Menu

Regulacja przepływu

Przepływ w instalacjach solarnych (na post. materiałów firmy BUDERUS i Hewalex)

Rozróżniamy trzy zakresy prędkości przepływu płynu solarnego w instalacjach solarnych:
High-Flow – dla małych instalacji (domy jednorodzinne) – zależny od budowy kolektora, waha się od 35 do 50 dm3/h x m2 powierzchni kolektora.
Low-Flow – dla dużych instalacji solarnych – dobierany indywidualnie do konkretnej instalacji w zakresie od 25 do 40 dm3/h x m2 powierzchni kolektora.

Matched-flow - praca ze zmiennym przepływem dla instalacji o dużej powierzchni i kolektorach połączonych równolegle

 

Natężenie przepływu High-Flow sprawdza się już w instalacjach średnich, a w instalacjach dużych możliwe jest jeszcze dalsze zmniejszenie wskaźnika natężenia przepływu nawet do 15 dm3/h x m2 powierzchni kolektora. Optymalny dobór natężenia przepływu możliwy jest jedynie z wykorzystaniem programów komputerowych.
Natężenie przepływu Low-Flow w dużej instalacji zapewnia wysoką efektywność pracy przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów inwestycji (średnice przewodów, pompa obiegowa, ilość czynnika grzewczego) oraz eksploatacji (mniejsza pompa obiegowa).

W małej instalacji natężenie przepływu wpływa znacząco na efektywność pracy kolektorów słonecznych i dopiero od natężenia 40 dm3/
id329.jpgh x m2 osiągana jest wysoka wartość efektywności.
W dużej instalacji, widoczne jest natomiast to, że już niskie natężenie przepływu 15-20 dm3/h*m2 pozwala na uzyskanie wysokiej efektywności pracy, a dalsze jej zwiększanie nie zwiększy uzysków ciepła z kolektorów słonecznych, a jedynie podwyższa koszty inwestycji i eksploatacji.

 

Jaki jest wpływ na pracę instalacji solarnej ma ustawienie przepływu płynu solarnego? Spróbujmy to omówić na konkretnym przykładzie.

    Weźmy pod uwagę najprostszą instalację słoneczną  na rysunku 1, usytuowaną np. w Gdańsku (stacja meteorologiczna Gdańsk Port Północny), pracującą na potrzeby 4-osobowej rodziny,  wyposażoną w trzy kolektory płaskie SKN 3.0, grupę pompową (stację solarną) i wężownicowy  podgrzewacz ciepłej wody użytkowej o pojemności 300 dm3 . Załóżmy,  że wartość przepływu powinna wynosić 2,5 dm3/min.
Gdy wskazany przez program przepływ płynu solarnego ustawimy na rotametrze w stacji pompowej, okaże się, że przyrost temperatury glikolu na kolektorach wyniesie około 15 K, jak pokazano na
rysunku  1.  Jest to wartość najlepsza ze względów ekonomicznych, ale również i użytkowych. Przeanalizujmy sytuacje, gdy przepływ płynu solarnego na rotametrze nie zostanie ustawiony prawidłowo bądź w ogóle nie zostanie ustawiony

Rys.1 Schemat ideowy instalacji solarnej

A. Zbyt mały przepływ płynu solarnego
Rozważmy zachowanie się małej instalacji słonecznej. Załóżmy, że przepływ płynu solarnego jest dwukrotnie mniejszy od wartości wymaganej i wynosi zaledwie 1,25 dm3/min. Bardzo łatwo jest przewidzieć konsekwencje zmian parametrów pracy takiej instalacji słonecznej. W myśl prawa Pecleta natężenie przepływu płynu przez wymiennik i różnica temperatur za i przed wymiennikiem są wielkościami wprost proporcjonalnymi, czyli zmiana jednego parametru powoduje zmianę drugiego o tę samą wartość. Opisując tę zależność w oparciu o wielkości termodynamiczne można powiedzieć, że przyrost entalpii płynu solarnego równa jest ilości energii cieplnej zaabsorbowanej od Słońca. Zależność prawa Pecleta wyrażona jest wzorem 1.

Zatem w myśl powyższej zależności, przy przepływie płynu solarnego mniejszym o połowę zwiększy się dwukrotnie przyrost temperatury glikolu na kolektorze, tak jak to pokazano na rysunku 2.

