Ogrzewanie ciepłej wody użytkowej kolektorami słonecznymi

Układ ten składa się z kolektora i zbiornika magazynującego ogrzaną wodę, wyposażonego dodatkowo w grzałkę elektryczną. Rozwiązaniem najprostszym (i najtańszym) jest instalacja bez pompy obiegowej (cyrkulacyjnej).

Instalacja z kolektorem bez pompy obiegowej - czynnikiem ogrzewanym jest woda użytkowa

Woda, ogrzana w kolektorze, przepływa do zbiornika umieszczonego powyżej niego. Stamtąd, pod działaniem siły ciężkości (grawitacyjnie), spływa do punktów poboru. Z kolektora do zbiornika ogrzana woda wznosi się dlatego, że jest lżejsza niż zimna (w terminologii technicznej: ma mniejszą gęstość). Opory przepływu powinny być jak najmniejsze.

Dlatego instalacja musi być wykonana z rur o dużej średnicy i z możliwie małą liczbą załamań. Drugim rozwiązaniem jest tłoczenie zimnej wody do kolektora przy użyciu pompy obiegowej. Rozwiązanie to jest bardziej elastyczne pod względem możliwości montażu kolektora i zbiornika na wodę względem siebie. Ten rodzaj instalacji stosuje się przede wszystkim w domach letniskowych lub z basenem ogrodowym.

Przed nadejściem mrozów instalację należy opróżniać z wody. Woda przepływająca przez kolektory słoneczne musi spełniać wymogi stawiane wodzie pitnej. Nie może też zawierać zbyt dużej ilości zanieczyszczeń, m.in. żelaza, które osadzając się na ściankach rurek miedzianych w kolektorze po pewnym czasie spowodowałoby zablokowanie przepływu wody.

Jeżeli chcemy korzystać z energii słonecznej przez cały rok, w obiegu kolektora musi krążyć czynnik niezamarzający. Zazwyczaj używa się roztworu glikolu. Wodę użytkową ogrzewa się w wymienniku. Powoduje to niewielki spadek wydajności systemu i zwiększa koszty instalacji. Najprościej jest zastosować zasobnik z pojedynczą wężownicą, którą krąży płyn z obiegu solarnego, i dodatkową grzałkę elektryczną.

Instalacja z kolektorem oraz z zasobnikiem z pojedynczą wężownicą i grzałką elektryczną

Popularniejszy (bo tańszy w użytkowaniu) jest układ, w którym wodę wstępnie ogrzaną w kolektorze dogrzewa się przy wykorzystaniu kotła c.o. Zasobnik jest wyposażony w dwie wężownice: dolną, którą przepływa woda z kolektora, i górną, w której krąży woda kotłowa.

Instalacja z kolektorem oraz z zasobnikiem z podwójną wężownicą; jedną wężownicą krąży płyn z układu solarnego, drugą - woda kotłowa, a zbiornik wypełniony jest wodą na cele c.w.u.

Podstawowym źródłem ciepła jest obieg kolektora, ale jeżeli promieniowanie słoneczne jest zbyt słabe, układ sterowania włącza dodatkowe podgrzewanie wody. Do podgrzewania można wykorzystać kocioł na gaz ziemny, gaz płynny, olej opałowy, energię elektryczną. Jest to najpopularniejszy sposób przygotowywania c.w.u. we współpracy kolektora słonecznego i kotła c.o.

Jeżeli c.w.u. ma bezpośredni kontakt z wymiennikiem, którym płynie roztwór glikolu z obiegu kolektora, należy mieć na uwadze, że:

• wodne roztwory glikolu etylenowego są trujące (nietoksyczny jest glikol propylenowy);
• oprócz glikolu w roztworze tym znajdują się także inhibitory korozji i biocydy (środki biobójcze), które również mogą być toksyczne;
• jeżeli nastąpi awaria wężownicy obiegu solarnego, szkodliwa ciecz przedostanie się do c.w.u.

