Csővezetékek alkalmazása napkollektoros rendszerekben


A napenergia tudástár legutóbbi írásában azt vizsgáltuk, hogy milyen méretű csővezetéket kell alkalmazni napkollektoros rendszerekben. A vizsgálat a leggyakrabban alkalmazott vörösréz anyagú csővezeték használatára vonatkozott. A mostani írás azt veszi számba, milyen egyéb csővezeték alkalmazható még napkollektoros berendezések kivitelezése során.


Öt-tíz évvel ezelőtt napkollektoros rendszerek kivitelezésénél szinte kizárólag vörösréz csővezetéket alkalmaztak. Bár ez még ma is kiváló megoldás, alternatívaként megjelentek a különböző gyártmányú egyenes és flexibilis rozsdamentes acélcsövek, valamint a vékony falú, kívül horganyzott ötvözetlen acélcsövek is. Ezek sok esetben előnyösen alkalmazhatók, persze csak akkor, ha méretezésükkor, kiválasztásukkor és persze a szerelésükkor is kellő gondossággal és körültekintéssel járunk el.


Csővezeték kiválasztásának kritériumai


Napkollektoros rendszerek csővezetékének meg kell felelnie az alábbi kritériumoknak:



Fenti kritériumok közül a legfontosabb a hőállóság. Napkollektoros rendszerekben nagyon magas hőmérséklet is kialakulhat. A síkkollektorok maximális, ún. üresjárati hőmérséklete általában 170-200°C, míg egyes vákuumcsöves napkollektoroknál ez akár 250-300°C is lehet. Ebből következik, hogy csak fém anyagú csővezeték alkalmazható, tehát műanyag, ill. ötrétegű cső nem.

Figyelem! Nagyon gyakran elkövetett hiba, hogy műanyag csővezetéket alkalmaznak akkor, ha az építkezés folyamán - egyébként bölcs előrelátástól vezérelve – előre beépítik a falba, vagy az elburkolt strangcsatornába a majdan, később kialakítandó napkollektoros rendszer számára a csővezetéket. Sajnos az így beépített műanyag cső napkollektoros célra nem lesz majd felhasználható, mert a magas hőterhelés miatt az valószínűleg rövid időn belül tönkremenne.


A nyomásállóság szempontjából már nem ennyire kritikus a helyzet, bár a napkollektoros rendszerekben az üzemi nyomás is többnyire magasabb, mint a fűtési rendszerekben. A magasabb nyomásra azért van szükség, hogy a fagyálló folyadék forráspontját meg lehessen növelni. A jellemzően alkalmazott üzemi nyomás 2-4 bar (200-500 kPa), a biztonsági szelep pedig többnyire 6 bar (600 kPa) nyitónyomású. Néha, főleg magas épületeken, nagy hidrosztatikus nyomáskülönbséggel megvalósított rendszereknél 10 bar (1 MPa) nyitónyomású biztonsági szelepet is alkalmaznak. A fém anyagú csővezetékek azonban ezeket a maximális nyomás értékeket gond nélkül elviselik.


A harmadik kritérium, a propilénglikol fagyálló közegnek való ellenállás. A fém anyagú csövek ennek is minden további nélkül megfelelnek. Igazából a feltételek még kedvezőbbek is mint normál víz alkalmazása esetén, mivel a fagyálló folyadékok többsége korróziógátló inhibitorokat is tartalmaz. Az alkalmazott tömítéseknél azonban már lehet probléma, ezért főleg a gumi anyagú tömítéseknél ellenőrizzük, hogy nem károsítja-e azokat az alkalmazott fagyálló folyadék.


Vörösréz csővezeték


A napkollektoros rendszerek csővezetékeként régebben szinte kizárólag, és még ma is leggyakrabban vörösréz csővezetéket alkalmaznak. Hő-, és nyomásállóság, valamint tartósság, alakíthatóság szempontjából a vörösréz csővezeték kiváló, mondhatni utolérhetetlen tulajdonságokkal rendelkezik. Egyetlen hátránya talán a viszonylag magas ára, ami főleg a nagyobb méretekben jelentkezik.

Rozsdamentes acél csővezeték


Az utóbbi években egyre gyakrabban alkalmazzák az ún. inox, tehát rozsdamentes acél anyagú, vékony falú, flexibilis, hullámosított falú csővezetékeket is. Ez a csővezeték típus általában hőszigeteléssel és külső, a mechanikai sérülésektől védő, flexibilis burkolattal együtt kapható. Sőt leggyakrabban ikercső kivitelben alkalmazzák. Ekkor az előremenő és visszatérő csővezeték, és még a napkollektorok érzékelő vezetéke is egy közös, hőszigetelt burkolatba foglalva található. Az ilyen csővezeték alkalmazásának az előnye elsősorban a gyors kivitelezésben rejlik.

Hőszigetelt, flexibilis, rozsdamentes ikercső


A hullámos falú rozsdamentes csövek alkalmazásakor természetesen a csővezeték átmérőjét ugyanúgy méretezéssel kell meghatározni, mint réz, vagy egyéb csővezeték esetén. A méretezést viszont sokszor megnehezíti, sőt lehetetlenné teszi, hogy az adott csővezeték típus nyomásvesztesége nem ismert. Ilyenkor aztán gyakran nem marad más, mint a helytelen gyakorlat, vagyis a névleges csőátmérő alapján megbecsülni az alkalmazható csővezeték méretét.


