Úvod do tématu
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 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. U jednoduchých solárních soustav jsou pro propojení kolektoru a zásobníku k dispozici pružné nerezové vlnovcové trubky s převlečnými maticemi. Vzhledem k omezení montáže pájením nebo svařováním je takové řešení vhodné např. 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).
Vedení a dimenzování potrubí
Vedení potrubí vyžaduje zohlednění tepelné roztažnosti a správné rozmístění pevných bodů, kluzných uložení a dilatačních prvků. Na každých 10-15 m vedení by měl být dilatační prvek (smyčky, ohyby, kompenzátory). U plastových potrubí je nutné zohlednit vyšší míru dilatací. Vratné (teplejší) potrubí od kolektorů je vhodné vést co nejkratší trasou. Délka potrubí vedeného venkovním prostředím by měla být minimalizována kvůli drahé izolaci odolné UV záření a tepelným ztrátám. 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) nebo s nízkým průtokem (low-flow). Nižší průtok vede k nižším světlostem potrubí a menším tloušťkám tepelných izolací. Dalším významným parametrem je typ teplonosné kapaliny a její viskozita, na které závisí tlakové ztráty třením.
Typ teplonosné kapaliny
Pro celoroční využití solární soustavy se ve většině případů používá nemrznoucí směs propylenglykolu a vody, případně etylenglykolu a vody. Viskozita propylenglykolu s teplotou tuhnutí -30 °C je zhruba o 1/3 vyšší než u ethylenglykolu a cca 6krát vyšší než u vody při 20 °C. Viskozitu je možné snížit nižším podílem propylenglykolu ve směsi s vodou. Návrh světlosti potrubí může významně ovlivnit celkovou tlakovou ztrátu, zejména u menších soustav s trubkovými výměníky.
Tepelná izolace potrubí
Tepelná izolace je u celoročně provozovaných solárních soustav nutná, aby tepelné ztráty do okolí podstatně nesnižovaly účinnost systému. Důležité je izolovat celý potrubní rozvod včetně fitinek, ventilů, zásobníkových vstupů a výstupů. Materiály pro tepelnou izolaci musí být odolné vůči teplotám do 180 °C; u venkovních rozvodů je nutná ochrana proti UV záření a nenavlhavost.
Materiály izolace
Nejčastěji se používají EPDM s uzavřenou strukturou (odolné vlhkosti), minerální vlna kašírovaná hliníkovou fólií, případně izolace opláštěné hliníkovým plechem. Tloušťka izolace se navrhuje podle vyhlášky 151/2001 Sb., která stanovuje kritéria pro mezní součinitel prostupu tepla a vhodnost tloušťky odpovídající světlosti potrubí. Evropská norma doporučuje tloušťky 20-30 mm v závislosti na průměru potrubí.
Analýza tepelných ztrát potrubí
V modelovém příkladu s 6 m² plochy kolektorů a 300 l zásobníku ukazuje, že tloušťka izolace ovlivňuje podíl tepelných ztrát, ale celkový roční zisk může být obdobný při 9 mm i 22 mm izolaci. Důvody zahrnují letní období s minimálními ztrátami a vysoké tepelné zisky během dne, které vyvažují ztráty potrubí. Příkladem jsou dveřkové a armatury s izolací; uvedené tabulkové hodnoty ukazují snazší orientaci v požadavcích na tloušťku izolace.
Izolace plošného kolektoru a zemního kolektoru
Izolování plošného kolektoru je technický krok s cílem minimalizovat tepelné ztráty v místech, kde zemní plošný kolektor opouští zemní prostředí. Kaučuková izolace je vhodná pro ochranu potrubí v místech, kde mohou nastat teplotní výkyvy. Technické řešení pro izolování plošného kolektoru dodává GE-TRA, která nabízí kaučukovou izolaci jako standardní prvek ochrany potrubí.
Izolace potrubí a tvarovek
Izolace armatur a přírub se provádí jako snímatelná. Při izolaci potrubí vedeného ve zemi chraňte izolaci před hlodavci a poškozením. Při montáži je vhodné dodržovat zásady výrobce a bezpečnosti práce. Příklady dalších postupů zahrnují použití samolepicí pásky, speciálních montážních sad pro kolena a T-kusy a dodržování optimálních mezer mezi trubkami.
Geotermální kolektory a jejich instalace
Systém primárního okruhu tepelného čerpadla země-voda se skládá z válců a kabeláže, vnějších rozvodů a zemního plošného kolektoru. Zemní plošný kolektor představuje méně náročnou realizaci z hlediska zemních prací než geotermální vrty, vyžaduje však dostatek místa a správné dimenzování. Uložení zemního kolektoru probíhá do nezámrzné hloubky 1,2-1,5 m a délka okruhů bývá 100-200 m pro snížení tlakových ztrát. Směry vedení kolektoru a vzájemná izolace jsou klíčové pro bezpečnost a efektivitu provozu.
Materiál hadice plošného kolektoru
Pro zemní plošný kolektor se doporučuje potrubí z HDPE PE100 nebo PE100+ pro pokládku do pískového lože. FAST PE-GT-RC je alternativou vhodnou pro pokládku bez pískového lože. Pískový loď poskytuje vhodnou izolaci v vlhkých podmínkách, zatímco rychlost realizace v bagru může být výhodou.
Praktické poznámky k instalaci a chybám při izolaci
Chyby při izolaci jsou často způsobeny volbou tenké izolace, nepevnými spoji, nedostatečnou ochranou proti vlhkosti a neopatrnými instalacemi armatur. Je důležité používat správný tepelně izolační materiál, dodržovat nářadí a montážní postupy uvedené výrobci a sledovat bezpečnost práce. Pro větší potrubí se využívají izolace z PUR pěny, a u menších průměrů se používají EPDM a minerální vlna s hliníkovou fólií.
Shrnutí poznámek k praxi
Potrubí pro zemní plošný kolektor a jeho izolace by mělo patřit k nejkvalitnějším komponentům solárního systému, jelikož jde o nejméně opravitelné části. GEROtherm PE-GT-RC FAST a další HDPE varianty nabízejí spolehlivá řešení s důrazem na tlakové odolnosti a ochranu proti poškození.
