Zastosowanie miedzi w instalacjach solarnych

Polska w czołówce zastosowania kolektorów słonecznych

Przy doborze instalacji solarnej warto wziąć pod uwagę urządzenia i elementy instalacji wykonane z materiałów wyróżniających się nie tylko jakością i trwałością, ale też tym, że same są przyjazne dla środowiska, m.in. dzięki łatwemu recyklingowi.

Z roku na rok udział energii ze źródeł odnawialnych w końcowym zużyciu energii brutto w Polsce systematycznie rośnie, aby w 2020 roku zgodnie z wytycznymi dyrektywy 2009/28/WE osiągnąć poziom 15%. Tym samym rozwija się rynek produkcji urządzeń dla odnawialnych źródeł energii w Polsce, zwłaszcza w branży kolektorów słonecznych. Powierzchnia rocznie instalowanych kolektorów słonecznych stawia Polskę w czołówce na rynku europejskim. Instalacje z kolektorami słonecznymi cieszą się dużą popularnością ze względu na najniższe koszty wytwarzania ciepła, krótki czas zwrotu inwestycji, możliwość zamontowania w budynkach zarówno już istniejących, jak i nowo budowanych mieszkalnych i niemieszkalnych, jak również ze względu na ograniczenie emisji dwutlenku węgla. W rocznym bilansie energetycznym budynku potrzeby cieplne mają największy udział. Zastosowanie kolektorów słonecznych pozwala na zmniejszenie zapotrzebowania na energię ze źródeł konwencjonalnych, a tym samym oszczędności związane z zakupem paliwa. Ciepło uzyskane z kolektorów słonecznych można wykorzystać do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, wody basenowej, wspomagania instalacji centralnego ogrzewania czy innych procesów technologicznych, w których wymagane jest ciepło niskotemperaturowe. Zadaniem instalacji solarnych jest efektywne pozyskanie energii słonecznej, zmagazynowanie jej i przekazanie do instalacji. Istnieje kilka typów słonecznych systemów c.w.u., w zależności od sposobu transportowania czynnika z kolektorów do zbiornika magazynującego:

– instalacje aktywne z obiegiem wymuszonym, w których przepływ czynnika wywołany jest pompą cyrkulacyjną,

– instalacje termosyfonowe pasywne (bezpompowe),

– instalacje bez przepływu czynnika – kolektory magazynujące.

W warunkach polskich największą popularność zyskały aktywne systemy instalacji słonecznej przygotowujące ciepłą wodę użytkową. Podstawowymi elementami instalacji są: kolektor słoneczny, zbiornik magazynujący, układ transportujący podgrzany czynnik roboczy z kolektora do zbiornika (system rurociągów, pompy, wymiennik ciepła), armatura sanitarna (zawór bezpieczeństwa, naczynie wzbiorcze, odpowietrzniki), układ kontrolno-sterujący oraz wspomagające źródło ciepła (wykorzystujące energię elektryczną lub konwencjonalną).