Rys.2 Schemat ideowy instalacji słonecznej. Zbyt mały przepływ płynu solarnego przez instalację słoneczną.

Okazuje się zatem, że zmniejszenie przepływu płynu solarnego przez instalację powoduje znaczne podwyższenie się temperatury glikolu wypływającego z kolektora (do 80C). Z jednej strony to bardzo pozytywny efekt, ponieważ możliwe jest podgrzewanie wody w zasobniku do wyższych temperatur. Jednak, szczególnie w dużych instalacjach słonecznych, może okazać się, że spowoduje to podgrzewanie dużo mniejszej ilości wody w zasobniku. Dzieje się tak z uwagi na znaczne zmniejszenie
sprawności samego kolektora słonecznego. Mechanizm tego jest następujący: mniejszy przepływ płynu
solarnego przez instalację skutkuje znacznym zwiększeniem temperatury glikolu, jaki opuszcza kolektor,
a zatem podwyższa się średnia temperatura powierzchni absorbera kolektora. Natomiast podwyższenie temperatury powierzchni absorbera powoduje zwiększenie strat cieplnych kolektora do otoczenia (z uwagi na zwiększenie różnicy temperatur pomiędzy kolektorem a otoczeniem), czyli zmniejszenie jego sprawności. Okazuje się praktycznie, że podwyższenie średniej temperatury kolektora o 20 ºC powoduje zwiększenie strat ciepła nawet o 100 W/m2, czyli z całego kolektora płaskiego o pow. 2,25m2 225 W. To bardzo duża utrata ciepła. Powoduje ona, że taka ilość ciepła nie trafia do podgrzewacza wody, ale do otoczenia. Każdemu wydaje się, że bardzo mocno rozgrzany kolektor słoneczny to duże ilości ciepła do dyspozycji, a rzeczywistość jest zupełnie odwrotna (im wyższa temperatura kolektora, tym mniejsza jego moc cieplna z uwagi na intensywne straty ciepła do otoczenia). Zatem z energetycznego punktu widzenia nie warto jest doprowadzać do zbyt dużego przegrzewania powierzchni płaskich kolektorów słonecznych, bo prowadzi to do zmniejszenia ich wydajności cieplnej. 
 Ale aspekt energetyczny to nie jedyny niekorzystny wpływ na instalację słoneczną powodowany obniżeniem przepływu płynu solarnego przez instalację. Załóżmy bardzo skrajnie niekorzystną sytuację, która rzadko, ale może praktycznie mieć miejsce. Jest lato, niezwykle słoneczny dzień, bezchmurne niebo, wysoka temperatura powietrza atmosferycznego, zatem można domniemywać, że strumień energii cieplnej docierającej do powierzchni Ziemi wynosi nawet 1000 W/m2. Zbyt mały przepływ płynu solarnego i ogromne promieniowanie słoneczne sprawiają, że przyrost temperatury na kolektorze jest ogromny i może wynosić nawet 48 K.
   Gdyby okazało się, że woda w zasobniku ma stosunkowo wysoką temperaturę, rzędu 65 ºC, co jest bardzo prawdopodobne w tak słoneczny dzień, może okazać się, że temperatura glikolu, jaki opuszcza kolektor słoneczny, może dochodzić do wartości dużo powyżej 100 ºC, jak pokazano na rysunku 7.
Tak jak wspomniano wcześniej, przy tak wysokiej temperaturze powierzchni absorbera kolektora jego sprawność spada drastycznie, czyli ogromną ilość energii cieplnej traci on bezpowrotnie do otoczenia. Źle wyregulowana instalacja słoneczna pracująca w bardzo słoneczny dzień potrafi podgrzać o wiele mniej wody niż w dzień o umiarkowanym natężeniu promieniowania słonecznego, wszystko to z uwagi na ogromne straty do otoczenia. Jednak dużo ważniejszy w takiej instalacji jest aspekt użytkowy.
Rys.7  Zbyt mały przepływ płynu solarnego przez instalację słoneczną i intensywne
promieniowanie słoneczne.

