Nejčastější chyby v oblasti návrhů a montáží soustav se solárními termickými kolektory
Článek upozorňuje na chyby v projektování, montáži a následném servisu termických solárních systémů, např. objem membránové expanzní nádoby odhadem, absence opatření pro ochranu membrány expanzní nádoby proti vniknutí horké kapaliny, chybné dimenze a materiály potrubí, podceňování upevnění kolektorů.
Úvod
Příspěvek se zabývá problematikou chyb v projektování, montáži a následném servisu termických solárních systémů1) v České republice z pohledu výrobce a dodavatele s vlastními, ale i externími proškolenými a autorizovanými servisními techniky.
V České republice i díky dotačním systémům jsou solární termické systémy používány již velmi dlouho. Z toho plyne určitá zkušenost při návrzích a montážích, často prověřená praxí a také zkušenostmi např. z ostatních, pro nás podobných středoevropských trhů. Nejčastější použití solárních systémů je na rodinných domech, které byly v minulosti nejvíce podporovány.
Časté problémy při navrhování solárních systémů
V ČR se v poslední době rozšiřuje trend aplikovat solární systémy kompletně bez projektu. Je faktem, že sestavy většiny výrobců vychází z osvědčených ploch kolektorů a jednotlivých sladěných součástí (tak aby ploše/počtu kolektorů odpovídala velikost zásobníku/teplosměnné plochy spirály, upevnění, čerpadlová skupina atd.). Zde ale často není vyřešen správný objem membránové expanzní nádoby – v sestavách se vyskytuje velkoryse dimenzovaný objem expanzní nádoby, přesto by odpovědná osoba měla vždy zkontrolovat přepočtem vhodnost použití na dané aplikaci. Nepsaným pravidlem je, že o něco větší expanzní nádoba je v solární soustavě spíše výhodou.
Obr. 1 Ukázka výpočtu objemu expanzní nádoby z původních projekčních podkladů.
Pro jednodušší a rychlejší návrh a také kontrolu je volně k dispozici excelovská tabulka SOLSEC (k dispozici v partnerské sekci webu Viessmann), pomocí které může návrh i kontrolu objemu expanzní nádoby zvládnout i začínající projektant nebo odborná montážní firma.
Často vůbec není řešeno potřebné opatření pro ochranu membrány expanzní nádoby proti vniknutí horké kapaliny nebo páry při stagnaci a to buď v provedení jako neizolované potrubí, předřazené nádoby a nebo chladiče s potřebným výkonem.
Správně nadimenzovaná a nastavená membránová expanzní nádoba je v solárních systémech základním prvkem pro automatický provoz. Při výkyvech teploty a tlaku, zvláště pak při stagnaci, pomáhá k opětovnému navrácení solární soustavy do provozu bez zásahu zvenčí.
V projektech se většinou přesné hodnoty tlaku, jak v expanzní nádobě, tak i provozní tlak neobjevují.
Pojistný ventil je v solárních soustavách uvažován až jako „poslední bezpečnostní prvek“ (pokud ventil zareaguje příliš brzy, musí někdo opět celý systém uvést do provozu).
Obr. 2 Ukázka z programu SOLSEC ver.2_1 pro stanovení a kontrolu objemu expanzní nádoby a náplně celé soustavy, dimenze potrubí a chladiče.
Dalším často se opakujícím nedostatkem jsou chybné dimenze a materiály potrubí.
Velmi často se potkáváme s dimezí potrubí Cu Ø 22 mm a větší, pro nejčastější sestavu 2 ks plochých kolektorů (Ø 22 mm však odpovídá připojovací dimenzi kolektoru).
Jednoduchým výpočtem se dá zjistit špičkový výkon 2 kusů kolektorů = cca 4,6 m2 * 650 W = 3 kW – pro které určitě i při větším objemovém toku není třeba velkých dimenzí.
Zde je potřeba vědět, že kolektory je možné spojovat do větších polí a tato dimenze odpovídá možnosti spojení až 12 ks do jednoho pole.
Díky použití většího průměru přívodních potrubí dochází ke dvěma chybám:
- zbytečně se prodražuje zakázka (potrubí, fitinky, izolace, více provozní kapaliny – příp. může znamenat větší expanzní nádobu).
- díky větší dimenzi se také zpomalí rychlost proudění v potrubí pod doporučenou hodnotu 0,4 m‧s−1, nad kterou dochází ke strhávání plynů z nejvyššího místa (kolektory) a tím i správné funkci odlučovače plynů (spirovent – jeho správná pozice je na přívodu před výměníkem tepla/spirálou zásobníku).
V projektu by měl být vždy popsán typ potrubí a jeho způsob spojování, který odpovídá vždy předpisům výrobce (tvrdé pájení, lisování, svěrná šroubení) a taktéž vhodné izolace jako kaučuk, minerální izolace atd., které musí být odolné teplotám, vlhkosti, UV záření a mechanickému poškození (ve vnějším prostředí).
Obr. 3 Ukázka nevhodně provedených izolací na potrubí
Upevňování kolektorů
Pro upevnění kolektorů má většina výrobců v této době velmi dobře vyřešeno – ať je to kvalita materiálů nebo statické vlastnosti, případně odolnost proti povětrnostním vlivům.
Podceňovány jsou body upevnění a to v případě šikmé střechy nejčastěji s krytinou z vlnitých tašek i samotné vlastnosti materiálu tašek (křehkost). V případě menších sklonů střechy a v lokalitách s větší sněhovou pokrýkou je nutno počítat s nejslabším článkem upevnění a tím je právě „křehká“ střešní taška.
