Ciepła woda użytkowa z instalacji solarnej – zagrożenia. Cyrkulacja Legionelli

Niniejszy artykuł dotyczy małych instalacji solarnych, jakie są budowane  na potrzeby ciepłej wody użytkowej w domach jednorodzinnych.

Instalacje solarne do podgrzewania ciepłej wody użytkowej są powszechnie budowane w naszym kraju dzięki zaletom samych instalacji, jak i wspomaganiu finansowemu przez różne instytucje krajowe i europejskie. Oprócz zalet i korzyści, jakie dają instalacje solarne, występują również pewne zagrożenia dla ich użytkowników, o których się często nie wie lub nie przywiązuje do nich należytej wagi, jak wynika z praktyki. Niniejszy artykuł dotyczy małych instalacji solarnych, jakie są budowane na potrzeby ciepłej wody użytkowej w domach jednorodzinnych.

Rodzaje błędów

O błędach w instalacjach solarnych napisano już wiele artykułów, również na łamach poczytnego czasopisma, jakim jest „Magazyn Instalatora”. Na użytek tego artykułu podzielmy wszystkie błędy w instalacjach solarnych na:

1. wpływające na złe funkcjonowanie instalacji solarnej,

2. zagrażające bezpieczeństwu użytkowników.

W niniejszym artykule zostaną omówione błędy dotyczące punktu 2, o których niewiele się mówi i pisze w porównaniu do tych w punkcie 1 naszego umownego podziału błędów.

Budowa instalacji solarnej do podgrzewania wody użytkowej powinna być realizowana  na podstawie profesjonalnego projektu wykonawczego. Projekt powinien zawierać m.in.: odnośne wyliczenia techniczne, rysunek techniczny instalacji, wyszczególnienie materiałów, opis wykonania instalacji i wykaz odnośnych przepisów prawnych.

Te oczywiste informacje dotyczące projektu są o tyle ważne, że instalacja solarna, jak większość urządzeń technicznych, oprócz realizacji pożytecznych funkcji, niesie ze sobą również pewne zagrożenia dla użytkowników. Autor projektu instalacji solarnej jest tą „Podstawową Instytucją”, która wykonuje prawidłowy, zgodny ze sztuką budowlaną projekt instalacji i która ma zagwarantować prawidłowe i bezpieczne działanie tej instalacji – oczywiście przy prawidłowej eksploatacji instalacji przez użytkownika i przy prawidłowej jej obsłudze serwisowej.

Odpowiedzialność ponosi również instalator instalacji solarnej, jeśli dopuści się odstępstw od wytycznych prawidłowego projektu, i serwisant, jeśli po corocznym przeglądzie technicznym nie przekaże użytkownikowi w pełni sprawnej i bezpiecznie działającej instalacji.

W praktyce dość często zdarza się, że doświadczony instalator zauważa błędy w projekcie instalacji solarnej i zgłasza je projektantowi w celu skorygowania. Projektant jednak nie przyznaje mu racji i nie dokonuje poprawek w projekcie. Co w takiej sytuacji ma zrobić instalator? To temat na ewentualny kolejny artykuł.

Statystyka

Według danych statystycznych, jakie można było znaleźć u naszych zachodnich sąsiadów (2009 r.), przyczynami wadliwie działających instalacji solarnych w ok. 45% przypadków były błędy popełnione przez projektantów. Dalsze 40% błędów określono jako błędy wykonawcze, popełnione przez instalatorów, pozostałe jako wady fabryczne podzespołów. Jak jest w naszym kraju, nie wiadomo, ponieważ nie istnieją takie opracowania statystyczne.

Można przypuszczać, że od roku 2009 do dzisiaj nastąpił znaczny postęp na każdym etapie budowy instalacji solarnych do podgrzewania wody użytkowej i wytykanie błędów realizatorom i użytkownikom instalacji solarnych jest nieuzasadnione. Niestety tak nie jest. Istnieją ciągle poważne błędy w instalacjach solarnych do podgrzewania wody użytkowej i są to błędy, które mają swój początek na etapie projektów.