 Okazuje się bowiem, że przekroczenie temperatury 102-110 ºC na wyjściu z kolektora słonecznego powoduje powstawanie pierwszych pęcherzyków pary w glikolu. Oznacza to, że glikol częściowo zaczyna parować, a dokładnie odparowuje woda w nim zawarta. Efektem widocznym takiego procesu jest zatrzymanie pracy instalacji słonecznej z powodu zatrzymania przepływu płynu solarnego przez kolektor, gdyż górną część kolektora słonecznego wypełnia para glikolu. W takim przypadku wielokrotnie powtarzaną diagnozą, która nasuwa się od razu na myśl, jest stwierdzenie, że instalacja słoneczna zapowietrzyła się i dlatego nie pracuje. Najlepiej wówczas udać się na dach i spróbować odpowietrzyć instalację słoneczna. Nic to nie da, ponieważ odkręcenie odpowietrznika, a więc gwałtowne obniżenie ciśnienia w instalacji słonecznej, spowoduje bardzo gwałtowne i intensywne odparowanie glikolu i jeszcze większą jego ucieczkę przez odpowietrznik. Należy pamiętać, że para
przegrzana glikolu opuszczająca odpowietrznik wygląda niemal tak samo jak powietrze, zatem sprawdzenie, czy z instalacji wypływa powietrze czy para glikolu, „na oko” jest praktycznie niemożliwe (nie wspominając już o niebezpieczeństwie poparzenia skóry rąk). Okazuje się jednak, że to nie wszystkie niekorzystnie aspekty użytkowe przegrzewania glikolu i instalacji słonecznej. Przegrzanie glikolu powoduje nieodwracalne jego zmiany chemiczne. Przegrzewany glikol starzeje się
chemicznie. Nie wolno doprowadzać glikolu do temperatury powyżej 120 ºC. Podczas przegrzewania z glikolu wytrąca się lepka i mazista substancja, która osadza
się na wewnętrznej powierzchni rurociągów, szczególnie na rurkach absorbera. Zanieczyszczenia te bardzo skutecznie utrudniają przepływ glikolu, co znowu ogranicza jego przepływ i powoduje jeszcze bardziej intensywne przegrzewanie. W pewnym momencie, gdy instalacja słoneczna była cyklicznie przegrzewana, zanieczyszczanie się rurociągów i niszczenie chemicznie glikolu postępuje lawinowo.
Należy również pamiętać, że zatrzymanie przepływu płynu solarnego powoduje bardzo szybkie podgrzewanie się powierzchni absorbera. Jak wiadomo, każdy kolektor słoneczny może samoczynnie podgrzać się do pewniej temperatury określonej jako temperatura stagnacji. Jednak każdy kolektor ma również określoną maksymalną temperaturę, do jakiej można podgrzewać jego powierzchnię. Często okazuje się, że temperatura maksymalna jest dużo niższa od temperatury stagnacji. Należy pamiętać, że przekroczenie temperatury maksymalnej powoduje szybką degradację powierzchni absorbera. Farba, jaką jest pokryty absorber, zaczyna parować i traci swoje własności absorpcyjne (spala się
chemicznie). Ponadto produkty parowania farby odkładają się na chłodnej (stosunkowo chłodnej) szybie, skutecznie brudząc ja od środka kolektora, co w znaczny sposób ogranicza docieranie promieni słonecznych powierzchni do absorbera i wpływa na obniżenie jego wydajności cieplnej.

  B. Zbyt duży przepływ płynu solarnego
Ponownie rozważmy funkcjonowanie małej instalacji słonecznej, jednak teraz załóżmy, że przepływ płynu solarnego jest dwukrotnie większy od wartości wymaganej i wynosi 5 dm3/min. Również i teraz konsekwencje tego są możliwe do przewidzenia. Przy dwukrotnie większym przepływie o połowę zmniejsza się przyrost temperatury płynu solarnego, tak jak to pokazano na rysunku.

