10 legfontosabb dolog, amire a napkollektoros rendszerek kivitelezésekor ügyelni kell

8. Tágulási tartály mérete és beállítása

A nyomás alatti, zárt napkollektoros rendszerek zavartalan működésének egyik legfontosabb feltétele a megfelelő méretű és előnyomású tágulási tartály beépítése. Ez biztosítja, hogy a rendkívül tág határok között változó hőmérséklet viszonyok mellett a napkollektor kör nyomása viszonylag egyenletes maradjon, és csak az előre meghatározott értékhatárok között mozogjon.

 

A tágulási tartály kialakítása és feladata

A tágulási tartály térfogata egy rugalmas, általában gumi anyagú membránnal ketté van választva. A membrán egyik oldalán a kollektor köri folyadék, a másik oldalán gáz, általában nitrogén, vagy levegő van. A tartály működési elve a gázok összenyomhatóságán alapul. Ha a kollektoros rendszerben megemelkedik a hőmérséklet, a kitágult folyadék a membránon keresztül össze tudja nyomni a tartályban lévő levegőt úgy, hogy a rendszer nyomása csak a megengedett mértékben emelkedik meg. A tágulási tartályt tehát akkorára kell választani, hogy a nyomás a legmagasabb hőmérséklet, így a legnagyobb folyadék térfogat esetén se haladja meg a rendszerre megengedett maximális nyomást.
A napkollektoros rendszerekben a hőtáguláson kívül még figyelembe kell venni gőzképződés lehetőségét is. Erős napsugárzás és üresjárat esetén ugyanis a napkollektorokban forrás is bekövetkezhet. Ilyenkor a folyadék elgőzölög, és a gőz kiszorítja a napkollektorokból a folyadékot. Ez azonban nem okoz semmilyen problémát, ha a tágulási tartályba a gőz által kiszorított folyadék mennyisége is elfér. Ha a napkollektorok visszahűlnek, a gőz visszaalakul folyadékká, és a gőztérfogat helyére a tágulási tartályból a membrán visszanyomja a folyadékot a kollektor körbe. Ezzel helyreáll a normális, folyadékkal feltöltött állapot, és a napkollektoros rendszer újra működőképessé válik anélkül, hogy kezelői beavatkozásra lett volna szükség.

A tágulási tartály üzemállapotai 

tágulási tartály üzemállapotai

a. Üres állapot

A napkollektoros rendszer még nincs feltöltve folyadékkal. Ilyenkor a gáz kitölti a tartály teljes térfogatát. A gáz nyomását, az ún. előnyomást (pelő) nekünk kell beállítanunk a tartályon található gázszelepen keresztül. Erre a célra kisebb rendszereknél kézi pumpa, míg nagyobb rendszereknél kompresszor használható.

b. Hideg, feltöltött állapot

A napkollektoros rendszert a tartály előnyomásához képest magasabb, phideg értékű nyomásra töltjük fel. Ekkor a tágulási tartályba folyadék kerül, ezért a membrán kis mértékben összenyomódik. Azt a térfogatot, amit hideg állapotban töltünk a tartályba, tartalék térfogatnak nevezzük (Vtart), mivel ennek a feladata, hogy pótolja az esetleges szivárgási, vagy légtelenítési veszteségeket. Ennek a térfogatnak kell továbbá pótolni a hideg téli napok esetén a feltöltési hőmérséklethez képest akár 20-40°C-al is hidegebb folyadék térfogatcsökkenését is.

c. Meleg állapot

A napkollektoros rendszer felmelegedett a
maximális átlagos hőmérsékletre. Ennek figyelembe vehető értéke kb. 140°C. Természetesen a napkollektorok lehetnek ennél melegebbek, de az átlagos hőmérséklet többnyire nem haladja meg ezt az értéket. Ilyenkor a kollektor köri folyadék Vhőtág értékkel kitágul, és ez a folyadék mennyiség kerül be a tágulási tartályba.

d. Gőzképződési állapot

A napkollektorokban üresjárat esetén gőz képződik, és ez kiszorítja a napkollektorokból a folyadékot. A keletkező gőz térfogatának megfelelő folyadék mennyiség (Vgőz) is a tágulási tartályba kerül, méginkább összenyomva ezzel a tartályban lévő gázt.

A nyomásviszonyok beállítása

nyomásviszonyokNapkollektoros rendszerekben hideg állapotban az alábbi üzemi nyomás értékeket célszerű beállítani:

20 m geometrikus magasság alatt:
phideg = 3 bar (0,3 MPa)

20 m geometrikus magasság felett:
phideg = pgeo + 1 bar

ahol: pgeo = hgeo x 0,1 [bar]

A tágulási tartály gázoldali előnyomása:
pelő = 0,9 x phideg

 

A tágulási tartály méretének meghatározása

A tágulási tartály méretének meghatározásához ki kell számolni a napkollektor kör teljes térfogatát (Vrendszer).

A fagyálló folyadék hőtágulása 10°C-ról 140°C-ra történő felmelegedés esetén ~10%, így a tágulási térfogat:

DVfoly = Vrendszer x DVrel = 1,1 x Vrendszer

 Víz és fagyálló folyadék relatív térfogatváltozása a hőmérséklet függvényében

Víz és fagyálló folyadék relatív térfogatváltozása

A gőzképződés lehetőségének figyelembevétele miatt a folyadék tágulási térfogatához még hozzá kell adni a napkollektorok (Vkoll), és a napkollektorok közvetlen közelében lévő, felfelé vezetett csővezeték szakaszok térfogatát (Vcső, gőz).

DV = DVfoly + Vgőz = 1,1 x Vrendszer + Vkoll + Vcső, gőz

Fentiek figyelembevételével a tágulási tartály minimális mérete:

Tágulási tartály minimális térfogata

Figyelem! A fenti képletek használatakor ügyelni kell arra, hogy a nyomás értékeket abszolút nyomásban kell behelyettesíteni, tehát az általánosan használt túlnyomás értékekhez hozzá kell adni a légköri nyomás 100 kPa = 1 bar értékét.

tágulási tartály beépítéseA tágulási tartály beépítése

A tágulási tartályt a rendszer hideg ágába kell beépíteni, függesztett kivitelben. A függesztett kivitel előnye, hogy feltöltéskor a tartály vízteréből a levegő el tud távozni, valamint magas rendszerhőmérséklet esetén a tágulási tartály a gravitációs hurok miatt kevésbé melegszik fel.


Ajánló




Új online szakfolyóirat!
 
1. szám


 
2. szám 


 

 
3. szám