Przewody w instalacjach solarnych

Na etapie wyboru przewodów do instalacji solarnej bierze się pod uwagę przynajmniej kilka czynników. Przede wszystkim ważna jest wielkość instalacji solarnej. To właśnie z niej wynika natężenie czynnika grzewczego, a co za tym idzie, średnica przewodów.

Kompleksowa instalacja solarna to zespół dobranych urządzeń, takich jak kolektory słoneczne, panele sterująco-zabezpieczające i pojemnościowe zasobniki wody użytkowej lub zasobniki buforowe z przepływowymi wymiennikami ciepła. Instalacje solarne najczęściej są używane do podgrzewania wody użytkowej. W systemach instalacyjnych zastosowanie znajdują układy solarne bezpośrednie (układ do podgrzewania wody bez zasobnika lub układ do podgrzewania wody z zasobnikiem). Uwzględnia się również układy pośrednie, czyli grawitacyjne lub pompowe. Niejednokrotnie kolektory są instalowane na fasadzie budynku lub na konstrukcji wolnostojącej na ziemi. Takie rozwiązanie przewiduje się w przypadku, gdy ilość miejsca na dachu jest niewystarczająca lub budynek ma szczyt skierowany do południa. Nowoczesne rozwiązania konstrukcyjne pozwalają na zamontowanie kolektora na płaskim dachu. Rury odpowiadające za zasilanie kolektora są prowadzone poprzez otwór wiercony w pokryciu dachowym. Użyć można również otworów w dachówce wentylacyjnej.

Należy zadbać o właściwy montaż zbiornika instalacji solarnej. Najczęściej umieszcza się go na strychu lub w kotłowni. Obok zbiornika instaluje się zespół pompowy, naczynie wzbiorcze i sterownik elektroniczny. Jeżeli zbiornik umieszczony jest na poddaszu to rury od kolektora przyłącza się do zbiornika a od niego wyprowadza się połączenie z obiegiem ciepłej wody. Z kolei jeśli zbiornik jest umieszczony w kotłowni to rury z kolektora prowadzi się wolnymi kanałami wentylacyjnymi ze strychu do kotłowni. Montaż kolektorów należy przeprowadzić podczas możliwie najniższego poziomu nasłonecznienia. Dobrą porą są więc godziny poranne lub wieczorne. W czasie instalacji kolektory należy zakryć.

Wymagania dla przewodów solarnych

Od rur stosowanych w instalacjach solarnych wymaga się przede wszystkim wytrzymałości mechanicznej. Wynika to z tego, że systemy solarne pracują ciśnieniowo zatem rury, bez względu na ich rodzaj, muszą wytrzymywać ciśnienie 6 bar. Odpowiednie parametry w zakresie wytrzymałości mechanicznej wynikają również z rozszerzalności cieplnej. Kluczową rolę odgrywa uwzględnienie kompensacji wydłużeń termicznych. Nie mniej ważny jest łatwy montaż i niski koszt zakupu. Łatwy montaż jest gwarancją szybkości wykonania oraz uniknięcia potencjalnych błędów wykonawczych. Od rur wymaga się również wytrzymałości połączeń podczas eksploatacji. Nie można zapomnieć o wytrzymałości rur na działanie korozji. Jest to szczególnie istotne w przypadku gdy czynnikiem roboczym jest glikol. Ten, jak wiadomo, ma w swoim składzie inhibitory korozji po to aby zapewnić ochronę przed korozją wszystkich powierzchni wewnętrznych instalacji solarnej. Trzeba mieć na uwadze fakt, że w systemach solarnych występują temperatury wyższe niż w innych systemach. Chodzi tutaj przede wszystkim o miesiące letnie przy zmniejszonym odbiorze ciepła z kolektorów słonecznych. Z kolei w okresie zimowym temperatury mogą być ujemne. Temperatura chwilowo może przekraczać 130÷150°C. Pamiętać należy aby w bezpośrednim sąsiedztwie kolektorów nie używać rur z tworzyw sztucznych. Brak zasyfonowania przewodów może umożliwiać cyrkulację ciepła. Nieprawidłowy montaż rur w instalacji może prowadzić do nieuchronnego gromadzenia się powietrza, zatem w niektórych przypadkach należy zastosować odpowietrzenie miejscowe. W przypadku rur typu flex, o specyficznej budowie umożliwiającej gromadzenie się powietrza w karbach rur, należy bezwzględnie zadbać o ułożenie ich po wzniosie.

Warto podkreślić, że przewody prowadzone w kanale wentylacyjnym to bardzo często stosowana praktyka instalacyjna. Wynika ona najczęściej z tego, że kolektory słoneczne zazwyczaj są montowane na dachu, natomiast zasobnik c.w.u. w kotłowni, która jest zlokalizowana w piwnicy lub na parterze. Prowadzenie przewodów jakimkolwiek czynnym kanałem kominowym jest zabronione.

