Figyelmeztetés: amennyiben ilyen rendszerre vágyik, vagy ilyen rendszere van, olvassa el az egész cikket és ne legyintsen rá, hogy úgy is tud mindent róla! A drain-back rendszer egy egészen „fura” hidraulikus megvalósítása a napenergia napkollektorokkal történő hasznosításában. Külön lapot is érdemel, hiszen a napkollektorok által termelt hőenergia addig kezes, amíg minden rendben van, a rendszer összes eleme jól működik. Gondozásmentes és felügyeletmentesen működő rendszerek alakíthatók ki olyan kollektorokkal, amelyek stagnáláskor nem mennek tönkre, teljesítményük igen magas, ráadásul az átmeneti és a hideg évszakban is jól működnek. Ez a megoldás a megfelelő vákuumcsöves napkollektor – drain-back rendszerben. A drain-back rendszer működése egyszerű, az emelkedéssel szerelt csövekben víz van, szintje a drain-back tartályban levő víz szintjével megegyezik a közlekedő edények elve alapján. Így ezen szint felett nincs víz, tehát a kollektor szárazon áll. Amikor a szabályzó, – érzékelvén a melegedést a kollektorban – elindítja a szivattyút, a folyadék ennek hatására felemelkedik a kollektor hideg ágán, ezután elárasztja a kollektor gyűjtőcsövét, ami min. 1%-ot emelkedik (1 méteren 1 centimétert), a meleg oldalon maga előtt tolva a levegőt, belefolyik a drain-back tartályba. Ezzel záródik a cirkulációs kör, a kollektor által termelt energia a hőcserélőbe jut, ahol átadódik a melegítendő közegnek. Az előzőekből kitűnik, hogy leálláskor, ami bármilyen okból is lehet, a víz visszaeresztődik a drain-back tartályba, a kollektor ismét szárazon áll, így sem a nyári tűző napsütésben, sem a táli hidegekben a rendszer nem károsodik. Csak egy esetben produkál ijesztő hangokat ez a megoldás, ha a nyári napsütésben pl. áramszünet után indul be a rendszer. Ekkor a hideg víz a forró kollektorba lépve hirtelen elgőzöl, esetleg pufog is, de néhány perc után a kollektor lehűlésével ez a jelenség megszűnik. A drain-back és a zárt rendszer alkotóelemei az alábbi ábrán láthatók.
A bal oldalon a drain-back rendszer, a jobb oldalon a zárt rendszer. Jól érzékelhető a különbség, de ami nem látszik, az az, hogy a drain-back rendszer rendszerint nem kerül nyomás alá, míg a zárt ún. nyomott rendszer. Lényeges különbség a két rendszer között az is, hogy a zárt esetén a „kontra” (ellenkező irányú csőemelkedés) problémája nem jelentkezik, hiszen a csőben maradó légbuborék összenyomódik utat engedve a folyadéknak. A drain-back-et viszont gondosan kialakított csővezetéssel kell szerelni, hiszen nyomás csak a lezárt rendszer esetén keletkezik, tehát a légbuborékok nem nyomódnak össze megakadályozván a folyadék áramlását. Megjegyzendő azonban, hogy a csövek emelkedéssel való szerelése mindenképp követelmény minden folyadékos csővezeték esetében. A drain-back esetén a kollektort (kollektorokat) mindenképpen emelkedéssel kell szerelni, hogy a folyadék vissza tudjon folyni a drain-back tartályba. A drain-back tartály egy egyszerű tartály (pl. rozsdamentes acélból készül), méretezése egyszerű, a tartály nyugalmi vízszintje alatti űrtartalomnak legalább kétszer nagyobbnak kell lennie, mint a vízszint feletti csövek és a kollektor összes űrtartalmának. Egy nívónyílást szoktak kiképezni rajta, ami feltöltéskor a nyugalmi vízszintet állítja be, ill. ha a rendszer alkalmas a lezárásra, ide csatlakozhat a biztonsági szelep. Ennek a nyílásnak a szerepét átveheti a „hideg” oldali csövön kiképzett „T” elágazóra szerelt menetes csonk is, rajta egy csappal, bár ez a megoldás csak a vízszint beállítására alkalmas, nyomás esetén