Solarne pumpe Grundfos – čemu služe i kako rade
Grundfos solarni pumpi – za što služe i kako rade
Solarna toplinska sustava postala su u zadnjih godina uobičajena komponenta privatnih kuća, rekreacijskih objekata i komercijalnih zgrada. Bilo da je riječ o pripremi tople vode za kuhinju i kupanje, pomoći u grijanju ili opskrbi bazena, iza svake funkcionalne solarno toplinske petlje stoji jedan neprimijećen, ali ključan uređaj – solarna cirkulacijska pumpa. Baš tu dolazi do ulaska Grundfos s nizom Solar, koji je dizajniran upravo za te zahtjevne uvjete. U ovom članku ćemo se upoznati s time što solarna pumpa zapravo radi, zašto ne možete jednostavno povezati klasičnu cirkulacijsku pumpu s solarnim kolektorom, i kako odabrati pravi model za vaš konkretan sustav.
Što je solarna petlja i zašto joj treba posebna pumpa
Solarna petlja je zatvorena hidraulička petlja koja povezuje solarne kolektore na krovu s akumulacijskom posudom ili toplinskim izmjenjivačem. U toj petlji cirkulira toplinsko nosivo sredstvo – obično smjesa antifriza na bazi propilen glikola i vode u omjeru 40 – 60 %. Ta smjesa ima značajno drukčije fizičke karakteristike od čiste vode: gušća je, ima veću viskoznost (naročito na niskim temperaturama), višu temperaturu vrenja i kemijski agresivnija je prema običnim elastomerima i bakrenom komponentama.
Osim toga, solarni kolektori tijekom toplih ljetnih dana dostižu temperature tekućine u rasponu od 120 do 180 °C, a pri stagnaciji (kada pumpa ne radi ili je posuda puna) temperatura u kolektoru može premašiti 200 °C. Takve uvjete jednostavno uništavaju obične cirkulacijske pumpe dizajnirane za sustave grijanja s temperaturama do 95 – 110 °C.
Od toga proizlazi da solarna pumpa mora zadovoljiti nekoliko strožih zahtjeva:
- Topljivost minimalno do 130 °C (za kraće vrhove čak do 140 °C)
- Kompatibilnost materijala s glikolnim smjesama i drugim solarnim sredstvima
- Brtevi od EPDM ili PTFE, a ne NBR gume
- Kotrljajna ležišta sposobna raditi bez ulja (sredstvo je jedino ulje)
- otpornost na parno-vazdušne kavitacione uvjete pri stagnaciji
- Sposobnost da obnovi cirkulaciju nakon ponovnog punjenja petlje parom
Tokom toga je Grundfos razvio niz Solar – pumpe koje su izrađene od osnova za solarnu primjenu, a ne samo „modifikirane" verzije standardnih cirkulacijskih pumpi.
Grundfos Solar 15-80 i Solar 25-120 – parametri i razlike
Grundfos nudi u osnovnoj solarnoj seriji najčešće dva modela koji pokrivaju većinu privatnih i manjih komercijalnih instalacija. Pogledajmo ih detaljno:
Grundfos Solar 15-80, 130 mm
Grundfos Solar 15-80, 130 mm je kompaktniji model namijenjen za manje solarna sustava. Brojevi u nazivu nisu slučajni – „15" označava promjer priključnog otvora (DN 15, tj. ½"), „80" izražava maksimalnu visinu podizanja u desetinama metra (tj. 8 metara vodnog stupca) i „130 mm" je osna udaljenost priključaka. Ovaj model je idealan za solarna sustava s 2 – 4 ravnih kolektora ili 1 – 2 cijevnih kolektora, što odgovara običnoj privatnoj kući s 3 – 5 osoba.
Maksimalni protok ove pumpe iznosi otprilike 3 m³/h, što pri solarnim kolektorima s preporučenim protokom 15 – 25 l/(m²·h) dovoljava za površinu kolektora do otprilike 8 – 12 m². Motor ima snagu od 45 do 65 W ovisno o postavci brzine. Pumpa ima tri ručno prebaciva brzine, pa je moguće prilagoditi protok prema konkretnom sustavu.