Rys. Zbyt duży przepływ płynu solarnego przez instalację słoneczną


Pod względem temperaturowym jedyną niesprzyjającą konsekwencją zbyt wysokiego przepływu płynu solarnego jest uzyskanie niskiej temperatury ciepłej wody w zasobniku. Praktycznie obniżenie temperatury c.w.u. w stosunku do instalacji pracującej prawidłowo może wynosić nawet 10 ºC. Jednak konsekwencje energetyczne i eksploatacyjne są dużo bardziej dotkliwe. Jeżeli większy przepływ płynu solarnego przez kolektory jest spowodowane dobraniem zbyt dużej stacji solarnej (zbyt dużej pompy obiegowej) w głównej mierze wpływa to na zwiększenie zużycia energii elektrycznej, czyli na
większe koszty eksploatacji instalacji słonecznej. Należy pamiętać, że gdy rozpatrujemy małą, domową instalację słoneczną, zwiększenie mocy pompy obiegowej z np. z 30 W do 60 W w bezwzględnym wymiarze finansowym powoduje niewielkie zwiększenie kosztów eksploatacji, zaledwie o kilka groszy dziennie, czyli około kilku złotych miesięcznie i nie więcej niż 20 zł rocznie. To wydaje się
niewiele. Ale gdy odniesiemy to do dużej instalacji słonecznej, zainstalowanej w np. w hotelu, gdzie zużycie ciepłej wody jest ogromne, to nieuzasadnione dwukrotne zwiększenie mocy pompy obiegowej może powodować nawet kilkusetzłotowe zwiększenie kosztów eksploatacji takiej instalacji. Rozpatrzmy jednak aspekt użytkowy, bez względu na wielkość instalacji słonecznej. Zbyt duży przepływ płynu solarnego bezpośrednio powoduje wzrost prędkości przepływu glikolu w rurach. Gdy przekroczymy wartości graniczne dla różnych materiałów, z jakich wykonane są rurociągi, następuje degradacja
wewnętrznej powierzchni tych rur. Najczęściej i najszybciej procesy degradacji materiału rurociągów, w wyniku zbyt dużej prędkości przepływu płynu solarnego, ujawniają się w kolankach miedzianych i w wężownicach grzejnych zasobników wody. Niejednokrotnie zdarza się, że wężownica po kilku latach (2-3 latach) rozszczelnia się i zaczyna przeciekać (glikol miesza się z wodą w zasobniku). Wielokrotnie werdykt jest jednoznaczny: zbiornik jest słabej jakości i wężownica skorodowała. Okazuje się jednak, że przyczyna nie tkwi w wykonaniu wężownicy, ale jest to wina złej eksploatacji, czyli wielokrotnie
przekroczonej dopuszczalnej prędkości w wężownicy podgrzewacza. Należy tu jeszcze wskazać na bardzo złą praktykę, jaką powszechnie stosuje się przy wykonywaniu instalacji słonecznej. Wiele firm instalacyjnych, chcąc obniżyć koszty instalacji słonecznych, wypełnia ją wodnym roztworem glikolu. Z badań eksploatacyjnych wynika, że samodzielne wymieszanie skondensowanego glikolu z wodą, mające na celu obniżenie temperatury krystalizacji do poziomu -25ºC, powoduje powstanie
mieszaniny o odczynie kwaśnym. Takie są własności glikolu (badania firmy Boryszew). Kwaśny odczyn płynu solarnego i podwyższona jego prędkość powoduje przyspieszoną korozję wężownicy kolektora i niszczenie jej w przeciągu kilkunastu miesięcy! W okresach zimowych, gdy promieniowanie słoneczne jest dużo mniej intensywne niż w miesiącach letnich, zbyt duży przepływ płynu solarnego będzie powodował wręcz niezauważalny przyrost temperatury na kolektorze. Może się okazać, że we wrześniu, gdy gęstość promieniowania słonecznego nie przekracza 250-300 W/m2 przyrost temperatury glikolu w kolektorze nie przekracza 1 K, jak to pokazano na rysunku  . Zatem skuteczność podgrzewania wody w zasobniku jest znikoma.
Rys. Zbyt duży przepływ płynu solarnego przez instalację słoneczną i niewielkie
promieniowanie słoneczne.
 
