Kolektory słoneczne. Rury w instalacji solarnej

Instalator nie ma zwykle czasu na czytanie zaleceń producentów kolektorów słonecznych. Wiedząc, że klient oczekuje jak „najlepszej oferty cenowej” za wykonanie montażu instalacji, proponuje rozwiązania „niestandardowe”. Nie jest może największym problemem, jeśli zaproponuje niewłaściwe średnice rur z miedzi, gorzej, jeżeli zdecyduje się zastosować rury ocynkowane (cynk wchodzi w reakcję z glikolem, powodując przyspieszone starzenie się), ale tragedią jest, gdy zdecyduje się na zastosowanie rur z tworzyw sztucznych.

Zalecane przez większość
Stosowanie rur miedzianych jest zalecane przez większość firm z branży solarnej z następujących powodów:
* miedź jest odporna na starzenie się i nie zmienia swoich właściwości mechanicznych z upływem czasu,
* miedź jest odporna na dyfuzję tlenu, co pozwala na ograniczenie stosowania inhibitorów albo wymienników ciepła,
* łączenie rur miedzianych za pomocą lutowania, zaprasowywania i zacisków jest uznawane jako bezpieczne i pozwala na swobodne rozlokowanie przewodów,
* miedź jest produktem nadającym się do recyklingu, a rury nie są odpadem niebezpiecznym,
* sieć przewodów z miedzi może być bez problemów rozbudowywana nawet po latach.
Często w trakcie szkoleń pada pytanie: skoro miedź to jaka – twarda czy miękka? Nie ma w tym względzie jednoznacznego wskazania na konkretny rodzaj rur, aczkolwiek stosowanie rur miękkich może nieść ze sobą pewne niebezpieczeństwa, o których zwykle się mówi w trakcie szkoleń. Instalatorzy, układając sieć przewodów, dosyć często zapominają o potrzebie montażu rur z niewielkim wzniosem w kierunku kolektorów, a wykorzystując rury z kręgu, nie dbają o ich wyprostowanie i właściwe uchwycenie, co powoduje, że sytuacja może wyglądać jak na zdjęciu 1.
Trzeba przy okazji wspomnieć, że identyczna sytuacja może mieć miejsce w przypadku wykorzystywania elastycznych węży karbowanych ze stali nierdzewnej, które również dostarczane są w kręgach. A problem może być zwielokrotniony, albowiem powietrze gromadzi się w karbach węża.
Wiele osób uznać może, że się czepiam, bo z ich punktu widzenia problemem jest tylko „nieciekawy widok”. Tymczasem przy takim sposobie prowadzenia rur powstają miejsca, w których potencjalnie gromadzi się powietrze krążące w instalacji, a co za tym idzie, istnieje niebezpieczeństwo zatrzymania obiegu medium grzewczego po powstaniu poduszki powietrznej w rurze. W przypadku rur pokazanych na zdjęciach można jeszcze dokonać poprawek, ale co w momencie, gdy rury przykryte zostaną warstwą ocieplenia dachu?

Różne koncepcje Napisałem, że rury powinny być prowadzone w taki sposób, aby wznosiły się w kierunku kolektorów, a co począć z przypadkiem pokazanym na kolejnych zdjęciach 2 i 3? Kolektory umieszczone są przed budynkiem, a kotłownie powyżej poziomu ich zainstalowania.
Każdy z instalatorów miał tu swoją „koncepcję” prowadzenia przewodów solarnych. Pierwszy zauważył, że powietrze może się zbierać w załamaniu rur nad grupą solarną, ponieważ jest to najwyższy punkt instalacji, zabudował więc odpowietrzniki. Ale czy zrobił to w sposób właściwy? Założył, że dla odpowietrzenia instalacji podczas jej napełniania trzeba zainstalować odpowietrzniki w najwyższym punkcie instalacji – prawidłowo. Zapomniał jednak, że zastosowane przez niego automatyczne odpowietrzniki sprawy nie rozwiązują do końca. Co się bowiem stanie w momencie, gdy instalacja będzie eksploatowana i przejdzie w zakres wysokich temperatur? Woda będąca składnikiem cieczy solarnej będzie wrzeć i w instalacji pojawi się powietrze, no i w sposób naturalny wyjdzie przez automatyczny odpowietrznik, ponieważ, zbierając się pod pływakiem odpowietrznika, nie będzie w stanie go podnieść do góry, aby go zamknąć i wyjdzie na zewnątrz. W efekcie w instalacji obniżać się będzie ciśnienie, a gęstość cieczy będzie rosnąć w wyniku wzrostu udziału glikolu. Jeśli nieprawidłowo dobrano ciśnienie wstępne w naczyniu wzbiorczym oraz w instalacji, pojawią się kłopoty.
Drugi instalator uznał, że poduszki powietrznej spodziewać się nie należy. Jeśli idealnie odpowietrzył instalację w trakcie napełniania, prawidłowo dobrał ciśnienie wstępne w naczyniu oraz ciśnienie instalacji może spać spokojnie do pierwszego wyłączenia prądu w trakcie dużej ekspozycji słonecznej. Chyba że pomyślał o awaryjnym zasilaniu lub innych zabezpieczeniach przed tym problemem.