Grundfos Solar 25-120, 180 mm
Grundfos Solar 25-120, 180 mm je veći model prikladan za šire solarna instalacija. Promjer DN 25 (1") omogućuje veći protok bez prevelikih gubitaka tlaka, maksimalna visina podizanja od 12 m vodnog stupca pokriva duže i složenije cijevi. Osna udaljenost od 180 mm odgovara europskom standardu za veće solarna stanice.
Ovaj model može upravljati površinom kolektora do 20 – 30 m², što odgovara sustavima s kombiniranom pripremom TUV i pomoću u grijanju, ili solarnim sustavima za veću privatnu kuću ili stan s više jedinica. Snaga motora se kreće od 60 do 100 W, opet s tri ručno izbora brzine.
Oba modela dijele konstrukcijske značajke tipične za solarnu pumpu Grundfos: rotor od nehrđajućeg čelika, tijelo pumpe od lijevanog čelika s antikorozivnom površinskom obradom, klizna ležišta od grafita i keramike, brtevi od EPDM i napajanje 230 V / 50 Hz.
Kako solarno pumpa stvarno funkcionira – fizika u pozadu
Da bismo razumjeli funkcioniranje solarnog pumpe, moramo prvo razumjeti što se događa u solarnom krugu. Solarni kolektori apsorbiraju sunčeve zrake i prenose ih na toplinsko nosivo sredstvo. Pumpe to sredstvo pokreću kroz kolektore, gdje se grije, i kroz toplinski izmjenjivač u akumulacijskoj posudi, gdje sredstvo svoju energiju prenosi na vodnu zalihu. Zatim se ohlađeno sredstvo vraća natrag u kolektor – i ciklus se ponavlja.
Grundfos Solar koristi tehnologiju mokrog rotora (wet rotor) – rotor motora je direktno u kontaktu s toplinskim nosivim sredstvom, koje ga istovremeno hladi i mazuje klizne ležaje. To eliminiše potrebu za mehaničkim brtvom i značajno produžuje vijek pumpe. Prednost mokrog dizajna je i tihi rad – zvuk je u odnosu na suhe pumpe značajno niži, što je važno kod instalacije u stanovima.
Rad pumpe se upravlja vanjskim solarnim regulatorom (npr. Grundfos DMS/DMH ili regulatori od Resol, Deltasol itd.). Regulator uspoređuje temperaturu na kolektoru (senzor T1) s temperaturom u akumulacijskoj posudi (senzor T2). Ako je razlika temperatura veća od postavljene histerize (tipično 5 – 8 °C), regulator uključuje pumpu. Kada razlika pada ispod minimalne vrijednosti (tipično 2 – 3 °C), pumpa se isključuje. Ovaj jednostavan, ali učinkovit algoritam spriječava da pumpa bespotrebno cirkulira sredstvo i hladi posudu.
U praksi se susrećemo i s situacijom stagnacije – to se događa kada je posuda potpuno napunjena i sunce i dalje svijetli. Temperatura u kolektoru raste iznad točke vrenja smjese glikola (pri 50% propilen glikola to je oko 165 °C pri atmosferskom tlaku), sredstvo se isparava i para tlači tekućinu natrag u ekspanzijsku posudu. Pumpe moraju biti sposobne da izdrže vruće pare bez oštećenja – i upravo na to su solarni pumpe Grundfos konstruirane.
Materijalni i konstrukcijski detalji koji u praksi odlučuju
Kada sam u praksi video sisteme, gdje su korisnici umjesto solarnog pumpe postavili klasičnu cirkulacijsku pumpu Grundfos UPS ili slični standardni model, rezultat je uvijek bio isti: nakon 1 – 3 sezone počeli su problemi. Povrijeđena brtva od NBR gume, rđave rotore, zapečene vratila brtvi ili rastopljeni plastični dijelovi u kućištu pumpe. Ne radi se o lošoj kvaliteti standardnih pumpe – jednostavno nisu izgrađene za takve uvjete.