Właściwości i rodzaje instalacji solarnej

Średnia wartość energii docierająca do zewnętrznej warstwy atmosfery Ziemi wynosi 1366 W/m2 (stała słoneczna), jednak ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi zależy od szerokości geograficznej, pory dnia i roku (kąta padania promieni słonecznych), jak również od przejrzystości atmosfery, na którą wpływa stopień zachmurzenia czy ilość zanieczyszczeń i aerozoli. Dla terenu Polski można wyróżnić kilka stref rocznego nasłonecznienia . Przy doborze kolektorów słonecznych będących podstawowym elementem systemu należy uwzględnić powyższe czynniki, jak również miejsce zabudowy i przeznaczenie instalacji, a także przeprowadzić analizę nakładów inwestycyjnych i efektywności energetycznej danej instalacji. Wówczas znaleźć można odpowiedź na pytanie, czy dobrać kolektor cieczowy płaski (miedź-miedź, aluminium-miedź, aluminium-aluminium), czy próżniowy rurowy. Kolektory z płytą absorbera wykonaną z miedzi (blacha miedziana) wraz z orurowaniem z miedzi to najwyższy standard materiału oraz tradycyjna i sprawdzona technologia. Miedź to materiał trwały, odporny na duże zmiany temperatury i korozję. Przewodność cieplna miedzi (λ = 370 W/mK) jest najwyższa spośród materiałów stosowanych do budowy kolektorów, dlatego grubość blachy miedzianej absorbera jest dwukrotnie mniejsza w stosunku do aluminiowej. Taka konstrukcja kolektora (miedź-miedź) daje możliwość wykonania pozostałej części instalacji solarnej z rur miedzianych i z połączeniami lutowanymi.
Doboru instalacji solarnej dokonuje się przy założeniu 60-proc. stopnia pokrycia rocznych potrzeb cieplnych. Dzięki temu w miesiącach letnich można uzyskać pełne pokrycie potrzeb c.w.u., co pozwala na okresowe wyłączenie kotła grzewczego. Podstawę doboru powierzchni kolektorów słonecznych do podgrzewu wody użytkowej stanowi wartość zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową, która wynosi od 30 do 70 l/os., a w razie stałego korzystania z ciepłej wody przez zmywarkę i pralkę dodatkowo 20–30 l/d. W przypadku instalacji cyrkulacyjnej ciepłej wody należy skorzystać z wytycznych producenta . Instalacja solarna musi być zwymiarowana w taki sposób, żeby w słoneczny dzień (5 godzin pełnego nasłonecznienia) cała objętość wody w podgrzewaczu była podgrzana do minimum 60°C. Przyjmuje się dzienne zapotrzebowanie na c.w.u. o temperaturze 45–50°C na poziomie 50 l/d/os, co odpowiada ok. 1,5 m2 powierzchni kolektorów słonecznych. Przy wystąpieniu mniejszego nasłonecznienia w następnym dniu pozwala to na zapewnienie odpowiedniej temperatury wody. Wymiarowania małych instalacji na potrzeby c.w.u. można dokonać w oparciu o nomogramy producentów kolektorów słonecznych. Do zwymiarowania większych systemów lub instalacji c.w.u. wspomagających równocześnie centralne ogrzewanie należy skorzystać z programów symulacyjnych ze względu na szacunkowy charakter nomogramów. Prawidłowe zwymiarowanie przewodów instalacji solarnej jest kluczowe dla jej poprawnej eksploatacji. Czynnik roboczy, którym najczęściej jest glikol propylenowy (posiadający atest Państwowego Zakładu Higieny), podobnie jak rury w instalacji solarnej musi być odporny na temperatury ujemne w okresie zimowym jak i temperatury stagnacji, kiedy to temperatura może dojść do 200°C w absorberze płaskim, a w kolektorze próżniowym przekroczyć 300°C. Trwałość czynnika grzewczego dobrej klasy pozwala na pracę instalacji przez dłuższy okres przy podwyższonych temperaturach. Jego stężenie ustala się zależnie od strefy klimatycznej. Przyjmuje się, że udział środka niezamarzającego nie powinien przekraczać  50%, a właściwy jest na poziomie 40%. Uwzględniając fakt, że miedź jest trwała, zachowuje swoje własności mechaniczne w szerokim zakresie temperatur, a do tego ma mały ciężar, jest łatwo dostępna, prosta w instalacji, odporna na przesuwanie przez ostre krawędzie oraz pozwala na łatwą modyfikację instalacji, można uznać, że idealnie nadaje się do stosowania w słonecznych instalacjach grzewczych. Jedynie przy kolektorach z orurowaniem wykonanym z aluminium nie można stosować rur miedzianych, a także połączeń lutowanych i skręcanych z użyciem złączek mosiężnych Żeby dobrać odpowiednią średnicę przewodów w instalacji, należy określić w zależności od powierzchni apertury kolektorów słonecznych lub ich ilości wymagane nominalne natężenie przepływu glikolu. Prędkość przepływu glikolu w typowej instalacji solarnej powinna wynosić 0,4–0,7 m/s zarówno dla rur miedzianych, jak i ze stali nierdzewnej. Opory liniowe powinny być możliwie niskie, najlepiej poniżej 10 mbar/mb. dla rury elastycznej ze stali nierdzewnej oraz co najwyżej 4 mbar/mb. dla rur miedzianych.

Pobierz: Zastosowanie-miedzi-w-instalacjach-solarnych.pdf (2.35MB)