Na podstawie projektów instalacji solarnych dla domów jednorodzinnych, jakie można w dużych ilościach znaleźć w internecie, wyraźnie widać, że projektanci nie przywiązują wagi do co najmniej trzech zagrożeń, które stwarzają realne niebezpieczeństwa dla użytkowników:

  • zagrożenie zbyt wysoką temperaturą ciepłej (gorącej) wody na punktach poboru,
  • zagrożenie zakażeniem bakterią Legionella,
  • zagrożenie wynikające ze złego doboru materiałów dla przewodu z ciepłą (gorącą) wodą.

Schemat

Na rysunku przedstawiono najczęściej występujący w projektach schemat instalacji solarnej. Schemat jest pokazany bardziej w formie „marketingowej” niż według zasad rysunku technicznego. Dzięki temu ma lepszą czytelność. W wersji pierwotnej schemat nie zawierał zaworu mieszającego, który został dorysowany (ZM), i dodatkowej instalacji (PLeg).

Instalacja solarna podgrzewa wodę w zasobniku o odpowiedniej pojemności, zwykle nie mniejszej niż 300 dm3. Uzyskiwana temperatura wody może wynosić nawet 95oC, zgodnie z powszechną i słuszną tendencją, by wykorzystać jak najwięcej energii słonecznej. Tak gorącej wody nie można podać bezpośrednio do punktów poboru – umywalki, prysznica czy wanny – ponieważ grozi to poparzeniem co najmniej drugiego stopnia.

Zabraniają też tego odnośne przepisy budowlane, uwzględniające zasady bezpieczeństwa, cyt: „§ 120. 2. Instalacja ciepłej wody powinna zapewniać uzyskanie w punktach czerpalnych temperatury wody nie niższej niż 55°C i nie wyższej niż 60°C, przy czym instalacja ta powinna umożliwiać przeprowadzanie jej okresowej dezynfekcji termicznej przy temperaturze wody nie niższej niż 70°C” (Dz.U. 75/2002, poz. 690).

Schemat

Zabezpieczenia

Zabezpieczeniem przed zbyt wysoką temperaturą wody w punktach czerpalnych jest automatyczny zawór termostatyczny, montowany na przewodzie gorącej wody, do którego podłącza się przewód wody zimnej. Zawór powoduje mieszanie wody gorącej i zimnej, i w zależności od ustawienia, można otrzymywać wodę ciepłą za zaworem w zakresie temperatur od 35 do 65oC. Takie rozwiązanie jest stosowane w dużej części projektów technicznych instalacji solarnych i w praktyce, jednak nie we wszystkich. Stąd ta uwaga.

Znacznie gorzej przedstawia się kwestia zabezpieczenia ciepłej wody użytkowej przed bakteriami Legionella w instalacjach solarnych. Problem dotyczy zasobników z podwójną wężownicą grzewczą, tzw. biwalentnych, w których w dolnej części znajduje się wężownica solarna, a w górnej wężownica grzewcza połączona z kotłem.

O zagrożeniach, jakie stwarzają bakterie Legionella, można się dowiedzieć wystarczająco dokładnie na podstawie znakomitego artykułu dra. Sławomira Biłozora: „Legionella – jak unikać zagrożeń. Sposoby na mikroby”, („Magazyn Instalatora” nr 1(173), styczeń 2013). Autor podaje dodatkowo odnośną literaturę i przepisy prawne.

Instalacja solarna nagrzewa wodę w całej objętości zasobnika i, jeśli temperatura wody osiąga wartość 70oC lub większą, nie ma niebezpieczeństwa rozwoju bakterii Legionella. Realizowana jest jednocześnie tzw. dezynfekcja termiczna zasobnika. Bakterie Legionella giną całkowicie w tej temperaturze.