Funkcje przewodów

Przewody w instalacji solarnej mają za zadanie łączenie baterii kolektorów słonecznych z podgrzewaczem np. c.w.u. Ponadto przewody odbierają ciepło z kolektorów słonecznych i są gwarancją poprawnego działania instalacji solarnej. Jak wiadomo na przewody solarne działają trudne warunki środowiskowe. Chodzi tutaj zarówno o zmienną temperaturę otoczenia i działanie ciśnienia czynnika roboczego. Występuje ono także w fazie parowej w przypadku braku odbioru ciepła z kolektorów słonecznych. Elastyczne rury wykonane ze stali nierdzewnej łączy się poprzez skręcanie za pomocą złączek lutowanych, a także połączenia skręcane ze złączkami zaciskami. Połączenia lutowane wykonuje się tak samo jak w przypadku rur miedzianych za pomocą lutowania twardego. Z kolei złączki zaciskane są wykonywane poprzez uformowanie przylgi na końcu rury elastycznej poprzez metodę mechaniczną (zagniatarkę).

Rodzaje rur

Często stosowanym rozwiązaniem w instalacjach solarnych są rury miedziane. Rury te z racji wysokich kosztów z reguły mają średnice nie przekraczające 42×1,5. W przypadku rur o większych średnicach bardzo często zastosowanie znajdują stalowe rury bezszwowe. Rury stalowe znajdują zastosowanie w bardziej rozbudowanych instalacjach solarnych. Wykorzystywane są przy tym rury bez szwu wykonane z czarnej stali walcowanej na gorąco zgodnie z normą PN 80/H 74219. Pamiętać należy aby nie stosować stalowych rur ocynkowanych. Warto zwrócić uwagę na elastyczne rury wykonane ze stali nierdzewnej. Bardzo często montuje się je w instalacjach o mniejszych objętościach lub w instalacjach większych jako przewody przyłączeniowe baterii kolektorów słonecznych. Jako zalety rur elastycznych należy wymienić przede wszystkim możliwość wygodnego prowadzenia również w budynkach modernizowanych gdzie do prowadzenia instalacji wykorzystuje się np. wolne kanały wentylacyjne. Rury elastyczne łączy się poprzez skręcanie. Rury elastyczne mają klasę reakcji na ogień B2 przy temperaturze stosowania +150°C (+175°C) oraz minimalnej -40°C. Na rynku oferowane są rury preizolowane. Np. zastosować można dwie rury preizolowane bazujące na kauczukowej izolacji odpornej na promieniowanie UV. Ważna jest komórkowa mikrostruktura izolacji. Istotną rolę odgrywa folia ochronna, która zabezpiecza rurę przed uszkodzeniami mechanicznymi. Folia tego typu bardzo często jest poliolefi – nowo-kopolymerowa. Przydatnym rozwiązaniem są systemy rur elastycznych wyposażonych w kabel sterujący. Stąd też typowa rura preizolowana składa się z rury roboczej wykonanej z elastycznej, karbowanej stali nierdzewnej, wysokotemperaturowej izolacji poliolefi nowej, a także 2-żyłowego przewodu czujnika sterującego i folii osłonowej odpornej na promieniowanie UV. Należy pamiętać, że rury wykonane ze stali nierdzewnej wraz z ucięciem mają ostre brzegi, które uniemożliwiają założenie uszczelki. Konieczne jest wiec wcześniejsze jej spłaszczenie. Wykonuje się to chociażby poprzez wkręcenie nypla lub zbijakiem do rury karbowanej.

Średnica przewodów

Odpowiedni dobór średnicy przewodu solarnego jest istotny z punktu widzenia prawidłowej pracy instalacji. Jeżeli średnica przewodów jest zbyt mała to dojdzie do obniżenia natężenia przepływu czynnika grzewczego (glikolu) poniżej wymaganego. Będzie to efektem zwiększonych oporów hydraulicznych przepływu i zbyt małej wysokości podnoszenia pompy obiegowej. Ponadto może obniżyć się sprawność pracy instalacji solarnej w efekcie mniejszej sprawności pracy instalacji solarnej wraz z mniejszym natężeniem przepływu glikolu przez kolektory słoneczne i wyższe temperatury absorberów przy wyższych stratach ciepła kolektora do otoczenia. Warto wspomnieć o większym zużyciu energii elektrycznej przez pompę obiegową z wyższą wymaganą wysokością podnoszenia. Dochodzi również do szybszej erozji powierzchni wewnętrznej rur (w szczególności dla rur miedzianych przy prędkości powyżej 1,5 m/s i przy temperaturze medium ponad 60°C). Jeżeli średnica przewodów jest zbyt duża to bardzo często występuje zjawisko nadmiernego obniżenia prędkości przepływu glikolu w orurowanej instalacji solarnej. Skutkuje to gromadzeniem się powietrza, które utrudnia lub blokuje przepływ glikolu. Oprócz tego zwiększają się straty ciepła do otoczenia z powierzchni zewnętrznej rur. Na etapie wyboru średnicy rur bierze się również pod uwagę łączną powierzchnię czynną absorbera w instalacji solarnej po to aby była zapewniona zalecana prędkość przepływu glikolu.

Podsumowanie

Przewody jakie znajdują zastosowanie w instalacjach solarnych powinny przede wszystkim być odporne na działanie wysokiej temperatury. Ważna jest również odporność mechaniczna oraz zmienne warunki atmosferyczne. Przewody tego typu najczęściej są wykonywane z miedzi lub stali natomiast izolacje wytwarza się z ze specjalnych tworzyw, które dodatkowo pokrywa się pancerzem z EPDM.

Damian Żabicki