 
Regulacja przepływu  
Od natężenia przepływu płynu solarnego przez kolektory słoneczne zależy wiele parametrów użytkowych. Prawidłowy przepływ na ogromny wpływ na sprawność kolektora słonecznego i na jego wydajność cieplną (moc cieplną). Nieprawidłowo ustawiony może znacznie pogorszyć wymianę ciepła od promieni słonecznych do płynu solarnego, doprowadzić do przegrzewania absorbera, co w znacznym stopniu degraduje jego powierzchnię absorpcji, a w konsekwencji (kilku lat) prowadzi do zmniejszenia ilości pozyskiwanego promieniowania słonecznego. W jaki sposób ustalić wymagana wielkość przepływu? Zadane nie jest takie proste, przy prawidłowo ustawionym przepływie sprawność kolektora powinna być optymalna. Żeby tego dokonać należałoby przeprowadzić badanie sprawności kolektorów podczas pracy w funkcji różnych ustawień wielkości przepływu i z otrzymanego wykresu odczytać optymalne ustawienie.  Wyniki takich badań w kolektorze firmy BUDERUS przedstawiono na rys. 
Rys. Zależność pomiędzy sprawnością kolektora słonecznego, przyrostem temperatury a natężeniem przepływu płynu solarnego.
 Wynika z niego, że istnieje pewien punkt wyznaczony doświadczalnie, w którym przecinają się dwie krzywe obrazujące sprawność i przyrost temperatury na kolektorze. Ten punkt przecięcia został
osiągnięty przy określonym natężeniu przepływu płynu solarnego (ok. 0,015 kg/sek, czyli 0,9 kg/min).
Najważniejszym wnioskiem z analizy rysunku 4. jest to, że istnieje pewne powiązanie pomiędzy zadawalającą sprawnością kolektora słonecznego, odpowiednim przyrostem temperatury na kolektorze i małymi oporami hydraulicznymi wynikającymi z natężenia przepływu płynu solarnego przez kolektor, czyli patrząc pod względem eksploatacji, możliwie najniższym zużyciem energii napędowej przez
pompę solarną. Dla nas – instalatorów czy użytkowników – charakteryzowany jest przyrostem temperatury płynu na kolektorze wynoszącym ok. 15 K. Oznacza to, że kolektor osiąga możliwie wysoką sprawność ok. 76% przy najniższym z możliwych zużyciu energii napędowej przez pompę solarną, ale równocześnie jego praca przynosi dla nas efekt użytkowy w postaci podgrzewania płynu solarnego
o 15 K. Jak wiadomo, taki przyrost temperatury jest potrzebny, aby prawidłowo podgrzewać ciepłą wodę użytkową w podgrzewaczu (bojlerze).
 
Rys. (U dołu) Ustawianie wielkości przepływu w instalacji za pomocą pokrętła (1) zmieniamy położenie pływaka (2). Na przykładzie ustawiono przepływ 8l/min. 
 
Przeprowadzone rozważania dotyczą w praktyce jednego pola kolektora o powierzchni około 2m2. Przy kilku kolektorach przepływ musi być odpowiednio większy, aby odebrać większe ilości ciepła. Można więc powiedzieć, że wielkość przepływu czynnika w instalacji solarnej zależy od ilości kolektorów, a ściślej od ich powierzchni wymiany ciepła. Przykładowo dla kolektorów Solarsystem powinien wynosić 0,66 l/min na każdy m2 powierzchni. 
Wielkość przepływu w instalacji solarnej regulujemy rotametrem ustawiając w odpowiednim położeniu pływak poprzez przekręcenie śrubki na obudowie (rys.5). Rotametry montowane są w zespołach pompowych po stronie "zimnej" układu, bezpośrednio przed pompą solarną.  Konstrukcja i zasada działania rotametru jest prosta. Przepływający przez niego strumień płynu solarnego oddziałuje na pływak, który w płynącym strumieniu glikolu zostaje unoszony. Drugi koniec pływaka stanowi wskaźnik (czerwona obwódka), który porusza się w wyskalowanej tulejce. Skala na obudowie tulejki przedstawia przepływ płynu w jednostce litr na minutę.
 
Fot.Widok ogólny rotametru.
 
 
 