Dlatego przed kupnem warto się dowiedzieć, jaki rodzaj glikolu i jakie zabezpieczenia stosuje producent. W każdej instalacji c.w.u. musi być zapewniona możliwość okresowego podgrzania wody do temperatury 70°C, w celu uniknięcia rozwoju bakterii chorobotwórczych rodzaju Legionella.

Dlatego nawet najprostsza instalacja, w której kolektory słoneczne wykorzystujemy do ogrzewania wody użytkowej, musi mieć wbudowaną przynajmniej grzałkę elektryczną lub umożliwiać podgrzanie wody w inny konwencjonalny sposób. Nie chodzi tylko o dezynfekcję termiczną, ale po prostu o możliwość podgrzania wody w pochmurne i deszczowe dni.

Instalacje mieszane - ogrzewanie ciepłej wody użytkowej i wody do celów grzewczych

Zapotrzebowanie na energię cieplną jest największe w okresie, w którym ilość promieniowania słonecznego jest najmniejsza. Jeśli więc ma być dostarczona wymagana minimalna ilość energii cieplnej, należy zamontować dużą liczbę kolektorów. Przyjmuje się, że na 1 m² powierzchni dobrze ocieplonego domu potrzeba 0,5 m² kolektora. Układ grzewczy powinien być niskotemperaturowy (np. 40/30°C).

Warunki takie spełnia m.in. ogrzewanie podłogowe. Powstającą w okresie letnim nadwyżkę ciepła można przeznaczyć na ogrzewanie wody w basenie. Jeśli nim nie dysponujemy, dobrym sposobem wykorzystania tej nadwyżki jest ogrzewanie chłodnych pomieszczeń, znajdujących się pod poziomem gruntu.

Niektóre firmy mają w ofercie wspomniane wyżej instalacje mieszane, czyli solarne współpracujące z gazowym kotłem c.o. Podstawowym ich elementem jest zasobnik ciepłej wody i wody kotłowej, ogrzewany przez obieg kolektora.

Podgrzewacz do instalacji dualnej; a) przepływający wymiennikiem czynnik grzewczy ogrzewa wodę kotłową, w której zanurzony jest wymiennik, a woda kotłowa ogrzewa ciepłą wodę użytkową, znajdującą się w dodatkowym, wewnętrznym zasobniku (rys. wg de Dietrich); b) przepływający wymiennikiem czynnik grzewczy ogrzewa wodę na cele c.w.u., a ona ogrzewa wodę na cele grzewcze, znajdującą się w płaszczowym wymienniku wokół zbiornika na ciepłą wodę

Zasobnik umożliwia współpracę kotła, jako podstawowego źródła ciepła, z kolektorem słonecznym jako źródłem wspomagającym. Priorytetem jest zapewnienie c.w.u., a nadwyżka ciepła jest kierowana do systemu grzewczego, co umożliwia obniżenie kosztów ogrzewania. 

Jednak nakłady raczej się nie zwrócą. Przysłużymy się tylko ochronie środowiska. Mieszaniny wody i glikolu etylenowego działają na instalację silnie korozyjnie. Jeżeli sami możemy zdecydować, jakim płynem wypełnimy instalację solarną, kupmy gotowy roztwór, który zawiera dodatkowo inhibitory korozji, zapobiegające niszczeniu instalacji, i biocydy, przeciwdziałające namnażaniu się w niej bakterii i glonów.

Przed zakupem dodatkowo upewnijmy się, czy płyn nie stwarza zagrożenia dla zdrowia i życia. Jednym ze środków nie mających właściwości toksycznych jest glikol propylenowy. Trzeba jednak sprawdzić, czy dodane do niego inhibitory korozji i biocydy nie są toksyczne. Warto dowiedzieć się, czy producent wystawił deklarację, że roztwór przez niego oferowany jest wolny od substancji trujących.

Iwona Małkowska