KAIFLEX SOLAR EPDM

obrázek ke článku KAIFLEX SOLAR EPDM

vloženo: 11.6.2010

Flexibilní řešení pro izolaci solárně-technických systémů.
Porovnání různých izolačních materiálů pro solární vedení a kolektorové okruhy

Jak dobré jsou izolační látky pro solární vedení a kolektorové okruhy?
Laboratorní testy opět potvrdily, že spolehlivě pracují pouze s EPDM
Materiály pro solární systémy musí z hlediska životnosti vyhovovat požadavkům DIN EN 12 975 a dalším zákonným předpisům. U solárních systémů však používají někteří dodavatelé systémů a zařízení nevhodné materiály nevyhovující například z hlediska tepelně nestabilní izolace. Toto také prokazují laboratorní zkoušky.

V kolektorech vznikají při stagnaci, kdy dochází k zastavení cirkulace, teploty až 200 °C, a v izolaci potrubních vedení do zásobníku teploty 150 až 170 °C. Řada norem DIN CEN/TS 12975 „Tepelné solární systémy a jejich konstrukční díly“ je však ve vztahu k těmto důležitým hodnotám, které musí solární systémy vydržet, velmi zdrženlivá. Místo toho normy popisují namáhání meteorologickými okrajovými podmínkami, jako je intenzita ozáření a okolní teplota.

Silné stránky a kvalita podle EnEV a DIN
Pro konstruktéry systémů představuje tento nedostatek normovaných a měřitelných veličin bohužel velmi svízelnou situaci. Tito konstruktéři totiž mají nezávisle na tomto nedostatku hodnot tepelné stability stále kompletní zodpovědnost. Smějí totiž použít pouze vhodné konstrukční díly. Projektant musí zajistit , aby byla zaručena příslušná životnost. To znamená, že nesmí použít žádné materiály, které by mohly být teplotou při obvyklém používání solárního systému poškozeny. Takto ručí za systém po dobu pěti let.“

Proto se musí také seznámit s veškerými teplotami a materiály. Pokud žádný spotřebič v domě neodebírá teplo, může vzniknout teplotní stagnace v absorbéru. Teplota pak může činit až 200 °C a teploty chlazeného opláštění mohou činit až 150 °C. To jsou hodnoty, při kterých se pro toto použití nevhodné materiály již skutečně taví a nebo mohou být dokonce zcela zničeny.

Kdo předepisuje izolaci?
Přirozeně předpisy pro úsporu energie. Ty se snaží zamezit všem možným ztrátám, a proto se snaží, aby se veškerá zachycená solární energie s vysokým stupněm účinnosti přesunula do zásobníku. Proto se přizpůsobuje tloušťka izolační vrstvy a její tepelná vodivost tak, aby se při rozložení tepla co nejméně ztrácelo.

MP1 bez zatížení MP1 po zatížení

Minimální tloušťky izolace pro solární systémy
Prioritním cílem EnEV je snižování energetické spotřeby, aby se redukovaly emise CO₂ a tedy vznik skleníkových efektů. Při „výrobě“ solární energie se nepředpokládá vznik žádného CO₂. Proto postačuje izolovat potrubní vedení solárních systémů tak, aby se vytvořené teplo bez větších ztrát dostalo ke spotřebičům.

Pro interiér i exteriér
Příloha 5 předpisu je skoro zákonem. Vyžaduje tloušťku opláštění přibližně 50 procent, popř. 100 procent ve vztahu k průměru trubky, vztaženo na tepelnou vodivost 0,035 W/mK. 50 procent platí pro tepelnou izolaci vedení i armatury rozdělovačů tepla a teplovodní vedení a pro vedení rozdělovačů chladu a vedení studené vody. 100 procent platí, pokud vedení rozvodu tepla a teplovodní vedení hraničí s vnějším vzduchem, je nutné tato vedení izolovat dvojnásobnou tloušťkou. Toto pravidlo se týká všech potrubních vedení kolektorového okruhu na střeše. Mělo by to přispívat ke zvýšení energetické účinnosti. To předpokládá trvalou kvalitu instalované tepelné ochrany. V praxi se však ukazuje něco zcela jiného. I když většina kolektorových systémů splňuje požadavky EnEV, u laciných produktů s nízkou kvalitou se soulad s předpisy ztrácí již po několika měsících. Pro uživatele znamená chybná tepelná odolnost izolace potrubí ztráty výnosů a následné náklady. Izolace zkřehne, začne se drolit nebo se perforuje.