 
Regulacja systemem Opti-Flow
Ustawianie przepływu w instalacji solarnej przy użyciu rotametru jest rozwiązaniem prostym i tanim, ale mało precyzyjnym. Pozwala bowiem na jednorazowe skryzowanie układu przy założeniu z góry określonych parametrów pracy instalacji.  Instalacja wyposażona w rotametr pracuje standardowo na pompie o stałym przepływie masowym ustawianym ręcznie przez montera. Wielkość przepływu w niektórych modelach można co prawda regulować, ale tylko skokowo ustawiając pompę np. na I, II czy III stopień obrotów. Nie zmienia to jednak faktu, że raz ustawiona instalacja pracuje na stałym przepływie niezależnie od zmian w obciążeniu energią kolektora. W większości przypadków   układ  zakłada  maksymalną różnicę temperatur pomiędzy kolektorem a wodą w zasobniku na 15°C. W efekcie, przy gwałtownym wzroście nasłonecznienia pompa nie jest w stanie szybko przetłoczyć nadmiaru ciepła do zasobnika i różnica temperatur pomiędzy kolektorem a zasobnikiem rośnie. Dochodzi do wzrostu temperatury kolektora i zwiększenia strat przez wypromieniowanie energii. Sytuacji powyższej można zapobiec stosują elastyczną pracę pompy dostosowaną do chwilowych mocy kolektora. Rozwiązanie takie o nazwie Opti-Flow stosowane jest w systemach Hewalex.
Opti-Flow - To funkcja zawarta standardowo w sterowniku G425-P01 firmy Hewalex polegająca na automatycznej regulacji i optymalizacji natężenia przepływu czynnika grzewczego w instalacji solarnej. Zastosowanie sterownika z funkcją Opti-Flow w sposób decydujący upraszcza i skraca prace uruchomieniowe instalacji, a także zwiększa efektywność pracy instalacji solarnej o około 10 %. Funkcja Opti-Flow zapewnia regulację natężenia przepływu w oparciu o pełny zakres pracy pompy obiegowej, dokonując także automatycznie przełączania zakresów obrotów. System Opti-Flow opiera się o zastosowanie standardowej pompy ze stopniową regulacją obrotów, znacznie tańszej od pompy z regulacją elektroniczną. Dla potrzeb współpracy z systemem Opti-Flow, pompa została specjalnie przystosowana do automatycznej zmiany zakresu obrotów. Pompa ta znajduje się w zespole pompowo-sterowniczym ZPS 18a-01 pod nazwą WILO 15/6-3 FSR-130-12.

Zasada sterowania pracą instalacji solarnej z funkcją optymalizacji Opti-Flow
Standardowe układy pracują w oparciu o pomiar 2-óch temperatur: na wyjściu z baterii kolektorów oraz temperatury ciepłej wody użytkowej w podgrzewaczu pojemnościowym. Wartość mierzonej temperatury wody może być różna w zależności od miejsca umieszczenia czujnika pomiarowego.
Funkcja Opti-Flow nadzoruje pracę instalacji solarnej w oparciu o pomiar 3-ech temperatur. Czujniki pomiaru temperatury zostały umieszczone bezpośrednio na czynniku grzewczym (glikolu) – na zasilaniu i powrocie z wężownicy grzejnej podgrzewacza.

Dla systemu Opti Flow, obudowy czujników temperatury zostały zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby w czasie postoju pompy obiegowej mierzona była temperatura odpowiadająca temperaturze wody w podgrzewaczu na wysokości górnego i dolnego króćca wężownicy.

Pompa obiegowa jest włączana w zależności od różnicy temperatury na wyjściu z baterii kolektorów słonecznych (T1) i uśrednionej odpowiednim algorytmem temperatury wody T2 i T3. Po uruchomieniu, regulacja obrotów pompy oparta jest o pomiar temperatury T2 i T3 – zasilania i powrotu na wężownicy podgrzewacza. Regulator utrzymuje stałą optymalnie dobraną różnicę temperatur T2-T3. Większa ilość energii słonecznej wpływająca na wzrost temperatury na wylocie z kolektora, a tym samym na wlocie do wężownicy, spowoduje wzrost wydajności pompy solarnej co ogranicza nadmierny wzrost temperatury kolektora. Wyższa temperatura kolektora w stosunku do temperatury otoczenia wpływa na powiększenie jego strat, a tym samym na obniżenie ilości energii pozyskanej ze słońca. Jednocześnie ograniczenie różnicy temperatur na wlocie i wylocie z wężownicy powoduje lepszą efektywność oddawania ciepła do wody przez wężownicę. Zaprogramowana fabrycznie różnica temperatur została dobrana na podstawie szczegółowych badań prowadzonych przez firmę Hewalex. Aby zapewnić jak najwyższą stabilność pracy instalacji, unikając częstych włączeń i wyłączeń, w czasie pracy pompy solarnej kontrolowana jest również różnica temperatur wylotu z kolektora T1 i powrotu z wężownicy T3. Pojawiające się zachmurzenie obniżające temperaturę wylotu z kolektora T1 spowoduje wcześniejsze obniżenie wydajności pompy zanim nastąpi obniżenie temperatury na wlocie do wężownicy T2 i odwrotnie. Zaproponowane rozwiązanie pozwala na pominięcie kalkulowania strat ciepła na orurowaniu pomiędzy kolektorem, a podgrzewaczem, które to straty są podstawowym parametrem do ustalenia różnicy temperatur uruchomienia i pracy pompy kolektorów w powszechnie stosowanych układach.

