Nejčastější chyby v oblasti návrhů a montáží soustav se solárními termickými kolektory

V poslední době se množí instalace solárních soustav bez projektu.

Expanzní nádoba

Tento trend podporují sestavy nabízené většinou výrobců, které vychází z osvědčených kombinací velikostí ploch kolektorů a ostatních součástí. Sestavy ale většinou neřeší správný objem membránové expanzní nádoby. Obvykle je navržena velkoryse dimenzovaná expanzní nádoba. Přesto by odpovědná osoba měla tento objem zkontrolovat výpočtem pro použití v dané situaci. I když nepsaným pravidlem je, že o něco větší expanzní nádoba je v solární soustavě spíše výhodou. Pro výpočet lze použít níže uvedený vzorec:

Ukázka výpočtu objemu expanzní nádoby z původních projekčních podkladů

kde:

• V_v je bezpečnostní objem = V_A·0,005, V_A – oblem systému, V_v = min. 3 [dm³]
• V₂ – zvětšení objemu při ohřevu zařízení = V_A·b; b – koeficient roztažnosti = 0,13
• z – počet kolektorů
• V_k – objem kolektoru [dm³]
• p_e – dovolený konečný přetlak = p_si – 0,1·p_si [bar]
  p_si – odfukový tlak pojistného systému [bar]
• p_st – přetlak dusíku membránové expanzní nádoby = 1 + 0,1·h [bar]
  h – statická výška zařízení [m]

Pro jednodušší a rychlejší návrh, a také kontrolu, je volně k dispozici excelovský program SOLSEC vyvinutý společností Viessmann, pomocí kterého může návrh i kontrolu objemu expanzní nádoby zvládnout i začínající projektant nebo odborná montážní firma. Tento program je ke stažení v partnerské části na www.viessmann.cz a je lokalizován i do českého jazyka.

Častou chybou je neřešená ochrana membrány expanzní nádoby proti vniknutí horké kapaliny nebo páry při stagnačním stavu, kdy teplota solární kapaliny, a zvláště pak odpařených par je vyšší, než je teplotní odolnost membrány. Ochranu může tvořit určitý úsek neizolovaného potrubí, předřazená ochlazovací nádoba nebo chladič, ale vždy s potřebným chladicím výkonem.

V projektech se většinou přesné hodnoty tlaku, jak v expanzní nádobě za membránou, tak i provozní tlak, neobjevují.

Pojistný ventil působí jako instance poslední ochrany. Proto není neobvyklé, když se při jeho zásahu odpustí tolik solární kapaliny, že soustava po návratu do běžného provozu, následkem úbytku kapaliny a tedy poklesu tlaku, přestane pracovat. Obsluha, servisní pracovník, pak musí kapalinu doplnit a soustavu znovu uvést do provozu.

Dimenze potrubí

Často se opakující chybou jsou nesprávné dimenze a materiály potrubí. Velmi často se potkáváme s dimenzí potrubí Cu Æ 22 mm a větší i pro nejčastější sestavu 2 ks plochých kolektorů s cca 4,6 m² účinné plochy. Chyba vzniká evidentně tím, že dodavatelé volí průměr potrubí podle připojovací dimenze kolektoru Æ 22 mm.

Jednoduchým výpočtem se ověří, že špičkový výkon 2 kusů kolektorů z jejich plochy cca 4,6 m² v našich podmínkách s přibližnou maximální intenzitou slunečního záření 650 W/m² je:

4,6 m²·650 W/m² = 3 kW.

Pro tento výkon a určitě i při větším objemovém toku není třeba tak velká dimenze potrubí.

V této souvislosti je však dobré vědět, že kolektory je možné spojovat do větších polí a propojovací dimenze Æ 22 mm odpovídá možnosti spojení až 12 ks kolektorů do jednoho pole s přibližným špičkovým výkonem až 18 kW.

Pokud je použito potrubí většího průměru, vznikají dvě chyby:

• zbytečně se prodražuje zakázka (větší potrubí, fitinky, armatury, izolace, je nutné více provozní kapaliny, větší vnitřní objem rozvodů může znamenat i potřebu větší expanzní nádoby.
• větším průměrem potrubí se zmenší rychlost proudění pod doporučenou hodnotu 0,4 m·s^–1, nad kterou dochází ke strhávání plynů z nejvyššího místa soustavy, tedy z kolektorů. Tím se omezí funkce odlučovače plynů. Jeho správná pozice je na přívodu před výměníkem tepla, před zásobníkem.

Tepelná izolace

V projektu, i v prováděcí dokumentaci, by měl být vždy popsán nejen typ potrubí a jeho způsob spojování, který odpovídá předpisům výrobce (tvrdé pájení, lisování, svěrná šroubení), ale taktéž typ izolace, jako kaučuk, minerální izolace atd., který musí být odolný teplotám, vlhkosti, UV záření a mechanickému poškození (ve vnějším prostředí).

Upevňování kolektorů

Konstrukci upevnění kolektorů má většina výrobců velmi dobře vyřešenou – ať je to kvalita materiálů, statické vlastnosti, případně odolnost proti povětrnostním vlivům. Podceňovány bývají upevňovací body, zejména v případě šikmé střechy s krytinou z vlnitých tašek, kdy není zohledněna mechanická pevnost tašek (křehkost).

V případě menších sklonů střechy a v lokalitách s větší sněhovou pokrývkou je nutno počítat s nejslabším článkem upevnění, kterým je právě „křehká“ střešní taška. Tento bod by měl vždy řešit projektant, případně statik, a učinit potřebná opatření v konstrukci střechy. Jako nejjednodušší se nabízí zpevnění/ podložení střešní tašky v místě opření upevňovacích háků. Případně lze použít upevňovací systém, který není kotven na střešní krytinu, ale na nosnou konstrukci střechy (krokve atd.).