Woda w zasobniku solarnym

Sytuacja wygląda zupełnie inaczej, gdy woda w zasobniku solarnym, biwalentnym, podgrzewana jest kotłem poprzez górną wężownicę lub grzałką elektryczną, która jest najczęściej umieszczona w połowie wysokości zasobnika. Wówczas woda osiąga wyższą temperaturę tylko w obszarze wężownicy górnej lub powyżej grzałki elektrycznej, co stanowi ok. 1/2 objętości zasobnika.

Ponadto maksymalna temperatura tej wody rzadko przekracza wartość 70oC. Z praktyki wiadomo, że instalatorzy i użytkownicy ustawiają temperaturę wody użytkowej w zasobniku, grzanej kotłem i górną wężownicą lub grzałką elektryczną, w zakresie 45-60oC, a więc poniżej temperatury dezynfekcji termicznej i likwidacji bakterii Legionella. Występują tu więc dwa niekorzystne zjawiska: nie cała woda w zasobniku jest podgrzewana i nie jest osiągana temperatura rzędu 70oC.

Aby zachować bezpieczeństwo użytkowania wody ciepłej i ochronić użytkowników przed groźnym skażeniem, należy przeprowadzać okresowo (zalecane jeden raz na tydzień) dezynfekcję termiczną całej objętości wody w zasobniku. Można to przeprowadzić za pomocą grzania wody kotłem i górną wężownicą tylko w przypadku zastosowania dodatkowej instalacji cyrkulacyjnej („cyrkulacja Legionelli”), która w czasie podgrzewania wody będzie cyrkulować wodę zasobnika i dzięki temu umożliwi nagrzanie jej w całej objętości. Na rysunku została dorysowana „cyrkulacja Legionelli” razem z pompą (PLeg) w odpowiednim miejscu instalacji ciepłej wody użytkowej.

Współczesne kotły i regulatory, stosowane w instalacjach centralnego ogrzewania i podgrzewania wody użytkowej, są zaprogramowane do obsługi procedury dezynfekcji termicznej zasobnika wody użytkowej i sterowania pompą cyrkulacyjną. Odpowiednie ustawienie regulatora umożliwia okresowe przeprowadzenie dezynfekcji termicznej w cyklu automatycznym. Przy jednoczesnym zastosowaniu zaworu mieszającego na instalacji ciepłej wody użytkownik będzie zabezpieczony zarówno przed zakażeniem bakteryjnym, jak i przed oparzeniami gorącą wodą.

Naczynie przeponowe

Warto przy tej okazji zwrócić uwagę na jeden z elementów instalacji ciepłej wody użytkowej, który przyczynia się do szybszego, biologicznego skażenia wody w zasobniku. Instalacje ciepłej wody użytkowej są wyposażane w większości w naczynie przeponowe, które mają za zadanie kompensację przyrostu objętości podgrzewanej wody i zapobiegania wypływowi wody z zaworu bezpieczeństwa. Najbardziej rozpowszechnione są naczynia „ślepe”, w których woda zalega. Naczynia te stanowią swego rodzaju „inkubator” flory bakteryjnej i przy każdym pobieraniu z kranu ciepłej wody przekazują porcję wody („zaczyn” flory bakteryjnej) do zasobnika.

Rozwiązanie tego problemu sprowadza się do:

* niestosowania naczynia przeponowego w instalacji ciepłej wody i akceptowania wypływu wody z zaworu bezpieczeństwa, co preferują niektóre firmy dostarczające urządzenia grzewcze na nasz rynek; należy tutaj zadbać o odprowadzenie do kanalizacji wyciekającej wody z zaworu;

* zastosowania naczyń przeponowych-przepływowych, w których część lub całość wody zimnej, zanim wpłynie z wodociągu do zasobnika, przepływa przez naczynie przeponowe; w takim naczyniu znajduje się cały czas świeża woda, pozbawiona flory bakteryjnej i nie jest ono „inkubatorem” flory bakteryjnej skażającej wodę w zasobniku;

Za krótka instalacja…

Maksymalna temperatura wody w solarnych zasobnikach ciepłej wody może osiągać wartość 95oC w zależności od typu urządzeń, ich producenta i odnośnych dopuszczeń. Występują jednak specyficzne i trudne do przewidzenia sytuacje, w których woda w zasobniku może osiągnąć jeszcze wyższą temperaturę, nawet powyżej 100oC, mimo właściwego ustawienia regulatora solarnego, który powyżej ustawionej, dopuszczalnej temperatury wody w zasobniku wyłącza całkowicie instalację solarną.