Vysoká teplotní odolnost
Specialisté na izolace se často podivují nad cenovými rozdíly, se kterými jsou stále konfrontováni při prodejních jednáních s dodavateli. Pro tyto značné rozdíly vlastně neexistuje žádné vysvětlení. Vysoce kvalitní a teplotně odolný EPDM má při nákupu svoji skoro pevnou cenu – pokud se nejedná o laciné produkty, které nevyhovují podmínkám.

Skoro všechny příručky o solárních systémech doporučují izolační látku EPDM pro izolování potrubních vedení, a to zvláště ve vnější oblasti. Izolace kolektorového okruhu musí ve vnější oblasti odolávat ultrafialovému záření, zatížení ozónem a povětrním vlivům. Z materiálů zde proto připadají v úvahu pouze minerální vlna s vodotěsným plechovým opláštěním a vysokým teplotám odolná vypěněná EPDM. Pěnové izolační materiály z oblasti konvenční techniky vytápění nelze zpravidla používat na žádných místech v solárních systémech. Tato nevhodnost až do oblasti zásobníku je způsobena již uvedenými vysokými teplotami. Pokud nedochází při plném slunečním záření k žádnému odběru tepla, dosáhnou solární kolektory tzv. teploty v zastaveném stavu. Na tuto teplotu tedy musí být dimenzovány všechny komponenty kolektorového okruhu. V dnes obvyklých plošných kolektorech se dosahují teploty v zastaveném stavu i přes 200 °C.

Jak vznikají tyto cenové rozdíly?
Zodpovědní výrobci používají pouze etylen-propylen-dien-kaučuk, zkráceně EPDM. Standardní literatura z oblasti zpracování plastů o EPDM říká : „Velmi dobrá odolnost vůči stárnutí, i při zatížení UF zářením a ozónem, proto je tento materiál vhodný pro použití v exteriéru. Normální teploty použití leží podle směsi pryže mezi -30 °C a +120 °C, speciální směsi EPDM mohou být vystaveny teplotám až 200 °C.“

Většina předních výrobců proto využívá materiál EPDM z hlediska bezpečného použití a doporučuje jej výslovně jako izolační materiál pro solární systémy. EPDM se tak pro projektanty systémů stává jak věcným, tak odborným řešením v úvodu zmíněné „svízelné situace“. Řadě montážních firem a výrobců komponentů solárních systémů se často na stůl dostávají konkurenční produkty s na první pohled atraktivními cenovými rozdíly. Trendy úspor neznamenající nepřijatelné ovlivnění výkonu stojí jistě za úvahu. Kromě toho také prodejci pociťují od svých zákazníků značný cenový tlak a ptají se, „Proč mohou konkurenti dávat nižší ceny?“. Při analýze se totiž zjišťuje, že opláštění trubek je velmi drahé. Konkurence izoluje daleko cenově výhodněji.

Sedmidenní tvrdý test
Jak je to však možné, když má EPDM svoji pevnou cenu?
Proto se sešly společnosti Kaimann a Meibes, nakoupily izolaci dvou hlavních konkurentů na trhu a otestovaly tuto izolaci v laboratorních zkouškách. Přitom byly stanoveny následujícíc úlohy: Porovnání tří izolací z hlediska použitelnosti pro solárně tepelné systémy. Izolace budou vystaveny konstantním teplotám 150 °C po dobu sedmi dnů (to odpovídá přibližně přerušovanému zatěžování v průběhu jednoho roku). Hodnoceny budou odpor při průchodu tepla, proudová hustota tepla a po zatížení také vzhled a ztvrdnutí materiálů.

V první řadě se porovnávalo EPDM s NBR. Tato pryž byla hodnocena jako ničitel cen. Akrylnitril-butadien-kaučuk NBR má nepopíratelně své oprávnění v oblasti hydraulických a pneumatických systémů, protože je mimořádně odolný vůči živočišným a rostlinným olejům, benzínu, topným olejům, vodě a fluoridům. Jeho tepelná odolnost však sahá pouze k 70 – 90 °C, ve výjimečných případech snad krátkodobě až do 110 °C. Někteří prodejci kromě toho výslovně varují před jeho použitím v exteriéru: Materiál NBR má velmi špatnou odolnost vůči ozónu a povětrnostním vlivům.

