék felmelegszik, majd az előremenő vezetéken keresztül jut vissza a tárolóegységbe. A vékony szolárvezetékekben és a kollektormezőben található folyadékmennyiség jóval kevesebb, mint a tárolóegység nagyobb méretű csőkígyójában felhalmozott rész. Ennek köszönhetően a szolárköri szivattyú működése esetén is csak minimális mértékben változik a rendszeren belül a szolár folyadék szintje, mert az összekötő csővezetékekből, illetve a kollektormezőből kiszoruló levegő a csőkígyó felső részén halmozódik fel. A rendszer felmelegedésekor a szolár folyadék és a levegő kissé kitágul, emiatt a beszorult levegő nyomása kis mértékben megnő. A rendszerbe szorult légzárványok azonban ilyenkor a tágulási tartály szerepét töltik be. Erre a nyomásra feltétlenül szükség van, ezért semmi esetre sem szabad kiengedni (nem kell, sőt tilos a rendszerbe légtelenítőt beépíteni). A szolár rendszer nyugalmi állapotában a szolár folyadék a kollektorokból és az előremenő/visszatérő vezetékekből visszafolyik a tárolóegységbe (ezért kell a vízszintes vezetékeket lejtéssel fektetni). Ennek a tulajdonságnak köszönhetően fagyvédelemről csak a tároló felállítási helyén kell gondoskodni. A működés módját az 1. ábra, a teljes rendszer előnyös tulajdonságait pedig az 1. táblázat szemlélteti.

 

A drainback melletti érv	Előny	Fogyasztói haszon
Egyszerűség	- A nyomás alatti, napenergiával támogatott melegvíz-készítő berendezésekhez képest a teljes rendszer telepítése kb. 40%-kal kevesebb időt igényel.	- A telepítés kivitelezői oktatás nélkül is elvégezhető.
A drainback rendszer „lelke” a gyárilag teljesen előszerelt szolár tárolóegység.	- Kevesebb tapasztalat kell a szereléséhez.	- A tervezés és a telepítés kevesebb anyagi forrást igényel.
Tágulási tartályt, nyomásmérőt stb. nem kell a rendszerbe építeni.	- Jóval kevesebb tervezési lépés szükséges.	- A rendszer hosszú életű, és alig igényel karbantartást.
Biztonság	- Saját fagy- és túlhevülés elleni védelmével a drainback önmagát biztosító rendszer.	- A szolárkör már gyárilag feltöltött.
A drainback egy önmagát biztosító rendszer.		- A csekély karbantartási szükséglet miatt hosszabb üzemeltetési ciklusok.
		- A minimális karbantartási igény és a hosszú működési ciklusok miatt a reálisan elvárható átlagélettartam 15 év felett van.
Rugalmasság	- A kompakt tárolóegység csupán egy 1,5 m2 alapterületű felállítási helyet igényel.	- A drainback rendszer bármilyen tetőre felszerelhető.
Egy rendszer, de azon belül széleskörű kombinációs lehetőség.	- A rendszerhez kiváló hatásfokú síkkollektorok (függőleges vagy vízszintes) tartoznak.	- A rendszer szinte az összes hőtermelővel kombinálható (kivéve hőszivattyú).
		- A drainback rendszer új építés vagy felújítás során is telepíthető.
		- Szabadon megválasztható felállítási hely: például pince, háztartási helyiség vagy tetőtér.
		- Meglévő és új hőtermelővel is kombinálható.
Takarékosság	- A drainback rendszer fokozatmentes szivattyúi feleannyi energiát fogyasztanak, mint a normál szolárköri szivattyúk.	- Akár 12-16 m emelőmagasság.
A drainback rendszer fokozatmentes szivattyúi optimálisan és gazdaságos üzemeltethetők.		- A fokozatmentes működés optimalizálja az energiafogyasztást.
		- A takarékos működésű szivattyúk költségmegtakarítást eredményeznek a fogyasztónak.