A névleges csőátmérő (NÁ, vagy gyakrabban inkább az európai jelölést alkalmazva DN) elméletileg a csővezeték belső átmérőjének megközelítő méretét kellene hogy megadja. A gyakorlatban azonban ez nem mindig van így, sokszor a csatlakozó fitting csőmenet méretének megfelelően sorolják névleges átmérő osztályba a csővezetéket. Ez pedig félrevezető lehet. Az 1. ábra alapján ugyanis látható, hogy a csatlakozásra használt hollandi hüvelykben (colban) megadott mérete jellemzően egy dimenzióval nagyobb, mint a cső belső átmérője alapján megadható névleges csőátmérő. Tehát először is ellenőrizzük, hogy csővezeték méretében megadott névleges átmérő valóban a belső átmérőt jelenti-e.

1. ábra


Például az 1. ábra szerint helyesen DN 20 jelölésű rozsdamentes cső hollandijának a mérete 1”. A gyakorlatban pedig az 1” csatlakozási méretű csővezetéket sokszor automatikusan DN 25 névleges átmérőnek tekintjük. Ügyeljünk arra, hogy a rozsdamentes csövek esetében ezt ne tegyük, még akkor sem, ha esetleg maga a csővezeték forgalmazója is így jár el. Ragaszkodjunk a belső átmérő szerinti méretmegadáshoz.

2. ábra


Még rosszabb a helyzet, ha a megvizsgáljuk a hullámos falú csővezetékek nyomásveszteségét is. A 2. ábrán látható nomogram 40%-os töménységű propilénglikol közeg, és 50°C-os közeghőmérséklet esetén mutatja a vörösréz és a hullámos falú acélcsövek fajlagos nyomásveszetségét. Az ábra alapján megállapíthatjuk, hogy az 1”-os csatlakozású, esetleg helytelenül DN 25-ösnek vélt, de valójában csak DN 20-as bordáscső fajlagos nyomásveszteség szempontjából a 18x1 mm-es vörösréz csőhöz áll a legközelebb, aminek a belső átmérője csak 16 mm, tehát a névleges átmérője DN 16.

Az nyomásveszteség diagramon az előző írás megfontolásai alapján zölddel feltüntettük azt a javasolt tartományt is (100-350 Pa/m) amire a csővezeték kiválasztásakor célszerű törekedni. Az egyszerűbb csővezeték méret kiválasztás érdekében pedig a vízszintes tengelyen nem csak a térfogatáram értékét, hanem a „high flow” és „low flow” térfogatáram elv esetén alkalmazható napkollektor felület nagyságokat is feltüntettük. Csak emlékeztetőül: a gyakrabban alkalmazott „high flow” elv esetén a napkollektor köri térfogatáram 30-40 liter/(h·m2), míg a főleg nagyobb rendszerekben alkalmazott „low flow” elv esetén 15-20 liter/(h·m2).


Természetesen az 1. és 2. ábra csak egy konkrét gyártmányú csővezeték méretét és nyomásveszteségét mutatja. A különböző gyártmányok pedig mind méretben, mind kialakításban jelentősen eltérnek egymástól. Ezért lehetőség szerint csak olyan bordáscsövet alkalmazzunk, amiről egyértelműen rendelkezésünkre állnak a gyártó által hitelesen megadott méret és nyomásveszteség értékek.

Ötvözetlen acél csővezetékek


A fagyálló folyadékkal feltöltött, zárt rendszerű napkollektoros rendszerekben tulajdonképpen hagyományos, ötvözetlen acél, azaz ún. fekete acélcső is alkalmazható lenne. Ennek azonban csak nagyobb méretekben lenne értelme, ahol a vörösréz, vagy a vékonyfalú rozsdamentes acélcső már drága megoldás. A magas kivitelezési költség, a nagy fajlagos súly, és a külső felületen jelentkező korrózió azonban ekkor sem teszi indokolttá a fekete acélcső alkalmazását.


Néhány éve azonban már több gyártótól is beszerezhető vékony falú, kívül horganyzott, ötvözetlen acélcső. Ennek az ára nagy méretekben lényegesen olcsóbb, mint a vörösréz csővezetéké. Mivel zárt rendszer, és főleg korróziógátló inhibitor adalékkal ellátott fagyálló folyadék közeg esetén nem kell korróziótól tartani, ezért ezt a csővezetéket nyugodtan lehet alkalmazni. Sőt, akár keverni is lehet a különböző csőanyagokat egymással. Pl. kisebb méretekben, az egyes napkollektor csoportokhoz lehet a könnyebben alakítható vörösréz csövet használni, míg a nagy átmérőjű gerincvezeték kiépíthető vékony falú ötvözetlen acélcsőből.

3. ábra


Acélcső alkalmazása esetén természetesen szintén el kell végezni a hidraulikai méretezést, amihez ismerni kell a használni kívánt csővezeték nyomásveszteségét. Amint az a 3. ábrán látható, vörösréz csővel azonos külső átmérő alkalmazása esetén az acélcső valamivel magasabb nyomásveszteséget eredményez, aminek oka a nagyobb falvastagság, valamint a csőfal nagyobb belső érdessége.