nem a gőzt, hanem a vizet távolítja el a rendszerből, ami nem igazán jó. A drain-back rendszer megvalósításával azonban vannak problémák is, de érdemes küszködni a kiküszöbölésükkel, hiszen a biztonság mindenek előtt való. Az egyik probléma az, hogy a kollektorból lezúduló folyadék a drain-back tartályba érkezvén szabadeséssel csapódik a tartályban levő folyadék felszínébe, ez csobogással jár. Ráadásul a folyadék induláskor kitolja a levegőt a kollektor gyűjtőcsövéből, átbukik a legmagasabb ponton és zuhanásba kezd a drain-back tartály felé. A levegő viszont nagyon nem akarja a lefelé történő mozgást, így a két elem veszekedvén a helyen felváltva foglalja el azt, kellemtelen bugyogó hang kíséretében. Több megoldás is létezik ennek kiküszöbölésére, bár jelentéktelenné válik, ha a tartály a kollektorhoz közel kap helyet a padlástérben, nem lakott részben. Hőszigetelni egyébként is kell minden alkotóelemet a kollektor-körben, a hőszigetelőknek egy mellékes tulajdonságuk a hangszigetelés is. Kijelenthető tehát, hogy a drain-back tartály helye a padlástérben van, még akkor is, ha ez a tér nem fagymentes. Általában mód nyílik a tartályt pl. kémény oldalára szerelni és hozzá hőszigetelni, vagy akár a csupasz födémhez hőszigetelni, biztosítván a fagymentességet. Drain-back tartályokat be lehet szerezni, vannak olyanok is, amelyekben már csobogásmentesítő is van, nem érdemes házilag ügyeskedni helyettük. Kreatív módon a helyszínen kell kitalálni a legjobb megoldást, a csöveket meg a kollektort vízszintező eszköz segítségével kell szerelni. Időigényesebb ezek miatt, de néhány órán ne múljék a kollektorrendszer kiépítése, hiszen néhány évtizedre épülnek. Az áradozás után vizsgáljuk meg a drain-back rendszer hátrányait is: Az alábbi ábrák elnagyoltak, hogy egyszerűen belátható legyen, amit megpróbálok elmagyarázni. A hangkeltés elsősorban méretezési hibából adódik, nevezetesen: az eredeti méretezési alapelv az, hogy a drain back tartály (továbbiakban db tartály) űrméretének meg kell egyeznie a nyugalmi folyadékszint feletti csőhálózat és a kollektorok űrtartalmával. Ez tök jó, de ugye ez azt jelenti, hogy amint a folyadék helyet cserél a levegővel, a tartály kiürül! Egy üres tartályba bezúduló folyadék pedig csobog, csörömpöl, kavarog a levegővel összekeveredve. Ez a hang nem csillapítható, csak egyszerű megoldásokkal 🙂 A víz-levegő keverék ezután a normál csőátmérőn lezuhogva a hőcserélőben hirtelen lelassul, mert a csőkígyó (hőcserélő) átmérője egy-két dimenzióval nagyobb. A lelassult folyadékban a buborékok összeállnak egy nagyobb légpárnává, leszűkítve a folyadék áramlásának útját, ezzel még nagyobb feladatot adva a szivattyúnak. Ráadásul a csőkígyó legalsó menete erősen lefele hajlik azért, hogy a tartály aljában levő vizet is felmelegíthesse. Ebben a hurokban aztán igen jól megrekedhet a levegő. A szivattyú beszívja az immáron sokkal kevesebb buborékmennyiséggel rendelkező folyadékot, ám ekkor elejti a vízoszlopot, amit eddig tartott, ekkor a visszaürülő folyadék elárasztja a szivattyút, új lendületet vesz, a folyadékot feltolja. Ám a levegőbuborékok ismét elérik a szivattyút és hát… , szóval…, periodikusan vacakol mindaddig, amíg a levegő el nem távozik a vízből, de az meg nem tud 🙁 Az alapvető baj tehát a szivattyú, amely nem tud szívni, csak nyomni, a levegő pedig a halála, mert ő nem kompresszor, csak egy egyszerű vízkavaró. Mi is lehet akkor a megoldás? – Nos, keressünk egy olyan csőszakaszt a rendszerben, ahol a szivattyú előtt igen kicsi a veszteség és bőven rendelkezésre