Solarni pumpe Grundfos Solar se razlikuju u ovim ključnim konstrukcijskim elementima:
- Brtve od EPDM (etilenski-propilenski-dijenski kaučuk): EPDM je otporan na temperature do 150 °C i kompatibilan s glikolnim smjesama. Standardne NBR brtve se pri 120 °C i kontaktu s glikolom raspadaju.
- Rotore od nehrđajuće čelika AISI 316: Otpornost na koroziju uzrokujuću degradacijom solarnog sredstva (pri starenju se pH mijenja i sredstvo postaje agresivnije).
- Klizni ležaji grafitno-keramički: Radimo pouzdanije i na visokim temperaturama i nisu zahtjevniji za mazanje. Ne koriste se ležaji s kuglama i plastičnim kućištima koji pri 130+ °C neuspješno rade.
- Kućište pumpe od livenog čelika s epoksidnim premazom: Liveni čelik izdrži toplinske udare bolje od plastičnih materijala, epoksidni premaz štiti od korozije.
- Maksimalna radna temperatura 130 °C (kratke vrhove 140 °C): Ovo je garancija proizvođača za trajno rukovanje, a ne samo laboratorijski test.
Za usporedbu: standardni Grundfos UPS 25-30 je odlična cirkulacijska pumpa za grijanje, ali je njegova maksimalna radna temperatura 110 °C i brtve nisu kompatibilne s glikolom. Zato nije prikladno instalirati ga u solarni krug. Više o razlikama između vrsta pumpe možete pronaći u članku Grundfos UPS vs. solarni pumpe Grundfos – koja se uklapa u vaš sustav u ovom Vježbenom centru.
Dimenzioniranje – kako odabrati pravu veličinu solarnog pumpe
Odabir prave veličine pumpe je jedna od najčešće zanemarenih faza projektiranja solarnog sustava. Poddimenzionirana pumpa ne omogućuje dovoljan protok, što vodi do pregrejavanja kolektora i brzog starenja toplinskog sredstva. Prevelika pumpa, unatoč brzom cirkuliranju sredstva, povećava potrošnju električne energije i skraćuje vrijeme potrebno za zagrijavanje sredstva u kolektoru – učinkovitost sustava pada.
Osnovno pravilo za dimenzioniranje: protok 15 – 25 litara po satu na svaki kvadratni metar površine kolektora. Pri većem protoku sredstvo se ne uspije dovoljno zagrijati (mali delta-T), pri manjem protoku pak stagnacijski uvjeti nastaju prebrzo.
Primjer izračuna: Porodični dom ima 8 m² pločastih solarnih kolektora. Preporučeni protok je 15 × 8 = 120 litara po satu, što je 0,12 m³/h. Ovo broj je daleko ispod maksimalnog protoka Grundfos Solar 15-80 (3 m³/h), čime najmanji model zadovoljava zahtjeve protoka. Odlučujuće je tada nosivost – tlakovi gubici u sustavu.
Tlakovi gubici se izračunavaju iz zbroja:
- Gubici u cjevovodima (ovisi o promjeru, duljini i protoku)
- Gubici u solarnim kolektorima (u pravilu 0,1 – 0,5 bar ovisno o vrsti)
- Gubici u toplinskom izmjenjivaču posude (0,2 – 0,8 bar)
- Gubici u armaturama, ventilima i solarnoj stanici (0,1 – 0,3 bar)
U praksi kod tipičnog kućanstva s 6 – 10 m kolektorskog vodovoda (bakar DN 18 × 1 mm) i 1 – 2 ravnih kolektora ukupna tlakova gubitak iznosi 0,3 – 0,7 bar, što odgovara 3 – 7 m vodnog stupca. Solar 15-80 s maksimalnom transportnom visinom od 8 m WC pokriva većinu takvih primjena.
Za veće sustave – npr. kombinacija TÚV + grijanje za kuću s 5+ osoba, površina kolektora 12 – 25 m², duža vodovoda ili cijevni (vakuumski) kolektori s većim tlakovim gubicima – prikladniji je Solar 25-120. Više o ispravnom postupku dimenzionisanja pronađete u članku Koju snagu pumpe Grundfos trebate za Vaš dom.
