Rozvody potrubí solárních tepelných soustav spojují zdroj tepla (kolektor) s místem akumulace a spotřeby (zásobník). Základním požadavkem na potrubí a tepelné izolace je jejich životnost, tedy odolnost vůči teplotám, degradaci, atmosférickým vlivům a dalším faktorům.
Materiály potrubí pro solární soustavy
Návrh materiálu potrubí rozvodů solárních kapalinových soustav musí odpovídat typu a použití soustavy. Potrubí musí být odolné v prvé řadě teplonosné látce, zvláštní pozornost je nutné věnovat zejména v případě použití nestandardních kapalin. Dále musí vyhovovat teplotním a tlakovým poměrům v solární soustavě.
Plastová potrubí
Plastová potrubí je možné použít zejména u nízkoteplotních solárních soustav s nezasklenými kolektory pro sezónní (letní) ohřev bazénové vody, kde teploty stěží překročí 80 °C i v případě stagnace. Plastová potrubí používaná přímo v solárních kolektorech obsahují uhlíkové částice z důvodu ochrany proti UV záření a z důvodu dobré pohltivosti. Pro kolektory se nejčastěji používají materiály na bázi polypropylenu, EPDM nebo polyesteru.
Kovová potrubí
U solárních soustav s pokročilými selektivními kolektory pro celoroční využití sluneční energie je nutné navrhovat potrubí kovové (měď, ocel). Potrubí primárního okruhu takových solárních soustav musí být odolné teplotám okolo 180 °C (ploché atmosférické kolektory se selektivní vrstvou), případně 250 °C (trubicové vakuové kolektory) a tlakům do 1 MPa. Pro takové podmínky je vyloučené použití plastových trubek z hlediska teplotního a mechanického namáhání.
- Ocelové trubky: Použití ocelových trubek je principiálně možné, nicméně montáž je velmi pracná a zdlouhavá (svařování, ohýbání, řezání závitů). Ocelové trubky se používají především u velkých solárních soustav, kde měděné potrubí ve velkých světlostech je velmi drahé. Nevhodné jsou pozinkované ocelové trubky vzhledem ke korozivním reakcím zinku s nemrznoucí směsí na bázi glykolů.
- Nerezové vlnovcové trubky: U jednoduchých solárních soustav jsou pro propojení kolektoru a zásobníku, například u tzv. průmyslově vyráběných soustav (čerpadlová skupina integrovaná na zásobníku), k dispozici pružné nerezové vlnovcové trubky s převlečnými maticemi. Vzhledem k omezení montáže pájením nebo svařováním je takové řešení vhodné například pro solární soustavy instalované ve dřevostavbách.
Spojování potrubí
Deklarovaná teplotní odolnost měkkého pájení (pájka L-SnCu3) je pro trvalé teploty do 110 °C, u tvrdé pájky (L-Ag2P) to jsou teploty vyšší (nad 110 °C). Další možností rychlého spojování jsou lisované nerozebiratelné spoje (lisovací měděné tvarovky s O-kroužky z EPDM), nebo použití rozebiratelných svěrných spojů (svěrný prstenec okolo trubky nebo vnější objímka se šrouby). Při provádění těchto mechanických spojů nejsou ostatní prvky soustavy během montáže tepelně namáhány a na stavbě nevzniká požární riziko.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Vedení a dimenzování potrubí
Zohlednění tepelné roztažnosti
Při kladení rozvodů potrubí je nutné věnovat pozornost tepelné roztažnosti potrubí a zohlednit délkovou dilataci promyšleným vedením a správným umístěním pevných bodů, kluzných uložení a dilatačních prvků. Na každých 10-15 m vedení rozvodů by měl být umístěn dilatační prvek (smyčky, ohyby, kompenzátory), aby se zabránilo škodám a případným netěsnostem vzniklým vnitřním pnutím. U plastových potrubí je nutné zohlednit vyšší míru dilatací.
