Koszmar solarny w szpitalu w Dąbrowie Tarnowskiej

Nowe technologie to nowe wyzwania nie tylko dla producentów, ale także projektantów, instalatorów i wykonawców. Niestety nie zawsze są oni podołać podjętemu wyzwaniu, co powoduje, że popełnione błędy wpływają na jakość i koszty produktu finalnego. Niniejszy artykuł pokazuje błędy w projektowaniu, wykonawstwie przytoczone na podstawie stanu rzeczywistego, jaki wystąpił podczas budowy instalacji solarnej o mocy 200 kW w jednym ze szpitali powiatowych w Polsce.

Poprawne projektowanie instalacji solarnej

Dobór mocy instalacji. Podstawowym parametrem mającym wpływ na moc instalowanych kolektorów solarnych jest rzeczywiste dobowe zużycie tej wody, dlatego też na etapie określania parametrów instalacji konieczny jest pomiar zużywanej ciepłej wody. Określanie zużycia wody spod tzw. „grubego palca” przeważnie prowadzi do przewymiarowania instalacji.

Dobór kolektorów – certyfikaty. Projektując instalację solarną, trzeba zwracać uwagę na jakość kolektorów, która winna być potwierdzana certyfikatem. Fundacja SolarKeymark jest częścią europejskiego systemu potwierdzania zgodności wyrobów z wymaganiami norm europejskich, a znak Keymark jest znakiem  utworzonym przez Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) oraz Europejski Komitet Normalizacji Elektrotechnicznej (CENELEC). Znak ten potwierdza zachowanie wysokiej jakości kolektora słonecznego oraz procesów jego produkcji. Certyfikat Solar Keymark mają zarówno sprawdzane do Polski kolektory renomowanych firm, jak i kilku producentów krajowych.

Projektanci powinni szczególną uwagę zwrócić na certyfikaty wydawane przez krajowe jednostki certyfikujące, a w szczególności Instytut Budownictwa Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa, który wydaje certyfikaty dla kolektorów solarnych następującej treści: „wyrób spełnia warunki bezpieczeństwa zawarte w normach PN-EN 12975-2:2006 pkt 6.1, PN-EN ISO 12100-1, -2:2005, PN-EN 294:1994, PN-EN ISO 11684:1998, PN-EN ISO 3600:1998”.
Analiza przywołanych w certyfikacie norm pokazuje, że normy te regulują następujące zagadnienia:

– PN EN 12975-2:2006 pkt 6.1 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy – Kolektory słoneczne – Część 2: Metody badań.

– PN EN ISO 12100-1, -2:2005: Bezpieczeństwo maszyn – Pojęcia podstawowe, ogólne zasady projektowania – Część 1: Podstawowa terminologia, metodyka. Część 2: Zasady techniczne.

– PN EN 294:1994 Bezpieczeństwo maszyn. Odległości bezpieczeństwa uniemożliwiające sięganie kończynami górnymi do stref niebezpiecznych.

– PN EN ISO 11684:1998: Ciągniki, maszyny rolnicze i leśne, motonarzędzia – Znaki bezpieczeństwa i piktogramy zagrożeń – Postanowienia ogólne.

– PN EN ISO 3600:1998: Treść i forma instrukcji obsługi ciągników, maszyn rolniczych i leśnych.

Projektowanie. Projektowanie jest istotnym etapem inwestycji. Instalacje solarne to nadal inwestycja rzadka w Polsce z tego też powodu projektantów, którzy je projektowali mamy niewiele. Warto jednak pozyskiwać tych z doświadczeniem, ponieważ błędne projekty przysparzają często kłopotów i kosztów. Częstym błędem  projektowym w instalacjach solarnych w budowie konstrukcji wsporczych naziemnych jest brak jednolitego fundamentu (fot. 3), co naraża całą konstrukcję na deformację, a instalację na rozszczelnienie na skutek oddziaływania mrozu na pęczki wsporcze. Fundament jednolity (fot. 4) zapewnia stabilność konstrukcji. W instalacjach naziemnych należy zwrócić uwagę na konstrukcję ciepłociągu łączącego kolektory z wymiennikiem ciepła. W ciepłociągu zlokalizowanym pod ziemią trzeba mieć na uwadze kompensatory, a w przypadku ich braku, liczyć się należy z doszczelnieniem ciepłociągu i wyciekiem czynnika grzewczego – glikolu (fot. 5, fot. 6), co przy przerwaniu obiegu skutkuje gwałtownym wzrostem temperatury (fot. 7, fot. 8). Gdy ciepłociąg wykonany jest z miedzi pamiętać należy, że współczynnik rozszerzalności cieplnej jest większy dla miedzi niż dla stali.
Przetarg. Czasami bywa tak, że budowa instalacji solarnych jest częścią większej inwestycji, na przykład powiązana jest z termomodernizację budynków. Wtedy przeważnie wiodącą jest część budowlana. Warto w takiej sytuacji podzielić przetarg na część budowlaną, a odrębnie na budowę instalacji solarnej, wówczas są większe szanse na wyłonienie wykonawcy posiadającego doświadczenie w budowie instalacji solarnej.