A tervezés előtti teendők

 

Mint minden szolár berendezés esetén, a melegvízkészítő drainback rendszereknél is kiindulási alapadatok szükségesek a tervezéshez. A telepítés szempontjából fontos paraméter az épület földrajzi elhelyezkedése, a tető tájolása és dőlésszöge, illetve a kollektorok felszereléséhez hasznosítható felület nagysága. Fontos vizsgálni még, hogy mekkora az elvárt szolár fedezeti fok (a melegvízkészítés azon része, amely napenergiával fedezhető – kisebb rendszereknél ez 60% feletti értéket is elérhet), viszont alapvető adat a szükséges melegvízigény, és az sem mellékes, hogy milyen típusú hőtermelő kapcsolódik a napenergiával támogatott melegvízkészítő rendszerhez. A melegvízigény a háztartásban élő személyek számához, illetve azok meleg- víz-szükségletéhez igazodik. A szolár energia a családi és ikerházak melegvíz-szükségletéhez képest időben eltérő módon áll rendelkezésre. Általánosságban elmondható, hogy az igény reggel és este a legnagyobb, amikor már nincs kellő mennyiségű napenergia. Emiatt a szolár rendszer melegvíztárolóját mindig pufferelési funkcióval kell ellátni, hogy napközben is meleg víz álljon rendelkezésre, ha a napenergia nem elegendő a tároló felfűtéséhez. Ebből, illetve a napi melegvíz-szükségletből kiindulva úgy kell a tároló nagyságát megválasztani, hogy az a tényleges napi szükséglet 1,5-szerese legyen. A meleg víz személyre/napra meghatározott fogyasztási irányértékeit a fenti táblázat ismerteti.

A tervezés folyamata

 

Lényegében a teljes folyamat mindössze 5 lépésből áll, melyek a következők:

1. lépés: a szükséges tároló-űrtartalom

Az előzőleg megadott melegvíz-szükséglet (amely alapvetően a lakóegységben található használó személyek számától függ) mellett a melegvízkészítés igénye is befolyással van a megfelelő űrtartalmú melegvíztárolóra. A melegvízkészítés átlagos értékéből kiindulva a szükséges tároló-űrtartalom a 3. ábrán látható grafikonból választható ki. A felhasználó személyek számából kiindulva a jelleggörbék azt mutatják meg, hogy melyik tároló képes a melegvíz-szükségletek lefedésére. Minél komfortosabb melegvíz-ellátást kell biztosítani, annál jobban kell a kiválasztáskor az alsó vonalakat (magasabb szükséglet) megközelíteni, valamint – ha ez lehetséges, akkor – a nagyobb méretű tárolót kiválasztani. Ezen kívül figyelembe kell még venni, hogy van-e cirkulációs hálózat, mert az a méretezést döntően befolyásoló tényező.

3. ábra << Az előzőleg megadott melegvíz-szükséglet (amely alapvetően a lakóegységben található használó személyek számától függ) mellett a melegvízkészítés igénye is befolyással van a megfelelő űrtartalmú melegvíztárolóra. A melegvízkészítés átlagos értékéből kiindulva a szükséges tároló-űrtartalom a 3. ábrán látható grafikonból választható ki.

2. lépés: a kollektorok számának meghatározása

A drainback rendszer tárolója korlátozott darabszámú szerpentincsöves síkkollektorral kombinálható. Alapvető tény viszont, hogy a kollektorok szükséges számát az adott telepítési hely besugárzási adatai is differenciálják. Hazai viszonyok között az adott földrajzi helyre érvényes átlagos besugárzás a 2. ábrá- ból olvasható ki, melynek függvényében a gyártói ajánlás alapján lehet a szükséges kollektor-darabszámot az első számú tervezési lépésben kiválasztott tárolóval összehangolni.

	150 tároló-űrtartalom	250 tároló-űrtartalom	350 tároló-űrtartalom
Bivalens verzió ->
Monovalens verzió utánfűtő készülékkel ->
Utánfűtés elektromos fűtőpatronnal ->
4. ábra << A nyomás alatti megoldásokhoz hasonlóan a tároló utánfűtésére a drainback rendszer is háromféle lehetőséget kínál arra az esetre, ha a tároló felmelegítéséhez nem áll kellő mennyiségű napenergia rendelkezésre.