Vratné (teplejší) potrubí od kolektorů je vhodné vést co nejkratší trasou. Tichelmannova smyčka pro rovnoměrné zatékání do více kolektorových polí se proto provádí zásadně na přívodním (chladnějším) potrubí do kolektorů. Délka potrubí vedeného venkovním prostředím by měla být minimalizována kvůli drahé izolaci odolné UV záření a tepelným ztrátám. Potrubí ke kolektorům je možné vést stávajícími komíny, větracími šachtami nebo drážkami ve zdi (u novostaveb). Otevřené šachty je třeba vhodně utěsnit, aby nedocházelo k vyšším tepelným ztrátám konvekcí. Vedení potrubí by mělo zohledňovat řádné odvzdušnění a snadné vypouštění celé soustavy. Kovová potrubí by měla být připojena na uzemnění domu.
Dimenzování rozvodů
Dimenzování rozvodů solárních tepelných kapalinových soustav výrazně závisí na způsobu jejich provozu daným hodnotou měrného průtoku kolektorovým polem. V zásadě rozeznáváme soustavy s vysokým průtokem (high-flow, většinou maloplošné soustavy pro rodinné domy s běžnými zásobníky tepla) nebo s nízkým průtokem (low-flow, zpravidla větší soustavy, zásobník tepla se stratifikací). Nižší průtok samozřejmě vede k nižším světlostem potrubí a menším tloušťkám tepelných izolací.
Typ teplonosné kapaliny
Dalším významným parametrem, který může ovlivnit hydrauliku soustavy a tedy i dimenzování potrubí, je typ teplonosné kapaliny, respektive její viskozita, na které závisí tlakové ztráty třením. Pro celoroční využití solární soustavy se ve většině případů používá nemrznoucí směs propylenglykolu a vody, případně etylenglykolu a vody (soustavy pro jiné použití než ohřev pitné vody). Viskozita propylenglykolu (s teplotou tuhnutí -30 °C) je zhruba o 1/3 vyšší než u etylenglykolu (s teplotou tuhnutí -30 °C) a cca 6krát vyšší než u vody při teplotě kapalin 20 °C. Viskozitu je možné snížit nižším podílem propylenglykolu ve směsi s vodou. Návrh světlosti potrubí solární soustavy může významně ovlivnit celkovou tlakovou ztrátu, především u menších solárních soustav s trubkovými výměníky, které nevnášejí do soustavy významný hydraulický odpor.
Tepelná izolace potrubí
Zatímco potrubí nízkoteplotních sezónně provozovaných solárních soustav pro ohřev bazénové vody se zpravidla tepelně neizolují, v celoročně provozovaných solárních soustavách pro přípravu TUV a případně přitápění je nutné potrubí opatřit tepelnou izolací, aby tepelné ztráty z potrubí do okolí podstatně nesnižovaly celkovou účinnost solární soustavy. Důležité je izolovat celý potrubní rozvod včetně fitinek, ventilů, zásobníkových vstupů a výstupů. Uchycení potrubí do třmenů je vhodné umístit až na tepelnou izolaci potrubí, aby se nevytvářely tepelné mosty.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
Materiály pro tepelnou izolaci
Tepelná izolace by měla být odolná vůči teplotám do 180 °C, u venkovních rozvodů je navíc nutná ochrana proti UV záření a nenavlhavost. Nejčastěji se používají tepelné izolace na potrubí na bázi EPDM s uzavřenou strukturou (odolné vlhkosti), minerální vlna kašírovaná hliníkovou síťovou fólií, případně izolace opláštěné hliníkovým plechem kvůli ochraně před vlhkostí a poškozením způsobeným ptáky či hlodavci.
Tloušťka tepelné izolace
Tloušťka tepelné izolace se navrhuje podle stávající vyhlášky 151/2001 Sb., která stanovuje mimo jiné tři kritéria pro určení požadované tloušťky tepelných izolací pro rozvody teplonosné látky ve vytápění a přípravě TUV.
- Mezní součinitel prostupu tepla: Jeho hodnota nesmí překročit hodnotu 0,35 W/m.K.