Statika většiny střech umožňuje bezproblémovou instalaci kolektorů. Přesto není na škodu, pokud odborník prověří možnost vzniku komplikací na místě a eventuálně navrhne vhodná opatření. Pokud dojde například k prasknutí střešní tašky vlivem extrémního množství sněhu, může to být pojistná událost. Pojišťovna škodu může uhradit, pokud její znalec nezjistí, že instalace kolektorů vyvolala překročení povoleného namáhání tašky. V lokalitách, kde se vyskytuje více sněhu, je proto žádoucí například doplnit běžné upevňovací prvky dalšími, aby došlo k lepšímu roznesení působení váhy kolektorů, zatížených sněhem, na více bodů.

Může se stát, že neodbornou montáží, nebo zásahem do konstrukce a izolací střechy, dojde ke ztrátě záruky na střešní krytinu. Defekt střešní krytiny, tj. zatékání, bývá obvykle zjištěn až po delší době. Například se na stropech uvnitř místností objeví skvrny a škody jsou již rozsáhlé. Proto se doporučuje součinnost se zhotovitelem střechy, minimálně konzultace.

Ochrana proti bleskům

Důležitou částí projektování a montáže solárních soustav, která se opět většinou neřeší, je vliv kolektorů na střeše jako potenciálního prvku pro svedení blesku.

Správně navržený a instalovaný blesko­svod vytváří nad střechou ochrannou zónu. Je pravděpodobné, že kolektory (včetně přívodních potrubí a eventuálně použitého, z obrysu vyčnívajícího, odvzdušňovacího ventilu) umístěné na šikmé střeše budou v tomto prostoru skryty, pokud se dodrží minimální doporučené vzdálenosti od okrajů střechy a vedení bleskosvodu.

Problémy mohou nastat, jakmile kolektory vyčnívají mimo obrysy budovy a jsou od střešní roviny více odkloněné, například na ploché střeše. Je žádoucí investora, majitele domu, upozornit na nutnost revize stávajícího systému ochrany proti blesku.

Informace, podle kterých si lze ověřit, zda se kolektory nacházejí v chráněné oblasti, lze nalézt v ČSN EN 62305 Ochrana před bleskem, Část 3: Hmotné škody na stavbách a nebezpečí života. Norma obsahuje ucelený návod k projektování a instalaci vnější ochrany před bleskem – hromosvodní soustavy LPS (Lightning Protection System).

Uzemnění kovových částí, pospojování, ochrana proti korozi

V praxi se vyskytuje nedostatečné uzemnění jednotlivých kovových částí solární soustavy. Všechny kovové části by měly být elektricky vodivě pospojovány a svod přiveden na zemnicí můstek v rozvaděči nejen jako součást ochrany proti nebezpečí úrazu elektrickým proudem, ale i k odvedení tzv. bludných proudů. Uzemnění provedené například pouze na zemnicím šroubku na opláštění zásobníkového ohřívače řeší jen ochranu proti úrazu elektrickým proudem, pokud by došlo k jeho průniku na plášť zásobníku a pláště se dotkla obsluha.

Ochrana smaltovaného zásobníku proti korozi v podobě magneziové anody nestačí, tato anoda v případě výskytu bludných proudů nevydrží ani jednu sezónu. Funkčnost anody se má proto každoročně kontrolovat – měřením. V případě chybné montáže uzemnění hrozí nebezpečí výrazného zkrácení životnosti zásobníku. Alternativní možností je použití elektricky napájené anody, ale prevence pospojováním je základní opatření.

Obecný problém vzniká při použití kombinace různých kovových materiálů, na jejichž styku vzniká elektrochemický článek. Často se jedná o spojení prvků na střeše ve venkovním prostředí, typicky měděný vývod z kolektoru a nerezová ocelová vlnovcová trubka. Nevhodným řešením bez vložení doporučeného mezikusu o vhodném mate­riálovém složení může být ohrožena nejen funkčnost, ale i bezpečnost celé solární soustavy.

Ochrana proti opaření

Pro ochranu uživatele systému solární přípravy teplé vody, a hlavně jeho dětí, je nutné vždy na výstupu ze zásobníku použít termostatický směšovací ventil. Ten zaručí, aby se při překročení teploty v zásobníku nad 50 °C přimíchávala do vody tekoucí k výtokové baterii voda studená tak, aby se nikdo neopařil. Tyto ventily opět nejsou vždy používány.

Při jejich použití ve spojení s cirkulačním okruhem TV je občas používáno špatné zapojení, které cirkulační okruh dokonce uzavírá a výsledkem může být defekt cirkulačního čerpadla. Správně má být použito zapojení tzv. „tří zpětných klapek“, viz obr. 8.

Závěr

Z dlouhodobého hlediska pozorujeme pomalé zlepšování kvality instalací solárních termických systémů. A to díky jejich většímu rozšíření a informovanosti odborné veřejnosti. I přes tento pozitivní fakt se však podle našich poznatků při uváděních solárních soustav do provozu u cca 60 % aplikací zjišťují minimálně drobné chyby, případně se zprovoznění musí přerušit na základě požadavku servisního technika do odstranění chyb.

Literatura

[1] Viessmann GmbH, Projekční příručka – Solární termické systémy. 2009
[2] Technické podklady a provozní servisní materiály Viessmann

---

Most common errors in the design and assembly process of solar thermal systems

Solar thermal collectors are becoming a standard part of modern building energy systems. The author describes the most common errors in design and assembly process. The errors can have a significant impact on the system's functionality and life time.

Keywords: solar thermal collector, error