Tento bod by měl vždy řešit projektant příp. statik a učinit potřebná opatření v konstrukci střechy – jako nejjednodušší se nabízí zpevnění/podložení střešní tašky v místě opření upevňovacích háků (viz Obr. 4 a 5).
Obr. 4 Detail upevnění plochých kolektorů
A – Kolektor
B – Montážní lať
C – Střešní hák
D – Montážní profil
E – Montážní plech (jen u Vitosol-F)
Obr. 5 Ukázka poškozené střešní tašky vlivem extrémního množství sněhu a nízkého sklonu střechy
Obecně je statika většiny střech v pořádku, i zde by však odborník/projektant měl prověřit možné komplikace a možná opatření.
Pokud dojde například k prasknutí střešní tašky díky extrémnímu množství sněhu, je to pojistná událost a pojišťovna škodu uhradí.
V lokalitách, kde je obecně více sněhu, je nutno například doplnit běžné upevňovací prvky, aby došlo k lepšímu roznesení váhy na více bodů. Přesto se může stát, že neodbornou montáží nebo zásahem do konstrukce a izolací střechy dojde ke ztrátě záruky.
Větším problémem je riziko zjištění defektu/zatékání až po delší době, kdy jsou škody již rozsáhlé. Proto se doporučuje vždy součinnost se zhotovitelem střechy.
Důležitou částí projektování a montáže solárních soustav, která se opět neřeší je vliv kolektorů na střeše jako potenciálního prvku pro svedení blesku.
Pokud se jedná o montáž na šikmé střeše ve vnitřním prostoru střechy, je nutno dodržet minimální vzdálenost od okrajů střechy a vedení bleskosvodu. Zde jsou kolektory schované a nejvyšší body jsou opatřené bleskosvodem.
Problémy mohou nastat, jakmile kolektory vyčnívají mimo obrysy budovy, např. na ploché střeše. V těchto případech je nutné investora minimálně upozornit na nutnost revize stávajícího systému ochrany proti blesku.
Obr. 6 U montáže kolektorů je nutno zachovat bezpečnostní vzdálenost od bleskosvodu.
Obr. 7 Svodné tyče musí být tak vysoko, aby se blesková koule nemohla dotknout kolektorů.
V praxi se také nachází nedostatečné uzemnění jednotlivých součástí.
Každě vedení by mělo být pospojeno a svedeno na zemnící můstek k odvedení tzv. bludných proudů. Uzemnění pouze na zemnícím šroubku na opláštění např. zásobníkového ohřívače nic neřeší.
Samotná ochrana smaltovaného zásobníku v podobě magnesiové anody nestačí – tako anoda v případě bludných proudů nevydrží ani sezónu. Musí se také každoročně kontrolovat – měřením. V případě chybné montáže dochází ke zničení zásobníku. Alternativní možností je použití elektricky napájené anody.
Obr. 8 Ukázka prorezavělé topné spirály u smaltovaného zásobníku (bez ochrany proti bludným proudům)
Obr. 9 Pohled přes čisticí otvor
Obr. 10 Zapojení cirkulace TV
A – Cirkulační čerpadlo
B – Termostatický směšovací automat
C – Zpětná klapka
D – Vratná větev cirkulace v létě (Potřebná vedení pro zabránění nadměrné teploty v létě)
E – Vratná větev cirkulace (Max. výstupní teplota 60 °C)
F – Přívod k termostatickému směšovacímu automatu (Nejkratší možné vedení, protože v něm v zimě nedochází k proudění)
Obecný problém také vzniká při použití kombinací materiálů, u kterých vzniká elektrochemický článek. Často se jedná o spojení prvků na střeše ve venkovním prostředí. Takto může být ohrožena nejen funkčnost, ale i bezpečnost celé solární soustavy.
Pro ochranu uživatele a hlavně jeho dětí je nutné vždy použít termostatický směšovací ventil, který zaručuje, že se při překročení teploty zásobníku nad 50 °C nikdo neopaří. Tyto ventily opět nejsou vždy používány.
Navíc při použití ve spojení s cirkulačním okruhem TV dochází ke špatnému zapojení, které neumožňuje funkci cirkulace až s možným výsledným defektem oběhového cirkulačního čerpadla. Správné je zapojení tzv. „tří zpětných klapek“ (viz Obr. 10 Zapojení cirkulace TV).
Výsledky
V tomto příspěvku není možné dostat se do úplných detailů výše popsaných chyb při návrzích a montážích.
Faktem je, že z dlouhodobého hlediska dochází ke zlepšení kvality instalací solárních termických systémů a to díky většímu rozšíření a informovanosti odborné veřejnosti.
Přesto je při uváděních solárních systémů do provozu cca 60 % aplikací minimálně s drobnou chybou nebo zápisem servisního technika neumožňujícím provoz.
Díky dotačním systémům jako byla Zelená úsporám, se v branži objevilo mnoho nových solárních specialistů. Často prošli pouze obecným školením a nejsou schopni zajistit jak kvalitu montáže, tak životnost a hlavně funkčnost systému, která je společně se slibovanými úsporami to nejdůležitější.
Literatura
- [1] Viessmann GmbH, Projekční příručka – Solární termické systémy. 2009
- [2] Technické podkady a provozní servisní materiály Viessmann
1) Zde je používán výraz solární systém, ve firemní terminologii se jedná o takřka kompletní dodávku všech potřebných komponent = ucelený systém. Zpět
Kompletní program Viessmann nabízí individuální řešení s efektivními systémy v nejvyšší kvalitě pro všechny oblasti použití a energetické zdroje - vytápění, průmyslové energetické systémy, chladicí systémy.