Funkcja Opti-Flow zawarta standardowo w sterowniku G425-P02 wprowadza pierwsze na rynku, opatentowane przez firmę Hewalex, innowacyjne rozwiązanie – automatycznej regulacji i optymalizacji natężenia przepływu czynnika grzewczego w instalacji solarnej. Zastosowanie sterownika z funkcją Opti-Flow w sposób decydujący upraszcza i skraca prace uruchomieniowe instalacji, a także zwiększa efektywność pracy instalacji solarnej o około 10 % (dane z testów w laboratorium zakładowym).

Stała lub zmienna wydajność pompy obiegowej?

W zdecydowanej większości małych instalacji solarnych, zastosowanie mają pompy obiegowe pracujące ze stałą wydajnością. Dostępna w niektórych sterownikach funkcja regulacji obrotów pompy obiegowej, umożliwia jedynie regulację natężenia przepływu tylko w pewnym ograniczonym zakresie, na wybranym ręcznie stopniu obrotów pompy.

sterownik z funkcją Opti-Flow

Rysunek 1. Sterownik G425-P02 z funkcją Opti-Flow oraz przekrój zespołu pompowo-sterowniczego ZPS18a-01 ECO

Sterowanie instalacją solarną z funkcją optymalizacji Opti-Flow

Standardowe układy pracują w oparciu o pomiar 2-óch temperatur: na wyjściu z baterii kolektorów oraz temperatury ciepłej wody użytkowej w podgrzewaczu pojemnościowym. Wartość mierzonej temperatury wody może być  różna w zależności od miejsca umieszczenia czujnika pomiarowego. Funkcja Opti-Flow nadzoruje pracę instalacji solarnej w oparciu o pomiar 3-ech temperatur. Czujniki pomiaru  temperatury zostały umieszczone bezpośrednio na czynniku grzewczym (glikolu) – na zasilaniu i powrocie z wężownicy grzejnej podgrzewacza.

układ sterowania instalacji solarnej

Rysunek 2. Porównanie schematów instalacji solarnej i miejsc pomiarów temperatury, w układzie standardowym oraz z funkcją Opti-Flow

Dla systemu Opti Flow, obudowy czujników temperatury zostały zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby w czasie postoju pompy obiegowej mierzona była temperatura odpowiadająca temperaturze wody w podgrzewaczu na wysokości górnego i dolnego króćca wężownicy.

czujniki temperatury w podgrzewaczu

Rysunek 3. Porównanie umiejscowienia czujników temperatury w podgrzewaczu pojemnościowym, dla układów sterowania pracą instalacji solarnej: standardowego oraz z funkcją Opti-Flow

Pompa obiegowa jest włączana w zależności od różnicy temperatury na wyjściu z baterii kolektorów słonecznych (T1) i uśrednionej odpowiednim algorytmem temperatury wody T2 i T3. Po uruchomieniu, regulacja obrotów pompy oparta jest o pomiar temperatury T2 i T3 – zasilania i powrotu na wężownicy podgrzewacza. Regulator utrzymuje stałą optymalnie dobraną różnicę temperatur T2-T3. Większa ilość energii słonecznej wpływająca na wzrost temperatury na wylocie z kolektora, a tym samym na wlocie do wężownicy, spowoduje wzrost wydajności pompy solarnej co ogranicza  nadmierny wzrost temperatury kolektora. Wyższa temperatura kolektora w stosunku do temperatury otoczenia  wpływa na powiększenie jego strat, a tym samym na obniżenie ilości energii pozyskanej ze słońca. Jednocześnie ograniczenie różnicy temperatur na wlocie i wylocie z wężownicy powoduje lepszą efektywność oddawania ciepła do wody przez wężownicę. Zaprogramowana fabrycznie różnica temperatur została dobrana na podstawie szczegółowych badań prowadzonych przez firmę Hewalex. Aby zapewnić jak najwyższą stabilność pracy instalacji, unikając częstych włączeń i wyłączeń, w czasie pracy pompy solarnej kontrolowana jest również różnica temperatur wylotu z kolektora T1 i powrotu z wężownicy T3. Pojawiające się zachmurzenie obniżające temperaturę wylotu z kolektora T1 spowoduje wcześniejsze obniżenie wydajności pompy zanim nastąpi obniżenie temperatury na wlocie do wężownicy T2 i odwrotnie. Zaproponowane rozwiązanie pozwala na pominięcie kalkulowania strat ciepła na orurowaniu pomiędzy kolektorem, a podgrzewaczem, które to straty są podstawowym parametrem do ustalenia różnicy temperatur uruchomienia i pracy pompy kolektorów w powszechnie stosowanych układach.    

Sterowanie pracą pompy obiegu solarnego w funkcji Opti-Flow, odbywa się bardzo precyzyjnie - w zależności od ilości energii odbieranej z kolektorów słonecznych i możliwości oddawania jej przez wężownicę podgrzewacza wody użytkowej.
 

Maksymalna efektywność – zwiększanie uzysków ciepła

W porównaniu do standardowych instalacji, dla niskiego nasłonecznienia funkcja Opti-Flow  zmniejsza do minimum wydajność pompy obiegowej. Wyłączenie pompy następuje dopiero w momencie, gdy różnica temperatur T2-T3  spadnie i utrzyma się poniżej 2oC  przez zadany programowo czas.  Pozwala to na wydłużenie czasu pracy pompy i wykorzystanie nawet niewielkich ilości ciepła wytwarzanych w kolektorach  słonecznych. Przykładowo dla różnicy temperatury 2 stopnie i minimalnego przepływu 1,5 l/min moc oddawana z kolektorów przekracza 200W, jednocześnie energia pobierana przez pompę to około 20 W. Moc cieplna kolektorów w opisanej sytuacji wydaje się być niewielka, należy jednak wziąć pod uwagę dużą ilość czasu w ciągu roku gdzie będziemy mieli do czynienia z warunkami nasłonecznienia pozwalającymi na uzyskanie takich parametrów.     