Montaža solarnog pumpe u praksi
Solarna pumpa se uvijek montira na povratni vod solarnog kruga (hladni vod), odnosno na cijev koja vodi ohlađeni tekućinu od spremnika natrag u kolektore. Razlozi su dva: prvo, na povratnoj cijevi je niža temperatura tekućine, što produžuje vijek pumpe. Drugo, tlak na povratnoj cijevi je viši zbog ekspanzijske posude, što smanjuje rizik kavitacije.
Montažna pozicija je horizontalna – vratilo pumpe mora biti vodoravno. Vertikalna montaža s motorom dolje nije dopuštena (medij bi ispraznio ležaje), vertikalna s motorom gore je kod većine modela Solar dopuštena, ali Grundfos preporučuje horizontalnu poziciju za maksimalni vijek trajanja.
U praksi se za montažu koriste tzv. solarni stanice (Grundfos Solar Station, Roth, Resol itd.), koje u jednom kompaktnom bloku integrišu pumpu, kuglaste ventile, povratni ventil, sigurnosni ventil, termometar, protokomer i manometar. Ovo rješenje je montažno jednostavnije, hidraulički uravnoteženo i estetski čistije.
Električno priključenje pumpe je jednostavno: napajanje 230 V / 50 Hz kroz solarni regulator. Regulator na osnovi razlike temperatura (T1 kolektor − T2 spremnik) uključuje i isključuje pumpu. Preporučeni presjek kabla je minimalno 1,5 mm², duljina vodova ne bi smjela premašiti 20 m bez povećanja presjeka. Pumpa nema vlastiti termostat ni upravljački modul – to je čista mehanička naprava koja se upravlja vanjski.
Ako Vas zanima detaljan postupak montaže uključujući hidrauličko priključenje, odvazdušavanje i podešavanje regulatora, pročitajte članak Montaža cirkulacijske pumpe Grundfos korak po korak u ovom Informacijskom centru.
Udržavanje solarnih pumpe Grundfos Solar
Solarna pumpe su dizajnirane kao niskoudržbena oprema – u idealnim slučajevima rade godinama bez potrebe za intervencijom. Iako to, postoji nekoliko koraka preventivnog udržavanja koji značajno produžuju vijek sustava:
Kontrola i zamjena toplinske tekućine
Ovo je po mojim iskustvima najčešće zanemaren aspekt udržavanja solarnih sustava. Propilenglikol se s vremenom stari – oksidira, mijenja pH i gubi inhibitore korozije. Preporučeni interval kontrole pH tekućine je svakih 2 godine. Ako pH padne ispod 7,0 (tekućina postaje kisela), nužna je zamjena tekućine, inače dolazi do korozije pumpe i kolektora. Dobra toplinska tekućina na bazi propilenglikola treba imati pH između 7,5 – 9,0. Zamjena tekućine se preporučuje svakih 5 – 10 godina bez obzira na rezultate mjerenja.
Kontrola radnog tlaka
Solarni krug treba imati u hladnom stanju (pri 20 °C) tlak 1,5 – 2,5 bar prema projektu. Pad tlaka ispod 1 bar ukazuje na curenje ili nedovoljno napunjavanje. Redovita vizualna kontrola manometra na solarnoj stanici otkriva probleme prije nego što uzrokuju kavitaciju pumpe. Ako pumpa radi pri tlaku ispod 0,5 bar, ugroženo je odmah kavitacijsko oštećenje.
Vizualna kontrola brtvila i spojeva
Jednom godišnje (idealno prije sezone, odnosno proljeće) provjerite vidljiva brtve solarnih stanica, priključne vijke pumpe i fleksibilne cijevi ako su korišteni. Toplinska tekućina je vrlo izraženo bojasta (tipično narančasta ili ružičasta) i curenje je vidljivo. Pri prvom znaku curenja nužno je zamijeniti brtvilo – stara tekućina s niskim pH je agresivna i mali curenje se brzo pogoršava.
Test protoka i Delta-T
Ako sustav ima protokomer (što bi trebao imati), provjerite protok tijekom jasno sunčanog dana. Trebao bi odgovarati projektovanoj vrijednosti (tipično 15 – 25 l/m²·h). Smanjeni protok može ukazivati na djelomično zagušen izmjenjivač (otpad iz degradirane tekućine), zrak u sustavu ili početni problem s pumpom. Delta-T između kolektora i spremnika pri normalnoj opterećenju trebao bi biti 5 – 15 °C.