MP2 bez zatížení MP2 po zatížení

Je nutné dbát na ochrannou vrstvu
Tento citlivý materiál na střeše není vystaven přímému slunečnímu světlu. Všichni výrobci potahují svoji izolaci přídavně plastovou fólií. Ta slouží jako mechanická ochrana, aby se citlivá pěna nenatrhla, také jako ochrana proti složitým povětrnostním podmínkám (bouřky, kroupy), které by mohly buňky poškodit nebo zničit. Fólie pochopitelně také zajišťuje ochranu pro UF záření. Tato tenká ochranná vrstva je pro pod ní umístěný NBR jedinou pojistkou proti rozkládání plastů vlivem slunečního záření. Pokud se opláštění poškodí, začne se poškozovat i podklad. Proto by tato vrstva měla být co nejtlustší a přilepena tak, aby se nemohla uvolnit.

Pro investory a realizační firmy je tedy zcela jasné, že NBR nepředstavuje seriozní alternativu. Teploty v kolektoru nepřipouštějí používat pěnu NBR. Na rozdíl od toho však lze používat materiál složený z drahého EPDM a méně drahého druhého kopolymeru.

Pro tyto účely nasunuli technici na topnou patronu tři materiály. Materiál MP1, 100% EPDM (Kaiflex Solar Duo CO+) a materiál izolace Kaimann-Meibes. Pro porovnání byly použity materiály MP2 a MP3. U konkurenčního materiálu MP2 testovací pracovníci předpokládali spojení EPDM s jiným elastomerem. U MP3 si byli jisti, že se jedná výhradně o NBR.

Propadli sítem
Obrázky říkají více než desítky čísel. Po sedmi dnech v kontaktu se 150stupňovou topnou patronou dojde sice k nepatrnému smrštění u čistého EPDM (MP1). Izolace však zůstává upotřebitelná a mimořádně flexibilní. Aktivní tloušťka stěny činí ještě 10,9 z původních 12,6 mm. Materiály MP2 a MP3 však byly tímto procesem značně poškozeny. U MP2 došlo ke zničení buněk, což lze zjistit v polovině tloušťky izolační vrstvy. Pěna se kromě toho vytvrdila a v této vytvrzené oblasti jsou trhliny a kompozitní směs již nemá počáteční izolační vlastnosti. Laboratorní pracovníci zjistili izolační tloušťku stěny pouze 7 mm (z 12,1 mm). Ještě více na teplotní zatížení reagoval materiál MP3 (NBR). Extrémním smrštěním, vytvrzením a zbytkovou tloušťkou izolační vrstvy pouze 6 mm místo původních 18,1 mm. To nikoho nepřekvapilo, dokonce to bylo očekáváno. Z hlediska odporu při průchodu tepla (tlumící účinek vrstvy) to znamená: U MP1 došlo k velmi malé změně o -7 %, u MP2 došlo ke změně o -34 % a u MP3 se zjistilo dokonce -54 %. Souhrnně lze tedy říci: U plošných kolektorových systémů vznikají teploty až 150 °C. Testované izolační materiály se používají pro izolaci náběhového a zpětného vedení kolektoru. Pouze materiál MP1 na bázi elastomeru EPDM vyhovuje těmto teplotám. Materiály MP2 a MP3 nedosahují po pokusu požadovaný izolační účinek. Materiál MP3 je produkt NBR. Elastomer NBR je dimenzován pro teploty maximálně 120 °C. Závěrem lze konstatovat, že procedury v laboratoři zrcadlí reálné poměry v praxi a zpráva o výsledcích jasně prokazuje, že materiály MP2 a MP3 jsou zcela nevhodné.

MP3 bez zatížení MP3 po zatížení

Skrytý chaos
Z cenových důvodů směšují někteří výrobci vysoce hodnotné produkty s méně hodnotnými, a chtějí tak dosahovat stejných izolačních vlastností jako by tomu bylo u čistého materiálu EPDM. Pokusy však jasně ukazují, že tomu tak není.

