Pojistná a zabezpečovací zařízení solárního systému

Solární systémy pro ohřev teplé užitkové vody (TUV) stejně jako jiné tepelné soustavy musí být vybaveny pojistnými a zabezpečovacími prvky.
Základ tvoří především:

• pojistný ventil
• expanzní nádoba

Při jejich návrhu vycházíme z topenářských norem, protože české normy solární soustavy samostatně neřeší. Je ale nutné zohlednit specifika solárních systémů, zejména vyšší teploty a rozdílné provozní stavy oproti klasickým otopným soustavám.

Provozní tlaky a teploty v solárních soustavách

Solární sestava se běžně provozuje:

• od plnicího tlaku „za studena“ při minimální teplotě cca 10–20 °C,
• až po maximální provozní tlaky a teploty v rozsahu 90–130 °C.

Počáteční plnicí tlak je dán:

• výškou sloupce teplonosné kapaliny nad místem připojení expanzní nádoby (hydrostatický tlak),
• minimálním potřebným tlakem v nejvyšším místě soustavy, tedy u kolektoru.

Rozsah minimálního tlaku se volí podle konkrétního zapojení a typu nemrznoucí směsi (nejčastěji propylenglykol). Tlak musí být nastaven tak, aby:

• byla zajištěna funkčnost soustavy,
• byl dodržen správný bod varu teplonosné kapaliny,
• nedocházelo ke zbytečné degradaci směsi.

Pokud teplonosná kapalina degraduje např. nad 120 °C, je nutné udržovat provozní tlak tak, aby teplota varu této kapaliny ležela pod hranicí její degradace.

Při stagnaci kolektorů (maximální ohřev bez odběru) dochází:

• k varu kapaliny v kolektoru,
• teplota se dále již nezvyšuje,
• odpaří se pouze část kapaliny,
• zbytek je vytlačen zpět do potrubí a do expanzní nádoby.

Tímto se kolektor chrání před nadměrným tepelným zatížením.

Expanzní nádobu je proto nutné dimenzovat tak, aby bezpečně pohltila objem kapaliny vytlačené z kolektorů při stagnaci.

U kapalin odolných vysokým teplotám je možné volit vyšší provozní tlaky, omezit změnu skupenství a minimalizovat pronikání páry do rozvodů.

Pojistný ventil v solárním systému

Pojistný ventil chrání primární okruh solární soustavy před nadměrným tlakem.

• Otevírací přetlak ventilu určuje maximální tlak v soustavě.
• Musí být sladěn s tlakovou odolností nejslabšího prvku – obvykle výměníku nebo kolektoru.
• Podle něj se také volí tlakový stupeň a velikost expanzní nádoby.

Platí zásadní pravidlo:

Mezi pojistným ventilem a okruhem nesmí být žádný uzavíratelný prvek.

Instalace pojistného ventilu přímo do větve u kolektorů na střeše se v praxi nedoporučuje, protože:

• revize a kontrola na těžko přístupných střechách se téměř nikdy nedělají,
• venkovní prostředí snižuje životnost ventilu,
• při otevření ventilu může teplonosná kapalina odtéct na střechu,
• solární soustava pak ztratí tlak a stane se nefunkční.

Proto v praxi umísťujeme pojistný ventil do technické místnosti, což z hlediska bezpečnosti nepředstavuje problém.

Doporučená praxe:

• Umístit k pojistnému ventilu také tlakoměr a teploměr.
• Zajistit, aby pojistné potrubí umožnilo volný odtok média a nezachytávaly se v něm nečistoty.
• Pojistný ventil musí být umístěn tak, aby nedošlo k opaření obsluhy.
• Ventil je nutné pravidelně kontrolovat.

U solárních systémů se běžně používá pojistný ventil na 6 bar.

Expanzní nádoba v solárním systému

Expanzní nádoba umožňuje vyrovnávat změny objemu teplonosné kapaliny vlivem tepelné roztažnosti. Zabraňuje:

• nedovolenému zvýšení tlaku v soustavě,
• zbytečným ztrátám kapaliny přes pojistný ventil při stagnaci.

V solárních soustavách se dnes používají uzavřené expanzní nádoby s membránou. Dříve bylo možné setkat se i s otevřenými nádobami (podobně jako u otopných soustav), kde se měnila hladina v nejvyšším bodě soustavy.