áll a folyadék és a lehető legkevesebb légbuborék található benne. Hát ilyen szakasz nincs! Csak egy olyan szakasz van, ami az első két kitételnek megfelel, ez a db tartály alatt van. Viszont meg kell oldani a levegő bekeveredésével járó problémát. A gond egyik fele könnyedén megoldható, a db tartályt nem szabad hagyni kiürülni! Ez egyszerű: a tarály űrtartalmát kétszeresre kell méretezni, így csak félig ürül le (az optimisták kedvéért: még mindig félig tele marad). A másik, hogy valahogyan meg kell akadályozni a kollektorból lezúduló víz becsapódását a db tartályban levő folyadék felszínébe. Erre több variáció is lehetséges: cső a csőben megoldás, a víz levezetése a tartály belső falán, kúpos tárcsa alkalmazása a beömlőnyílás alatt, a többi igen gyenge hatásfokkal működik, azaz szinte mit sem ér. Az így viszonylag buborékmentes víz már bejuthat a szivattyúba, aztán tolhat, amennyit csak tud, leküzdve az összes nyomásveszteséget, meg a geodetikus magasságot. Jöhet még váltószelep, golyóscsapok garmadája, hőcserélők, mert mindezeken a szivattyú át tudja tolni a légbuborékokat, mert a szivattyú ugyebár tolni aztán igazán tud, mert az ő neve PUMP! A szivattyú elhelyezése tehát kritikus a drain-back rendszernél. A mértékadó nyomásveszteséget ebben az egyszerű körben
a drain-back tartály aljától a tároló hőcserélőjén keresztül a kollektorokig tartó cső és idomok határozzák meg. A szivattyú ugyebár leginkább nem szív, hanem tol (tolattyúnak kellene nevezni!, mint azt már sokadszor említettem), tolni akkor tud jól, ha a beömlő nyílásába korlátlanul tud ömleni a folyadék. Amennyiben a levezetés hosszú, máris korlátozva van a szivattyú emelőmagassága. Ezután következik a hőcserélő, melynek alaki ellenállása is növeli a veszteséget, majd így tesz a felmenő cső is. A kollektorok vesztesége működés közben jelentkezik. A hőcserélő után elhelyezett szivattyú tehát nincs jó helyen, pláne, ha váltószelep is van még a körben. A szivattyú ideális helye tehát a drain-back tartály nagynyílású fenekén van, a tartály pedig úgy van kiképezve, hogy a lezúduló víz által lehordott levegőbuborékok nem juthatnak a szivattyúba. Ebben az esetben az összes nyomásveszteség a szivattyú után keletkezik és igaz lesz a számítás, miszerint a csőhálózat veszteségét és a drain-back tartály és a kollektorok közti geodetikus magasság adja a szivattyú minimális emelőmagasságát. A köztes megoldás az, hogy a levezetésnek is nagyobb átmérőjűnek kell lennie, mint a kollektorok felé tartó csőnek, ekkor lehet a szivattyú lent, a tartály közelében, de mindenképpen a meleg ágban! No és persze a váltószelepnek a helye ekkor már indifferens, lehet a meleg ágban, vagy a hidegben . Mivel a rendszerben nincs nyomás, a víz forráspontja 100°C. Ez nem lenne baj. csak akkor okoz gondot, ha a rendszer nincs gondosan méretezve és a hőcserélőn fellépő hőlépcső pl. 20K, így a tároló vizének hőmérsékletét nem lehet 80°C fölé emelni, mert a kollektorokban keringő folyadék forrásba kezd. A kis nyomású biztonsági szelep kinyit, folyadékvesztés következik be. Lehűlés után persze negatív nyomás keletkezik, ez maga után vonja a víz forráspontjának csökkenését. A túlnyomás hiánya azt is jelenti, hogy az esetleges tömítetlenség nehezen észrevehető, a zárt rendszernél ugyebár látszik a nyomásmérőn a veszteség. Tehát, ha a drain-back rendszerből a folyadék szökik, be fog következni a nagyarányú gőzölés, mert a kollektorban keringő csekély mennyiségű víz azonnal felforr. Valamilyen megoldással szükséges lenne ellenőrizni a kollektorköri folyadék