Płyny solarne, właściwości, wymiana.

Płyny robocze do instalacji solarnych krążące pomiędzy kolektorami dachowymi a zasobnikiem ciepła muszą spełniać szereg kryteriów, jak:

– odporność na krystalizację w niskich temperaturach (mrozoodporność)

– odporność na wysokie temperatury (na temperaturę stagnacji instalacji)

– neutralność korozyjna względem instalacji (odpowiednia wartość pH, zdolność buforowa względem kwasów)

– brak pienienia się pod wpływem zmian temperatury i ciśnienia.

  Wymagania powyższe powodują, że w instalacji solarnej nie może być stosowany przypadkowy płyn na bazie glikolu tylko specjalne mieszanki zawierające w swojej strukturze:

– środki przeciwpienne – chronią instalację przed powstawaniem fazy gazowej płynu solarnego która uniemożliwia wymianę ciepła i powoduje kawitację

– inhibitory korozji– zabezpieczają przed korozją elementy miedziane kolektorów i orurowania instalacji wydłużając jej trwałość

– utrwalacze i barwniki – pozwalają  w szybki sposób określić wizualnie stan płynu solarnego. Zmiana zabarwienia może świadczyć o jego starzeniu się.

 Jako płyny solarne stosowane są najczęściej glikole propylenowe lub etylenowe. Producenci w kartach katalogowych wymieniają następujące parametry płynów solarnych:

– mrozoodporność, temperaturę krystalizacji (w stopniach Celsjusza) – jest to temperatura w której płyn solarny zestala się w postać lodu;

– temperaturę wrzenia – wartość temperatury przy której płyn solarny zaczyna odparowywać, w praktyce odparowuje woda zawarta w mieszaninie płynu solarnego

– gęstość, lepkość – parametry wpływające na krążenie czynnika w instalacji

– zdolność buforową – w ml na 0,1 HCl, określa zdolność do neutralizowania kwasów, im wyższa, tym płyn ma większe rezerwy do eliminowania zakwaszenia i tym samym obniżenia pH

– wartość pH –  płyny solarne są zasadowe, czyli posiadają odczyn pH>7, podanie wartości prawidłowego pH płynu ma na celu poinformowanie serwisanta, przy jakiej wartości płyn jest już bezużyteczny i należy go wymienić na nowy.

Rzadziej producenci podają inne dane, jak: prężność par, czy pojemność cieplną.

 

*należy stosować wodę destylowaną

 

Płyny solarne występują w postaci gotowych do użycia mieszanek, lub w postaci koncentratów. W tym drugim przypadku płyn przed wlaniem do instalacji należy rozcieńczyć według instrukcji producenta. Rozcieńczanie należy prowadzić wodą destylowaną. Poniżej wykresy podstawowych parametrów płynu solarnego Tyfocor firmy Vissmann.

 

 Jak widać z wykresu prężność par jest skalą logarytmiczną i bardzo szybko wzrasta wraz z temperaturą. Przy temperaturze 105°C, która jest temp. wrzenia większości płynów solarnych wynosi 1 bar, a przy 155°C już 5 barów. Oznacza to, że przy niższych ciśnieniach, przy danej temp. w układzie solarnym ciecz zamieni się w parę.

 

1. badanie mrozoodporności

 

Badanie mrozoodporności płynu solarnego należy wykonywać przy temperaturze w obiegu nie przekraczającej 50C.Podczas badania należy chronić oczy i skórę rąk. Badanie prowadzi się za pomocą refraktometru.

Fot. Refraktometr.

 

Na rynku dostępne są refraktometry optyczne i elektroniczne. Do badań roztworu glikoli pod względem dokładności wystarczające są refraktometry optyczne. Refraktometry takie sprzedawane są w kompletach z pipetą i opcjonalnie wodą destylowaną, czy papierkiem lakmusowym do badań pH.

 

 

 

Rys. Refraktometr optyczny. Ozn. 1 Walizeczka na refraktometr, 2 Pipeta 

3 Woda destylowana, 4 Refraktometr, 5 ściereczka, 6 paski wskaźnikowe pH, 7 wkrętak, 8 instrukcja obsługi

 

 

Jeśli urządzenie jest używane po raz pierwszy należy je wyskalować. W tym celu należy za pomocą pipety pobrać ze zbiorniczka wodę destylowana i po otwarciu refraktometru wycisnąć na szkiełko 2-3 kropel, docisnąć pokrywę i odczytać wskazanie w okularze. Woda destylowana powinna dać odczyt 0°C, tzn. wskazanie powinno się pokrywać z linią wody (water line). Jeśli odczyt jest inny (odczytujemy wartość na granicy pola jasnego i ciemnego) należy refraktometr wyskalować przy pomocy śrubokręta. Śrubka skalująca znajduje się pod ochronnym kapturkiem na obudowie urządzenia.

Po wyskalowaniu możemy przystąpić do pomiaru. W tym celu należy dokładnie wytrzeć szkiełko refraktometru i za pomocą pipety nałożyć 2-3 kropel płynu solarnego.

 

Rys. 2 Budowa refraktometru

1 Płytka osłonowa

2 Powierzchnia pryzmatyczna

3 Śruba kalibracyjna

4 Okular

5 Linia wody (linia 0 °C)

6 Środkowa skala – podziałka dla glikolu propylenowego (po lewej) i etylenowego (po prawej)

7 Linia graniczna

 

 

 

 

 

 

2. Pomiar pH

 

Prawidłowy płyn solarny powinien mieć pH wyraźnie powyżej 7, czyli odczyn zasadowy. Starzenie się płynów solarnych powoduje wyczerpanie ich zdolności buforowych i stopniowy spadek odczynu do 7 a nawet <7. Płyn taki staje się niebezpieczny dla instalacji, stając się przyczyną stopniowej korozji rur miedzianych.

