Izolacje instalacji solarnych

Specyfika izolacji instalacji solarnych

Przewód solarny (między kolektorem a zasobnikiem) bez izolacji, szczególnie na dłuższym odcinku, może wykazywać nawet dziewięciokrotnie większe straty ciepła niż przewód izolowany [1]. Jednocześnie izolacja techniczna stosowana do rurowej instalacji solarnej nie może być traktowana tożsamo z izolacją instalacji grzewczej. Wynika to z dwóch ważnych aspektów.

Izolacje techniczne przeznaczone do zabezpieczenia przewodów instalacji solarnej muszą cechować się odpornością na temperaturę wyraźnie wyższą niż w przypadku instalacji grzewczych. W kolektorach słonecznych i ich orurowaniu okresowo – podczas długiej przerwy w odbiorze ciepła z kolektora, w wyniku awarii pompy obiegowej, w wyniku braku prądu itp. – występuje tzw. przegrzanie, kiedy temperatura czynnika grzewczego wzrasta zdecydowanie powyżej 100°C, nawet do 150–200°C [2]. Większość izolacji technicznych stosowanych w instalacjach grzewczych (np. poliuretan) jest odpornych na działanie temperatury do 95–100°C. Poddane wyższej temperaturze ulegają uszkodzeniu, a w skrajnych (choć wcale nierzadkich) przypadkach – miejscowemu stopieniu. Kiedy rury instalacyjne są odsłonięte po uszkodzeniu izolacji, spada sprawność i efektywność energetyczna instalacji, a na odcinkach zewnętrznych przewody narażone są na bezpośrednie oddziaływanie czynników środowiskowych.

Części instalacji solarnej na zewnątrz budynków dotyczy także inny problem użytkowy – izolacje na tych odcinkach muszą być odporne na oddziaływanie środowiska zewnętrznego:

• wpływ zmiennych warunków atmosferycznych – temperatury, wilgotności, jakości powietrza (pyłów) – przekładający się na powstawanie środowiska korozyjnego na powierzchni materiału izolacyjnego;
• oddziaływanie wiatru – wpływ na szybkie rozpraszanie ciepła;
• promieniowanie UV, które ma niszczący wpływ na wiele tworzyw sztucznych, w przypadku izolacji technicznych nieprzystosowanych do użytku na zewnątrz powoduje degenerację i kruszenie tworzyw;
• aktywność zwierząt – ptaki, drobne gryzonie czy kuny traktują niezabezpieczone izolacje urządzeń zewnętrznych jako łatwo dostępne źródło materiału na gniazda.

Przypadki zastosowania nieprawidłowej izolacji technicznej instalacji solarnej nie są wcale rzadkie wśród firm wykonawczych z mniejszym doświadczeniem. Takie podejście może wynikać z niedostatecznej wiedzy, mniejszej dostępności specjalistycznych rozwiązań oraz uwarunkowań cenowych (rozwiązania wysokotemperaturowe i odporne na UV mogą być nawet trzykrotnie droższe od porównywalnych pod względem wielkości rozwiązań tradycyjnych). Izolacją najczęściej stosowaną do instalacji solarnych jest kauczuk syntetyczny, rzadziej pojawiają się izolacje poliestrowe, a nawet aerożele.

Kauczuk – najpopularniejsza izolacja w instalacjach solarnych

Kauczuki syntetyczne (elastomery) są materiałami elastycznymi o zamkniętej strukturze komórkowej, odpornymi na temperaturę ciągłą np. do 150°C, a chwilowo do 175°C (przykładowe dane jednego z producentów dla rozwiązania HT – High Temperature). Cechują się odpornością na wahania temperatury oraz dobrym współczynnikiem przewodzenia ciepła – zwykle ok. 0,035–0,045 W/(mK), zależnie od temperatury pomiaru, oraz wytrzymałością mechaniczną.

Kauczuki chronią też przed kondensacją pary wodnej – mają współczynnik dyfuzji pary wodnej µ ≥ 10 000). Są to materiały trudno zapalne, o klasie reakcji na ogień od BL-s1, d0 do BL-s3, d0, w zależności od producenta i formy izolacji.

Kauczuk najczęściej występuje w formie otulin w kolorze szarym lub grafitowym o grubości warstwy izolacji 10–25 mm. Do instalacji solarnych zwykle stosuje się grubość od 12 mm. Często stosowanym rozwiązaniem jest zróżnicowanie grubości otuliny – dla przewodów wewnątrz budynków jest ona mniejsza (np. 12 lub 13 mm), a dla części rury biegnącej na zewnątrz większa (np. 18 lub 19 mm).

Niektóre rodzaje kauczuku (np. EPDM) wyróżniają się również wytrzymałością na oddziaływanie promieniowania UV. Izolacje z innych materiałów do zastosowań zewnętrznych powinny być wyposażone także w dodatkowy płaszcz (folię ochronną), np. z PVC lub kopolimeru poliolefinowego. Takie rozwiązanie nie tylko chroni przed oddziaływaniem słońca, ale i zabezpiecza przed uszkodzeniami mechanicznymi podczas montażu i eksploatacji. Jeśli na zewnątrz została zastosowana otulina nieprzeznaczona do takiej aplikacji, w przypadku niewielkich uszkodzeń powodowanych przez UV można ją zabezpieczyć „środkami ratunkowymi” – specjalną farbą ochronną do izolacji kauczukowych lub samoprzylepną taśmą zabezpieczającą.

Izolacje z kauczuku syntetycznego powinny spełniać wymagania normy PN-EN 14304:2009 Wyroby do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wyroby z elastycznej pianki elastomerycznej (FEF) produkowane fabrycznie. Specyfikacja [3].

Rzadziej spotykane – poliester i aerożele

Do izolowania instalacji solarnych stosowany bywa oferowany przez wykonawców materiał z włókien poliestrowych (PES) z płaszczem z ochronnym. Jest on wykorzystywany m.in. do izolacji zasobników c.w.u. i buforów. To wprawdzie materiał o parametrach przewodzenia ciepła podobnych do kauczuku i tańszy od niego, ma jednak włóknistą strukturę i jest podatny na nasiąkanie wodą. Dlatego wymaga wykonania bardzo starannych zabezpieczeń przed przenikaniem wody. Materiał ten jest rzadko zalecany do izolacji przewodów solarnych, pomimo jego niskiej ceny.

Z kolei aerożele, choć mają bardzo korzystny współczynnik przewodzenia – nawet ok. 0,015 W/(mK) – są wyraźnie droższe. Są zatem rzadko stosowane w instalacjach solarnych. Występują w formie plastycznych, cienkich mat do nakładania na przewody, złożonych w ponad 90% z powietrza zamkniętego w porach utworzonych przez szkielet krzemionkowy. Mała grubość maty aerożelowej sprawia, że łatwo zabezpiecza się za jej pomocą łuki i inne miejsca potencjalnego występowania mostków cieplnych.

Rury preizolowane do instalacji solarnej

Dostępne są także gotowe preizolowane rury do instalacji solarnej, bazujące na sztywnej miedzianej rurze przewodowej albo na karbowanej rurze ze stali nierdzewnej.

Do rury przewodowej przymocowana jest na stałe otoczka właściwego materiału izolacyjnego. Pierwszą warstwą od zewnątrz jest cienka warstwa materiału osłonowego (folia, płaszcz lub tworzywowa rura osłonowa), zapewniająca odporność na działanie promieni UV i innych warunków środowiskowych oraz zwiększająca wytrzymałość i estetykę całego rozwiązania. Warstwa zewnętrzna może być folią z materiału kompozytowego lub PVC albo osłonową cienkościenną rurą żebrowaną z modyfikowanego polietylenu wysokiej gęstości.

Obok kauczuków i poliestrów jako warstwę izolacyjną stosuje się także pianki poliolefinowe, np. wykonane ze spienionego polietylenu o ulepszonych własnościach (EPE – Expanded PE). Tego rodzaju izolacje mają zakres temperaturowy pracy ciągłej do 150°C (przy obciążeniu czasowym 175°C). Współczynnik przewodzenia ciepła wynosi ok. 0,038 W/(mK) (dla 0°C). Dostępne są także rozwiązania oparte na stalowej rurze karbowanej i cienkiej (np. 5 mm) izolacji wykonanej z aerożelu. Rura preizolowana może również zawierać dwużyłowy przewód czujnika temperatury.

Rury takie mogą występować jako samodzielne (w odpowiednich średnicach i zwojach o długości kilkunastu metrów) albo układy podwójne. W tym drugim przypadku rura zasilania i rura powrotu mają najczęściej (z wyjątkiem aerożeli) własną izolację cieplną, ale występują we wspólnym płaszczu z folii ochronnej.

Literatura

1. Izolacja przewodów solarnych, http://varna.com.pl/7,24,akt-izolacja_przewodow_solarnych.html (dostęp: 17.05.2021)
2. PN-EN 14304:2009 Wyroby do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wyroby z elastycznej pianki elastomerycznej (FEF) produkowane fabrycznie. Specyfikacja
3. Grzegorzewski Zbigniew, Izolacje w instalacjach słonecznych, „Izolacje” 2/2018, https://www.izolacje.com.pl/artykul/instalacje/183892,izolacje-w-instalacjach-slonecznych (dostęp: 17.05.2021)
4. PN-85/B-02421 Izolacja cieplna rurociągów armatury i urządzeń. Wymagania i badania
5. PN-EN 14303:2012 Wyroby do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wyroby z wełny mineralnej (MW) produkowane fabrycznie.
6. Materiały techniczne firm: Armacell, Evertec, Hewalex, Isover, K-FLEX, Kaimann, Nanox Inox