Potrubí solárních soustav
Rozvody potrubí solárních tepelných soustav spojují zdroj tepla (kolektor) s místem akumulace a spotřeby (zásobník). Základním požadavkem na potrubí je především jejich funkčnost a životnost. Návrh materiálu potrubí rozvodů solárních kapalinových soustav musí odpovídat typu a použití soustavy. Potrubí musí být odolné v první řadě teplonosné kapalině a dále musí vyhovovat teplotním a tlakovým poměrům v solární soustavě.
Dalším, ač často zanedbávaným, požadavkem je hydraulická (energetická) náročnost navržené potrubní sítě. Světlost potrubí je vhodné pro danou aplikaci optimalizovat s ohledem na spotřebu elektrické energie pro pohon soustavy (čerpací práce).
Materiály
Plastové potrubí je možné použít zejména u nízkoteplotních solárních soustav s nezasklenými kolektory pro sezónní (letní) ohřev bazénové vody, kde teploty stěží překročí 60 °C i v případě stagnace. Plastové potrubí používané přímo v solárních kolektorech obsahuje uhlíkové částice z důvodu ochrany proti UV záření a pro zajištění dobré pohltivosti. Pro kolektory se nejčastěji používají materiály na bázi polypropylenu, EPDM nebo polyesteru. Pro potrubí lze použít běžný síťovaný polyetylen (obdobně jako vodovodní instalace), chráněný proti UV záření nebo obdobné materiály jako pro plastové kolektory.
Obr. 1 - Používané materiály pro potrubí solárních soustav: měď, nerezová ocel (vlnovec)
U solárních soustav s pokročilými selektivními kolektory pro celoroční využití sluneční energie je nutné navrhovat potrubí kovové (měd, ocel), neboť potrubí primárního okruhu takových solárních soustav musí být odolné teplotám okolo 180 °C (ploché atmosférické kolektory se selektivní vrstvou), případně 250 °C (trubkové vakuové kolektory) a tlakům do 1 MPa. Pro takové podmínky je vyloučené použití plastových trubek z hlediska teplotního a mechanického namáhání. Nejpoužívanějším materiálem jsou měděné trubky, které umožňují rychlou montáž (pájení, lisování, svěrné). Výhodou je i zpravidla stejný materiál s kolektory a tudíž nulový elektrochemický potenciál (omezení rizika koroze). Použití ocelových trubek je principiálně možné, nicméně montáž je velmi pracná a zdlouhavá (svařování, ohýbání, řezání závitů). Ocelové trubky se používají především u velkých solárních soustav, kde měděné potrubí ve velkých světlostech (nad 28 mm) je velmi drahé. Nevhodné jsou pozinkované ocelové trubky vzhledem ke korozivním reakcím zinku s nemrznoucí směsí na bázi glykolu.
U maloplošných solárních soustav jsou pro propojení kolektoru a zásobníku, např. u tzv. průmyslově vyráběných soustav (čerpadlová skupina integrovaná na zásobníku), k dispozici pružné nerezové vlnovcové trubky s převlečnými maticemi. Vlnovcové potrubí je vhodné z hlediska usnadnění montáže kolen a ohybů, které lze jednoduše vytvarovat.
Stranou od tradičních instalačních trubek jsou k dispozici kompaktní potrubní systémy sdružující přívodní a zpětné potrubí (měď, nerez), tepelnou izolaci a elektrické vedení mezi regulátorem a čidlem teploty v kolektoru.
 |
 |
Obr. 2 - Kompaktní potrubní systém s tepelnou izolací a kabeláží
Návrh světlosti potrubí
Dimenzování potrubí okruhů solárních tepelných kapalinových soustav výrazně závisí na způsobu jejich provozu daným hodnotou měrného průtoku kolektorovým polem. V zásadě rozeznáváme soustavy s vysokým průtokem 50 až 75 l/(h.m2) kolektorové plochy (high-flow, většinou maloplošné soustavy pro rodinné domy s běžnými zásobníky tepla) nebo s nízkým průtokem 10-15 l/(h.m2) kolektorové plochy (low-flow, zpravidla větší soustavy, zásobník tepla se stratifikací). Nižší průtok samozřejmě vede k nižším světlostem potrubí. Návrh světlosti potrubí solárních soustav z hlediska hydrauliky se provádí stejným způsobem jako u běžných tepelných soustav metodou ekonomické rychlosti proudění. Rychlost proudění by se měla pohybovat mezi 0,3 až 0,7 m/s. Vyšší rychlost proudění způsobuje nadměrnou tlakovou ztrátu, nižší rychlost znesnadňuje odvzdušnění primárního okruhu. Významným parametrem, který může ovlivnit hydrauliku soustavy a tedy i návrh světlosti potrubí je typ teplonosné kapaliny, respektive její viskozita, na které závisí tlakové ztráty třením.
Návrh světlosti potrubí primárního kolektorového okruhu by měl zohlednit také parametry kolektorů, které ovlivňují jejich stagnační chování jako je objem kolektorů a kvalita vyprazdňování kolektorů. Jako základní pravidlo platí, že objem přívodního Vp a zpětného potrubí Vz ke kolektorům by měl být stejný jako objem kolektorů Vk
Objem potrubí tvoří nárazníkový objem proti šíření páry potrubím do technické místnosti k choulostivým prvkům soustavy. U velkých soustav, kde ekonomicky odůvodnitelný objem potrubí nemusí být dostatečný, se používá nárazníková nádrž (předloha) předřazená expanzní nádobě na té straně primárního okruhu, která je příznivější vůči vyprázdnění kolektorů (zpravidla chladná).
| Světlost [mm] | 22x1 | 28x1,5 | 35x1,5 | 42x1,5 | 54x2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Průtok [l/h] | 300 až 800 | 500 až 1200 | 900 až 2000 | 1300 až 3000 | 2000 až 5000 |
| Plocha [m2] | 15 až 80 | 25 až 125 | 40 až 200 | 65 až 300 | 100 až 500 |
Tab. 1 - Orientační hodnoty světlosti pro různé průtoky a plochy kolektorových polí
Dilatace potrubí
Při kladení rozvodů je nutné věnovat pozornost tepelné roztažnosti materiálu potrubí. Teplotní součinitel délkové roztažnosti pro různé kovy je uveden v tab. 2. U plastů jsou hodnoty zhruba o řád vyšší.
| Materiál | α [10-6/K] | α [mm/(m.K)] | ΔL [mm/m] |
|---|---|---|---|
| Měď | 17 | 0,017 | 3,4 |
| Ocel | 12 | 0,012 | 2,4 |
| Hliník | 24 | 0,024 | 4,8 |
Tab. 2 - Délková roztažnost kovů vlivem teploty a prodloužení pro Δt = 200 K
Délkovou dilataci potrubí, která může u měděného potrubí činit až 3,5 mm/m (pro maximální provozní rozsah teplot od -25 do 175 °C) je pak nutné zohlednit promyšleným vedením a správným umístěním pevných bodů, kluzných uložení a dilatačních prvků. Na každých 10 až 15 m vedení rozvodů by měl být umístěn dilatační prvek (smyčky, ohyby, kompenzátory), aby se zabránilo škodám a případným netěsnostem vzniklým vnitřním pnutím.
následující text předchozí text