Konstrukce expanzní nádoby:

• kovová nádoba,
• uvnitř pružná membrána oddělující:
  • teplonosnou kapalinu,
  • stlačený plyn (obvykle vzduch nebo inertní plyn).

Oproti nádobám pro klasické otopné soustavy musí solární expanzní nádoba:

• odolávat vyšším teplotám,
• být kompatibilní s chemickým složením nemrznoucí směsi,
• zvládnout opakovnou expanzi a kontrakci kapaliny při vysokých teplotách.

Při stagnaci:

• pára vytlačí kapalinu z kolektorů do expanzní nádoby,
• po poklesu teploty pára zkondenzuje,
• kapalina se vrací zpět do kolektorů.

Umístění expanzní nádoby:

• může být téměř kdekoli v soustavě,
• nejčastěji ji umisťujeme na „studenou“ větev primárního okruhu,
  • kvůli nižšímu tepelnému namáhání,
• musí být instalovaná ve správné vertikální poloze,
  • aby se nezavzdušňovala,
• je nutná pravidelná kontrola tlaku v nádobě – podmínka správné funkce celého systému.

Solární expanzní nádoby bývají často v bílé barvě a vyrábějí se v objemech cca 10–50 litrů i více, podle velikosti soustavy.

Jak to vypadá v praxi – nejčastější chyby u pojistných prvků

V moderních sestavách je pojistný ventil obvykle součástí solární čerpadlové skupiny, společně s:

• teploměry,
• zpětnou klapkou,
• připojením pro expanzní nádobu.

To je velmi pohodlné řešení – „stačí pověsit čerpadlovou skupinu“.
Problém nastává, když zbytek udělá někdo, kdo nerozumí tlakům a nastavení.

Špatně nastavený provozní tlak

Častá chyba:

• montážní firma nastaví příliš vysoký tlak v solární soustavě,
• při stagnaci dochází k častému otevírání pojistného ventilu,
• nemrznoucí směs uniká ven,
• po vychladnutí kapaliny je tlak pod provozní hodnotou.

Zároveň nikdo neřešil:

• tlak v expanzní nádobě,
• správný vztah mezi předfouknutím nádoby a plnicím tlakem soustavy.

Výsledek:

• systém je nespolehlivý,
• směs se zbytečně doplňuje a ředí,
• zkracuje se životnost nemrznoucí kapaliny.

Expanzní nádoba jen „pověšená na zeď“

Další častý problém:

• expanzní nádoba je fyzicky nainstalovaná,
• ale nikdo nezkontroloval ani nenastavil tlak na správnou hodnotu.

Bez správného nastavení:

• nádoba nefunguje tak, jak má,
• tlak v soustavě není stabilní,
• soustava se chová nevyzpytatelně při změnách teplot.

„Pumpička“ na solární potrubí – špatný vtip místo řešení

Za vrchol nevkusu považujeme instalace, kde:

• firma zákazníkovi namontuje k solárnímu potrubí ventilek a pumpičku,
• a řekne mu: „Když klesne tlak, prostě si to dopumpujte.“

Výsledkem je, že:

• zákazník dva roky pumpuje solární systém,
• místo aby řešil netěsnost nebo chybu v instalaci reklamací,
• a když mu dojde, že to není normální, je zpravidla po záruce
  a firma už nemá zájem přijet.

Bohužel, instalaci solárního systému dnes provádí leckdo, kdo má ruce a nohy.
Naštěstí musíme dodat, že se stále setkáváme i s velmi pěknými, odborně provedenými instalacemi, za které bychom se podepsali.

Trvejte na odborné instalaci a správném nastavení

Správně navržené a nastavené:

• pojistné ventily,
• expanzní nádoby,
• provozní tlak a plnicí tlak,

jsou klíčové pro:

• bezpečný provoz,
• dlouhou životnost nemrznoucí směsi,
• bezproblémový chod solárního systému.

Při montáži solárního systému trvejte na odborném provedení:

• ptejte se na nastavení tlaku,
• chtějte vědět, kde je pojistný ventil a expanzní nádoba,
• zajímejte se o doporučený servisní interval a kontrolu tlaku.

Dobře navržený a zabezpečený solární systém vám pak může spolehlivě sloužit řadu let bez zbytečných ztrát a nervů.