Może się to zdarzyć w „krótkiej” instalacji solarnej, w której jest niewielka długość przewodów (zasilającego i powrotnego) od kolektorów słonecznych do zasobnika. Niektórzy producenci ciśnieniowych zestawów solarnych zalecają długość przewodów od kolektorów do zasobnika nie mniejszą niż 6 metrów. Co może zaistnieć przy zbyt krótkich przewodach?

Stagnacja temperatury

Najwięcej problemów w instalacjach solarnych występuje podczas tzw. stagnacji, tj. w okresie, kiedy ciepło nie jest odbierane z kolektorów słonecznych. W okresie stagnacji zasobnik jest w pełni naładowany i woda ma w nim maksymalna temperaturę, np. 95oC. W takim stanie temperatura samych kolektorów w upalny dzień może osiągać 200oC i więcej.

Ciepło z kolektorów może być jednak przenoszone dalej do zasobnika, tym razem oboma przewodami (zasilającym i powrotnym), by podnosić temperaturę wody. Będzie się to odbywało nie poprzez cyrkulację cieczy solarnej, pompa bowiem jest wyłączona, lecz przez materiał miedzianych rur, które „chętnie” przewodzą ciepło, i które są od zewnątrz zaizolowane termicznie. Jakie to stwarza niebezpieczeństwo?

Wysoka temperatura wody użytkowej w zasobniku wymaga odpowiedniego przewodu, spełniającego wymagania temperaturowe i ciśnienia. Nie może to być przewód np. z tworzywa sztucznego, który ma dopuszczenie do zbyt niskiej temperatury i zbyt niskiego ciśnienia. Konsekwencją zastosowania takiego przewodu będzie co najmniej jego zniszczenie poprzez pęknięcie lub perforację. Jeśli awaria zakończy się tylko na tym, będzie można mówić o „szczęściu w nieszczęściu”. Możliwe jest jednak „nieszczęście w nieszczęściu” polegające na eksplozji zasobnika, ze wszystkimi dalszymi konsekwencjami, podobnie jak to się zdarza z przegrzanymi kotłami centralnego ogrzewania.

Kiedy może dojść do eksplozji? Zawsze wtedy, gdy woda w zamkniętym zbiorniku ma temperaturę powyżej 100oC i zostanie obniżone jej ciśnienie do poziomu ciśnienia atmosferycznego. Następuje wówczas tzw. wrzenie objętościowe, czyli eksplozja. Temperatura wrzenia wody w ciśnieniu atmosferycznym wynosi 100oC i podnosi się wraz z ciśnieniem. Przy ciśnieniu wody 2 bary temperatura wrzenia wynosi 121oC. Przegrzana woda w odpowiednio wyższym ciśnieniu jest dalej wodą (cieczą), gdy ciśnienie spadnie do zbyt niskiego „chce” być parą (gazem) o znacznie większej objętości.

Tak więc odcinek przewodu hydraulicznego ciepłej wody od zasobnika solarnego do zaworu mieszającego powinien być wykonany z rury metalowej, odpornej na temperaturę i ciśnienie. Na rysunku zaznaczono ten odcinek przewodu symbolem „RM”.

Opisane wyżej zagrożenia są ważne nie tylko ze względu na bezpieczeństwo użytkownika, ale również na bezpieczeństwo projektanta, instalatora, serwisanta i dostawcy urządzeń grzewczych i armatury hydraulicznej. Awaria, w której użytkownik zostanie poszkodowany, będzie obciążać odpowiedzialnością, przed komisją powypadkową, wszystkich uczestników wykonanej instalacji solarnej.

dr inż. Jan Siedlaczek

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