Popunjen godišnji plan preventivne kontrole možete pronaći u članku Udržavanje i servis pumpe Grundfos – što provjeriti svake godine.
Toplovodne pumpe za solarnu energiju vs. druge pumpe Grundfos – što koristiti gdje
Kupci nas stalno pitate možete li umjesto posebne pumpe za solarnu energiju koristiti nešto jeftinije i dostupnije. Neka to bude jasno:
Grundfos UPS 25-30 (pregledajte stranicu proizvoda) je izvrstan cirkulacijski pumpa za grijanje s temperaturama do 95 °C i čistom vodom ili inhibiranjom vodom s maks. 10 % glikola. U solarni krug s glikolom i temperaturama do 130 °C se ne preporučuje – NBR brtve izdrže kontakt s koncentriranim glikolom pri 120 °C maksimalno nekoliko mjeseci.
Grundfos UNILIFT KP 150 A1 (GRUNDFOS UNILIFT KP 150 A1) i UNILIFT KP 250 A1 (GRUNDFOS UNILIFT KP 250 A1) su potopne pumpe za odvod vode – pripadaju potpuno drugoj kategoriji i nisu namijenjene ni za solarnu ni za grijalicu. Njihovo mjesto je u pumpiranju kišne vode, prečišćavanju tijekom poplava, odvodnom sustavu podruma i slično.
Zaključak je jasan: za solarni toplinski krug uvijek Grundfos Solar. Za grijanje Grundfos UPS ili novije Alpha/Magna. Za odvod vode Grundfos UNILIFT. Svaka vrsta je dizajnirana za specifične uvjete, a zamjena će se osvetiti.
Životni vijek i ekonomija solarnih pumpi
Kvalitativna solarna pumpa Grundfos Solar ima pri ispravnoj instalaciji i održavanju životni vijek od 15 do 25 godina. Potrošnja energije pumpe kreće se od 45 do 100 W ovisno o modelu i postavljenoj brzini. U tipičnom radnom vremenu solarnog sustava u srednjoj Europi (1 400 – 1 800 sati godišnje) i s prosječnom potrošnjom od 60 W to znači potrošnju oko 84 – 108 kWh godišnje, što pri cijeni električne energije od 0,20 €/kWh iznosi 17 – 22 € godišnje. U usporedbi s uštedom na zagrijavanju vode, to nije značajna stavka.
Za usporedbu: modernizacija na solarnu pumpu s EC motorom (elektronički komutirani motor) – ako to veličina sustava omogućuje – može smanjiti potrošnju za 40 – 60 %. Grundfos u tom smislu nudi različite varijante, a za nove instalacije preporučujemo da o ovu opciju konzultirate s prodavačem.
Često postavljana pitanja (FAQ)
Možete li koristiti standardnu cirkulacijsku pumpu (npr. Grundfos UPS) umjesto solarne pumpe?
Ne, ne preporučujemo. Standardne cirkulacijske pumpe nisu dizajnirane za toplinske medije na bazi glikola, radne temperature iznad 110 °C i uvjete stagnacije pri 140 – 180 °C. Brtve od NBR gume se raspadaju, rotori koroziraju, a životni vijek takve pumpe u solarnom krugu se skrati na 1 – 3 godine umjesto standardnih 15 – 25 godina. Također, jamstveni uvjeti proizvođača kolektora i spremnika mogu biti anulirani pri upotrebi nepogodne pumpe.
Koji glikolni rastvor trebam koristiti za solarni krug s Grundfos Solar?
Grundfos preporučuje toplinski medij na bazi propilen glikola (ne etilen glikola – to je otrovni) u koncentraciji 40 – 50 % vodeni rastvor. Ta koncentracija štiti od mraza do –25 do –30 °C i ima tačku vrenja iznad 160 °C pri atmosferskom tlaku. Rastvor mora sadržavati inhibitore korozije odobrene za kontakt s bakrom, aluminijem i litinom. Nikada ne koristite automobilsku destilaciju (etilen glikol) ili neoznačeni mrazobran bez oznaka za solarni sustav.
