Zabezpieczenie przeponowego naczynia wzbiorczego w instalacjach kolektorów słonecznych

W dyskusji na temat „trwałości instalacji słonecznych” spotkałem się ostatnio z opinią instalatora mówiącą, że w tego typu instalacjach częstej awarii ulegają membrany w naczyniach wzbiorczych. Myśl, jaka mi się nasunęła to ile z tych częstych awarii wynika z wady produktu a ile z błędnego montażu? Jeżeli instalatorzy podchodzą do tematu termicznego zabezpieczenia naczynia rozszerzalnościowego podobnie jak do tematu doboru jego pojemności (wpis). To wydaje mi się, że zdecydowanej większości uszkodzeń można by uniknąć.

Dla osób niebędących w temacie szybko wyjaśnię, że przeponowe naczynie wzbiorcze to element instalacji, którego zadaniem jest przejęcie nadmiaru cieczy solarnej powstałej w instalacji w wyniku ogrzewania. Przeponowe naczynie wzbiorcze jak sama nazwa wskazuje posiada wewnątrz gumową membranę. Dozwolone wartości temperatury pracy dla wszystkich membran w naczyniach rozszerzalnościowych wynoszą od ok. 5 do max 70°C i tu pojawia się problem.

Jeżeli instalator zamontuje naczynie wzbiorcze jak przedstawiono na poniższym schemacie istnieje duże prawdopodobieństwo jego awarii.

W okresie letnim przy braku odbioru ciepła temperatura w kolektorze może przekraczać 200 °C. W takiej sytuacji cała woda z kolektora oraz przewodów rurowych będących w najbliższym sąsiedztwie kolektora może nagrzać się do ponad 100 °C. Jeżeli w takim przypadku pojemność wodna przewodów rurowych między kolektorem a naczyniem jest mniejsza od pojemności wodnej kolektora(ów) przegrzana woda trafi do naczynie powodując znaczne ryzyko awarii membrany. Nie jest to sytuacja normalna wynikająca z prawidłowej instalacji. Błędnym myśleniem jest, wychodzenie z założenia, że woda na drodze między kolektorem a naczyniem ulegnie wychłodzeniu. W instalacji słonecznej przewody rurowe powinny być izolowane, przez co straty ciepła = możliwości chłodzenia są znacznie ograniczone.

Rozwiązaniem problemu może być instalacja naczynie wzbiorczego jak na rysunku poniżej.

W tym przypadku naczynie rozszerzalnościowe zostało zainstalowane przed pompą obiegową. W takim układzie gorąca woda z kolektora ma dłuższą drogę do pokonania zanim dotrze do naczynia. Przechodzi przez wymiennik zasobnika, więc ma szansę wstępnie się ochłodzić. W takim przypadku, jeżeli pojemność wodna części instalacji między kolektorem(ami) a naczyniem jest większa od pojemności wodnej kolektora (ów) naczynie wzbiorcze można uznać za zabezpieczone przed wysoką temperaturą.


Innym sposobem zabezpieczenia naczynia wzbiorczego jest montaż tzw naczynia pośredniego co obrazuje rysunek poniżej.

W tym rozwiązaniu gorąca woda z kolektora zanim dostanie się do naczynie rozszerzalnościowego przechodzi przez naczynie pośrednie, którego zadaniem jest wychłodzenie cieczy. Rolę takiego naczynia pełni zazwyczaj stalowy zbiornik o odpowiednio dobranej pojemności.

Vnaczynia_zabezpieczającego = (Va · e) + (Vk · 1,1)

Va – pojemność wodna instalacji

Vk – pojemność wodan kolektorów

e- współczynnik rozszerzalności między temperaturą 70°C a faktyczną zakładaną temperaturą powrotu w instalacji, przed którą chcemy chronić naczynie zazwyczaj.

e=0,0143 dla 70 - 90 °C

e=0,0221dla 70 - 100 °C

e=0,0262 dla 70 - 105 °C

e=0,0304 dla70 - 110 °C

Jeżeli naczynie jest bardzo blisko kolektorów przyjąć wartości e dla 105-110 °C jeżeli jest dalej można przyjąć 90 °C