Vlís kašírovaný folií by měl vlastně sloužit pouze jako mechanická ochrana, ale má u některých výrobců také funkci ochrany před UF zářením a bohužel jej ničí vysoké teploty po určité době provozu. Vlastní tepelné ztráty jsou pro uživatele neviditelné. Fólie sice nebyly předmětem zkoušek, ale také zde existují značné rozdíly z hlediska zpracování a tloušťky. Někteří výrobci lepí tuto ochranu jednoduše s překrytím, ale tak neodborně, že se tento spoj může v důsledku vlhkosti uvolnit. Když se uvolní, dostane se vlhkost do pěny, a snižuje tak její izolační vlastnosti. Lepší dodavatelé neupevňují tyto fólie následně, zajišťují jejich extrudování v jednom pracovním kroku s pěnou, a proto jsou fólie bezešvě umístěny na pěně. Jsou nanášeny jako kapalný materiál. A to přibližně v dvojnásobné tloušťce oproti konkurenci. Proto také instalační technici nemusí být tak opatrní při jejich instalaci na stavbách.“

Vybledlé izolační vlastnosti
V této souvislosti bychom se ještě měli trochu zmínit o tématu vlhkosti. Potrubní vedení solárních systémů často leží na volném prostranství, proto hraje pohlcování vlhkosti u izolačních materiálů velmi důležitou roli. V suchém stavu se hodnoty tepelného odporu u jednotlivých materiálů příliš vzájemně neliší. Déšť a kondenzát však mohou značně snížit tento izolační účinek, když se například u materiálu otevřou jednotlivé buňky.

Jako extrémní příklad zde můžeme uvést minerální vlákna. Pokud nasají pouze deset procent vody, stoupne tepelná vodivost o 2,5násobek. Proto tento materiál již nefunguje jako izolace. EPDM na rozdíl od toho není hydroskopický, a proto z okolí nepřijímá žádnou vlhkost. Jinými slovy, tepelná vodivost – a tím také izolační účinek – zůstávají trvale na konstantních hodnotách, pokud nedojde k jejich snížení v důsledku poškození, vniknutí kondenzátu do materiálu atd.

Pochopitelně není EPDM jako EPDM. Tolerance ve složení, které připouštějí normy, vedou k různé kvalitě. Teprve jemným přizpůsobením získáme vyšší nebo nižší teplotní hranice. Pro výrobce platí od února 2008 norma DIN EN 14 707 „Teplotně izolační materiály pro domácí techniku a provozně technické systémy – určení horních uživatelských mezních teplot u předem tvarovaných izolačních materiálů trubek“. Tato norma udává zkušební zařízení a postupy pro určení hranic použití. Výpočty tepelných ztrát potrubních vedení a zjišťování optimální tloušťky izolace se provádí na základě VDI 2055. Pokud jsou v literatuře pro produkty uvedeny hodnoty, měl by se příslušný projektant informovat, zda tyto hodnoty byly skutečně stanoveny podle těchto pravidel techniky.

Co říkají právní experti
Jaké důsledky by mohly pro instalační techniky v případě poškození vzniknout při použití různých izolačních materiálů s nedostatečnou odolností vůči teplotám, jak to vyplynulo z této diskuze? Jak se mohou tito pracovníci zajistit správným EPDM?
Gernot Nitsche, vedoucí prodeje společnosti Meibes, ujišťuje, že u systému „Inoflex“ se používá pouze EPDM a apeluje na své odbytové partnery: „Věřím, že všichni, kteří dávají tyto produkty na trh, musí tyto rozdíly cítit. Obchod by měl pro tyto produkty také dbát na jejich jasné označení, a tak dát instalačním technikům jasně najevo bezpečnost. Instalační technici nejsou schopni ihned v místě rozhodnout o správné kvalitě.“
A renomovaní právníci radí: „Konstruktér systému by si měl nechat potvrdit, že se jedná o materiál odolný vysokým teplotám a materiál, který je vhodný pro použití v solárních systémech a pro zde vznikající teploty. Pouze tak totiž dokáže v případě poškození zdůvodnit případné odmítnutí záručních nároků. Do jeho povinností v souvislosti s plněním smlouvy totiž jednoznačně patří, aby použil materiál, který je odolný známým teplotám. Pokud odborný svět vychází z hodnoty 150 °C, musí instalační technici používat materiál, který je odpovídajícím způsobem odolný. Musí se proto o těchto materiálech dostatečně informovat.“