mennyiségét, vagy a tömegáramot. Változó tömegáramot gerjeszt az a probléma, hogy a kollektor meleg ága ugyanolyan csőátmérővel csatlakozik a drain-back tartályhoz, mint a kollektorokhoz vezető hideg ág. Ebben a csőszakaszban ugyanis a lezúduló víz megpróbálja letolni a levegőt, de ez periodikusan sikerül csak, hasonlatosan a hosszúnyakú borosüvegből kifolyó nedű bugyogásához. Ennek kiküszöbölése igen egyszerű, legalább egy dimenzióval nagyobb csőméretet kell alkalmazni erre a szakaszra, úgy elfér a víz és a levegő egymás mellett. <u>A rendszer kialakításának követelményei a kollektortól lefelé tehát a következők: A kollektoroknak bírniuk kell a tartós stagnálást (a napon való aszalódást 🙂 ) A kollektoroknak maradéktalanul le kell tudniuk ürülni. A kollektor kivezetésétől nem lehet messze a db tartály, mert a csőből a víz nem tud leürülni a megfelelő lejtés ellenére sem. Ha nem biztosítható a rövid távolság, akkor fagyállóval kell feltölteni a rendszert! A legnagyobb távolság nem legyen nagyobb pár méternél, akkor is igen nagy eséssel kell szerelni a csöveket. A csőhálózat méreténél legalább egy dimenzióval nagyobb levezetés kialakítása a kollektortól a drain-back tartályig. Nagy átmérőjű menetes csonk alkalmazása a drain-back tartály bemenetén. A víz (folyadék) lelassítása és csapódásmentes bevezetése a vízfelszínre. A db tartály űrtartalmának helyes méretezése, vagy a meglevő űrtartalom bővítése másik tartály párhuzamos beillesztésével. A db tartály kivezetésének nagy átmérőjűnek kell lennie. A szivattyú a db tartály alatt kell, hogy helyet kapjon, vagy a levezető cső átmérőjének egy dimenzióval nagyobbnak kell lennie a kollektorhoz menő csővezeték átmérőjénél. Minden csővezetéknek emelkednie kell a kollektor(ok) felé). Minden kollektornak és az őket összekötő csöveknek emelkednie kell a legfelső pont felé. A rendszerbe szennyfogó-szűrőt célszerű beépíteni. Semmilyen felesleges veszteséget, fojtást okozó elemet nem szabad beépíteni a rendszerbe, sőt visszacsapó szelepeket és egyéb kütyüket sem. A szabályozót úgy kell beállítani, hogy a tartályokban előállítandó hőmérséklet ne lehessen nagyobb 80°C-nál. A feltöltési utasítást pontosan be kell tartani, mert a padlástérbe került víz megfagy a csövekben. A fenti előírások betartásával hosszútávon jól működő rendszerek alakíthatók ki, de csak ezek betartásával. Lehet vitatkozni, meg eszméket kialakítani, meg hitrendszereket felállítani, de a fizikát még egyenlőre nem lehet megerőszakolni! Magyarán, aki nem tartja be a szabályokat az építésnél, sok visszahívásra és szidalomra számíthat! Még egy méretezési hiba, melyet elkövetnek: a szűkre méretezett felvezető csőből többfelé ágazó párhuzamos kötés után a tömegáram osztódik, a kollektorokba érve a folyadék még jobban lelassul. Ha éppen a határon van a tömegáram, bármilyen kisebb hiba jelentkezésekor a leglassabb ágban felforr a folyadék. A szennyfogó-szűrő nélküli rendszerben jelentkezhet az a probléma, hogy a szennyeződések a szűk csővezetéken eljutnak könnyedén a kollektorig, ott pedig lerakódnak és akkor abban a kollektor-mezőben igen gyorsan felforr a víz, borzalmas durrogások közepette… Nos ijesztő tud lenni… Csak egy kérdés? Belegondolt már, hogy mi történik a hőcserélőben lehűlt vízzel, ha az éjszaka átfagyott csövekbe jut? (Egyes helyeken az ivóvíz hőmérséklete télen 2-3°C, az átfagyott cső -15°C is lehet, mert a hőszigetelés csak lassítja a lehűlést, bár a felmelegedést is) … és a cikk az évek múltával és a tapasztalatok gyarapodásával egyre csak hosszabb és hosszabb lesz …