Koliko su bučne solarne pumpe Grundfos Solar?
Grundfos Solar pripada među tihe mokre pumpe – nivo buke kreće se oko 35 – 42 dB(A) pri normalnoj opterećenosti, što je usporedivo s tihim računalnim ventilatorom. U tehničkoj prostoriji to nije problem. Ako pumpa počne izdavati glasniji zvuk (zviždanje, udarci), to je znak zrakopuha u sustavu ili početka oštećenja ležaja – pogledajte članak Grundfos pumpa ne pumpe ili buči – uzroci i rješenja.
Što se događa sa solarnom pumpom pri dugotrajnom prekidu električne energije?
Pumpa se zaustavi i u kolektoru nastaje stagnacija. Medij se ispari, tlak u sustavu kratkotrajno raste (zato je nužno sigurnosno ventili), a zatim se para kondenzira u ekspanzioni posudi. Kada se električna energija obnovi i pumpa se uključi, sustav se većinom sam obnovi cirkulaciju – para se potisne natrag u kolektor, gdje se kondenzira. Solarne pumpe Grundfos Solar dizajnirane su za takve cikluse. Ako se ponovno zakuca nakon ponovnog pokretanja, uzrok je vjerojatno nedostatni volumen ekspanzioni posude ili previsoki predtlak.
Treba li pri zamjeni pumpe zamijeniti i toplinski medij?
Ne nužno, ali je to dobra prilika. Pri zamjeni pumpe morate isprazniti i djelomično isprazniti krug – idealno vrijeme za uzimanje uzorka tekućine i mjerenje pH. Ako je tekućina starija od 8 – 10 godina ili ima pH ispod 7,5, pametno je zamijeniti je upravo tada. Time ćete uštedjeti troškove ponovnog zahvata za nekoliko godina.
Kakav je razlika između Grundfos Solar 15-80 i Solar 25-120 – kako se odlučiti?
Osnovno pravilo: Solar 15-80 za sustave s površinom kolektora do 10 – 12 m² i ukupnim tlakom gubitkom do 6 – 7 m WC. Solar 25-120 za površine 12 – 30 m², duže cijevi (preko 15 m), vakuumskih cijevi (imaju više tlak gubitka od pločastih) i sustave s kombiniranom funkcijom TÚV + pomoć za grijanje. U slučaju sumnje uvijek se konzultirajte s projektantom ili prodavačem – poddimenziranje je gore od prevelikog dimenziranja, ali ni jača pumpa nije sviđa za loše dizajniran sustav. Više kriterija izbora možete pronaći u članku Kako izabrati pravu cirkulacijsku pumpu Grundfos za grijanje.
Zaključak – zašto se ulaganje u pravu pumpu isplati
Solarna pumpa je u usporedbi s ukupnim troškovima solarnog sustava relativno mala stavka – tipično 80 – 180 € ovisno o modelu. Iako to, odlučuje o tome je li vaš solarni sustav pouzdan 20 godina, ili ćete svakih 2 – 3 godine rješavati kvarove, curenja i skuplja popravke. Grundfos Solar 15-80 i Solar 25-120 su provjerena rješenja s dugogodišnjom poviješću u tisućama instalacija po cijeloj Europi. Nisu najjeftiniji na tržištu, ali su pouzdani, dobro dostupni rezervni dijelovi i servisna mreža Grundfos funkcionalna i kod nas u Hrvatskoj.
Ako niste sigurni koji model je pravi za vaš konkretan solarni sustav – koja je površina kolektora, koji tip (pločasti vs. vakuumski), koliko metara cijevi – ne oklijevajte da pogledate dodatne članke u ovom Vježbenom centru. Pitanja o izboru, dimenzioniranju i uobičajenim problemima obrađena su u članku Često postavljana pitanja o pumpama Grundfos, koji možete pronaći u istom dijelu.
Imate pitanje o ovoj temi?
Niste sigurni kako se odlučiti ili rješavate konkretnu situaciju u svojoj kući? Napišite nam - slobodno nas savjetujte.