Pomiar pH można wykonać przy pomocy papierków lakmusowych lub tzw. Phmetrów. badanie odczynu papierkiem lakmusowym polega na zanurzeniu papierka w płynie a następnie porównania jego barwy ze skalą wzorcową. Odczyny zasadowe mają barwy ciemne błękitne, kwasowe ciepłe pomarańczowe do czerwonych.

PHmetry elektroniczne są wielokrotnego użytku, pomiar następuje przez bezpośrednie włożenie do badanej cieczy końcówki pomiarowej. Odczyt jest momentalny z dokładnością do 0,1.

 

Fot. Pehametr elektroniczny.

 

Phmetry elektroniczne inaczej kwasomierze, przed pierwszym użyciem należy wyskalować na podstawie roztworu o znanej wartości pH. Sprzedawane w handlu urządzenia maja dostarczane próbki do samodzielnego wykonania, zwykle dwie: jedna o pH 4,0 druga o pH 6,8. Próbki są w formie proszku do rozpuszczenia w 250ml wody destylowanej. Użycie innej wody zmienia dokładność pomiaru mniej więcej o 0,1.

 

 

Ciecz w obwodzie kolektora słonecznego poddawana jest w okresie letnim bardzo dużym wahaniom temperatury.  Niebezpieczne temperatury zaczynają się już powyżej granicy wrzenia płynu solarnego (zwykle>105C). Temperatury takie mogą wystąpić przy barku odbioru ciepła z kolektora (brak poboru ciepła w instalacji przez użytkownika, przegrzany zasobnik, brak prądu). Dochodzi wtedy do tzw. temperatury stagnacji płynu solarnego (płyn nie krąży w obiegu nie oddając ciepła). Przy prawidłowo zaprojektowanym kolektorze w temperaturze tej pary glikolu powoli wypierają z obiegu kolektora pozostały płyn do naczynia przeponowego, opróżniając kolektor. Zwykle już w temperaturze 140-150C kolektor jest pusty, tym samym nie dochodzi do przegrzania cieczy solarnej  Jeśli jednak konstrukcja kolektora nie pozwala na szybkie wyparcie cieczy i temperatura dalej wzrasta dochodzi do stopniowego rozkładu glikolu. Początkowo zmienia się tylko barwa, z czasem dochodzi do wytrącania frakcji stałej w postaci ciemnych osadów zapychających rurki.

Fot. Wygląd glikolu polipropylenowego poddanego próbie termicznej w 235C, od lewej – nowy, po 14 dniach, po 26 dniach po 42 dniach.

 

Przebieg stanu stagnacji w kolektorach słonecznych jest ściśle uzależniony od układu orurowania absorbera, a także prowadzenia przewodów w obrębie baterii kolektorów. Decydujące jednak znaczenie odgrywa sposób prowadzenia przewodów w absorberze. Jeżeli nie zapewni się możliwości swobodnego usuwania glikolu w początkowej fazie stanu stagnacji, to będzie następowało długotrwałe wrzenie czynnika grzewczego (glikolu). Wskutek tego glikol będzie narażany na długotrwałe występowanie podwyższonych temperatur pracy. Znaczna ilość powstającej pary wodnej może wypełniać orurowanie instalacji solarnej na dużej długości i zagrażać jej elementom – szczególnie naczyniu wzbiorczemu, pompie obiegowej i armaturze pomiarowej itp.

Rys. Swobodne usuwanie glikolu z orurowania absorbera zapewniają układy z dolnymi przyłączami. Para wodna powstająca w razie wrzenia roztworu glikolu z wodą wypełnia orurowanie od górnej części. Brak zasyfonowań i dolne przyłącza pozwalają na szybkie wypieranie glikolu w początkowej fazie stanu stagnacji. Kolektory płaskie Hewalex w układzie harfowym, a także kolektory próżniowe Hewalex KSR10 z dolnymi przyłączami, cechuje korzystne zachowanie w razie wystąpienia braku odbioru ciepła (w stanie stagnacji).

 

Rys. Przebieg stagnacji – układ orurowania absorbera z górnymi przyłączami: A- stan normalnej pracy, B- początek fazy stagnacji, wrzenie glikolu i powstawanie pary wodnej (nasyconej), początek wzrostu ciśnienia w instalacji solarnej, pompa obiegowa nie pracuje, C- kontynuacja stanu stagnacji, długotrwałe wrzenie glikol, para wodna nasycona wypełnia orurowanie absorbera oraz dociera w głąb instalacji solarnej maksymalny wzrost ciśnienia w układzie (w skrajnej sytuacji otwieranie zaworu bezpieczeństwa), D- ostatnia faza stanu stagnacji, para nasycona skrapla się w przewodach instalacji solarnej oddając ciepło do otoczenia, ciśnienie w układzie obniża się, orurowanie absorbera wypełnia para przegrzana, zamykając w dolnej przestrzeni czynnik grzewczy – glikol, którego stężenie w roztworze może sięgać 80% (zagrożenie wytrącania osadów).

 

13.2.4 Wymiana płynu solarnego

 

W prawidłowo eksploatowanej instalacji solarnej wymiana płynu następuje średnio raz na 5 lat. Wielu producentów stwierdza jednak, że częstotliwość wymiany płynu nie powinna być determinowana jego czasem pracy a jakością, dlatego bezpośrednią przyczyną wymiany płynu powinien być spadek jego mrozoodporności lub spadek pH. Koszt wymiany płynu solarnego to wydatek rzędu 300-400 zł w małej instalacji (domek jednorodzinny). Wymianie podlega cały płyn.