W porównaniu do standardowych instalacji, dla niskiego nasłonecznienia funkcja Opti-Flow zmniejsza do minimum wydajność pompy obiegowej. Wyłączenie pompy następuje dopiero w momencie, gdy różnica temperatur T2-T3 spadnie i utrzyma się poniżej 2oC przez zadany programowo czas. Pozwala to na wydłużenie czasu pracy pompy i wykorzystanie nawet niewielkich ilości ciepła wytwarzanych w kolektorach słonecznych. Przykładowo dla różnicy temperatury 2 stopnie i minimalnego przepływu 1,5 l/min moc oddawana z kolektorów przekracza 200W, jednocześnie energia pobierana przez pompę to około 20 W. Moc cieplna kolektorów w opisanej sytuacji wydaje się być niewielka, należy jednak wziąć pod uwagę dużą ilość czasu w ciągu roku gdzie będziemy mieli do czynienia z warunkami nasłonecznienia pozwalającymi na uzyskanie takich parametrów. Dodatkową zaletą sterownika G425-P01 z funkcją Opti-Flow jest wygoda uruchomienia instalacji solarnej. Nie jest wymagana nastawa natężenia przepływu, gdyż jest ono całkowicie automatycznie ustalane w zależności od chwilowych warunków pracy instalacji solarnej – niezależnie od powierzchni i typów (sprawności) kolektorów słonecznych. Jedyną nastawą sterownika, jaką należy wprowadzić, jest tylko wymagana temperatura ciepłej wody użytkowej.

Zapobieganie przed wynoszeniem ciepła z instalacji solarnej
   Zastosowanie pomiaru temperatur czynnika grzewczego na wężownicy podgrzewacza, zamiast tradycyjnych czujników temperatury wody użytkowej, pozwala na sygnalizowanie ewentualnych nieprawidłowych stanów w pracy instalacji solarnej. Każde pojawienie się w czasie pracy instalacji temperatury T3 na wylocie z wężownicy wyższej niż na wylocie kolektora słonecznego T1 spowoduje natychmiastowe wyłączenie pompy obiegowej.
   W tradycyjnym systemie czujnik umieszczony w wodzie użytkowej zwłaszcza przy nastawieniu niskiej różnicy temperatur uruchamiającej pompę kolektorów może powodować „wynoszenie” ciepła z podgrzewacza. Problem ten w większym stopniu będzie dotyczył podgrzewaczy, w których wężownica zajmuje dużą wysokość podgrzewacza a czujnik temperatury umieszczony będzie w dolnej strefie (zazwyczaj nieco powyżej dolnego króćca wężownicy). 

Rys.8 Zjawisko "wynoszenia" ciepła przy standardowym układzie sterowania pracą instalacji solarnej.

Dlaczego tak się dzieje? Prześledźmy to na przykładzie rys.8. W solarnym zasobniku ciepła dochodzi zawsze do warstwowego układu temperatur. Pomiędzy dołem zasobnika, a górą występuje różnica rzędu kilkudziesięciu stopni (w naszym przykładzie 30K). Ponieważ czujnik temperatury T2 umieszczony jest w dolnej części zasobnika wskaże w danym momencie temperaturę około 26°C, czyli pomiędzy schłodzonym do 32°C kolektorem, a czujnikiem jest nadal 6K i pompa jest załączona. Kolektor pompuje do zasobnika wodę o temperaturze 32°C, która przepływając od części gorącej, o temperaturze 40°C do wylotu z zasobnika ogrzewa się do około 35°C. Krążenie wody w układzie powoduje więc "wynoszenie ciepła" z zasobnika. Przy zastosowaniu układu Opti-Flow i 3 czujników temperatury, sytuacja taka jest niemożliwa. Pojawienie się na wylocie z zasobnika (T3) wyższej temperatury niż na czujniku kolektora (T1) układ automatycznie wyłączy pompę.         

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});