3. lépés: az utánfűtés típusa

A nyomás alatti megoldásokhoz hasonlóan a tároló utánfűtésére a drainback rendszer is háromféle lehetőséget kínál arra az esetre, ha a tároló felmelegítéséhez nem áll kellő menynyiségű napenergia rendelkezésre (4. ábra). A legáltalánosabb a bivalens verzió, amikor a rendszerhez kapcsolt fűtési hőtermelő a tároló felső részén található második hőcserélőn keresztül melegíti fel a használati vizet. A melegvíz-fogyasztó helyek ellátása kizárólag a tárolón keresztül történik, ennek köszönhetően nagyobb csapolási mennyiségek is biztosíthatók, magasabb melegvízkomfort mellett. Ez a megoldás akkor alkalmazható, ha a meglévő fűtési hőtermelő a drainback rendszerrel együttesen működtethető. Az utánfűtő kombi készülékkel összeépített monovalens verzió esetén a tároló melegvizes pufferként szolgál. Ilyenkor a használati meleg víz az utánfűtő készüléken keresztül – ha szükséges, akkor utólagos ráfűtéssel – jut el a fogyasztási helyre. Erre a feladatra egy korábban megvásárolt, átfolyós rendszerű kombi készülék (általában azonban nem minden típus) használható. Az előzőkben bemutatott utánfűtő eljárások mellett – gyártói alternatívaként – olyan megoldás is kapható, amely a mono- vagy bivalens rendszerű melegvíztárolók esetén beépített elektromos fűtőpatron segítségével valósítja meg a meleg víz utánfűtését.

4. lépés: a kollektorok szerelési módja

A tervezési lépések negyedik fázisa a kiválasztott típusú és darabszámú szerpentincsöves kollektor telepítési módjának definiálása, melyet a helyi építészeti adottságok, illetve a gyártó által felkínált szerelési rendszerek differenciálnak. Ferde tető esetén tetőn kívül (ideálistól eltérő hajlásszög esetén akár kiemelő kerettel), tetőbe, míg a lapostetős építményeken háromszög-keretekkel oldható meg a rögzítés. Ezen kívül létezik még a homlokzati (azzal párhuzamos vagy szöget bezáró) telepítés, amely akár – extrém esetben – egy balkon mellvédjén is megvalósítható. Költségoldalról vizsgálva a tetőre szerelés kedvezőbb, mert nem kell a héjazatot jelentősen megbontani, a kollektorok felszerelése pedig speciális, a cserépfedéshez illeszkedő tetőhorgokkal és sínkészletekkel történik. Ennek a telepítési módnak csekélyebb mértékben nagyobb a hővesztesége, mint a tetőbe telepítésnél. Esztétikai szempontból a tetőbe építés szebb, de itt magasabb költségtényezővel, nagyobb időráfordítással kell kalkulálni, valamint a tetőbeépítő készletnek maximális védelmet kell nyújtania a beázás ellen is. Ideálistól eltérő hajlásszöggel rendelkező tetők esetén a háromszög-keretekkel „rokon” kiemelő készletek nyújtanak racionális megoldást az optimális besugárzási szög eléréséhez. A szabadon vagy lapostetőn megvalósítható telepítés a külön rendelhető kavicstálcák segítségével „óvja meg” a szakembert a felállítási hely szigetelésének megbontásából adódó esetleges tömítetlenségi problémáktól. Hátránya viszont a tetőre építéssel szembeni magasabb ár, illetve a nagyobb hőveszteség.

5. lépés: a rendszer statikus magassága

A tervezési folyamat utolsó lépéseként feltétlenül ellenőrizni kell a maximális rendszermagasságot. Ennek értékét a tároló alsó síkja, illetve a kollektormező legmagasabb pontja közötti geodetikus magasság határozza meg. Abban az esetben, ha a teljes rendszermagasság nagyobb, mint az előírt érték, akkor – a gyártó műszaki megoldásainak függvényében – lehetőség van külön beépíthető söntszivattyúval vagy visszafolyó tartállyal (esetleg ezek együttes kombinációival) a rendszermagasságot egy maximális szintig emelni. Előfordulnak azonban olyan drainback összeállítások is, amelyek a magasabb kollektor-szám miatt már eleve igénylik a sorba kötött szolárköri szivattyúkat a tárolóegységen belül. A tervezési folyamat rövid összefoglalása teljes körű áttekintést, valamint egyszerű igazolást ad a drainback rendszerek legfőbb érvei kapcsán megfogalmazott argumentációknak. Ennek további, mélyebb megismerését szolgálja az adott gyártó által kiadott műszaki dokumentáció, illetve tervezési segédlet, amely ma már akár a forgalmazó saját honlapjáról is elérhető.



Fördős Norbert

---