Szeroki zakres regulacji obrotów pompy obiegowej w instalacji solarnej oraz pomiar temperatury na zasilaniu i powrocie z wężownicy podgrzewacza wody użytkowej, pozwala na wydłużenie czasu pracy pompy i zwiększenie rocznych uzysków ciepła instalacji solarnej.

 

Minimalny czas i łatwość uruchomienia instalacji

Dodatkową zaletą sterownika G425-P02 z funkcją Opti-Flow jest wygoda uruchomienia instalacji solarnej. Nie jest wymagana nastawa natężenia przepływu, gdyż jest ono całkowicie automatycznie ustalane w zależności od chwilowych warunków pracy instalacji solarnej – niezależnie od powierzchni i typów (sprawności) kolektorów słonecznych.

Jedyną nastawą sterownika, jaką należy wprowadzić, jest wymagana temperatura ciepłej wody użytkowej.

 

Zapobieganie przed wynoszeniem ciepła z instalacji solarnej

Zastosowanie pomiaru temperatur czynnika grzewczego na wężownicy podgrzewacza, zamiast tradycyjnych czujników temperatury wody użytkowej, pozwala na sygnalizowanie ewentualnych nieprawidłowych stanów w pracy instalacji solarnej.

Każde pojawienie się w czasie pracy instalacji temperatury T3 na wylocie z wężownicy wyższej niż na wylocie kolektora słonecznego T1 spowoduje natychmiastowe wyłączenie pompy obiegowej.

W tradycyjnym systemie czujnik umieszczony w wodzie użytkowej zwłaszcza przy nastawieniu niskiej różnicy temperatur uruchamiającej pompę kolektorów może powodować „wynoszenie” ciepła z podgrzewacza. Problem ten w większym stopniu będzie dotyczył  podgrzewaczy, w których wężownica zajmuje dużą wysokość podgrzewacza a czujnik temperatury umieszczony będzie w dolnej strefie (zazwyczaj nieco powyżej dolnego króćca wężownicy). Również nadmierne obniżanie różnicy temperatury załączenia pompy w tradycyjnym systemie będzie stwarzało możliwość wystąpienia tego zjawiska.

wynoszenie ciepła w układzie solarnym

Rysunek 4. Zjawisko "wynoszenia" ciepła przy standardowym układzie sterowania pracą instalacji solarnej

Pomiar temperatury w standardowym układzie prowadzony jest najczęściej w tulei podgrzewacza, wobec czego nie jest znana temperatura powrotu z wężownicy (dolny króciec). W przypadku układu Opti-Flow, pomiar dokonywany na tulejach zanurzeniowych wkręcanych w króćce wężownicy uwzględnia temperaturę glikolu w obiegu solarnym oraz temperaturę wody użytkowej. W trakcie postoju układu, mierzona temperatura T2 i T3 w szczególności odwzorowuje temperaturę wody użytkowej. Podczas pracy obiegu, przy przepływie glikolu, temperatura T2 i T3 przede wszystkim określa jego temperatury robocze. Podwyższenie temperatury powrotu z wężownicy (T3) powyżej temperatury w baterii kolektorów (T1) spowoduje szybką reakcję układu Opti-Flow i wyłączenie pompy obiegowej. Zabezpiecza to skutecznie instalację przed utratą („wynoszeniem”) ciepła z podgrzewacza.

Diagnostyka , ochrona i bezpieczeństwo

 Sposób rozmieszczenia czujników pomiaru temperatury w systemie Opti-Flow możemy wykorzystać do diagnozowania poprawności pracy instalacji. Utrzymująca się nadmierna różnica temperatury pomiędzy czujnikiem T2 na zasilaniu wężownicy, a T1 na wyjściu z baterii kolektorów słonecznych są sygnalizowane alarmem, co może świadczyć o braku wymaganego przepływu czynnika grzewczego lub zapowietrzeniu instalacji solarnej.

Sterownik posiada również funkcję ochronną związaną z przegrzewaniem kolektorów słonecznych.  Dla instalacji z kolektorami z absorberami wykonanym w całości z aluminium wprowadzono funkcję  ochrony przed nadmiernym wzrostem temperatury w części obiegu mogącego zawierać elementy mosiężne co mogłoby stwarzać zagrożenie dla trwałości kolektorów.

Nowy standard w atrakcyjnej cenie

Należy podkreślić, że funkcja Opti-Flow wprowadza nowy standard sterowania pracą instalacji solarnej, jednocześnie przy szczególnie atrakcyjnym koszcie inwestycji, w większości przypadków – niższym od standardowych na rynku sterowników i zespołów pompowo-sterujących. Zespół ZPS 18a-01 ECO zawierający sterownik G425-P02 z funkcją Opti-Flow, jest przeznaczony dla wszystkich typów kolektorów płaskich, w tym także dla kolektorów KS2000 TP Am / TLP Am z absorberami wykonanymi całkowicie z aluminium. Opisane rozwiązanie polecamy klientom dla których podstawowym celem jest wysoki uzysk ciepła z kolektorów słonecznych, minimalny zakres czynności obsługowych oraz maksymalna niezawodność i dyspozycyjność instalacji solarnej. Układ jest przeznaczony do zastosowania w standardowych instalacjach pracujących na potrzeby ciepłej wody użytkowej, w oparciu o 2-wężownicowe (biwalentne) podgrzewacze pojemnościowe c.w.u.