Zasyfonowanie Zdarza się, że instalatorzy oburzają się na mnie, gdy piszę o potrzebie zasyfonowania króćców zasobników („MI” 1/2008). No cóż, nie jest to mój wymysł, tylko standard w szkoleniach renomowanych firm. Każdy laik wie, że ciepłe medium ma tendencję do ruchu w górę i odbywa się to w sposób pokazany na rysunku 1.
Najgorsze jest to, że, jak widać, zjawisko cyrkulacji naturalnej (konwekcji) nie jest łatwe do wychwycenia, albowiem rura z zewnątrz jest zimna, a ciepło przemieszcza się w jej osi. Ciepło jest więc wysysane ze zbiornika, a użytkownik skarży się, że zasobnik się wychładza.
Zapobiec temu problemowi można poprzez zasyfonowanie króćców lub/oraz zastosowanie zaworów zwrotnych antygrawitacyjnych. I tu rozpoczyna się kolejna dyskusja z instalatorami. Uznają oni, że ponieważ każda grupa solarna posiada zawory zwrotne, problem jest rozwiązany i syfonu stosować nie trzeba. Niestety, nie. Każdy zawór zwrotny zapobiega przepływowi medium w niewłaściwym kierunku, ale czy zapobiega też niepożądanej cyrkulacji? Prześledźmy schemat działania zaworu zwrotnego (rys. 2). W przypadku, gdy ciecz znajdująca się pod i nad zaworem posiada identyczną temperaturę, problemu nie ma. Problem pojawia się w momencie, gdy do zaworu dojdzie ciepłe medium wydostające się z zasobnika i wówczas w przypadku, gdy sprężyna zaworu zwrotnego jest słaba, następuje otwarcie zaworu. Ciecz nad zaworem posiada niższą temperaturę (większą gęstość), a co za tym idzie, masę i naciska na sprężynę zaworu, może więc dojść do jego otwarcia. Trzeba też pamiętać, że ciepło wykorzystuje najmniejsze nieszczelności, np. mikronierówności powierzchni. Ale sporo instalatorów oszczędza, stosując grupy pompowe jednodrożne i wówczas zaworu na gałęzi zasilania w ogóle nie ma! Renomowane firmy stosują specjalne elementy blokujące wypływ ciepła z zasobnika, ale są one kosztowne, co przy naszym „pędzie do najtańszego produktu” nie rokuje szans zastosowania (rys. 3).

Pamiętaj o króćcach W tym miejscu usłyszę od instalatora: co mi Pan opowiada o naturalnej cyrkulacji, przecież stosuję przewody solarne 15 mm, a przy tej średnicy prawdopodobieństwo cyrkulacji jest znikome. Odpowiadam: ma Pan rację, ale czy pamiętał Pan o wszystkich króćcach zasobnika? W dodatku im wyżej zasobnika, tym wyższa temperatura, po drodze są króćce cyrkulacji i wężownicy kotłowej. Dlaczego np. użytkownik skarży się, że mu kaloryfery grzeją w lecie?
Czy stosowanie przewodów o średnicy 15 mm jest rozwiązaniem idealnym? Osobiście uważam, że nie jest, albowiem, stosując rury o średnicy 15 mm, doprowadzamy do kilku zjawisk, które mogą się niekorzystnie odbijać na pracy instalacji solarnej. Większość króćców kolektorów słonecznych posiada większe średnice, nie mówiąc już o króćcach grup pompowych oraz zasobników solarnych. Wymaga to zastosowania złączek przejściowych lub elementów łączących, pozwalających na podłączenie przewodów magistrali solarnej do tych podstawowych podzespołów. Każdy taki element jest źródłem dodatkowych oporów oraz zaburzeń przepływu, jak również potencjalnym miejscem przecieków. Medium robocze przemieszczające się w rurce o średnicy 15 mm z określoną prędkością (zwykle dużą, nawet przy małym natężeniu przepływu, a w każdym razie większą niż w przypadku rury o większej średnicy) „wpada” do króćca wężownicy solarnej i nagle w wyniku zmiany średnicy wytraca prędkość. Każde takie nagłe zdarzenie, to zaburzenie przepływu, a zaburzenie to powstaje w miejscu, gdzie gorąca ciecz solarna powinna oddać jak najwięcej ciepła wężownicy, a co za tym idzie – wodzie użytkowej! W przypadku, gdy wymagany jest większy przepływ (kilka kolektorów w zestawie) stosowanie małej średnicy rur prowadzi do dużych prędkości przepływu, a więc do „głośnej pracy instalacji” – nie zawsze przyjemne odgłosy dla użytkownika.
I jeszcze jedna ważna sprawa. Gdy w instalacji dochodzi do zjawiska stagnacji i gorąca para zostaje wypychana z kolektorów słonecznych w stronę przewodów solarnych, odcinek, na którym zjawisko to występuje, jest tym dłuższy, im mniejsza jest średnica przewodów! Wynika to z pojemności wodnej rury oraz ilości energii, jaką rura jest w stanie zakumulować. Prowadzić to może do niepotrzebnych obciążeń cieplnych elementów instalacji, np. naczynia wzbiorczego w przypadku, gdy jest umieszczone nad pompą.
Trzeba równocześnie pamiętać, że jednostkowe straty ciepła są w rurach o małej średnicy najmniejsze, oczywiście, pod warunkiem, że instalator „nie zapomni” o zastosowaniu prawidłowej izolacji cieplnej. Pozostaje natomiast do omówienia sprawa prawidłowego podłączenia przewodów do kolektorów słonecznych. O tym w kolejnym artykule.
Jerzy Chodura

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf  pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij