Instalacje systemów solarnych – zalety miedzi

Urządzenia solarne są jednym z popularniejszych urządzeń wykorzystujących ciepło pochodzące z promieni słonecznych. Systemy te wykorzystuje się głównie do podgrzewania ciepłej wody użytkowej do celów sanitarnych w budynkach mieszkalnych oraz coraz częściej w takich obiektach jak szpitale, hotele i baseny.

Rury i łączniki wykorzystywane  do wykonywania instalacji łączących poszczególne sekcje systemu pracują w bardzo trudnych warunkach i narażone są na duże zmiany temperatury, która może wahać się od -15°C w porze nocnej w okresie zimowym, do + 200°C w porze letniej, gdy na kolektor padają  promienie słoneczne, a obieg  płynu przenoszącego ciepło jest zamknięty. Instalacja narażona jest wtedy na wstrząsy termiczne, duże zmiany ciśnienia oraz dużą rozszerzalność i skurcze  termiczne. Materiał powinien także zapewnić tego typu instalacjom trwałość, zachowanie własności mechanicznych w szerokim zakresie temperatur, mały ciężar i zapewniać łatwy montaż.

Właściwości miedzi

Ze względu na trudne warunki pracy instalacji solarnych do ich wykonywania stosuje się tylko rury z trzech materiałów: miedzi, stali nierdzewnej i coraz częściej  stali czarnej, która jednak jest mało odporna na korozję. Miedź  w tego typu instalacjach spełnia warunki, jakie musi posiadać materiał stosowany w instalacjach solarnych.
Miedź dodatkowo ma bardzo wysoką przewodność cieplną i jest idealnym materiałem na panele płaskie i próżniowe. Zapewnia wysoką sprawność tym urządzeniom, gdyż ciepło słoneczne  pochłonięte przez panele kolektora jest szybko przekazywane do cieczy roboczej. Doskonałe przewodnictwo cieplne miedzi sprawia, że cieńsze panele miedziane mogą pobrać taką sama ilość ciepła w porównaniu z grubszymi panelami  wykonanymi z innych metali, zaś odstępy między miedzianymi przewodami  rurowymi kolektora mogą być większe.  Powoduje to obniżenie masy kolektorów instalowanych na dachach budynków.

Miedź w systemach solarnych

Miedź jest zalecana do wykonywania instalacji w systemach solarnych, gdyż zapewnia prosty montaż. Podstawowym gatunkiem rury miedzianej stosowanej na instalacje solarne jest rura miękka instalacyjna wykonana zgodnie z nora PN-EN 1057. Można także stosować droższą rurę miedzianą, miękką klimatyzacyjną i chłodniczą ( PN-EN 12735-1) oraz  rurę miedzianą miękką do instalacji gazów medycznych i próżni (PN-EN 13348). Z ekonomicznego punktu widzenia  najczęściej stosuje się rurę miedziana instalacyjną (wg PN-EN 1057) o średnicy 18 i 22 mm w stanie miękkim. Na rynku dostępne są rury miedziane  systemowe w otulinie odpornej na wysokie temperatury (1 lub 2 rurowe), jednak z uwagi na wysoką cenę są one rzadko  stosowane.  W montażu instalacji z rur miedzianych możemy stosować różne techniki łączenia takie jak lutowanie kapilarne, zaprasowywanie, zaciskanie poprzez skręcanie.

Łączenie elementów

Podstawowy sposób łączenia instalacji  jest lutowanie kapilarne przy wykorzystaniu typowego łącznika kapilarnego wykonanego zgodnie z norma PN-EN 1254. Z uwagi na maksymalną temperaturę panującą w instalacji pow. 180°C zalecane jest łączenie instalacji solarnych lutem twardym, który zapewnia trwałość instalacji, jakość i bezpieczeństwo. Łączniki stosowane w tych instalacjach powinny być wykonane z miedzi lub brązu. Nie wolno stosować łączników z mosiądzu,gdyż dozwolone są one jedynie do lutowania miękkiego. Podstawowym lutem twardym stosowanym w instalacjach solarnych jest lut twardy miedziano-fosforowy LCuP6 (CP203) o składzie: Cu94%, P6% lub luty  z zawartością srebraLAg2P (CP105) o składzie: Cu 92%, P 6% i Ag 2%.
Innym coraz częściej stosowanym sposobem łączenia jest zaprasowywanie z wykorzystaniem złączki zaprasowywanej odpornej na wysokie temperatury i posiadających aprobatę techniczną do stosowania w tego typu instalacjach. Łączniki posiadają odporne na wysokie temperatury uszczelki typu oring FKM, który w zależności od producenta ma kolor czarny, zielony lub czerwony. Łączniki niektórych producentów są na powierzchni zewnętrznej dodatkowo oznaczone białą, zieloną lub czerwoną kropką.
Kolejnym często stosowanym rodzajem połączenia jest klasyczny łącznik zaciskowy (skręcany), w którym płaski metalowy pierścień dociskany jest przez obrót nakrętki na gwintowanym korpusie.

W projektowaniu instalacji łączących poszczególne sekcje systemów solarnych należy pamiętać, aby poszczególne odcinki instalacji wykonywać z jednego odcinka rury, co przy zastosowaniu rury miedzianej w stanie miękkim jest możliwe do długości 25 m. 

Zalety miedzi

Dodatkowymi zaletami stosowania rur miedzianych jest:

• Brak starzenia się materiału pod wpływem promieni UV,
• Jej trwałość nie zależy od cykli ciśnienia i temperatury,
• Niska chropowatość ścian przewodów, co obniża zużycie energii w pompach obiegowych,
• Miedź nadaje się do ponownego przetworzenia (100% recykling) bez utraty swoich pierwotnych własności.

W celu efektywniejszego wykorzystania ciepła z kolektorów słonecznych, źródła tej energii powinny współpracować z niskotemperaturowymi systemami grzewczymi, którymi są ogrzewania płaszczyznowe (podłogowe i ścienne). Do tego typu ogrzewania stosuje się także rury miedziane. W ostatnich latach powstała cienkościenna rura miedziana z trwale zespolą osłoną z tworzywa sztucznego PE-RT. Rura ta zachowuje własności tradycyjnej rury miedzianej stosowanej w tego typie ogrzewania – ma doskonałą przewodność i wydajność cieplną, ale ze względu na mniejszą grubość ścianki jest o ok. 40% tańsza od tradycyjnej rury miedzianej dotychczas stosowanej.

Literatura:

• „Instalacje wodociągowe, ogrzewcze i gazowe na paliwo gazowe, chłodnicze, klimatyzacyjne, gazów medycznych i próżni wykonane z rur miedzianych i stopów miedzi”, Polskie Centrum Promocji Miedzi, 2013
• „Systemy łączników stosowanych w instalacjach z miedzi”, Polskie Centrum Promocji Miedzi, 2013
• „Miedziane solarne systemy grzewcze”  Europejski Instytut Miedzi, 2011
• „Miedź idealny materiał na solarne instalacje cieplne”, Europejski Instytut Miedzi, 2011