- Tloušťka izolace rovna světlosti potrubí: Například pro Cu 22x1 je vhodná tloušťka izolace 22 mm.
- Doporučení normy ČSN EN 12976-2: Evropská norma doporučuje navrhovat tloušťku izolace 20 mm pro potrubí do vnějšího průměru 22 mm, tloušťku 30 mm pro potrubí s vnějším průměrem 28 až 42 mm, a pro větší dimenze potrubí dodržet tloušťku izolace stejnou jako vnitřní průměr potrubí, přičemž tepelná vodivost materiálu izolace je uvažována λ ≤ 0,04 W/m.K.
Analýza tepelných ztrát potrubí
Jakým způsobem tepelné ztráty rozvodů ovlivňují zisky solární soustavy je možné ukázat na modelovém příkladě. Provedeme celoroční analýzu tepelných ztrát potrubí primárního okruhu solární soustavy o parametrech: plocha solárních kolektorů 6 m², zásobník tepla 300 l (beze ztrát), světlost potrubí 22x1 mm. Součinitel tepelné vodivosti izolace λ je zvolen 0,04 W/m.K.
Modelové příklady vedení potrubí
- Případ 1: Potrubí primárního okruhu o délce 30 m vedené zcela vnitřním prostředím o teplotě 18 °C. Pouze připojení kolektorů (0,5 m přívod ke kolektoru a 0,5 m odvod z kolektoru) je ve venkovním prostředí.
- Případ 2: Potrubí o stejné délce, nicméně polovina je vedena vnitřním prostředím (7,5 m přívodní a 7,5 m zpětné) a polovina je vedena venkovním prostředím (7,5 m přívodní a 7,5 m zpětné).
Porovnání tlouštěk izolace
Pro účely analýzy jsou porovnány dvě tloušťky tepelné izolace: 9 mm (U = 0,32 W/m.K, což odpovídá prvnímu kritériu) a 22 mm (rovno dimenzi potrubí, U = 0,21 W/m.K, což odpovídá i druhému kritériu).
Tabulka 1: Celoroční tepelné ztráty potrubí
| Tloušťka izolace | Vedení potrubí | Tepelné ztráty potrubí (% z celkového zisku) | Celoroční zisk ze solárních kolektorů |
|---|---|---|---|
| 9 mm | Vnitřní | 15 % | Přibližně stejný |
| 9 mm | Částečně venkovní | 18 % | Přibližně stejný |
| 22 mm | Vnitřní | 11-12 % | Přibližně stejný |
| 22 mm | Částečně venkovní | 11-12 % | Přibližně stejný |
V případě tepelné izolace 9 mm činí tepelné ztráty potrubí 15 % z celkového zisku, respektive 18 %. U tepelné izolace 22 mm je to 11-12 % v obou případech vedení primárního okruhu. Celoroční zisk ze solárních kolektorů je však v obou případech přibližně stejný (solární podíl se liší o cca 1 %) a na první pohled se zdá, že není nutné instalovat vyšší tloušťky izolace. Menší tloušťka má sice vyšší ztráty při teplotách teplonosné látky nad teplotou okolí, ale na druhé straně má po část slunečného dne tepelné zisky, protože nejnižší teplota ze zásobníku je 12 °C (menší než vnitřní teplota ti = 18 °C, a menší než venkovní teplota te v letním období). Dalším důvodem je, že největší příjem slunečních zisků je v letním období v době nejmenších tepelných ztrát a největších přebytků tepla, ze kterých jsou hrazeny nadměrné tepelné ztráty potrubí nebo zásobníku při dosažení stejného solárního podílu (ukazuje na to zvýšená doba běhu čerpadla). Uvedené hodnoty jsou minimální, v případě použití neideálních prvků, které zvyšují teplotu v potrubí primárního okruhu (zásobník bez stratifikace, případně předimenzovaný objem zásobníku vůči spotřebě, výměník o konečné ploše), budou podíly tepelných ztrát u menších tlouštěk izolace vyšší.
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
tags: #izolace #solárního #potrubí #materiály #a #postup