„Studium przypadku” szpitala – opis inwestycji

Szpital powiatowy w Dąbrowie Tarnowskiej został oddany do użytku w 1968 r. W 1994 została zmodernizowana kotłownia parowa dla potrzeb grzewczych i technologicznych. Zamontowano w niej 3 kotły parowe, które wytwarzają parę nisko- oraz wysokoprężną.
Modernizacja systemu grzewczego została ponownie przeprowadzona w latach 2008-2009. System wyposażono w dodatkowy układ trzech ekonomizerów o mocach cieplnych 2×140 i 50 kW, łącznie 330 kW.
W ramach tej modernizacji zapadła decyzja o montażu systemu solarnego. Na inwestycję tą szpital dostał dofinansowanie w kwocie 665 tys. zł, ze środków własnych wyłożono: 353 tys. zł.
Na terenie szpitala zabudowano 12 baterii kolektorów słonecznych po 12 kolektorów, łącznie: 144 kolektory płaskie o powierzchni absorbera 306,7 m². Zadaniem systemu jest podgrzewanie wody grzewczej w 4 zbiornikach buforowych o łącznej pojemności 18 000 dm³. Po odbiorze ciepła ze zbiorników buforowych jest podgrzewana woda użytkowa w trzech zasobnikach o łącznej pojemności 3000 dm³. Odbiór ciepła przez zasobniki c.w.u. odbywa się poprzez stację wymiennikową ciepła.

„Niedomagania” instalacji, czyli błędy projektowe i wykonawcze

Instalacja uruchomiona w 2009 roku przysporzyła od początku problemów eksploatacyjnych. Spowodowało to konieczność niemal całkowitej etapowej wymiany instalacji słonecznej. Jak do tego doszło? Warto wiedzieć, by unikać podobnych błędów w innych inwestycjach.

● Niska sztywność konstrukcji wsporczych spowodowała deformacje połączeń rurowych między kolektorami. Stelaże zabudowano na betonowych „ogrodzeniowych” słupkach, które nie wytrzymały ciężaru urządzeń. Skutek: obciążenie kolektorów oraz połączeń rurowych poprzez wydłużenia cieplne, siły wiatru, śnieg. Aby to naprawić konieczna była wymiana nie tylko samych konstrukcji wsporczych, ale również kolektorów słonecznych. Zdecydowano o montażu pierwotnie planowanych kolektorów Vitosol 200-F produkcji firmy Viessmann.

● Hydraulika przepływów, brak odbioru ciepła z kolektorów słonecznych – symptomy „niedomagań” już w okresie wiosennym. W kolektorach utrzymywała się temperatury na poziomie 160^oC. Z uwagi na niepoprawny odbiór ciepła konieczna była wymiana układu pompowego.

● Skomplikowany układ przewodów szczególnie w łączeniu kolektorów słonecznych w baterii. Spowodował on problematyczne wyrównanie przepływów między kolektorami, wysokie straty ciepła przez przewody. Po wymianie kolektorów, całe orurowanie baterii zostało zintegrowane wewnątrz kolektorów słonecznych.

● Braki w kompensacji wydłużeń cieplnych, czego efektem były pęknięcia i ubytki czynnika grzewczego.

● Sztywne połączenia baterii kolektorów z przewodami rozdzielającymi. Podczas wymiany zastąpiono je połączeniami elastycznymi.

Podsumowanie

Opisane powyżej błędy w projektowaniu, wykonawstwie przytoczone są na podstawie stanu rzeczywistego jaki wystąpił podczas budowy instalacji solarnej o mocy 200 kW w jednym ze szpitali powiatowych w Polsce. Tam usiłowano podmienić kolektory firmy Viessmann na kolektory z certyfikatem opisanym na wstępie, tam zastosowano ciepłociąg bez kompensacji, który przy kwietniowym słońcu uległ awarii i ostatecznie został pozostawiony w ziemi, a w jego miejsce zastosowano nowy ułożony przy konstrukcji solarnej. Tam do tej pory trwają procesy sądowe i dochodzenia, tam usunięto z pracy decydentów, którzy doprowadzili do takiego stanu rzeczy. Aż cisną się słowa piosenki Wojciech Młynarskiego „Co by tu jeszcze … Panowie?”.

Po tych wszystkich perypetiach ostatecznie zamontowano pierwotnie planowane kolektory firmy Viessmann, a instalacja pracuje poprawnie i produkuje rocznie około 600 GJ ciepła. Instalacja została wyposażona dodatkowo w monitoring poprzez pomiar jej parametrów oraz ich rejestrację. Miesięcznie w bazie danych gromadzone jest około miliona zapisów, które służą bieżącemu nadzorowi instalacji, a w przyszłości wykorzystane mogą być do celów badawczych.